مروری اجمالی بر هلیکوباکتر پیلوری و ویژگی‌های آن
هلیکوباکتر پیلوری (helicobacter pylori) یک باکتری گرم منفی، مارپیچی و میکروآئروفیلیک است. این باکتری به طور خاص در مخاط معده انسان زندگی می‌کند و برای بقا، به لایه‌های مخاطی نزدیک سلول‌های اپیتلیال معده نفوذ می‌کند. هلیکوباکتر از طریق حرکت تاژکی و شکل مارپیچی خود، از محیط اسیدی معده به نواحی با pH بالاتر در نزدیکی سلول‌های میزبان حرکت می‌کند. این باکتری اولین بار در سال ۱۹۸۲ توسط باری مارشال و رابین وارن کشف شد و توانست انقلابی در فهم بیماری‌های گوارشی ایجاد کند. هلیکوباکتر پیلوری بیش از نیمی از جمعیت جهان را آلوده کرده است و به عنوان عامل اصلی بیماری‌های متعددی از جمله گاستریت مزمن، زخم معده و اثنی عشر، سرطان معده و لنفوم سلول‌های MALT شناخته می‌شود. این باکتری با توانایی بقا در محیط بسیار اسیدی معده، یکی از معدود میکروارگانیسم‌هایی است که می‌تواند در چنین شرایط دشواری زنده بماند و موجب اختلالات مزمن گوارشی شود.
ساختار و ویژگی‌های اصلی هلیکوباکتر پیلوری
در مقاله ” هلیکوباکتر پایلوری، علت دردهای شکمی و زخم معده ” به بررسی عفونت‌ها و عوارض این باکتری پرداختیم. اما در این مقاله قصد داریم بیشتر ساختار و ویژگی‌های این باکتری را بررسی کنیم.
ساختار هلیکوباکتر پیلوری
هلیکوباکتر پیلوری معمولاً دارای مورفولوژی شکل S با ۱ تا ۳ پیچ است و ابعاد آن ۰.۵ × ۵ میکرومتر می‌باشد. دارای دسته‌ای از ۵ تا ۷ تاژک قطبی پوشش‌دار می‌باشد. این مورفولوژی با بیشترین حرکت در شرایط آزمایشگاهی مرتبط است. بیشتر گونه‌های هلیکوباکتر این شکل اصلی را دارند، هرچند که تفاوت‌هایی در اندازه و تعداد پیچ‌ها مشاهده می‌شود. گونه‌های دیگر هلیکوباکتر دارای اشکال متفاوتی هستند. مورفولوژی مارپیچی و تاژک‌ها برای کلونیزه کردن مخاط معده و روده ضروری در نظر گرفته می‌شود.
دیواره سلولی
لیپوپلی‌ساکارید موجود در دیواره‌ی سلولی هلیکوباکتر پیلوری دارای فعالیت اندوتوکسینی کمتری نسبت به لیپوپلی‌ساکارید سایر باکتری‌های گرم‌منفی مانند E. coli است. این ویژگی به باکتری کمک می‌کند تا از شناسایی توسط گیرنده‌های ایمنی ذاتی مانند Toll-like receptors فرار کند و پاسخ ایمنی میزبان را تضعیف نماید.
گیرنده‌های شبه تول یا TLRs خانواده‌ای از پروتئین‌های غشایی هستند که نقش حیاتی در سیستم ایمنی ذاتی ایفا می‌کنند. این گیرنده‌ها الگوهای مولکولی مرتبط با پاتوژن‌ها (PAMPs) و الگوهای مولکولی مرتبط با آسیب (DAMPs) را شناسایی کرده و به آن‌ها پاسخ می‌دهند. بدین ترتیب پاسخ‌های ایمنی را آغاز می‌کنند. TLRها عمدتاً روی سلول‌های ایمنی مانند ماکروفاژها و سلول‌های دندریتیک بیان می‌شوند و به‌عنوان خط اول دفاعی در برابر عوامل بیگانه عمل می‌کنند.
