幽门螺杆菌 “作案铁证”：dNTP 耗竭引发 DNA 断裂，牵出与胃癌的隐秘联系

为探究H. pylori感染致 DNA 损伤及与胃癌关系的未解之谜，作者[第一作者单位] 研究人员开展相关研究。结果发现其通过非 CagA 机制致 dNTP 耗竭引发 DNA 断裂，且与胃癌染色体畸变有关。推荐阅读，助您了解幽门螺杆菌致癌新机制。

　　

幽门螺杆菌 “作案” 新发现：引发胃癌的基因 “暗战”

在人体的胃部，有一种细菌正悄无声息地影响着无数人的健康，它就是幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，简称H. pylori ）。全球大约有一半的人都感染了幽门螺杆菌，它可不只是个 “过客”，而是引发多种胃部疾病的 “罪魁祸首”。慢性胃炎、消化性溃疡这些让人痛苦不堪的疾病，很多时候都和它脱不了干系，更可怕的是，幽门螺杆菌还是胃癌发生的重要危险因素。据统计，89% 的非贲门胃癌病例都和它有关联呢！

一直以来，科学家们都知道幽门螺杆菌感染和宿主细胞 DNA 损伤之间存在着某种联系，可这里面的具体机制却像一团迷雾，让人捉摸不透。虽然之前有研究提出了一些可能的机制，但这些机制对幽门螺杆菌整体基因毒性的影响到底有多大，谁也说不清楚。而且，感染后 DNA 损伤的形成和被感染细胞基因组中癌性结构变异（SV）的出现之间，是否存在某种隐秘的关联，也有待探索。

打个比方，幽门螺杆菌就像一个潜入人体细胞 “城堡” 的 “神秘刺客”，它在细胞里搞破坏，导致 DNA 断裂，可我们却不知道它具体是怎么行动的，也不清楚这些破坏和癌症发生之间的内在联系。这就好比是一场基因层面的 “暗战”，而我们还没摸清敌人的套路。

为了揭开这些谜团，作者[第一作者单位] 的研究人员们开启了一场科研 “探秘之旅”。他们的研究成果发表在了 [《期刊原文名称》] 上，论文题目是《论文原文标题》 。经过一系列复杂而严谨的实验，他们得出了重要结论：幽门螺杆菌通过一种不依赖 CagA 的机制，导致宿主细胞 dNTP（脱氧核糖核苷酸三磷酸）耗尽，进而引发与复制相关的 DNA 断裂。而且，幽门螺杆菌感染会在基因组上留下反复出现的 DNA 断裂位点，这些位点和胃癌患者染色体畸变有关，这就为幽门螺杆菌基因毒性和胃癌发生之间建立了潜在的联系。

这一发现意义重大！它就像在黑暗中为我们点亮了一盏灯，让我们对幽门螺杆菌引发胃癌的机制有了更深入的理解。以前我们对幽门螺杆菌的 “作案手法” 了解有限，现在这个研究为我们提供了新的视角，有助于开发更精准的胃癌预防和治疗策略，说不定未来能让更多人免受胃癌的威胁呢！

那么，研究人员是怎么开展这场 “探秘之旅” 的呢？他们用到了几个关键的技术方法。首先是 END - seq 技术，这可是个 “厉害武器”，能帮助研究人员绘制出高分辨率的基因组图谱，找到幽门螺杆菌诱导的反复断裂位点；还有 γH2AX 染色和彗星试验，它们能对 DNA 断裂进行定量分析，就像是 “精密天平”，准确衡量 DNA 受损的程度；另外，液相色谱 - 质谱（LC - MS）测定法也发挥了大作用，它可以测定细胞内 dNTP 的浓度，让研究人员清楚知道细胞内的 “能量原料” 变化情况。

下面，让我们一起走进研究人员的发现之旅，看看他们具体都有哪些惊人的发现。

高分辨率绘制幽门螺杆菌诱导的断裂基因组图谱

研究人员先拿 AGS 胃癌细胞 “开刀”，让它们感染幽门螺杆菌（ATCC 43504，CagPAI 阳性菌株）24 小时。之后，他们通过免疫染色检测修复因子 γH2AX 和彗星试验，证实幽门螺杆菌确实能引发 DNA 断裂。

接着，研究人员利用 END - seq 技术，对感染细胞进行全基因组范围的 DSB（双链 DNA 断裂）定位。这一测，发现了大约 1700 个反复出现的断裂位点，研究人员给它们取名为 “幽门螺杆菌诱导断裂位点（HPBS）” 。这些 HPBS 就像一个个隐藏在基因组里的 “危险信号”，它们有着独特的分布特点。总体来说，HPBS 呈现出活跃染色质的特征，主要集中在基因体和启动子区域，在基因丰富的区域也有分布，而且在基因间区域的 HPBS 还富含重复 DNA 元件。

