HELICOBACTER PYLORI INDUCERER DESTABILISERINGER I

HUMANE CELLER MED MAVEKRÆFT TIL FØLGE

4. SEMESTER, FORÅR 2010

HÜSÜN KIZILKAYA CHRISTINA SØS NIELSEN HENRIK NYBO NIELSEN

VEJLEDER: GUSTAW KERSZMAN

13.2 – NATURVIDENSKABELIG BASISSTUDIUM

ROSKILDE UNIVERSITET

HELICOBACTER PYLORI INDUCES DESTABILIZATION IN HUMAN CELLS WITH

GASTRIC CANCER AS RESULT

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 1 af 19 –

Resumé

Helicobacter pylori er i de sidste årtier blevet set som værende en af de vigtigste årsager til

dannelse af mavesår og mavekræft hos mennesker, der er inficeret af bakterien. I dette review

undersøger vi, hvordan H. pylori inducerer dannelse af mavekræft, ved at skabe destabilise-

ringer i DNA repair mekanismer og i mitokondrier. Baseret på vores litteraturstudie kan vi

konkludere, at H. pylori påvirker adskillige gastriske epitelcellers mekanismer, såsom DNA

mismatch repair og DNA base excision repair, der er ansvarlig for at rette DNA skader som

mismatch, methylering, oxidering, deaminering, depurinering og hydroxylering. Ved at ned-

regulere disse repair mekanismer, kan det medføre en akkumulation af mutationer i både

nDNA og mtDNA. Yderligere har det vist sig at ROS niveauet i mitokondrierne, under H. py-

lori infektion stiger kraftigt, da både immunforsvaret forsøger at eradikere bakterien ved dan-

nelse af ROS, og bakterien også selv danner disse frie radikaler. Som resultat heraf ses en for-

øget mutationsrate i DNA, og ubalance i celleproliferations- og apoptoseraten. H. pylori forår-

sager altså både en reduktion af cellernes repair mekanismer, og samtidig en direkte og indi-

rekte dannelse af frie radikaler, som i flere studier sættes i sammenhæng med udvikling af

mavekræft.

Abstract

Helicobacter pylori has been seen in the past decades as one of the prime causes of the forma-

tion of gastric ulcers and gastric cancer in humans infected by the bacteria. In this review we

study how H. pylori induces the formation of gastric cancer by causing destabilizations in

DNA repair mechanisms and in the mitochondria. Based on our literature study we can con-

clude that H. pylori affects several of the gastric epithelial cell's mechanisms, such as DNA

mismatch repair and DNA base excision repair, which are responsible for correcting DNA

damage, including mismatch, methylation, oxidation, deamination, depurination and hydrox-

ylation. By inhibiting these repair mechanisms, an accumulation of mutations in both mtDNA

and nDNA can follow. Additionally it has been shown that the ROS level in the mitochondria,

during an H. pylori infection, increases significantly as the immune system attempts to eradi-

cate the bacteria through the formation of ROS, and the bacteria itself form these free radicals.

As the result hereof, an increased mutation rate in the DNA is observed, as well as imbalances

in cell proliferation- and apoptosis rates. H. pylori therefore causes a reduction of the cell's

repair mechanisms and a direct and indirect formation of free radicals, which in multiple stu-

dies are connected with the formation of gastric cancer.

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 2 af 19 –

Indholdsfortegnelse

Resumé ......................................................................................................................................................... 1

Abstract ........................................................................................................................................................ 1

Indførelse i emne og metode ........................................................................................................................ 3

Problemformulering ..................................................................................................................................... 3

Målgruppe..................................................................................................................................................... 3

REVIEW....................................................................................................................................................... 4

RESUMÉ ...................................................................................................................................................... 4

INDLEDNING ............................................................................................................................................. 4

HELICOBACTER PYLORI GENERELT ..................................................................................................... 4

H. pylori infektion .................................................................................................................................... 4

VacA ..................................................................................................................................................... 5

CagA ..................................................................................................................................................... 5

Immunforsvarets reaktion på H. pylori infektion ..................................................................................... 5

Fra infektion til mavekræft ....................................................................................................................... 6

Behandling ................................................................................................................................................ 8

DESTABILISERINGER I DNA REPAIR MEKANISMERNE INDUCERET AF H. PYLORI ................. 9

Destabiliseringer i DNA mismatch repair ................................................................................................ 9

Destabiliseringer i DNA base excision repair ........................................................................................ 11

DESTABILISERINGER I MITKONDRIERNE INDUCERET AF H. PYLORI ...................................... 13

Mutationer forårsaget af ROS ved H. pylori infektion ........................................................................... 13

H. pylori’s effekt på apoptosemekanismerne ......................................................................................... 14

OPSAMLING ............................................................................................................................................. 15

KONKLUSION .......................................................................................................................................... 16

LITTERATURLISTE ................................................................................................................................. 17

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 3 af 19 –

Indførelse i emne og metode Over halvdelen af verdens befolkning anslås at være inficerede med H. pylori. Denne bakterie

anses som en vigtig faktor i udviklingen af mavesår og mavekræft. Gennem et litteraturstudie

ønsker vi at belyse hvordan H. pylori inducerer dannelsen af mavekræft, ved at skabe destabi-

liseringer i DNA repair mekanismer og i mitokondrier.

Vi har valgt at udforme vores 4. semesters projekt som et review.

Problemformulering

Hvordan inducerer H. pylori destabiliseringer i DNA repair mekanismer og mitokondrier,

med mavekræft til følge?

Målgruppe

Målgruppen for dette projekt er læsere af tidsskrifterne BioEssays og Biological Reviews.

Projektet kunne være interessant for læger, gymnasiebiologilærere og universitetsstuderende

med interesse for emnet H. pylori.

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 4 af 19 –

REVIEW

RESUMÉ Helicobacter pylori er i de sidste årtier blevet set som værende en af de vigtigste årsager til dannelse af ma-

vesår og mavekræft hos mennesker, der er inficeret af bakterien. I dette review undersøger vi, hvordan H.

pylori inducerer dannelse af mavekræft, ved at skabe destabiliseringer i DNA repair mekanismer og i mito-

kondrier. Baseret på vores litteraturstudie kan vi konkludere, at H. pylori påvirker adskillige gastriske epi-

telcellers mekanismer, såsom DNA mismatch repair og DNA base excision repair, der er ansvarlig for at

rette DNA skader som mismatch, methylering, oxidering, deaminering, depurinering og hydroxylering.

Ved at nedregulere disse repair mekanismer, kan det medføre en akkumulation af mutationer i både nDNA

og mtDNA. Yderligere har det vist sig at ROS niveauet i mitokondrierne, under H. pylori infektion stiger

kraftigt, da både immunforsvaret forsøger at eradikere bakterien ved dannelse af ROS, og bakterien også

selv danner disse frie radikaler. Som resultat heraf ses en forøget mutationsrate i DNA, og ubalance i cel-

leproliferations- og apoptoseraten. H. pylori forårsager altså både en reduktion af cellernes repair mekanis-

mer, og samtidig en direkte og indirekte dannelse af frie radikaler, som i flere studier sættes i sammenhæng

med udvikling af mavekræft.