تاژک
هلیکوباکتر پیلوری از طریق لایه‌ی اپیتلیومی مخاط معده به سوی لایه‌ی پایه حرکت می‌کند. جایی که مقدار pH نزدیک به ۷٫۰ است. این حرکت به‌واسطه ی ۴ تا ۷ تاژک غلاف‌دار قطبی صورت می‌گیرد .
عوامل ویرولانس
ژن‌های ویرولانس هلیکوباکتر پیلوری را می‌توان در سه دسته زیر قرار داد:
۱. ژن‌های خاص سویه (Strain-specific)
- مانند cagPAI که رمزگذار سیستم ترشحی نوع IV باکتری است. این ژن‌ها در برخی سویه‌ها وجود دارند و با شدت بیماری مرتبط‌اند.
۲. ژن‌های متغیر فازی (Phase-variable)
- شامل ژن‌های oipA، sabA، sabB، babA، babC، hopZ می‌باشد که قابلیت روشن و خاموش شدن برگشت‌پذیر در پاسخ به شرایط محیطی دارند و مکانیسم آن‌ها مبتنی بر تکرارهای CT در ناحیه ابتدایی ژن‌هاست.
۳. ژن‌های با ساختار متغیر
- مانند ژن vacA که در همه سویه‌ها وجود دارد ولی ساختار آن بسته به موقعیت جغرافیایی متفاوت است. بطوریکه تفاوت‌های ساختاری بین سویه‌های آسیایی و غربی می‌تواند شدت بیماری‌زایی را تحت تأثیر قرار دهد. ژن vacA که روی کروموزوم باکتری قرار دارد، مدت کوتاهی پس از کشف هلیکوباکترپیلوری شناسایی شد. زمانی که مشخص شد پروتئینی در فیلتر کشت این باکتری قادر است واکوئل‌های بزرگ داخل‌سلولی در سلول‌های پستانداران کشت‌شده ایجاد کند. پروتئین مسئول این اثر، «توکسین سیتوتوکسیک واکوئله‌کننده» یا VacA نام دارد که محصول بیان ژن کروموزومی vacA است
اثرات سمی VacA هلیکوباکتر پیلوری بر سلول‌های میزبان
اثرات سمی VacA بر سلول‌های میزبان شامل موارد زیر است:
۱- واکوئله شدن سلولی القاشده توسط VacA
افزودن VacA به انواع مختلفی از سلول‌ها در حضور بازهای ضعیف منجر به تشکیل واکوئل‌های بزرگ درون‌سلولی می‌شود. قسمت a شکل ۱ تصویر سلول‌های HeLa را نشان می‌دهد که با VacA انکوبه و با رنگ قرمز خنثی مشخص گردیده است.
قسمت b شکل ۱ مدلی برای مکانیزم تشکیل واکوئل القاشده توسط VacA در هلیکوباکتر پیلوری را نشان می‌هد. پس از اتصال VacA به سطح سلول، این سم به درون سلول وارد شده و در غشای اندوزوم‌های دیررس، کانال‌های انتخابی برای آنیون‌ها تشکیل می‌دهد. عبور یون کلر از طریق این کانال‌ها باعث افزایش غلظت کلر در فضای درون‌لومنی این اندوزوم‌ها می‌شود. برای جبران این افزایش آنیون، فعالیت آنزیم ATPase واکوئلی افزایش یافته و منجر به پمپاژ بیشتر پروتون و کاهش pH درون‌لومنی می‌شود. بازهای ضعیف نفوذپذیر از غشا مانند آمونیاک وارد اندوزوم‌های دیررس شده، پروتون‌گیری می‌شوند و در این فضاها به دام می‌افتند. تورم اسمزی این اندوزوم‌ها در نهایت باعث واکوئله شدن سلول می‌گردد .
