伤寒带菌与胆囊癌形成

高诗会, 赵英伟

苏州大学基础医学与生物科学学院， 苏州 215123

伤寒是由伤寒沙门菌引起的以发热为主的全身系统性传染病，主要以持续性高热起病，可出现相对缓脉、脾大等临床特征。人群对伤寒沙门菌普遍易感，伤寒沙门菌到达胆囊能诱导局部感染(如胆囊炎)或以无临床症状的慢性带菌状态存在于胆囊中。约5%伤寒患者发展为慢性伤寒带菌者。研究表明，慢性伤寒带菌者发展为胆囊癌的危险性是及时治疗的急性伤寒患者的8.47倍[1]。胆囊癌是一种相对罕见的癌症，但在某些国家和地区发病率很高[2]。因此，探究伤寒带菌状态与胆囊癌之间的关系尤为重要。本文就伤寒带菌状态与生物膜和胆结石的形成及发展为胆囊癌的相关性研究进行综述。

1 伤寒沙门菌与伤寒

伤寒沙门菌为胞内寄生菌，细菌随巨噬细胞入血，并随血流进入肝、脾、肾、胆囊等器官在其中繁殖。大部分患者经抗生素治疗后可痊愈，但1%～5%伤寒患者在症状消失1年后仍可在其粪便中检出相应的伤寒沙门菌。

1.1 伤寒流行情况

据报道，全球每年有2 100万例伤寒病例，其中死亡20万例。该病在世界各地均有发生，以热带、亚热带地区多见。伤寒仍是影响健康的主要公共卫生问题之一，在发展中国家以水源和食物污染为主引发流行，而在发达国家则以国际旅游感染为主。流行病学调查显示，拉丁美洲由于卫生设备的改善，其发病率有所下降；在欧洲，1995～2004年伤寒和副伤寒发病率较高的意大利在公共卫生措施改善后发病率也有所降低；但在撒哈拉沙漠以南的非洲大陆，由于卫生设备差、生活水平低，伤寒仍暴发流行；在亚洲，印度、巴基斯坦等国的发病率很高，中国、印度尼西亚、越南的发病率次之[3-5]。

1.2 致病物质

伤寒沙门菌的主要致病物质包括IVB型菌毛(type IVB pili)、核心多糖、荚膜多糖(Vi抗原)和沙门菌致病岛。伤寒沙门菌IVB型菌毛与细菌侵袭性密切相关，其侵袭性和细胞毒性具有种属特异性，即对人单核细胞有致病性，而对鼠巨噬细胞没有致病性，且仅在细菌生长的稳定期合成。IVB型菌毛的存在使细菌更容易黏附在宿主细胞表面，是细菌侵袭宿主、感染宿主的第1步。

菌体O抗原多糖的存在和适宜的链长能使伤寒沙门菌抵抗血清补体的杀伤作用，从而增强其侵袭力。Vi抗原与毒力有关，所以也称毒力抗原。它位于革兰阴性杆菌O抗原外侧，起抗巨噬细胞吞噬和血清补体杀菌的作用，也用于伤寒沙门菌带菌状态的检测。Vi抗原在伤寒沙门菌感染宿主过程中表达，在其发病机制中起重要促进作用[6]。

沙门菌致病岛也称沙门菌毒力岛，目前已发现10个，分别命名为SPI-1～ SPI-10。与伤寒沙门菌感染密切相关的是SPI-1、 SPI-2 和SPI-7。其中SPI-1编码的Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion system，TTSS)与伤寒沙门菌对肠上皮细胞的侵袭力有关。SPI-2编码的Ⅲ型分泌系统促进细菌在巨噬细胞中存活和繁殖，与系统性感染有关。SPI-7能编码TviA蛋白，它是Vi抗原表达的调控蛋白，也能介导抑制鞭毛的表达，使伤寒沙门菌逃避宿主的免疫监视[6]。

