幽门螺杆菌外膜脂多糖的核心多糖结构在其感染宿主过程中的作用及机制研究

Helicobacter pylori produces unique lipopolysaccharide that promotes persistent infection through immune evasion. Our previous study suggested that the conserved HP0102、HP1578、HP1283 and HP0805 were highly likely to be the unidentified glycosyltransferase genes involved in the biosynthesis of Core-oligosaccharide domain. . In this project, highly efficient Xer-cise genetic deletion technique will be utilized to construct the HP0102、HP1578、HP1283 and HP0805 mutants. High pure lipopolysaccharide isolated from H. pylori wild-type and the corresponding mutants will be analyzed by 2D-NMR and MS techniques to compare their lipopolysaccharide structural differences, thus clarifying the exact roles of the studied glycosyltransferase genes on the biosynthesis of Core-oligosaccharide; furthermore, polymyxin B sensitivity test, TLR4 stimulation test and the mouse colonization experiment will be conducted to clarify the biological roles of the lipopolysaccharide glycosyltransferases during H. pylori colonization.. The implementation of this project may lay a foundation for the development of novel anti-H. pylori drugs targeting the lipopolysaccharide glycosyltransferases.

幽门螺杆菌外膜脂多糖（LPS）独特的化学结构，是其逃逸宿主免疫、能在人体胃黏膜持续感染的关键因素。我们前期研究发现，幽门螺杆菌基因组中4个潜在的糖基转移酶基因（HP0102、HP1578、HP1283和HP0805）极有可能参与了LPS核心多糖结构的生物合成。. 本项目拟利用Xer-cise技术构建上述潜在糖基转移酶基因的敲除株并纯化其产生的LPS；采用二维核磁共振和质谱技术解析野生株和敲除株LPS的化学结构并比较其差异，从而阐明上述基因所对应的糖基转移酶在LPS核心多糖结构中的空间位置；进一步通过多黏菌素B敏感性实验、LPS对TLR4的刺激实验、以及小鼠胃黏膜定植实验，分析LPS核心多糖结构的改变对幽门螺杆菌免疫逃逸和定植能力的影响，从而阐明糖基转移酶在幽门螺杆菌感染宿主过程中的重要作用。. 本项目的实施将有可能为开发以LPS糖基转移酶为靶点的新型抗幽门螺杆菌药物奠定基础。

幽门螺杆菌感染导致严重的胃肠疾病和公共卫生问题，研究其在宿主胃黏膜的定植机制具有重要意义。幽门螺杆菌外膜脂多糖（LPS）独特的化学结构，是其逃逸宿主免疫、能在人体胃黏膜持续感染的关键因素。由于幽门螺杆菌LPS核心多糖结构相关的糖基转移酶基因在幽门螺杆菌基因组上分散存在，加之缺乏高效的基因敲除技术，幽门螺杆菌LPS核心多糖结构的生物合成及其在幽门螺杆菌定植过程中的生物学功能尚待阐明。.本项目利用高效的Xer-cise基因敲除技术，在G27菌株背景上构建了整个系列的糖基转移酶突变菌株，并纯化相应菌株的外膜LPS，采用银染、Western blot、2D-NMR和MS解析野生株和敲除株LPS的化学结构并比较其差异，我们发现了新的糖基转移酶基因HP0102、HP1578、HP1283和HP0805，分别参与合成幽门螺杆菌LPS Trio三糖结构中的岩藻糖基转移酶、Lewis抗原起始合成的GlcNAc糖基转移酶、庚糖聚糖转移酶、以及LPS核心多糖结构中的Gal糖基转移酶。以上糖基转移酶基因的发现完成了幽门螺杆菌外膜LPS的生物合成通路的全面解析。我们进一步以标准菌株G27 LPS结构和相关糖基转移酶基因作为参考，通过比较基因组学的方法，分析和比较了176株经过全基因组测序幽门螺杆菌株的LPS结构糖基转移酶基因的有无情况。我们发现，约80%的欧洲菌株的基因组中含有合成庚糖聚糖的HP1283基因（参考菌株G27为欧洲菌株），而其中73例东亚菌株（包括我们全基因组测序的中国菌株44例）都缺乏HP1283基因，提示所有73例东亚菌株的LPS结构中均缺乏庚糖聚糖结构。.由于幽门螺杆菌感染是导致胃癌最重要的危险因素，而ADP-庚糖是最新发现的病原相关分子模式，特异性激活宿主细胞炎症反应，这提示LPS 分子中的庚糖聚糖结构可能与幽门螺杆菌的致病性相关。