۲- تأثیر بر میتوکندری و القای آپوپتوزیس
- VacA باعث تغییر در نفوذپذیری غشای میتوکندری، کاهش پتانسیل غشای میتوکندری و آزاد شدن سیتوکروم C می‌شود. این پدیده با فعال‌سازی کاسپاز-۳ و شکستن PARP همراه است و به آپوپتوزیس (مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلولی) منجر می‌شود.
۳-مهار تکثیر سلول‌های T
- VacA تولید اینترلوکین-۲ (IL-2) و بیان گیرنده آن را در سلول‌های T کاهش می‌دهد که این کار با مهار فعال‌سازی فاکتور رونویسی NFAT انجام می‌شود که نقش مهمی در پاسخ ایمنی دارد.
- در سلول‌های T فعال‌شده اولیه (CD4+) نیز VacA باعث مهار تکثیر می‌شود.
۴- تأثیر هلیکوباکتر پیلوری بر مسیرهای پیام‌رسانی داخل‌سلولی
- VacA می‌تواند به‌سرعت مسیرهای سیگنال‌دهی سلولی را فعال کند. تنها ۱۰ دقیقه پس از ورود VacA به رده سلولی معده انسانی (AZ-521)، مسیرهای MAP کینازها p38) و( ERK1/2 فاکتور رونویسی ATF2 فعال می‌شوند. این اثرات می‌توانند بدون نیاز به ورود VacA به درون سلول و صرفاً از طریق اتصال به گیرنده‌های سطحی سلول رخ دهند.
۵- افزایش نفوذپذیری اپی‌تلیوم
- VacA هلیکوباکتر پیلوری باعث کاهش مقاومت الکتریکی ترانس‌اپی‌تلیالی (TER) در لایه‌های سلولی اپی‌تلیالی می‌شود و نفوذپذیری پاراسلولاری لایه‌ها را نسبت به مولکول‌ها و یون‌های کوچک افزایش می‌دهد. این تغییرات باعث آزاد شدن مولکول‌هایی مانند آهن، نیکل، قندها و آمینواسیدها می‌شود که ممکن است به رشد pylori در لایه مخاطی معده کمک کنند. همچنین، VacA جریان ترانس‌اپی‌تلیالی اوره و بی‌کربنات را افزایش می‌دهد و این فرآیندها به تشکیل کانال‌های VacA در غشای پلاسمایی مربوط می‌شوند.
۶- اثرات التهابی هلیکوباکتر پیلوری
- VacA تولید سیتوکین‌های التهابی مانند TNFα و IL-6 را توسط ماست‌سل‌ها افزایش می‌دهد. همچنین بیان آنزیم COX-2 را در نوتروفیل‌ها و ماکروفاژها تحریک می‌کند.
پاسخ ایمنی میزبان در برابر هلیکوباکتر پیلوری
- پس از بررسی بیماری‌زایی هلیکوباکتر پیلوری ، در ادامه قصد داریم نحوه برخورد سلول میزبان با این باکتری را توضیح دهیم.
۱. نقش ماکروفاژها و تولید نیتریک اکسید (NO)
ماکروفاژها از طریق آنزیم iNOS نیتریک اکسید تولید می‌کنند که یک مولکول ضد میکروبی قوی است. با این حال، هلیکوباکتر پیلوری با القای آنزیم آرژیناز II در ماکروفاژها، میزان- Lآرژینین موجود را کاهش می‌دهد و در نتیجه تولید NO را مهار می‌کند. این مکانیسم به باکتری کمک می‌کند تا از پاسخ ایمنی میزبان فرار کند و بقای خود را تضمین کند. شماتیک این فرایند در شکل ۲ نشان داده شده است محققین پیشنهاد می‌کنند که مهار آرژیناز II به عنوان یک استراتژی درمانی می‌تواند پاسخ ایمنی را تقویت کرده و به کاهش عفونت‌های مزمن کمک کند.
