76.2 Colonizzazione della mucosa gastrica
Acidità gastrica e peristalsi normalmente inibiscono la colonizzazione batterica dello stomaco umano. Tuttavia, la selezione naturale ha fornito a H. pylori diversi meccanismi per eludere queste difese primarie e stabilire un’infezione persistente all’interno della nicchia gastrica (Tabella 76.1). Ingestione acuta di H., pylori nell’uomo porta a ipocloridria transitoria, 31, 32 ma negli ospiti non trattati, l’inibizione microbica-dipendente della secrezione acida si risolve entro diversi mesi e il pH intraluminale diminuisce entro il range di normalità.32 In alcuni individui, la produzione acida continua ad aumentare, che probabilmente deriverà da un aumento compensatorio della gastrina sierica e dalla diminuzione dei livelli di somatostatina mucosa indotta dall’infiammazione gastrica.33-36
Tabella 76.1. H., gastric epithelium/molecular mimicry
Another pH-altering mechanism within the H., pylori armory è ureasi, un esadimero contenente nichel composto da due diverse subunità (60 e 27 kDa; Tabella 76.1).37,38 L’attività enzimatica dell’ureasi è conservata tra tutte le specie note di Helicobacter, 39 e la struttura primaria dell’ureasi mostra poche divergenze tra i ceppi di H. pylori; queste caratteristiche sono coerenti con l’ipotesi che l’ureasi sia un fattore necessario per l’instaurazione di un’infezione cronica. Infatti, esperimenti su topi C57BL / 6 e nudi hanno dimostrato che l’attività di H. pylori ureasi è assolutamente necessaria per una colonizzazione di successo.,40,41 Inoltre, l’infezione di macachi rhesus con H. pylori producendo bassi livelli di attività ureasi provoca l’espansione di una sottopopolazione che esprime alti livelli di attività ureasi.42
Sei dei sette geni che compongono il cluster genico dell’ureasi H. pylori includono: ureA e ureB codificano le subunità strutturali dell’ureasi, mentre ureE, ureF, ureG e ureH codificano le proteine accessorie necessarie per l’assemblaggio e l’inserimento di Ni2+ necessario per formare l’ureasi attiva.43 L’attività dell’ureasi aumenta da 10 a 20 volte quando il pH scende da 6,0 a 5,0 e successivamente rimane costante a un pH di 2,5.,44,45 L’attivazione acida dell’ureasi citoplasmatica è mediata dall’espressione del terzo gene nel cluster genico dell’ureasi, ureI, che codifica un canale dell’urea H+-gated. UreI aumenta la permeabilità della membrana batterica all’urea di almeno 300 volte quando il pH del mezzo circostante diventa acido, 46 e la presenza di questo canale dell’urea attivato dall’acido all’interno della membrana interna di H. pylori è necessaria per un utilizzo efficiente dell’urea presente nel succo gastrico., UreA / B forma un complesso di membrana con UreI e l’assemblaggio dell’apoenzima ureasi sulla superficie della membrana facilita l’accesso dell’urea all’ureasi all’interno del citoplasma, che consente una rapida neutralizzazione dello spazio periplasmico.47 Questi dati spiegano il requisito assoluto sia per l’ureasi che per l’UreI per la sopravvivenza di H. pylori a un pH medio inferiore a 4.0, nonché per una colonizzazione di successo di modelli animali.48,49 Una potenziale nuova funzione per l’ureasi è stata identificata da Gobert et al. utilizzo di mutanti di delezione isogenica di H. pylori e proteine ricombinanti in H. pylori:sistemi di co-coltura dei macrofagi.,50 Questi ricercatori hanno stabilito che la sovraregolazione dell’ossido nitrico sintasi inducibile (NOS) e il rilascio di ossido nitrico (NO), una molecola proinfiammatoria, dipendevano dall’espressione dell’ureA, sollevando l’ipotesi che l’ureasi possa non solo essere richiesta per la produzione di ammoniaca ma anche regolare l’infiammazione.50
H. pylori può alterare ulteriormente il pH gastrico aumentando la produzione ospite della citochina pro-infiammatoria IL-1β, che ha significative proprietà acido-soppressive. Studi con H., i gerbilli mongoli infettati da pylori hanno dimostrato che IL-1β della mucosa gastrica aumenta dopo 6-12 settimane di infezione. Questo aumento corrisponde a una diminuzione reciproca della produzione di acido gastrico.51 Dimostrazione che la somministrazione di agonista ricombinante del recettore IL-1 normalizza la produzione di acido implica IL-1β come modulatore chiave della secrezione acida.51 Polimorfismi dell’ospite associati ad una maggiore espressione di IL-1β sono stati collegati con un aumentato rischio di gastrite atrofica e adenocarcinoma gastrico.,52-56 Alleli ad alta espressione di un’altra citochina proinfiammatoria con proprietà acido-soppressive, TNF-α, sono anche associati ad un aumentato rischio di cancro gastrico.53,55