Af Hüsün Kizilkaya, Christina Søs Nielsen & Henrik Nybo Nielsen

___________________________________________________________________________________

INDLEDNING

Det anslås at 60 % af verdensbefolkning er in-

ficeret med Helicobacter pylori (H. pylori), og

bakterien er klassificeret af WHO som værende

første klasses carcinogen [Review, Suerbaum &

Michetti, 2002]. H. pylori infektioner fore-

kommer hyppigst i udviklingslandene, hvor

over 80 % af alle voksne er inficerede, dette tal

ligger i industrilandene på 20-50 %. I Danmark

regner man med at omkring 20 % er smittede

med bakterien [SSI, 2011]. H. pylori bliver

normalt optaget oralt i den tidlige barndom.

Bakterieoverførsel fra person til person sker

primært gennem kontakt med spyt, opkast og

fæces i de industrielle lande, og med vand, som

en ekstra mulig smittekilde i udviklingslandene

[Review, Suerbaum & Michetti, 2002]. I alle H.

pylori inficerede individer forårsager bakterien

kronisk gastritis med varierende alvorlighed.

Omkring 10-15 % af de inficerede, udvikler

mavesår, og 1-2 % udvikler MALT-lymfom el-

ler mavekræft. Af alle mavekræft tilfælde er

mere end 80 % forårsaget af H. pylori [Review,

Fernández & Cid, 2010] [Stoicov et al, 2005].

HELICOBACTER PYLORI GENERELT

H. pylori er en gramnegativ bakterie, som lever

bag slimhinderne i mavesækken og tolvfinger-

tarmen hos mennesker. H. pylori er spiralfor-

met og har 2-6 flageller på 3µm, som er fast-

hæftede bakteriens ene pol. Bakteriens form

gør den i stand til at penetrere slimhinderne i

mavesækken, og flagellerne giver den stor mo-

bilitet, så den kan bevæge sig rundt i slimhin-

derne og finde et sted at kolonisere [Review,

Suerbaum & Michetti, 2002] [Spohn & Scarla-

to, 2001].

H. pylori er tilpasset til at kunne overleve i ma-

vesækkens sure miljø, hvor pH er 1-2. Bakteri-

en er i stand til at producere enzymet urease,

som hydrolyserer urinstof (urea) (NH2)2CO, i

mavesækken. Når urinstoffet hydrolyseres,

splittes molekylet, og omdannes til ammoniak

og carbondioxid. De dannede ammoniakmole-

kyler neutraliserer mavesyren omkring bakteri-

en, så den kan overleve i mavesækken [Review,

Suerbaum & Michetti, 2002]. Enzymaktiviteten

reguleres af proteinet UreI, som danner en urea-

specifik pore i cytoplasmamembranen, som åb-

nes ved lav pH og lukkes ved høj pH. H. pylori

kan overleve i et miljø ved pH mellem 4,0 og

8,5, og den kan reproducere sig ved en pH mel-

lem 6,0 og 8,0. Bakteriens urease-produktion

og mobilitet er to essentielle faktorer for dens

overlevelse og kolonisering i mavesækken

[Weeks et al, 2000].

H. pylori infektion

Når H. pylori har fundet vej ned i mavesækken,

binder den sig til mavesækkens epitelceller ved

hjælp af en række ydermembranproteiner på

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 5 af 19 –

bakteriecelleoverfladen, hvorefter den kan ko-

lonisere. Kolonisationsdensiteten i maveslim-

hinden er estimeret op til 108 bakterie/mL [Re-

view, Amieva & El-Omar, 2008]. H. pylori’s

succesfulde kolonisering af mavesækken, me-

nes at skyldes flere sygdomsfremkaldende ge-

ner, som spiller en vigtig rolle for H. pylori’s

patogenitet. De vigtigste gener er vacA og ca-

gA. H. pylori stammer kan opdeles i to over-

ordnede typer; type I og type II. Type I stam-

mer har evnen til at producere VacA og CagA

produkter, mens type II stammer mangler den-

ne evne. Type I stammer betragtes som haven-

de stor patogenitet og værende skyld i udvik-

ling af mavesygdomme [Yamazaki et al, 2005].

VacA

vacA (vacuolating cytotoxin gene A) koder for

proteinet VacA. De fleste stammer af H. pylori

udtrykker vacA, men deres cytotoksitet kan va-

riere alt efter deres genetiske diversitet [Re-

view, Amieva & El-Omar, 2008]. Proteinet Va-

cA kan binde sig til værtscellernes membraner,

og danne en kanal som tillader anioner at passe-

re membranen. Dette forsyner formentlig bakte-

rien med næringsstoffer. VacA kan også binde

sig til mitokondriernes membran og forårsage

en udskillelse af cytokrom c, som derefter for-

årsager at værtscellen undergår apoptose [Gal-

miche et al, 2000]. VacA er ikke essentiel for

bakteriens kolonisering, men vigtig i forhold til

bakteriens fitness. I et forsøg med H. pylori

muterede stammer, der ikke var i stand til at

danne VacA, viste det sig at de muterede

stammer blev udkonkurreret af vildtype stam-

mer [Salama et al, 2001].

CagA

cagA (cytotoxin associated gene A) koder for

det immunogene protein CagA. Genet er place-

ret i den ene ende af en 40-kb DNA-insertion,

kaldet cagPAI (cag pathogenicity island) [Re-

view, Machado et al, 2010]. En metaanalyse fra

2003, viste at H. pylori stammer indeholdende

genet cagA var forbundet med markant øget ri-

siko for udvikling af atrofisk gastritis og mave-

kræft [Huang et al, 2003]. H. pylori afgiver Ca-

gA til epitelceller via type IV-sekretion, som er

en intercellulær overførelse af makromolekyler,

hvorefter der sker en fosforylering af CagA i

værtscellen. Dette resulter i høj mobilitet og en

forlængelse af værtscellen, en såkaldt ’kolibri’

fænotype [Argent et al, 2008]. CagA kan inter-

agere med flere forskellige proteiner i værtscel-

len, der medfører forstyrrelser af signalvejene i

cellen. Dette øger yderligere ekspression af

proinflammatoriske cytokiner, aktin-cytoskelet

omrokeringer, ændring i cellepolaritet og øget

cellevækst [Review, Machado et al, 2010].

I et studie af Argent et al fra 2008 undersøgte

man CagA og VacA’s vekselvirkning med hin-

anden, ved at udsætte AGS (Human Adenocar-

cinoma) celler for co-kulturer med vildtype

stammer, og mutanter indeholdende cagA og

cagE gener eller vacA gener. Man så at kolobri-

længden af AGS cellerne var væsentligt reduce-

rede i de co-kulturer, hvor H. pylori mutanter

indeholdte vacA genet, i forhold til co-kulturer

inkuberede med H. pylori mutanter ikke-

indeholdende vacA. Ligeledes så man at antal-

let af vakulerede AGS celler var væsentligt re-

ducerede i de co-kulturer hvor H. pylori mutan-

ter indeholdte cagA og cagE generne, i forhold

til co-kulturer inkuberede med H. pylori mutan-

ter ikke-indeholdende cagA og cagE. Man kun-

ne ud fra eksperimentet konkludere at VacA og

CagA kan nedregulere hinandens virkning på

epitelceller, hvilket tillader H. pylori at inter-

agere med cellerne, og samtidig undgå over-

dreven cellulærskade [Argent et al, 2008].