进一步研究发现，HPBS 还能分成两种类型。一种是基因位点，这类位点横跨整个基因体，还延伸到侧翼区域；另一种主要位于基因间区域，而且非常集中。

为了探究含有 DSB 的基因有什么特点，研究人员对比了感染和未感染幽门螺杆菌细胞中所有基因的断裂水平，发现了 419 个在感染细胞中 DSB 水平显著更高的基因，也就是 “HPBS 基因”。这些 HPBS 基因很特别，和未断裂基因相比，它们转录水平高，基因长度还特别短。而且，通过支持向量机分类发现，根据转录水平和基因大小，就能有效预测 HPBS 基因。

再看看基因间的 HPBS，它们的信号呈现出两个来自相反链的尖锐峰，并且在 TA 重复序列处高度富集。研究人员还发现，感染后发生断裂的 TA 重复序列，往往长度更长、纯度更高，利用重复序列的大小和纯度，通过支持向量机也能有效预测 TA 重复序列感染后的断裂可能性。

HPBS 断裂与 DNA 复制相关

以前的研究，对于幽门螺杆菌介导的损伤和复制压力之间的关系说法不一，有的认为有关，有的则发现感染后存在与复制无关的 DNA 损伤。由于重复 DNA 元件和转录区域在复制压力条件下，都是复制叉停滞和 DNA 断裂的热点区域，所以研究人员想看看复制在 HPBS 形成过程中到底有没有 “插手”。

研究人员找来了小鼠前 B 细胞系 vAbl，这个细胞系有个特点，用激酶抑制剂 STI - 571 处理后，能在 G1 期高效停滞长达 72 小时，而且还不会诱导复制压力。研究人员先把 vAbl 细胞用 STI - 571 处理 48 小时，等细胞大多停滞了，再让它们感染幽门螺杆菌 24 小时，然后和未用 STI - 571 处理就感染幽门螺杆菌的 “分裂细胞” 进行对比。

结果发现，分裂的 vAbl 细胞的断裂模式和 AGS 胃癌细胞很像，都在基因位点和基因丰富区域富集。vAbl 细胞的基因 HPBS 也偏好短且转录水平高的基因，不过这两种细胞系的基因 HPBS 重叠度很低，这可能是因为它们的转录组存在差异。

关键的是，当细胞周期停滞时，基因 HPBS 明显减少，这就说明 DNA 复制是 HPBS 发生断裂的必要条件。

那 HPBS 基因为什么容易断裂呢？研究人员猜测可能和 R 环形成有关。他们对比了 vAbl 细胞的断裂模式和已发表的小鼠 B 细胞 DRIP - seq 数据，发现 HPBS 基因确实有高水平的 R 环。而且，和其他高转录水平的基因相比，HPBS 基因的 R 环水平更高，长度更短。把基因按照断裂水平分成 5 个分位数后发现，HPBS 基因的 DSB 水平能预测它们的 R 环水平。这一系列结果表明，HPBS 的断裂是在复制过程中形成的，而且基因 HPBS 富含 R 环。

dNTP 耗竭是幽门螺杆菌介导的 DNA 损伤的关键来源

复制压力的一个主要原因就是 dNTP 短缺，研究人员发现，用羟基脲（HU）处理细胞，抑制核糖核苷酸还原酶（RNR）亚基 RRM2，导致 dNTP 耗竭时，细胞的 DSB 分布和幽门螺杆菌感染细胞很相似。这就让研究人员怀疑，幽门螺杆菌诱导的 DNA 断裂是不是也和 dNTP 耗竭有关呢？

研究人员用液相色谱 - 质谱（LC - MS）测定法测量了感染和未感染幽门螺杆菌的 AGS 细胞中的细胞 dNTP 浓度，结果令人惊讶，感染幽门螺杆菌的细胞 dNTP 水平大幅下降。同时，他们还发现幽门螺杆菌感染会导致 RRM2 表达在转录和蛋白质水平都下调，对感染和未感染幽门螺杆菌个体的胃黏膜活检进行免疫组化染色也证实了这一点。

有人可能会说，RRM2 水平下降是不是因为细胞周期停滞呢？但细胞周期分析显示，感染细胞进入 S 期的频率和未感染细胞一样，所以可以确定，幽门螺杆菌介导的 RRM2 下调可不是细胞周期停滞的 “锅”。

为了看看 dNTP 耗竭对幽门螺杆菌基因毒性的影响程度，研究人员给感染细胞补充了外部 dNTP，部分恢复了细胞的 dNTP 池。神奇的是，dNTP 水平恢复后，感染细胞的 DNA 断裂水平显著下降，几乎和未感染细胞一样。这就有力地证明了 dNTP 耗竭在幽门螺杆菌介导的 DNA 损伤中起着关键作用。