Per facilitare la locomozione all’interno del muco gastrico e per contrastare la peristalsi, H. pylori possiede cinque o sei flagelli polari che sono costituiti da due subunità strutturali principali: un FlaA da 53 kDa e un FlaB da 54 kDa.57,58 I geni che codificano queste due flagelline si trovano in siti distanti sul cromosoma H. pylori e sono regolati trascrizionalmente da diversi promotori.,57,59 Espressione di ciccia e un gene che codifica un componente dell’apparato di esportazione del corpo basale flagellare (flhA), picchi precocemente durante la fase di crescita batterica e precede l’espressione di flaA.60 La motilità flagellina-dipendente è anche regolata a livello post-trascrizionale da un operone bicistronico H. pylori composto da neuA, che codifica una sintetasi dell’acido citidil monofosfato-N-acetilneuraminico e flmD, che codifica un gene putativo della glicosil transferasi.61 L’inattivazione della flmD provoca un mutante H. pylori difettoso per la motilità che non è in grado di glicosilare la FlaA.,61
Il ruolo essenziale sia per flaA che per flaB nello stabilire una colonizzazione persistente è stato precedentemente dimostrato da Eaton et al., che ha mostrato che i ceppi aflagellati di H. pylori hanno colonizzato solo transitoriamente i suinetti gnotobiotici.59 Studi ultrastrutturali hanno dimostrato che il flagello di H. pylori è ammantato da una guaina che è un’estensione della membrana esterna batterica, che probabilmente protegge la struttura flagellare acido-labile dal contenuto gastrico.,62 Simile alla produzione di ureasi, la motilità è necessaria per l’infezione persistente e McGee e colleghi hanno riferito che FlbA, un componente dell’apparato di secrezione flagellare che regola la biosintesi flagellare, media anche l’attività dell’ureasi;63 quindi, FlbA può accoppiare la produzione di ureasi e la motilità, fenotipi batterici necessari per l’istituzione e il mantenimento della colonizzazione gastrica.
Oltre alla motilità, la chemiotassi svolge un ruolo importante nella capacità di H. pylori di stabilire la residenza all’interno dello stomaco. H., pylori esprime quattro recettori chemiotassi per percepire stimoli esterni: TlpA, TlpB, TlpC e TlpD. TlpA è un recettore per arginina e bicarbonato di sodio e TlpB è richiesto per i taxi pH. Attualmente, gli attivatori specifici per TlpC e TlpD sono sconosciuti.64,65 A differenza di FlaA e ciccia, la perdita di proteine Tlp non altera i livelli di colonizzazione negli animali infetti di tipo selvaggio. Le mutazioni in tlpB, tuttavia, provocano significativamente meno infiammazione nei topi o nei gerbilli infetti di C57BL/6.66,67
Sebbene la stragrande maggioranza di H., i pylori negli ospiti colonizzati sono liberi, circa il 20% si legano alle cellule epiteliali gastriche.68 È probabile che le proprietà di aderenza siano importanti per l’acquisizione di nutrienti dall’ospite e/o per la resistenza allo spargimento dello strato di gel mucoso. L’adesione di H. pylori all’epitelio gastrico è altamente specifica in vivo e quando H. pylori si trova nel duodeno, sovrappone solo isole di metaplasia gastrica e non cellule di tipo intestinale.69 Sono stati descritti diversi H. pylori e leganti ospiti coinvolti nell’aderenza. Questi includono un 20 kDa H., pylori emoagglutinina codificata da hpa che si lega ai componenti contenenti acido sialico delle membrane degli eritrociti70 e una proteina simile all’esoenzima S di 63 kDa che lega fosfatidiletanolamina e gangliotetraosilceramide in vitro.71-73H. pylori può anche legarsi a ligandi non sialilati, che includono laminina, fibronectina, vari collageni, eparina solfato, sulfatide e fattore di trifoglio 1 (TFF1).74-79
Un altro prodotto H. pylori correlato all’aderenza è HopZ e l’inattivazione del gene che codifica per questa proteina diminuisce drasticamente la capacità di H. pylori di legare le cellule epiteliali gastriche in vitro.,80 Allo stesso modo, l’inattivazione dei geni che codificano AlpA e AlpB attenua il legame di H. pylori alle cellule epiteliali, indicando che queste molecole funzionano come adesine.81 I geni che codificano HopZ, AlpA e AlpB sono presenti nella maggior parte, se non tutti, gli isolati di H. pylori, 80,81 suggerendo che potrebbero avere ruoli importanti nella colonizzazione.