Immunforsvarets reaktion på H. pylori in-fektion H. pylori er tilpasset det gastriske miljø og til at

undgå immunforsvaret. For at kolonisere mave-

sækken i en længere periode, er H. pylori nødt

til at overkomme den pågældende immunre-

spons. Værtsorganismens reaktion på en H. py-

lori infektion er en konstant inflammatorisk ef-

fekt i det pågældende område. Forskellige im-

munceller samles i området, såsom neutrofiler,

T- og B- lymfocyter, plasmaceller og makrofa-

ger. Dog er ingen af disse celler i stand til at

fjerne infektionen, da H. pylori benytter for-

skellige immunmodulerende effekter, for at

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 6 af 19 –

undgå eradikation. Da immunforsvaret ikke er i

stand til at udrydde bakterien, forbliver området

konstant inflammeret, en såkaldt kronisk in-

flammation. Som resultat heraf kan det medføre

nekrose og fibrose, samt dannelsen af ROS

(reactive oxygen species), som beskadiger

mange slags molekyler i cellen, inklusiv DNA

(ROS forklares nærmere på side 13) [Review,

Suerbaum & Michetti, 2002].

Som nævnt på side 4, kan H. pylori producere

urease, og kan på den måde overleve i mave-

sækkens ellers sure miljø. Urease produktio-

nens hovedformål menes at være en beskyttelse

af bakterien imod det sure miljø, men man har

også set at enzymet udløser en kraftig immun-

respons, som forårsager inflammation og cellu-

lærskade [Review, Amieva & El-Omar, 2008].

En anden faktor H. pylori har udviklet til at

kunne overleve i mavesækkens slimhinder, der

indeholder antistoffer og antimikrobielle fakto-

rer, såsom lactoferrin og lysozymer, er slimop-

løsende molekyler, så bakterien kan komme

gennem denne barriere og binde sig til mave-

sækkens epitelceller [Wang et al, 2001]. Som

tidligere nævnt er H. pylori en spiralformet

bakterier, men flere studier har vist at bakterien

undergår en morfologisk forandring efter kolo-

nisering, hvor dens form ændres fra spiral til

coccoid. I et studie fra 2006 af Chaput et al,

undersøgte man H. pylori’s peptidoglycan

struktur under den morfologiske forandring.

Man så at H. pylori bakterier med coccoid

form, i forhold til spiral form, forårsagede langt

mindre immunrespons. Dette tyder altså på at

H. pylori kan ændre cellevægsopbygningen for

at undgå immunforsvarets reaktion på

infektionen [Chaput et al, 2006].

I et studie af Gewirtz et al fra 2004, undersøgte

man H. pylori’s afgivelse af flagellin i forhold

til andre gramnegative bakterier, og immunfor-

svarets reaktion på det afgivet flagellin. Man så

at H. pylori adskilte sig fra andre gramnegative

bakterier på to punkter; H. pylori udskilte min-

dre flagellin, og H. pylori’s flagellin var mindre

proinflammatorisk. Dette betyder at immunfor-

svarets TLR (Toll-like receptors), der er en

klasse af proteiner der genkender fremmede

mikrober, ikke genkender H. pylori ligeså ef-

fektivt som andre gramnegative bakterier, og

altså ikke aktiverer en så kraftig immunrespons

[Gewirtz et al, 2004]. Yderligere har man set at

begge H. pylori’s virulensfaktorer, VacA og

CagA, kan fremkalde både proinflammatorisk

og antiinflammatoriske effekter. I et studie fra

1998 af Bamford et al, undersøgte man den ga-

striske T-cellerespons ved både H. pylori’s til-

stedeværelse og fravær. Man kunne konkludere

at de gastriske T-celler ligner Th1 typen, og

dette kan måske forklare hvorfor de ikke kan

fremkalde immunitet overfor H. pylori [Bam-

ford et al, 1998].

Fra infektion til mavekræft

Man kan klassificere mavekræft i to histologi-

ske typer; den intestinale type og den diffuse

type. I den diffuse type for gastrisk adenocarci-

nom, ses en fortykkelse af mavevæggen

med svag differentierede mavekræftceller, som

ikke danner en sammenhængende masse. Da

tumorerne ikke danner synlige masselæsioner,

er det svært at diagnoser den diffuse type for

mavekræft [Komuro et al, 2009]. Den diffuse

type er mere prævalent hos unge kvinder og

blodgruppe A patienter. Sammenhængen mel-

lem den diffuse type og H. pylori infektion har

været diskuteret, og meget peger på at der fin-

des en sammenhæng [Shibata et al, 2001] [Re-

view, Nardone et al, 2004]. Den intestinale type

for mavekræft består af tubulære strukturer, der

efterligner tarmkirtlerne. Kræftcellerne kan væ-

re svag, middel eller veldifferencierede [Nar-

done et al, 2004]. Den intestinale type følger en

karakteristisk udvikling; først akut infektion i

mavesækken, så kronisk infektion, atrofisk til-

stand, intestinal metaplasi, dysplasi og til sidst

mavekræft [Review, Machado et al, 2010]. Den

diffuse type for mavekræft udvikler sig under

det kroniske inflammationsstadie, uden at gen-

nemgå de mellemliggende trin af atrofisk ga-

stritis og intestinal metaplasi.

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 7 af 19 –

Figur 1 - Infektionsudviklingen af H. pylori [Review, Suerbaum & Michetti, 2002].

H. pylori infektion kan udvikle sig på forskellige måder. I langt de fleste tilfælde udvikles infektionen til en asymptomatisk til-

stand. Infektionen kan også udvikle sig til sår i tolvfingertarmen, mavesår, og sjældent til MALT lymfom og mavekræft. Midt i

billedet og videre ned til højre hjørne ses den intestinale udvikling af mavekræft. Mavesyreproduktionsniveauet er varierende

afhængigt af infektionsstadiet.

Begge kræftformer har vist associationer med

H. pylori. Dog afhænger den diffuse form for

mavekræft af inflammationsgraden og karakte-

ristikken af værten [Review, Nardone et al,

2004].

Når H. pylori koloniserer mavesækken, vil der

først ske en akut infektion, der vil medføre hy-

poklorhydri, et fald i mavesyreproduktionen.

Dette skyldes at den akutte infektion svækker

parietalcellerne, som står for syreudskillelse.

Den akutte infektion bliver gradvis til en kro-

nisk infektion, og mavesyreproduktionen vil

igen stige til et normalt niveau. Den kroniske

infektion kan udvikle sig på tre forskellige må-

der, se figur 1; enten kan mavesyreproduktio-

nen igen stige, og en antral-prædominant gastri-

tis tilstand vil udvikle sig, dette kan medføre

sår i tolvfingertarmen. Den anden mulighed er

en ikke-atrofisk pangastritisk tilstand, hvor ma-

vesyreproduktionen forblive normal, og denne

tilstand vil medføre en asymptomatisk infekti-

on. 80-90 % af alle kroniske H. pylori infektio-

ner er symptomfrie [Review, Suerbaum & Mi-

chetti, 2002]. Sjældent kan ikke-atrofisk pan-

gastritisk tilstand medføre MALT-lymfom, som

er en form for kræft i lymfeknudernes celler.

Den tredje mulighed er udvikling af en corpus-

prædominant atrofisk gastritis tilstand, her fal-

der mavesyreproduktionen, denne tilstand ud-

vikler sig for det meste til mavesår. Mavesyre-

produktionen kan også falde yderligere, og den

corpus-prædominant atrofisk gastritis tilstand

kan videreudvikle sig til intestinal metaplasi,

som er en tilstand hvor slimhindecellerne i ma-

vesækken ændrer sig, så de kommer til at ligne

tarmceller. Herefter kan der ske en yderligere

udvikling så der opstår en tilstand af dysplasi,

som er en unormal celleforandrings- og præ-

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 8 af 19 –

cancerøs tilstand. En videre udvikling herefter

medfører mavekræft [Review, Machado et al,

2010].