1.3 疾病特点

伤寒沙门菌能引起菌血症，细菌随血流进入肝、脾、肾、胆囊等器官，严重者有出血或肠穿孔等并发症。在5%～10%未经治疗患者中，可出现复发。1%～5%伤寒患者在症状消失1年后仍可在其粪便中检出伤寒沙门菌，转变为无症状(健康)带菌者。这些细菌主要留在胆囊中，有时也可出现在尿道中，成为人类伤寒病原菌的重要传染源。年龄和性别与无症状带菌关系密切。慢性伤寒带菌状态不仅是胆囊癌也是其他癌症发生的危险因素[7]。

伤寒沙门菌在感染过程中，会改变其在宿主中的寄居部位，如肝、脾和胆囊。有研究指出，伤寒沙门菌Ⅲ型分泌受动蛋白AvrA在体内引起肠炎和慢性感染的重要性。在伤寒沙门菌感染初期，宿主的肝和脾重量有所增加。AvrA的表达能增强伤寒沙门菌的侵袭力，而慢性伤寒感染能诱导肝脓肿的发生[8]。有些细菌在侵袭宿主时能在宿主体内形成免疫适应，如结核分枝杆菌。但伤寒沙门菌侵入宿主后能在宿主体内伪装，形成免疫逃避，从而生存下来[6]；伤寒沙门菌还可能侵袭适应性免疫系统[9]。这些可能与AvrA的表达有关。

2 肿瘤的形成

胆囊癌是一种罕见的癌症。近十几年来，在世界范围内其发病率有所增加。据报道，健康人群中胆囊息肉的流行情况在丹麦、日本、中国台湾地区分别是4.3%、5.9%、6.9%。胆囊息肉包括2种病理类型：肿瘤和假瘤。2007年，日本有16 841人死于胆管癌[10,11]。女性胆囊癌和胆结石的发病率是男性的2倍多[12]。据报道，女性胆囊癌发病率最高的地区是印度德里，其次是巴基斯坦卡拉奇和厄瓜多尔基多，发病率分别为21.5/10万、13.8/10万和 12.9/10万[13]。Safaeian等在上海市进行调查，采集患者和健康者血液，其中新诊断出胆管癌627例，胆管结石1 037例，健康者959人。结果显示，伤寒沙门菌阳性率只有0.26%，表明在上海地区未发现伤寒沙门菌感染与胆管癌之间有联系[14]。

2.1 伤寒带菌状态与生物膜和胆结石的形成

细菌生物膜(bacterial biofilm)是指细菌黏附于所接触的细胞表面，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包绕而形成大量细菌聚集的膜样物。它是细菌为适应自然环境以利于生存的一种生命现象，由微生物及其分泌物积聚而形成。伤寒沙门菌进入人体后，在胆结石表面形成生物膜，该过程中PhoP-PhoQ、鞭毛丝状体(flagellar filament)、RpoS起重要作用，未成熟的脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)不影响胆结石表面生物膜的形成[15]。PhoP-PhoQ是一双元件调节系统，其作用涉及胆汁耐受；RpoS是一整体调节因子。有研究表明，芳香族氨基酸的有无对细菌生物膜形成起重要作用[16]，它们对抗生素和宿主免疫系统具有很强的抵抗力。细菌生物膜的形态既有多样性又具有独特性，这不是细菌本身造成的，而是细菌所处的不同外在环境引起的，从而导致严重的临床问题，带来治疗困难，还会引起许多慢性和难治性感染疾病反复发作。

Dutta等通过逐步Logistic回归分析表明，在胆囊癌和胆结石患者中，慢性伤寒带菌状态是最危险的因素；而且，混合成分的胆结石患者比单一胆固醇成分的胆结石患者患胆囊癌的概率要高[7]。人类伤寒带菌的主要部位是胆汁丰富的胆囊，细菌利用胆汁来增强抵抗机制，使其存活。胆汁能提高胆固醇表面生物膜的形成，这是增强伤寒沙门菌定植和持续存在的因素[2]。胆汁含有多种成分，包括胆汁酸、胆固醇、磷脂和胆红素，在胃肠道中表现出强大的抗微生物作用。然而，伤寒沙门菌能抵抗其表面类似于表面活性剂的物质，表明在急性和慢性感染中，胆汁与伤寒沙门菌的相互抵抗作用起关键作用[2]。