۲. نقش اوره‌آز در تحریک پاسخ ایمنی
یکی از آنزیم‌های کلیدی هلیکوباکتر پیلوری ، اوره‌آز است که نقش مهمی در زنده ماندن باکتری در محیط اسیدی معده دارد. مطالعه انجام شده توسط محققین نشان داده است سویه‌های وحشی هلیکوباکتر پیلوری (دارای اوره‌آز فعال) موجب افزایش iNOS و تولید NO در ماکروفاژها می‌شوند و سویه‌های موتانت فاقد ژن اوره‌آز توانایی بسیار کمتری در القای iNOS داشتند. بنابراین این آنزیم نقش فعالی در تحریک پاسخ ایمنی میزبان دارد و می‌تواند به‌طور مستقیم مسیرهای دفاعی میزبان را فعال کند .
تحلیل و بررسی چالش‌ها و محدودیت‌ها در تشخیص هلیکوباکتر پیلوری
با وجود پیشرفت‌های قابل توجه در شناسایی مکانیسم‌های بیماری‌زایی هلیکوباکتر پیلوری ، برخی چالش‌ها و محدودیت‌ها همچنان بر تحقیقات این حوزه تأثیر می‌گذارد. یکی از این محدودیت‌ها، پیچیدگی‌های مرتبط با شبیه‌سازی دقیق مدل‌های بیماری در آزمایشگاه است. به ویژه، تفاوت‌های فردی در پاسخ ایمنی میزبان و واکنش‌های سلولی به VacA ممکن است موجب دشواری در تفسیر نتایج تجربی شود. علاوه بر این، مشکلات فنی در شبیه‌سازی شرایط دقیق معده انسان و تأثیرات آن بر فعالیت VacA نیز از چالش‌های عمده در تحقیقاتی است که به‌طور مستقیم بر درمان و پیشگیری متمرکز هستند.
توصیه‌هایی برای تحقیقات آینده
برای گسترش درک ما از اثرات VacA بر سلول‌های میزبان و به‌ویژه تأثیر آن بر فرآیندهای ایمنی و التهابی، تحقیقات آینده باید بر شبیه‌سازی مدل‌های پیچیده‌تر بیماری و استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌تر نظیر بیولوژی سیستم‌ها و مهندسی پروتئین متمرکز باشد. به‌علاوه، با توجه به اینکه VacA می‌تواند به طور متفاوت در افراد مختلف عمل کند، بررسی تأثیرات ژنتیکی و محیطی بر عملکرد این توکسین می‌تواند منجر به درمان‌های شخصی‌سازی‌شده شود. در نهایت، طراحی درمان‌های جدید که بر مهار VacA یا تقویت سیستم ایمنی میزبان متمرکز شوند، می‌تواند به کاهش تأثیرات بلندمدت هلیکوباکتر پیلوری در سلامت انسان‌ها کمک کند.
سخن پایانی
هلیکوباکتر پیلوری یکی از باکتری‌های کلیدی است که تأثیرات عمیقی بر سلامت گوارشی انسان دارد. این باکتری با توانایی منحصر به فرد در بقا در محیط‌های اسیدی معده، به بیماری‌های متعددی همچون گاستریت، زخم معده و حتی سرطان معده منجر می‌شود. ویژگی‌های ساختاری و عملکردی هلیکوباکتر پیلوری، به ویژه تاژک‌ها و سم VacA، به این باکتری امکان می‌دهد تا به‌طور مؤثری در مخاط معده مستقر شده و از سیستم ایمنی میزبان فرار کند. شواهد علمی نشان می‌دهند که VacA نه تنها تأثیرات سمی بر سلول‌های میزبان دارد، بلکه می‌تواند سیستم ایمنی را مهار کرده و شرایط التهاب مزمن را در معده ایجاد کند.
این یافته‌ها اهمیت بیشتری در زمینه توسعه روش‌های درمانی جدید برای مهار هلیکوباکتر پیلوری و کاهش خطرات ناشی از آن دارند. در نهایت، درک بهتر از نحوه عملکرد این باکتری و تعاملات آن با سیستم ایمنی می‌تواند به راه‌حل‌های جدید در درمان بیماری‌های گوارشی کمک کند