Behandling

Som nævnt tidligere kan kroppens immunfor-

svar oftest ikke eradikere H. pylori, dette skyl-

des flere faktorer. En af de væsentligste grunde

er at bakterien befinder sig bag slimhinderne i

mavesækken – og af samme grund kan det også

være svært at behandle infektionen med antibi-

otika. Det skyldes at antibiotika inaktiveres ved

mavens lave pH, og antibiotikas begrænsede

penetration i de områder bakterien befinder sig.

Eradikation af H. pylori infektioner kræver en

blanding af flere antibiotika og protonpumpe-

hæmmende (PPI) præparater. Behandling med

antibiotika alene, ved H. pylori infektion, er ik-

ke særlig effektiv, men sammen med PPI præ-

parater, der hæver mavens pH, virker antibioti-

ka mere effektivt. De mest almindelige antibio-

tika til behandling af H. pylori er nitroimidazo-

ler, makrolider, penicilliner, quinoloner og te-

tracykliner [Review, Alimoradi et al, 2010].

Den mest almindelige behandling af en H. py-

lori infektion er en trestofbehandling, hvor der

behandles med to antibiotika og et PPI præpa-

rat. Især en kombination af et PPI præparat og

clarithromycin og amoxicillin har vist sig væ-

rende særlig effektive overfor eradikation af H.

pylori. Der behandles oftest med en blanding af

disse præparater, da det giver den største chan-

ce udryddelse af bakterien, og samtidig en min-

dre chance for at resistente bakterier overlever.

Dog er antibiotikaresistens et stadig stigende

problem. Der er stor forskel på resistensniveau-

et hos H. pylori i de vestliglande i forhold til

udviklingslandene, f.eks. er 35 % af alle H. py-

lori stammerne, i de vestliglande, resistente

overfor metronidazol (fra gruppen nitroimida-

zoler), hvorimod resistensniveauet i udviklings-

landene for samme antibiotikum ligger på 100

% [Review, Alimoradi et al, 2010].

Resistensmekanismerne hos H. pylori er for-

skellige fra andre bakterier. Resistensgenerne

hos andre bakterier er oftest placeret på plasmi-

derne, transposoner og integroner. Hos H. pylo-

ri opstår resistensmekanismerne oftest som

punktmutationer på bakteriens kromosom. H.

pylori’s resistens overfor makrolider skyldes

f.eks. punktmutationer på 23S ribosomal RNA

gener, og resistens over for metronidazol skyl-

des primært mutationer i nitroreductase gener,

der forstyrrer den intracellulære aktivering af

nitroimidazol [Mégraud et al, 2001].

De hyppigste behandlingssvigt skyldes resi-

stensudvikling hos H. pylori. Et vigtigt redskab

til at minimere spredningen af antibiotikaresi-

stens er en forståelse af resistensmekanismerne.

Grundende den stigende resistensudvikling hos

H. pylori, forskes der i alternative behandlings-

former, f.eks. prøver man at udvikle profylakti-

ske og terapeutiske vacciner [Review, Alimo-

radi et al, 2010].

Et andet relevant emne er, hvorvidt eradikation

af H. pylori kan formindske risikoen for udvik-

ling af mavekræft. Der er lavet flere studier in-

denfor dette område, men et entydigt svar er

ikke fundet. En af årsagerne til dette kan være,

at forskningen i sig selv kan være meget om-

fangsrig, pga. antallet af frivillige den kræver,

og den langsomme udvikling af mavekræft, der

kan tage flere årtier. Dog indikerer de studier

der er lavet, at en af de væsentligste faktorer er,

hvilket infektionsstadie man befinder sig på.

Der er konsensus blandt flere studier, at en era-

dikation af bakterien i atrofisk gastritis stadie,

kan formindske risikoen for at udvikle af ma-

vekræft væsentlig. Hvorimod det er uklart,

hvorvidt en eradikation af H. pylori vil for-

mindske denne risiko i de senere stadier af in-

fektionen. Da infektionen kan have forårsaget

præcancerøse læsioner, der kan videreudvikle

sig til mavekræft. Som nævnt tidligere lider 80-

90 % af asymptomatisk H. pylori infektionen,

hvilket er endnu en udfordring i eradikation af

bakterien i et tidligt stadie. Selvom en eradika-

tion, ikke fuldstændig vil fjerne risikoen for at

udvikle mavekræft, kan en eradikationsterapi

overvejes i høj-risiko populationer, for at for-

mindske forekomsten af mavekræfttilfælde

[Review, Nardone et al, 2004] [Review, Kabir,

2009].

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 9 af 19 –

DESTABILISERINGER I DNA REPAIR MEKA-

NISMERNE INDUCERET AF H. PYLORI Der er lavet mange eksperimenter, med formå-

let at undersøge H. pylori infektions-inducerede

mutationer i det humane genom, og i mange af

disse eksperimenter har man set en association

mellem H. pylori og gastrisk carcinogenesis

[Machado et al, 2009]. Identificering af de ge-

ner der kan føre til en præcancerøs tilstand, er

en stor udfordring i alle kræfttilfælde. Et af de

gener man har fundet muteret under gastrisk at-

rofi og metaplasi forårsaget af H. pylori, var

p53, et tumor-supressor-gen [Review, Hishida

et al, 2010]. I 60 % af alle mavekræft tilfælde

ses der mutationer i p53 genet, hvilket er en af

grundene til bakteriens rolle i udvikling af ma-

vekræft [Review, Takaishi & Wang, 2007].

Selvom disse associationer mellem H. pylori

infektion og mavekræft er observeret, er meka-

nismerne bag hvordan H. pylori forøger risiko-

en for udvikling af mavekræft ikke velforstået

[Park et al, 2005]. Dog antyder mange ekspe-

rimenter, at en svækkelse af vigtige DNA repair

mekanismer i maveepitelet, forårsaget af H. py-

lori infektion, som en af grundene til H. pylori

induceret mavekræft [Park et al, 2005]. I denne

sammenhæng er der specielt tale om to vigtige

repair mekanismer: mismatch repair (MMR) og

base excision repair (BER). Det er almindeligt,

at der sker læsioner i genomet gennem hele li-

vet, men det er mindre end 1 ud af 1000 af dem

der bliver til permanente ændringer. Grunden

til, kun få læsioner udvikles til mutationer skyl-

des MMR og BER, samt andre repair meka-

nismer, der er ansvarlig for at rette bestemte

slags DNA skader, hvilket vil blive uddybet i

de kommende afsnit.

MMR og BER har brug for flere proteiners og

enzymers tilstedeværelse for at fungere opti-

malt, disse proteiner har vist at blive nedregule-

ret under H. pylori infektion. Svækkelsen af

MMR og BER resulterer i en akkumulation af

mutationer og genetisk destabilisering i epitelet

[Bartchewsky et al, 2008].

Destabiliseringer i DNA mismatch repair

DNA MMR mekanismen er ansvarlig for at ret-

te base-base mismatches, og korte insertioner

og deletioner, der er opstået under replikations-

eller rekombinationsprocessen [Park et al,

2005] [Li, 2003]. MMR systemet hos menne-

sker består af mindst seks gener, der koder for

proteiner med samme navn som generne:

hMLH1, hMSH2, hMSH3, hMSH6, hPMS2 og

hPMS1. Bogstavet h foran gennavnene, er en

betegnelse for at disse gener tilhører humane

gener [Mirzaee et al, 2008] [Jiricny, 1998].