细菌本身可能作为胆结石形成的孵化室或改变胆汁的成分或损害胆囊壁[17]。体外人类胆结石试验发现，胆汁促进伤寒沙门菌生物膜的形成，奠定了胆汁在胆囊癌研究中的重要作用。Crawford等在对人和鼠某些器官的研究中发现，胆结石表面生物膜的形成有助于患者形成伤寒带菌状态[2]，且有利于沙门菌在宿主胆囊中持续存在[18]，菌体O抗原荚膜在胆结石表面生物膜形成过程中起关键作用。O抗原基因受胆汁诱导，O抗原荚膜在胆结石表面生物膜的形成中是必需的。agfD基因是伤寒沙门菌生物膜形成的重要调节子，能控制O抗原荚膜的生物合成。伤寒沙门菌缺乏O抗原荚膜就不能在胆固醇表面形成生物膜。伤寒沙门菌Vi抗原对胆结石表面生物膜的形成无作用[2]。已经证实，胆结石患者发展成伤寒带菌状态的危险性很高，但机制不明确。

抗生素治疗对患胆结石的伤寒沙门菌带菌者无效。研究表明，I型菌毛在激发微生物细胞膜形成和细胞与细胞相互作用过程中起介导黏附的作用，其过表达对胆固醇表面生物膜的形成不利[19]。鞭毛能介导细菌结合于胆固醇，不介导生物膜后期的生长过程，但在生物膜的早期形成阶段中发挥重要作用，尤其是鞭毛中的亚单位结构Flic在细菌结合至胆固醇中起关键作用[19]。胞外多糖(exopolysaccharide, EPS)在胆汁诱导伤寒沙门菌形成生物膜过程中也起一定作用[2]，明确其成分将更好描述无临床症状带菌状态的特征，也能阐明慢性病例中生物膜的形成机制。

2.2 伤寒带菌状态与胆囊癌的关系

胆囊癌是恶性胆管癌中最常见的一种，由于发现晚、无有效治疗方案，其患病率与病死率都很高[17]。目前，胆囊癌的危险因素有慢性感染、慢性胆囊炎、肥胖、激素、环境暴露的特殊变异、遗传倾向和伤寒带菌状态[17]；而且，慢性伤寒带菌状态与胆囊癌和胆结石有紧密关系[7]。科学家们推测细菌引发癌症的可能机制：一是细菌持续感染引发的慢性炎症可能导致癌症形成；二是细菌慢性感染产生的细菌毒素和次级代谢产物可能诱导癌症发生。细菌毒素能杀死细胞或修饰细胞的程序，即控制DNA损伤、增殖、凋亡和分化。因此，胆囊癌的发病机制已成为研究热点。

