基于Hop家族粘附基因的进化特征分析幽门螺杆菌致癌机制

Helicobacter pylori plays a vital role in the development of gastric cancer. It remains unclear, however, regarding the differential risk of gastric cancer caused by inter-strain differences of H. pylori. Previously, we found the separation of cancer-related strains from inflammation related when analyzing the evolution of house-keeping genes. This indicates that evolution take a part in the determination of cancer risk of the bacterium. In order to explore the cancer risk caused by the co-evolution between bacteria and host, this study is intended to analyze the sequence variation and evolutionary characteristics of six adhesion genes from Hop family of H. pylori. This study will attempt to identify the carcinogenic subgroups; investigate genomic features associated with carcinogenesis with approaches of genomics and comparative genomics; determine in vivo and in vitro roles of carcinogenic bacteria in the development of cancer and epithelial DNA damages. This study will eventually clarify the relationship of inter-strain genomic differences to the cancer risk, build up an effective classification system of H. pylori based on carcinogenic potentials, elucidate genomic features and biological phenotypes of carcinogenic strains. This will benefit for the early detection of the population with high cancer risk, lay the found and open a way for the prevention of gastric cancer.

幽门螺杆菌感染是胃癌发生的重要因素，但是菌株间差异对胃癌发生风险的影响尚不清楚。在前期研究中，我们对管家基因的进化分析发现，胃癌相关幽门螺杆菌倾向于与胃炎相关细菌分离。这表明进化是菌株毒力差异的决定因素。为进一步探讨细菌与宿主间共进化对肿瘤风险的影响，本项目拟通过分析幽门螺杆菌Hop家族的六个粘附基因序列变异与进化特征，探寻其致癌相关亚群；通过基因组学和比较基因组学方法分析致癌相关亚群特有的基因组学特征；通过体内、外实验分别检测致癌亚群细菌的致癌作用和对宿主胃粘膜DNA损伤的影响。通过本项目的实施，最终明确幽门螺杆菌菌株差异与胃癌风险的关系，建立有效区分致癌力差异的幽门螺杆菌分类系统，以期阐明致癌相关亚群的遗传特征和生物学表型。这将有助于早期发现胃癌高危人群，为胃癌的预防提供理论依据和新的思路。

幽门螺杆菌（Hp）感染是胃癌发生的重要因素，课题组前期应用保守的管家基因序列进行的进化分析发现来源于胃癌的Hp倾向于聚集在一个亚组。但由于管家基因序列高度保守，需要探讨更合理的反映细菌与宿主间共进化效应的基因进化分型。本课题研究主要从以下四方面进行：1）应用多位点测序分型、生物信息学分析等方法分析胃癌（34株）和胃炎（75株）来源Hp菌株的六个粘附基因（BabA、BabB、SabA、AlpA、HopZ和OipA）序列变异与进化特征，结果发现胃癌相关菌株明显聚集形成亚群；2）28株Hp菌株全基因组测序发现，Hp基因组平均大小为1.61M，平均GC含量为38.8%；通过比较基因组分析，并从NCBI中调取全球183株Hp基因组分析核心基因组、毒力基因和黏附基因遗传进化差异，进一步证实了Hp黏附基因遗传进化差异能够区分胃癌和胃炎来源菌株；3）体外检测不同亚群诱导胃上皮细胞dsDNA断裂及DNA损伤反应，结果发现胃癌来源的Hp菌株诱导胃上皮细胞dsDNA以及染色体断裂的情况较胃炎组更明显，DNA损伤反应蛋白ChK2 mRNA表达增高、错配修复蛋白hMLH1表达下降；4）Hp感染的C57BL/6小鼠模型实验表明，胃癌来源的Hp菌株导致胃黏膜组织炎症反应较胃炎组更严重，宿主DNA损伤反应蛋白ChK2 mRNA表达增高、错配修复蛋白hMLH1表达下降，进一步验证了体外实验结果。本研究成果为利用多位点序列分型方法建立新的幽门螺杆菌分类系统提供了理论和实验基础，根据胃癌相关Hp的黏附基因遗传进化特征，发现与胃癌发生密切相关的菌株类型，未来可以应用相关黏附基因作为分子靶标，早期发现有致癌倾向的菌株，由此可以识别胃癌发生的高危人群并进行干预。