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第三节 幽门螺杆菌的生理学特征
一、幽门螺杆菌的生长条件
1.幽门螺杆菌的气体需要
幽门螺杆菌是一种微需氧菌,其微需氧属性可能是中枢代谢途径中的氧敏感酶所造成的。在含5%~8%氧气的微环境中,它能够稳定地生长。对临床标本中分离的幽门螺杆菌菌株的保存及实验过程中幽门螺杆菌菌株的培养需提供微需氧环境:给予氧气5%、二氧化碳10%、氮气85%的混合微需氧的气体环境,且保持95%以上的相对湿度。
2.幽门螺杆菌的能量需求
幽门螺杆菌自身有一套溶质转运系统及“非环化”的三羧酸循环系统,这就导致了其需要完全的营养供应。由于幽门螺杆菌对碳水化合物的摄取受到了限制,它的主要能量来源于有机酸和氨基酸。Doig等证实精氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸是幽门螺杆菌的必需氨基酸。有些菌株尚需要丙氨酸或丝氨酸。
3.幽门螺杆菌的相关培养基
幽门螺杆菌在固态及液态培养基中均能良好地生长。固态培养基的组成为琼脂(哥伦比亚琼脂、脑心浸液琼脂、布氏琼脂和M-H琼脂等)、适量的动物全血(马、羊或人)或胎牛血清、适当的添加剂(硫酸亚铁、丙酮酸钠和黏蛋白)及抗菌剂(万古霉素、甲氧苄啶、两性霉素、多黏菌素等)。在固态培养基中,幽门螺杆菌生长缓慢,大约需要2~5天才能形成灰白色、半透明的针尖状小菌落。液态培养基的组成为蛋白胨、葡萄糖、酵母粉、氯化钠、胎牛血清、琼脂、万古霉素、多黏菌素等。液态培养幽门螺杆菌所需的时间较短,但难以保证菌体的微需氧环境和营养物质的稳定、有害物质的扩散,故需通过使用恒温摇床的方法克服以上不利因素。
4.幽门螺杆菌的培养温度、pH环境及菌种保存
幽门螺杆菌生长的适宜温度是37℃,适宜pH为6.6~7.2。对幽门螺杆菌用一般细菌所用的常用保存方法即冷冻干燥法是不容易成功的,目前可以分装在螺口保存管中置于-80℃冰箱或者液氮中保存。保存在脑心浸液甘油中的标本6年内能保证80%~90%的复苏率。另外,还可以选用脱脂牛奶进行菌种的保存。
二、幽门螺杆菌的代谢及尿素酶
1.幽门螺杆菌的代谢
幽门螺杆菌的呼吸链十分简单,其中包含了一个单一的终末氧化酶以及无氧呼吸中唯一的还原酶——延胡索酸还原酶。大部分细菌的首选电子供体是NADH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸),而幽门螺杆菌首选的电子供体是NADPH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)。无氧代谢的特征即“非环化”的三羧酸循环在还原型二羧酸分支中指向琥珀酸的产物,在氧化型三羧酸分支中指向α-酮戊二酸。这两个分支是在活化的α-酮戊二酸氧化酶存在时联系起来的。幽门螺杆菌由于缺乏γ-氨基丁酸转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶活性,因此并不拥有一条γ-氨基丁酸通路。基因组分析表明,幽门螺杆菌中丙酮酸的主要来源不是葡萄糖和苹果酸,而是乳酸、L-丙氨酸、L-丝氨酸、D型氨基酸。ED(Entner-Doudoroff)途径和磷酸戊糖途径在幽门螺杆菌中较为活跃,而糖酵解途径在其中并不活跃。
2.幽门螺杆菌尿素酶
研究已经发现大部分细菌的尿素酶拥有3个不同的亚基,而产尿素酶的螺杆菌却产生一个独特的两个亚基的尿素酶。幽门螺杆菌尿素酶的小亚基可能来源于一个结构融合基因。一个复杂的尿素酶依赖的趋化性信号转导体系表明趋化性(如对尿素、钠离子、碳酸氢盐的趋化性)是幽门螺杆菌生理学的重要特征。由于尿素和碳酸氢钠由胃内上皮表面所分泌,并且细菌表面上的尿素酶对尿素的水解作用是幽门螺杆菌在胃内成功定植所必需的,所以幽门螺杆菌的趋化反应对于它在胃内的定植和生存十分重要。尿素酶活性是幽门螺杆菌最具特征性的定植因子,能够使幽门螺杆菌免受胃酸暴露的影响。尿素酶催化尿素水解产生碳酸和两分子氨,氨分子在溶解状态下以质子化和去质子化的形式存在。该反应的净效应是pH的增加。除了缓冲酸性环境外,幽门螺杆菌尿素酶活性在氮素同化作用中也起着重要作用。通过谷氨酸至谷氨酰胺的转换,氨分子可以被幽门螺杆菌所吸收。谷氨酸脱氢酶的缺乏实验表明在谷氨酸脱氢酶的催化下α-酮戊二酸可转变成谷氨酸,且幽门螺杆菌适合存在于氨丰富的环境中。
三、幽门螺杆菌的定植
幽门螺杆菌的自然定植部位为胃黏膜上皮表面和胃黏液的底层。幽门螺杆菌在胃窦部较多,而在胃体及胃底较少。通过十二指肠黏膜活检发现,幽门螺杆菌仅定植于胃上皮化生区域,而不黏附于邻近的小肠细胞;胃黏膜活检的组织学显示,幽门螺杆菌只选择定植于胃上皮细胞,而不选择定植于肠化生区域。这些均由于人胃上皮表面存在幽门螺杆菌特异性受体,如硫酸脑苷脂、血型抗原、硫酸黏蛋白等。正是这些黏附因子与相应受体的特异性结合,使得幽门螺杆菌长期稳定地黏附定植于胃黏膜表面。
四、幽门螺杆菌对抗菌药物的敏感性
近些年来临床广泛使用甲硝唑、克拉霉素等抗菌药物治疗慢性胃炎及消化性溃疡,动物饲料中大量添加抗生素,不合理联合用药及不按疗程全程用药等造成临床上对这些药物的耐药性菌株已经越来越多。部分地区的甲硝唑耐药率已经高达95%,且双重、三重、四重耐药率分别为25.5%、7.5%和0.1%。双重耐药中又以甲硝唑、左氧氟沙星较为多见。由于国内外共识均已明确幽门螺杆菌的致病机制,且建议根除幽门螺杆菌预防胃癌的发生。在目前抗生素耐药率增高的情况下,我们应选择当地幽门螺杆菌菌株敏感的抗生素组合或者已经在当地取得良好结果的经验性治疗方案,以提高幽门螺杆菌的根除率。
(胡奕 祝荫)
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