尽管伤寒带菌状态与胆囊癌的关系已被广泛研究，但尚未完全证实。Kumar等对伤寒和胆囊癌高发地区进行了病例-对照研究，在胆囊疾病病例和健康对照人群中检测伤寒带菌状况，利用间接血细胞凝集试验(indirect hemagglutination test, IHA)处理抗体，并以高纯度的伤寒沙门菌Vi抗原与抗体相结合为对照。结果在29.4%胆囊癌患者中检测到相当高的Vi抗原效价，健康对照者为5%，胆结石患者为10.7%[7]，显示胆囊癌患者中伤寒沙门菌的检出率较高。另外，Nath等对52例胆囊癌患者、223例胆囊疾病早期患者、508名健康对照者和424例死亡病例进行了研究。为了检出伤寒沙门菌，对标本进行DNA提取，用特殊的套式聚合酶链反应(polymerase chain reaction, PCR)扩增伤寒沙门菌的鞭毛基因。用IHA方法从患者血清中检测出抗Vi抗原的抗体，其中67.3%(35/52)胆囊癌患者的伤寒沙门菌鞭毛基因PCR扩增阳性，明显高于早期胆囊疾病患者(95/223，42.6%)和死亡病例(35/424，8.2%)[20]。利用特殊套式PCR扩增伤寒沙门菌鞭毛基因法比检测血清中抗Vi抗原的抗体浓度要敏感得多。以高灵敏度的PCR对大量胆囊癌患者的组织样品进行确切研究，为伤寒沙门菌的存在提供了直接的证据；但也有一些研究者对用血清学方法检测胆囊中存在伤寒沙门菌的灵敏度和特异度产生怀疑[1]。如果伤寒沙门菌与胆囊癌的这种关系存在，那么对伤寒带菌者的诊断、发现和治疗可能对减少伤寒患者发展成胆囊癌有重要作用。目前认为胆囊癌的产生有2种途径：其一，患有胆结石并随之产生的胆囊炎引起胆囊癌，这是主要途径，女性发病率要比男性高得多；其二，先天性胆管畸形引起胆囊癌，在日本、韩国，甚至中国某些地区发病率很高，女性和男性的发病率差不多。这与胆结石和胆囊炎病史是胆囊癌的主导危险因素，而在患胆囊癌的韩国和日本人中可能是例外相吻合[13]。

伤寒沙门菌感染人类，使其成为慢性带菌者的概率较大。研究表明，慢性伤寒带菌状态发展成为胆囊癌的概率也较大，这给治疗带来难题。尽管Gonzalez-Escobedo等研究表明，胆囊中存在伤寒沙门菌，胆囊可能是其储存场所[21]；但研究者在对慢性带菌者的胆囊进行伤寒沙门菌的分离和培养时发现，伤寒沙门菌数量通常很少[20]，而且对慢性带菌患者进行胆囊切除并不能根除其带菌状态。这使得研究者推测，伤寒沙门菌持续存在的主要器官并不是胆囊，而可能是肝脏，在慢性感染过程中，肝脏不断向胆囊排入伤寒沙门菌[22]。

3 结语

伤寒沙门菌感染易使人类成为慢性伤寒带菌者，这种伤寒带菌状态与生物膜的形成和胆结石之间的关系密不可分，伤寒带菌者甚至会发展成胆囊癌患者。目前对于伤寒带菌是否一定会发展成胆囊癌尚不明确。因此，进一步搞清伤寒沙门菌引起胆囊癌的机制，确定慢性带菌状态与胆囊癌之间的具体关系，可对伤寒感染者尤其是慢性伤寒带菌者进行及时诊断、治疗，有利于早期预防胆囊癌的发生。对胆结石患者应尽快排石，甚至切除胆囊，这将为胆囊癌的预防、临床诊断与治疗带来新方案。

[1] Tewari M, Mishra RR, Shukla HS. Salmonella typhi and gallbladder cancer:report from an endemic region [J]. Hepatobiliary Pancreat Dis Int, 2010, 9(5): 524-530.

[2] Crawford RW, Gibson DL, Kay WW, Gunn JS. Identification of a bile-induced exopolysaccharide required for Salmonella biofilm formation on gallstone surfaces [J]. Infect Immun, 2008, 76(11): 5341-5349.

[3] Crump JA, Mintz ED. Global trends in typhoid and paratyphoid fever [J]. Clin Infect Dis, 2010, 50: 241-246.

[4] Rizzo C, Santantonio M, Coscia MF, Monno R, Vito DD, Rizzo G. Typhoid fever in Italy, 2000-2006 [J]. J Infect Dev Ctries, 2008, 2(6): 466-468.

[5] Kanungo S, Dutta S, Sur D. Epidemiology of typhoid and paratyphoid fever in India [J]. J Infect Dev Ctries, 2008, 2(6): 454-460.

[6] Tischler AD, McKinney JD. Contrasting persistence strategies in Salmonella and Mycobacterium [J] .Curr Opin Microbiol, 2010, 13(1): 93-99.