幽门螺杆菌介导的 dNTP 耗竭与 CagA 无关

之前的研究表明，幽门螺杆菌诱导 DNA 断裂有 CagA 依赖和非依赖两种机制。研究人员想知道，幽门螺杆菌导致的 dNTP 耗竭以及由此产生的 DNA 损伤，需不需要 CagA “参与” 呢？

他们对比了感染 CagPAI 阳性（“CagA (+)”；ATCC 43504）和 CagPAI 阴性（“CagA (-)”；ATCC51932）幽门螺杆菌菌株的细胞。结果发现，和未感染细胞相比，感染这两种菌株的细胞 DNA 损伤水平都升高了，不过感染 CagA (-) 菌株的细胞 DNA 断裂程度明显低于感染 CagA (+) 菌株的细胞。但有趣的是，这两种菌株导致的 dNTP 耗竭水平以及 RRM2 下调程度却差不多。而且，感染实验室大肠杆菌菌株并不会导致 dNTP 耗竭，这就说明 dNTP 耗竭虽然和 CagA 无关，但却是幽门螺杆菌感染的一个特征。

幽门螺杆菌引起的 DNA 断裂在胃癌染色体畸变中显现

幽门螺杆菌感染会增加患胃癌的风险，可它的基因毒性对这种风险的贡献到底有多大，一直不清楚。

研究人员分析了 100 名胃癌患者的结构变异，胃癌一般分为肠型和弥漫型，慢性幽门螺杆菌感染和肠型胃癌关系比较密切。研究人员从 100 名患者中找出 57 名肠型胃癌患者，另外 43 名是弥漫 / 混合型胃癌患者，还找了非胃癌患者（急性淋巴细胞白血病、前列腺癌和皮肤癌患者）的遗传数据作为对照。

他们以缺失断点为中心，在 500kb 的窗口内量化累积断裂信号，结果发现，感染细胞的 END - seq 信号在肠型胃癌数据的断点附近有显著富集，在其他数据集中却没有。这就说明肠型胃癌患者的缺失呈现出 HPBS 特征。

以前的研究发现，幽门螺杆菌感染会导致多个基因差异表达，包括一些癌症相关基因。研究人员推测这些差异表达基因可以分成两类，一类是细菌对细胞过程的可逆干扰导致的，另一类是由长期的染色体变化引起的，后者可能在癌症转化中发挥作用。

为了验证这个推测，研究人员分析了一组之前确定的胃癌驱动基因。基于 END - seq 数据，他们发现幽门螺杆菌感染后，这些基因中有 13 个断裂增加。而且，感染导致的差异表达和肿瘤与正常组织之间的转录变化，在这 13 个基因上有显著相关性，未断裂的基因则没有这种相关性。这就表明幽门螺杆菌介导的断裂通过促使胃癌驱动基因的拷贝数变异和转录变化，启动了胃癌的发生。

综合这些研究结果，幽门螺杆菌感染就像一场在细胞基因层面的 “风暴”。它通过不依赖 CagA 的机制导致 dNTP 耗竭，引起复制相关的 DNA 断裂，这些断裂发生在特定的位点（HPBS），包括重复 DNA 元件和容易形成 R 环的短基因体上。而且，这些断裂和胃癌患者的染色体畸变有关，还和胃癌驱动基因的转录变化相关，为幽门螺杆菌感染促进胃癌发展提供了潜在的机制。

在讨论部分，研究人员还提到，他们利用高分辨率映射技术详细描绘了幽门螺杆菌诱导的 “断裂基因组”，这和之前的研究相比，能更精确地识别断裂位点，推断断裂机制。他们提出的幽门螺杆菌基因毒性模型中，dNTP 耗竭起着关键作用，而且这种机制不依赖 CagA，和之前报道的其他机制不同。虽然目前还不清楚幽门螺杆菌感染导致 dNTP 耗竭的具体宿主和细菌因素，但研究人员提出了一些有趣的假设，比如可能和 Rb/E2F1 通路以及 HIF1α 有关，这为后续研究指明了方向。

另外，感染细胞在 dNTP 耗竭的情况下还能继续循环，可能和 CagA 依赖的 p53 下调有关，这会导致细胞带着大量 DNA 断裂继续增殖，促进癌症发展。而且，幽门螺杆菌感染不仅影响胃上皮细胞，还能感染多种其他细胞，在不同细胞中的基因毒性效应有相似之处，这暗示了不同幽门螺杆菌介导的癌症在病因上可能存在共性。

总的来说，这项研究为我们理解幽门螺杆菌的基因毒性以及它和胃癌发生的关系提供了全新的视角和重要依据，就像为研究胃癌防治打开了一扇新的大门，期待未来能基于这些发现取得更多突破，让人们在对抗胃癌的道路上迈出更坚实的步伐。