Herunder koder hMSH2 og hMSH6 for protein-

komplekset hMutSα, som binder sig til base-

base mismatches og mindre insertion-deletion

loops. Et andet vigtigt proteinkompleks

hMutSβ, der kodes af generne hMSH2 og

hMSH3, er ansvarlig for at rette større inser-

tion-deletion loops. Når et af disse proteinkom-

plekser register et mismatch, rekrutteres prote-

inkomplekserne hMutLα og hMutLβ, som hen-

holdsvis kodes af generne hMLH1 og hPMS2

for hMutLα, og hMLH1 og hPMS1 for hMutLβ

[Review, Machado et al, 2010]. Begge protein-

komplekser, hMutLα og hMutLβ signaler ned-

strøms MMR komponenter, hvilket vil sige at

de fungerer som en form for molekylær

matchmaker, der sørger for at bringe de nød-

vendige komponenter sammen. Herefter bort-

skæres DNA’et indeholdende mismatchet, og

en gensyntetisering af den nysyntetiserede

DNA streng [Review, Machado et al, 2010]

[Räschle, 2000]. På figur 2, på næste side, ses

en illustration af DNA MMR’s funktion. Man-

ge studier har vist at proteinerne hMLH1 og

hMSH2 er de to væsentligste proteiner i MMR,

og ved deres fravær har de andre MMR protei-

ner vist sig at være ustabile. Mutationer i disse

to vigtige proteiners gener udgør omkring 90 %

af alle rapporterede MMR genmutationer. Mu-

tationer i genomet kodende for proteiner

hPMS2 og hMSH6 udgør de resterende MMR

genmutationer [Mirzaee et al, 2008].

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 10 af 19 –

Figur 2 – Skematisk illustration over hvordan det

humane MMR foregår [Gastrointestinal pathology,

2011].

Flere studier har vist, at der sker et fald i

mængden af proteinerne, hMLH1, hPMS1,

hPMS2, hMSH2 og hMSH6 i H. pylori-

inficerede patienters maveceller [Review, Ma-

chado et al, 2010]. Kim et al studerede i 2002

H. pylori’s effekt på ekspressionen af DNA

MMR proteiner og deres mRNA i gastriske epi-

telceller in vitro, ved at danne co-kulturer af

mavekræft cellelinjer med H. pylori, bakterie-

ekstrakter og C. jejuni eller E. coli, der blev

brugt som kontrol. Herefter bestemte de mæng-

den af MMR proteiner og deres mRNA, efter 4,

12, 24 og 48 timer. De kunne ud fra deres for-

søg konkludere, at mængden af alle DNA

MMR proteiner i høj grad var svækket hos H.

pylori eksponerede celler efter 48 timer. Der

var ingen bemærkelsesværdig svækkelse af an-

tallet af proteinerne efter 4 timer. Yderligere

bemærkes der i deres studie, at H. pylori med

stor sandsynlighed kun påvirker de væsentligste

DNA MMR proteiner, hMLH1 og hMSH2, og

muligvis er faldet i ekspressionen af MMR pro-

teiner en konsekvens af hMLH1 og hMSH2’s

fravær [Kim et al, 2002]. Som nævnt tidligere i

afsnittet, har det vist sig, at andre MMR protei-

ner bliver ustabile ved hMLH1 og hMSH2’s

fravær. Årsagen til deres ustabilitet kan eventu-

elt forklares med, at når der er en mangel af

hMLH1 proteinet, falder mængden af protei-

nerne hPMS2 og hPMS1, da disse proteiner en-

keltvis er ustabile, men ved at danne hMutL

komplekser stabiliseres de. Samme grund gæl-

der også for manglen af proteinet hMSH2, og

proteinerne hMSH6 og hMSH3, da de danner

hMutS proteinkomplekser sammen med

hMSH2 [Kim et al, 2002].

Manglen af proteinet hMLH1, resulterer også i

MSI (microsatellite instability) [Kim et al,

2002]. DNA’et i alle celler indeholder sekven-

ser, kaldet mikrosatellitter, der er simple genta-

gende DNA sekvenser. De mest almindelige

mikrosatellitter i mennesker er gentagelser af

basesekvenserne CA. Når der opstår svækkelse

i MMR generne, og specielt hMLH1, har disse

mikrosatellitter vist sig at have ændringer i de-

res længder, hvilket kaldes MSI [Ling et al,

2010] [Mirzaee et al, 2008]. MSI ses i 31-40 %

af alle mavekræfttilfælde [Ling et al, 2010].

Aktiv H. pylori infektion har vist sig at være

hyppigere tilstede hos individer med MSI-

positiv mavekræft end hos patienter med MSI-

negativ mavekræft. Der er også blevet rapporte-

ret, at man ikke kun observerede MSI i intesti-

nal metaplasi hos patienter med mavekræft,

men også i intestinal metaplasi af patienter

uden mavekræft. Hvilket kan betyde at en for-

øgende ustabilitet af mikrosatellitter kan bidra-

ge til dannelse af mavekræft [Kim et al, 2002]

[Ling et al, 2010]. Alle disse faktorer øger

sandsynligheden for, at H. pylori infektion for-

årsager kræftdannelse ved at nedregulere eks-

pressionen af proteiner, der er afgørende for

den optimale funktion af MMR mekanismen

[Kim et al, 2002] [Mirzaee et al, 2008].

For at undersøge af H. pylori infektionens ef-

fekt på ekspressionen af DNA MMR proteiner-

ne in vivo, har Park et al i 2005 studeret eks-

pressionen af hMLH1 og hMSH2 i patienter

med kronisk H. pylori infektion før og efter

eradikation. De opsamlede gastriskvæv fra pa-

tienter med H. pylori gastritis og mavesår, både

før og efter eradikation af infektionen. MMR

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 11 af 19 –

protein ekspressionen blev bestemt ved immu-

nohistokemisk farvning. Procenten af epitelcel-

lekerne og intensiteten af farvningen blev der-

efter sammenlignet, før og efter eradikation.

Deres resultater understøttede de tidligere in

vitro forsøg, da der skete et fald i ekspressionen

af både hMLH1 og hMSH2 i patienter før era-

dikation, og som forventet skete en forøgelse af

mængden af begge proteiner hos patienterne ef-

ter H. pylori eradikation [Park et al, 2005]. Det-

te forsøg indikerer at H. pylori infektionens ef-

fekt på DNA MMR proteiners ekspression, er

delvis reversibel efter eradikation af infektio-

nen. Yderligere bemærkes der, at H. pylori alle-

rede påvirker DNA MMR under kronisk infek-

tionsstadie, hvilket kan forøge risikoen for mu-

tationer i det tidlige stadie af H. pylori infektio-

nen, der senere kan resultere i mavekræft [Park

et al, 2005].

I 2008 studerede Mirzaee et al ekspressionen af

DNA MMR proteiner i maveepitelcellerne i pa-

tienter med og uden H. pylori infektion, med en

metode lignende Park et al’s. Deres resultater

viste også at ekspressionen af vigtige MMR

proteiner var formindsket i H. pylori-positive

patienter i forhold til H. pylori-negative patien-

ter. Mirzaee et al studerede ligesom Park et al,

ekspressionen af disse proteiner hos patienter

med H. pylori infektion, og ikke mavekræft.

Dette viser endnu engang at H. pylori allerede

fra infektionsstadiet påvirker DNA MMR [Mir-

zaee et al, 2008].