[7] Kumar S, Kumar S, Kumar S. Infection as a risk factor for gallbladder cancer [J]. J Surg Oncol, 2006, 93(8): 633-639.

[8] Lu R, Wu S, Liu X, Xia Y, Zhang YG, Sun J. Chronic effects of a Salmonella type III secretion effector protein AvrA in vivo [J]. PLoS One, 2010, 5(5): e10505.

[9] Akcelik M, Akkoc N. Molecular mechanisms of Salmonella pathogenicity [J]. Turkiye Klinikleri Tip Bilimleri Dergisi, 2010, 30(1): 312-322.

[10] Inui K, Yoshino J, Miyoshi H. Diagnosis of gallbladder tumors [J]. Intern Med, 2011, 50(11):1133-1136.

[11] Kohya N, Kitahara K, Miyazaki K. Rational therapeutic strategy for T2 gallbladder carcinoma based on tumor spread [J]. World J Gastroenterol, 2010, 16(28): 3567-3572.

[12] Andreotti G, Hou L, Gao YT, Brinton LA, Rashid A, Chen J, Shen MC, Wang BS, Han TQ, Zhang BH , Sakoda LC, Fraumeni JF Jr, Hsing AW. Reproductive factors and risks of biliary tract cancers and stones: a population-based study in Shanghai, China [J]. Br J Cancer, 2010, 102(7): 1185-1189.

[13] Randi G, Franceschi S , Vecchia CL. Gallbladder cancer worldwide: Geographical distribution and risk factors [J]. Int J Cancer, 2006, 118(7): 1591-1602.

[14] Safaeian M, Gao YT, Sakoda LC, Quraishi SM, Rashid A, Wang BS, Chen J, Pruckler J, Mintz E, Hsing AW. Chronic typhoid infection and the risk of biliary tract cancer and stones in Shanghai, China [J]. Infect Agents Cancer, 2011, 6: 6.

[15] Prouty AM, Gunn JS. Comparative analysis of Salmonella enterica serovar Typhimurium biofilm formation on gallstones and on glass [J]. Infect Immun, 2003, 71(12): 7154-7158.

[16] Hamilton S, Bongaerts RJM, Mulholland F, Cochrane B, Porter J, Lucchini S, Lappin-Scott HM, Hinton JCD. The transcriptional programme of Salmonella enterica serovar Typhimurium reveals a key role for tryptophan metabolism in biofilms [J]. BMC Genomics, 2009, 10: 599.

[17] Nath G, Singh YK, Kumar K,Gulati AK, Shukla VK,Khanna AK,Tripathi SK,Jain AK,Kumar M,Singh TB. Association of carcinoma of the gallbladder with typhoid carriage in a typhoid endemic area using nested PCR [J]. J Infect Dev Ctries, 2008, 2(4): 302-307.

[18] Crawford RW, Rosales-Reyes R, Ramírez-Aguilar M, Chapa-Azuela O, Alpuche-Aranda C, Gunn JS. Gallstones play a significant role in Salmonella spp.gallbladder colonization and carriage [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2010, 107(9): 4353-4358.

[19] Crawford RW, Reeve KE, Gunn JS. Flagellated but not hyperfimbriated Salmonella enterica serovar Typhimurium attaches to and forms biofilms on cholesterol-coated surfaces [J]. J Bacteriol, 2010, 192(12): 2981-2990.

[20] Nath G, Gulati AK, Shukla VK. Role of bacteria in carcinogenesis, with special reference to carcinoma of the gallbladder [J]. World J Gastroenterol, 2010, 16(43): 5395-5404.

[21] Gonzalez-Escobedo G, Marshall JM, Gunn JS. Chronic and acute infection of the gall bladder by Salmonella typhi: understanding the carrier state [J]. Nat Rev Microbiol, 2011, 9(1): 9-14.

[22] Nath G, Singh YK, Maurya P, Gulati AK, Srivastava RC, Tripathi SK. Does Salmonella typhi primarily reside in the liver of chronic typhoid carriers [J]? J Infect Dev Ctries, 2010, 4(4): 259-261.