L’antigene O del lipopolisaccaride di H. pylori (LPS) contiene diversi antigeni umani di Lewis, tra cui Lewisx, Lewisy, Lewisa e Lewisb,82-84 e l’inattivazione dei geni batterici che codificano per Lewisx e Lewisy provoca un’incapacità di H., pylori per colonizzare i topi, 85 suggerendo che gli antigeni di H. pylori Lewis possono anche mediare l’adesione (Tabella 76.1). In vitro, la pre-incubazione di H. pylori con anticorpi monoclonali anti-Lewisx inibisce il legame batterico con le cellule epiteliali gastriche.86,87 I ceppi di H. pylori che esprimono fortemente Lewisx / y sono associati ad una maggiore infiltrazione neutrofila e densità di colonizzazione più elevate rispetto ai ceppi che esprimono solo debolmente Lewisx / y. 88 Poiché gli antigeni di H. pylori Lewis subiscono variazioni di fase (cioè,, alterazione ad alta frequenza casuale e reversibile del fenotipo), 87, 89-92 un ruolo funzionale per tali cambiamenti nel fenotipo di Lewis può essere il distacco di H. pylori dalle cellule epiteliali dell’ospite che faciliterebbe successivamente il trasferimento a un nuovo ospite.93
Gli studi che si sono concentrati sull’aderenza di H. pylori all’epitelio gastrico hanno anche fornito intuizioni meccanicistiche attraverso le quali questo organismo colonizza diverse parti dello stomaco. Ad esempio, Syder e colleghi hanno studiato il tropismo batterico in topi transgenici carenti di cellule parietali secernenti acido.,94 Topi sono stati colonizzati per 8 settimane con un ceppo di H. pylori che esprime adesine riconosciute dai recettori epiteliali NeuAca2,3Galß1,4 glycan. Nei topi di controllo, H. pylori ha mostrato tropismo per la mucosa gastrica che non conteneva cellule parietali (ad esempio, il confine tra l’epitelio squamoso e l’epitelio ghiandolare prossimale) e l’infiltrazione linfocitica è stata trovata preferenzialmente in quest’area., Nei topi con un’ablazione genetica delle cellule parietali, le cellule progenitrici epiteliali sintetizzavano i glicani NeuAca2, 3Galß1, 4, che era accompagnato da un’espansione della colonizzazione batterica e degli aggregati linfoidi all’interno dell’epitelio ghiandolare.94 Studi istopatologici in soggetti umani infetti hanno costantemente notato che H. pylori si lega a particolari aree all’interno dell’epitelio gastrico e che la densità batterica è maggiore nella parte superiore delle ghiandole gastriche. Questo modello di colonizzazione rispecchia la distribuzione di TFF1, e Clyne et al. ha mostrato che H., pylori si lega avidamente ai dimeri TFF1, 95 suggerendo che TFF1 può agire come recettore per questo organismo in vivo. Un componente specifico della mucina gastrica (α1,4-linked N-acetilglucosamina O-glycan) che è limitato alle regioni ghiandolari più profonde raramente colonizzate da H. pylori ha ora dimostrato di esercitare effetti antimicrobici contro H. pylori in vitro inibendo la biosintesi del colesteril-d-glucopiranoside, che è un importante componente della parete cellulare di H. pylori.96 Questi risultati indicano che l’ospite ha sviluppato meccanismi per limitare H. pylori a determinate regioni della mucosa gastrica.