Det seneste publicerede studie af H. pylori’s ef-

fekt på ekspressionen af DNA MMR ge-

ner/proteiner blev udført af Machado et al. Her

studerede de både effekten af H. pylori infekti-

on i AGS cellelinjer, i mus og i individer med

kronisk infektion. Deres resultater understøtte-

de de tidligere studier. Dog konkluderede de

yderligere, at svækkelsen af DNA MMR prote-

inernes ekspression var uafhængigt af H. pylo-

ri’s virulensfaktorer, som cagA og vacA [Ma-

chado et al, 2009]. Machado et al’s resultater

understøttede også Park et al og Mirzaee et al’s

observationer, hvor der foresloges, at svækkel-

sen af DNA MMR skete i det tidlige stadie af

H. pylori infektionen. De observerede at DNA

MMR proteinniveauet var forøget efter 12 må-

neder, i H. pylori inficerede mus, sammenlignet

med tre måneder efter infektionen. Denne for-

øgelse i proteinniveauet skete uden eradikation

af H. pylori infektion, og interessant nok kunne

forklaringen til dette ifølge Machado et al være

en eliminering af celler med høj DNA læsions-

niveau, og man kunne også formår at disse cel-

ler havde lavere fitness [Machado et al, 2009].

H. pylori forøger altså risikoen for udvikling af

mavekræft, ved at nedregulere ekspressionen af

proteiner, der er essentielle for MMR meka-

nismens funktion, og som resultat medføre en

akkumulation af mutationer.

Destabiliseringer i DNA base excision re-pair DNA base excision repair (BER) er en anden

vigtig repair mekanisme i celler. BER er an-

svarlig for at fjerne forskellige former for base-

skader som oxidation, methylering, deamine-

ring, depurination og hydroxylation [Review,

Machado et al, 2010].

For at DNA BER mekanismen kan forløbe

effektivt og korrekt, er enzymerne DNA glyko-

sylaser og AP endonucleaser tilstedeværelse

afgørende. DNA N-glykosylaser er enzymer,

der genkender bestemte former for baseskader,

som nævnt ovenover. De fungerer ved at

hydrolysere N-glykosidbindingen mellem den

skadede base og deoxyribose, der resulterer i

frigivelse af en base, og efterlader et apurinic

eller apyrmidinic (AP) site i DNA’et [Krokan

et al, 1997]. Disse AP sites er cytotoksiske og

mutagene, og er derfor nødt til at blive

viderebehandlet af AP endonucleaser. En af

disse AP endonuclaser er APE1, der fungerer

ved at skære DNA strengen indeholdende AP

sitet. Derefter fyldes det enkelte nukleotid gap

ud, og DNA ligase forsegler det resterende nick

[Krokan et al, 1997] [Review, Machado et al,

2010]. Se figur 3, på næste side, for oversigt

over short patch DNA BER.

Flere studier af H. pylori infektioner har vist, at

H. pylori svækker ekspressionen af vigtige

DNA BER enzymer, som bl.a. APE1.

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 12 af 19 –

Som nævnt tidligere forårsager kronisk H. py-

lori infektion, produktion af cytokiner og ROS.

En forøgelse af ROS i cellerne mistænkes for at

spille en rolle i udviklingen af kræft, og herun-

der skabe kromosomalustabilitet og DNA mu-

tationer [Futagami et al, 2008]. Oxidative DNA

skader rettes af BER mekanismen, og det har

vist sig at ekspressionen af enzymet APE1, un-

der H. pylori infektion, både kan nedreguleres

og opreguleres [Machado et al, 2009] [Futaga-

mi et al, 2008].

Machado et al studerede BER gen ekspressio-

nen i H. pylori inficerede AGS celler. De ana-

lyserede ved western blots proteinniveauet af to

BER enzymer, APE1 og OGG1, OGG1 er et

DNA glykosylase. Deres resultater indikerede

en væsentlig formindskelse af ekspressionen af

APE1, men OGG1 viste ingen forandringer

[Machado et al, 2009].

Modsat Machado et al har Futagami et al rap-

porteret, at APE1 niveauet i H. pylori inficeret

gastriskvæv var væsentlig højere sammenlignet

med ikke-inficeret væv [Futagami et al, 2008].

Machado et al har dog bemærket at en forøgel-

se i APE1 niveauet, der observeres af Futagami

et al, i eksperimenter der anvender høj MOI

[(multiplicity of infection), som er antallet af

bakterier pr. humane celler], og kort infektions-

tid eller ved anvendelse af H. pylori proteineks-

trakter i stedet for levende bakterier [Machado

et al, 2009]. Interessant nok resulterer både

nedregulering og overekspressionen af APE1

destabiliseringer i DNA BER mekanismen.

Li et al studerede i 2009 gen polymorfismen af

forskellige BER proteinerne. De kunne konklu-

dere at forskellige alleler af disse proteingener

kunne forhøje risikoen for udvikling af mave-

kræft. Flere studier har opdaget associationer

mellem genetiske polymorfismer af BER gener

og reduceret DNA repair kapacitet, hvilket har

vist at forøge risikoen for at udvikle forskellige

former for kræft. Li et al’s studie af polymor-

fisme i H. pylori inducerede mavelæsioner er

dog den første af slagsen [Li et al, 2009].

En af årsagerne til H. pylori’s bidrag til mave-

kræftdannelsen skyldes altså destabiliseringer i

BER. Når H. pylori svækker aktiviteten af

BER, som er en af de vigtige faktorer ved ret-

telse af ROS inducerede DNA skader, leder det

automatisk til en forøgelse af oxidativ stress i

cellerne, der yderligere medfører cellulære ska-

der [Machado et al, 2009].

Figur 3 - skematisk illustration af hvordan en short patch

BER foregår. Baseskade (angivet som X) genkendes og

fjernes af specifikke DNA glykosylaser. Dette medfører

et AP site, der viderebehandles af AP endonucleaser, der

efterfølgende hydrolyserer fosfordiesterbindingen. Det

hydrolyserede fosfor backbone fjernes herefter af dRpa-

se. Til sidst fyldes den enkelte nukleotid gap, og det

resterende nick forsegles [Pinto et al, 2003].

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 13 af 19 –

DESTABILISERINGER I MITKONDRIERNE

INDUCERET AF H. PYLORI Det er gentagende gange blevet vist at mtDNA

mutationer er almindelige i mange typer af

kræftceller, inklusiv mavekræft. mtDNA er

særlig modtagelige for oxidative skader og mu-

tationer, på grund af det høje niveau af ROS,

der dannes i mitrokondrier, og de samtidige re-

lative ineffektive DNA repair mekanismer der

er til stede i mitrokondrier. Det er velkendt at

mutationsraten i mtDNA er 10-20 gange højere

end i nuklear DNA (nDNA) [Máximo et al,

2001]. H. pylori har vist sig at have to primære

effekter på mitokondrierne. Den ene er dannel-

sen af ROS i mitokondrierne, som kan forårsa-

ge skade på nDNA og mtDNA. Den anden ef-

fekt kan enten være en inhibition eller en for-

øgelse af cellens apoptose-mekanismer [Re-

view, Fernández & Cid, 2010].

Mutationer forårsaget af ROS ved H. pylori infektion ROS dannes naturligt i mitokondrierne, som et

biprodukt af elektrontransportkæden. Dette re-

sulterer i dannelsen af superoxid (O2-) og deref-

ter hydrogen peroxid (H2O2). Disse molekyler

er meget ustabile, og kan reagere med både

DNA, RNA og proteiner, og forårsage skade

derpå. Antioxidanter, såsom enzymerne super-

oxid dismutase og catalase, i mitokondrierne,

omdanner ROS til H2O og O2, og beskytter

derved imod skadelige læsioner. Immunforsva-

ret forsøger at udrydde en infektion ved at pro-

ducere ROS. Men i tilfældet med H. pylori kan

immunforsvaret ikke eradikere infektionen, og

derfor vil immuncellerne producere mere ROS

[Review, Handa et al, 2010]. Som resultat heraf

vil der opstå en tilstand hvor der produceres

mere ROS end der er antioxidanter, såkaldt

oxidativt stress. Udover det forhøjet ROS ni-

veau, som resultat af immuncellernes respons

på infektionen, har studier også vist at H. pylori

selv producerer superoxider, som forhøjer ni-

veauet af oxidativt stress yderligere [Nagata et

al, 1998]. H2O2 kan også reagere med metalio-

ner, såsom Fe2+

, og føre til dannelsen af de

endnu mere reaktive OH radikaler. Det er spe-

cielt disse radikaler, som menes at forårsage

størstedelen af ROS relaterede nDNA skader

[Review, Reuter et al, 2010].

Mange af de mtDNA mutationer der findes hos

kræftramte patienter er lokaliseret i D-loop re-

gionen, som er en ikke-kodende region, der

fungere som promoter for både den lette og

tunge mtDNA streng, og kontroller replikation

og transkription af mtDNA. D-loopet har vist

sig at være et ”hot spot” for punktmutationer i

humant kræft [Wu et al, 2005].

I et studie af Huang et al i fra 2011 undersøgte

man forholdet mellem ROS produktionen og

mtDNA mutationer i H. pylori inficerede celler.

I deres eksperiment stimulerede de AGS med

en ekstrakt af H. pylori indeholdende CagA+ og

VacA+ eller med H. pylori mutanter indehol-

dende cagA+ og vacA

–. De målte at ROS ni-

veauet i AGS celler, stimulerede af H. pylori

ekstrakt indeholdende cagA+ og vacA

+, var væ-

sentligt højere end de AGS celler der var stimu-

lerede med den muterede H. pylori ekstrakt.

Huang et al så også at mutationsraten i mtDNA

D-loop regionen i AGS cellerne, efter stimule-

ring af H. pylori ekstrakt indeholdende CagA+

og VacA+, var væsentligt højere end de AGS

celler der var stimulerede med den muterede H.

pylori ekstrakt. Der blev i eksperimentet identi-

ficeret i alt 616 mutationer i mtDNA D-loop

regionen, hvor 79 % var punktmutationer, 13 %

var insertioner og 8 % var deletioner. Eksperi-

mentet viste altså en sammenhæng mellem H.

pylori inducerede ROS og en forøget mutati-

onsrate i mtDNA [Huang et al, 2011].

Flere studier har vist at VacA er en vigtig viru-

lens faktor, ved H. pylori infektion, der medfø-

rer en stimulering af ROS produktionen [Kim

et al, 2007]. Dette bekræftes af Huang et al’s

eksperiment.

Som nævnt tidligere lavede Machado et al et

studie i 2009. Her observerede de bandt andet

en sammenhæng mellem H. pylori inficerede

AGS celler og en forhøjet mutationsrate i den

kodende del af mtDNA og i D-loopet [Macha-

do et al, 2009]. Dette stemmer ikke helt overens

med Huang et als’ eksperiment, der kun så tre

mutationer i Cytb genet i mtDNA’et og ellers

kun mutationer i D-loopet. Dette kan skyldes

deres forskellige måder at udføre eksperimen-

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 14 af 19 –

terne på. Machado et al anvendte levende H.

pylori celler til stimulation af AGS celler og

stimuleringen var optil fem dage. Huang et al

stimulerede AGS cellerne med H. pylori eks-

trakt i optil 24 timer [Huang et al, 2011].

Flere studier har altså vist en sammenhæng

mellem et forhøjet ROS niveau i mitokondrier

ved H. pylori infektion og et forhøjet mutati-

onsrate i mitokondrierne [Machado et al, 2009]

[Huang et al, 2011] [Lee et al, 2007]. Og yder-

ligere ses der i flere eksperimenter en sammen-

hæng mellem en forhøjet mutationsrate i mito-

kondrierne, forårsaget af ROS, og gastrisk car-

cionoma. I et studie fra 2001 af Máximo et al,

testede man ROS niveauet i 32 gastriske carci-

nomer og det tilstødende væv. Man så ændrin-

ger i mtDNA i 81 % af de gastriske carcinomer,

og mutationer var hovedsagligt identificeret i

D-loop regionen. Et lignende studie af Wu et al,

2005, understøttede Máximo et al’s resultater

[Wu et al, 2005] [Máximo et al, 2001].

H. pylori’s effekt på apoptosemekanismerne Både celleproliferation og apoptose er essenti-

elle processer for at bevare turnover balancen i

mavens slimhinder, og rateændringer i disse to

processer anses for at spille en vigtig rolle i ud-

viklingen af mavekræft [Review, Fernández &

Cid, 2010]. Undersøgelser af H. pylori’s rolle i

det overnævnte sammenhæng, har vist associa-

tioner mellem bakterien, og ændringer i gastri-

ske epitelcelle turnover [Ding et al, 2007].

Det er i dag velkendt at mitokondrierne spiller

en vigtig rolle i den tidlige intracellulære signa-

lering under apoptose processen, der fremkal-

des som en konsekvens af oxidativ stress, og

som nævnt tidligere forøger H. pylori infektio-

nen ROS niveauet i celler [Review, Ohta,

2003]. Mitokondrierne er den største intracellu-

lære kilde af frie radikaler, og netop et af de

mulige angrebsmål for oxidativ stress [Fernán-

dez et al, 2008].

Ding et al undersøgte i 2007 sammenhængen

mellem oxidativ stress og celledød i H. pylori

inficerede gastriske celler. For at undersøge

oxidativ stress relateret apoptose under H. pylo-

ri infektion, bestemte Ding et al DNA fragmen-

tation og kaspase aktiviteten i forskellige ga-

striske epitelcellelinjer, da de begge er vigtige

faktorer under apoptose processen. Ud fra deres

resultater observerede de at H. pylori stimule-

rede aktiveringen af kaspase 2, 3 og 8, hvilket

naturligvis førte til apoptose i de inficerede cel-

ler. For at være sikre på at apoptosen af cellerne

var ROS induceret, behandlede de efterfølgen-

de cellerne med antioxidanter, og observerede

et fald i apoptoseraten [Ding et al, 2007].

Når mitokondrierne er involveret i apoptose,

permeabiliseres og brydes mitokondriernes yd-

re membran. Som en konsekvens af dette ud-

skilles proapoptotiske proteiner i cytosolet, der

normalt kun har adgang til mitokondriernes in-

termembran. Dette fremkalder kataboliske re-

aktioner i cellen, der fører til cellens død [Ar-

noult, 2006]. Cytokrom c er et vigtigt eksempel

på et proapoptotisk protein, der udskilles ud i

cytosolet, for at aktivere kaspase 3 eller 9. Tid-

ligere studier har fundet association mellem H.

pylori induceret apoptose, og udskillelsen af

dette protein [Ashktorab et al, 2004].

Apoptose reguleres af proteiner fra Bcl-2 fami-

lien, der enten kan hæmme apoptosen (f.eks.

Bcl-2 og Bcl-XL) eller promovere apoptosen

(f.eks. Bax, Bcl-Xs og Bak). Disse proteiner er

ansvarlige for at regulere gennemtrængelighe-

den af mitokondriemembranen. Oncoproteinet

Bcl-2 er f.eks. ansvarlig for at stabilisere mito-

kondriemembranbarriere funktionen, hvorimod

tumorsuppressor proteinet Bax er ansvarlig for

at permabilisere mitokondriemembranen. For-

holdet hvorved disse proteiner bliver udtrykt,

bestemmer om cellen skal undergå apoptose

[Ashktorab et al, 2004]. Ashktorab et al under-

søgte i et studie fra 2004, hvorvidt translokation

af Bax og mitokondriel beskadigelse optrådte i

gastriske epitelceller eksponeret for H. pylori,

og resulterede i apoptose. De ønskede at under-

søge netop dette, for at prøve at forstå meka-

nismerne bag den eksakte rolle af mitokondrier

under H. pylori induceret celledød, som en

konsekvens af involveringen af Bcl-2 familie

proteiner, og udskillelsen af cytokrom c. Ekspe-

rimentet blev udført på forskellige cellelinjer in

vitro. Cellerne blev inkuberet med en cag posi-

tiv H. pylori stamme i op til 24 timer. Cyto-

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 15 af 19 –

plasmiske- og mitokondrielmembran fraktioner

blev analyseret ved en Western blot for Bax

translokation. Deres resultater indikerede, at H.

pylori inducerede Bax til at translokere til mi-

tokondrierne, hvilket resulterede i depolarisa-

tion af membranen og mitokondriel beskadigel-

se [Ashktorab et al, 2004].

De bemærkede dog at forårsagelsen af apopto-

se, ud fra de fleste tidligere forsøg, var cag-

uafhængig, og af den grund havde de heller ik-

ke taget hensyn til det [Ashktorab et al, 2004].

Man har til gengæld reporteret VacA-induceret

apoptose via mitokondrie afhængige mekanis-

mer [Review, Isomoto et al, 2010]. Man ved i

dag at VacA reducerer membran potentialet af

mitokondrier, og dette medfører en cytokrom c

udskillelse [Review, Isomoto et al, 2010].

Der er også fundet associationer mellem H. py-

lori infektion og en reduktion i apoptoseraten,

induceret af H. pylori [Stoicov et al, 2005]

[Shirin et al, 2000]. I et studie lavet af Bhatta-

charyya et al i 2009, undersøgte man effekten

af H. pylori infektion, og APE1 acetylation, på

gastriske epitelcelle og deres rolle i apoptose.

Som nævnt i tidligere, er APE1 et vigtigt en-

zym for BER mekanismen. Interessant nok re-

gulerer APE1 også den transkriptionale aktivi-

tet af p53. p53 kan mediere apoptose i celler, da

det virker som en transkriptional aktivator for

bax, og derved medfører cytokrom c udskillel-

se. Bhattacharyya et al undersøgte i sit studie,

samspillet mellem alle disse faktorer under H.

pylori infektion. Det har vist sig, at H. pylori

forøger den intracellulære Ca2+

indhold, og det-

te resulterer i en repression af gener der inde-

holder nCaRE (negative calcium response ele-

ments) i deres promoter. Ved høj koncentration

af Ca2+

bliver APE1 acetyleret, og dette forøger

APE1’s affinitet til nCaRE. Genet bax indehol-

der nCaRE, og dette medfører en høj affinitet af

den acetylerede APE1 til bax genet, hvilket re-

sulterer i en undertrykkelse af bax genets eks-

pression. Bhattacharyya et al konkluderede, at

H. pylori forhindrede p53 medieret apoptose i

gastriske epitelceller ved at forøge Ca2+

niveau-

et, og herefter medfører en acetylation af

APE1, og en repression af ekspression af bax

[Bhattacharyya et al, 2009]. Som det ses, har

APE1 en paradoksal rolle, da den både kan

fremme og hæmme apoptose. Dette giver også

en indsigt i, hvordan H. pylori’s komplicerede

interaktioner med gastriske epitelceller kan føre

til destabiliseringer i genomet, der kan forstær-

ke risikoen for at udvikle mavekræft.

Der er blevet lavet mange studier indenfor om-

rådet, og overordnet set der er fundet flere for-

skellige associationer mellem H. pylori’s effekt

på apoptose mekanismerne, og mitokondrielle

mekanismer. Det er vigtigt at bemærke, at de

studier vi har nævnt i dette afsnit er alle lavet in

vitro, og de fleste studier lavet i in vitro demon-

strerer en forøgelse af apoptoseraten i H. pylori

inficerede celler. Til gengæld har man observe-

ret både stigende, faldende og uændret apopto-

serater i studier lavet in vivo [Review, Macha-

do et al, 2010] [Review, Fernández & Cid,

2010]. Årsagen til dette kan skyldes mange for-

skellige komplicerede faktorer. En ubalance i

celleproliferation og apoptose, som en konse-

kvens af H. pylori infektion, kan altså medføre

en forøget risiko for udvikling af mavekræft.

OPSAMLING Der ses en tydelig sammenhæng mellem udvik-

lingen af mavekræft som en konsekvens af

længerevarende H. pylori infektion. Man ved

med sikkerhed, at H. pylori fremkalder inflam-

mation i det inficerede område, og som resultat

heraf øges produktionen af ROS, hvilket kan

medføre mutationer og DNA skader. Det sti-

gende ROS niveau er både en direkte og indi-

rekte konsekvens af infektionen. Man ved også

at H. pylori svækker MMR og BER mekanis-

mer, ved at deregulere ekspressionen af vigtige

proteiner. Der formodes, at en destabilisering af

MMR proteinet hMLH1, medfører MSI, hvilket

er resultat af mutationer. Selvom de molekylæ-

re mekanismer bag H. pylori’s deregulering af

MMR og BER proteiners ekspression, forbliver

uklart, formodes det at skyldes epigenetiske

modifikationer. Disse modifikationer kan være

en konsekvens af det øgede ROS niveau i cel-

lerne. Man ved at ROS produktionen stiger un-

der H. pylori infektion i mitokondrierne, hvilket

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 16 af 19 –

menes at fører til en øget mutationsrate i mito-

kondrier. Yderligere formodes den øgede ROS

produktion, og akkumulation af mutationer og-

så at skabe ustabilitet i celleproliferations- og

apoptoseraten. Der er dog stadig uklarhed om-

kring, hvorvidt H. pylori forårsager en svæk-

kelse af andre repair mekanismer udover MMR

og BER.

KONKLUSION H. pylori kan forhøje risikoen for udvikling af

mavekræft gennem en kaskade af direkte og in-

direkte faktorer. Ud fra vores litteraturstudie

kan vi konkludere, at H. pylori kan bidrage til

et tidlige trinvise udvikling af mavekræft, ved

at:

1. inducere mutationsprocesser i cellerne ved

nedregulering af DNA repair mekanismer

2. udsætte de gastriske celler for oxidativ stress

3. skabe ustabilitet i mavesækkens celleprolife-

rations- og apoptoserate

Hvad der bestemmer infektionens udviklings-

retning, er et centralt spørgsmål i problematik-

ken om H. pylori. Der er intet præcist svar på

spørgsmålet, men alt fra de komplekse interak-

tioner mellem bakteriens virulensfaktorer, vær-

tens genetiske anlæg, immunforsvarets respons

og miljømæssige omstændigheder, kunne tæn-

kes at spille en rolle i denne sammenhæng.

For at man i fremtiden kan udføre en målrettet

forebyggelse af mavekræft, forårsaget af H. py-

lori, kræver det en dybere forståelse af de bio-

kemiske, genetiske og epigenetiske forandrin-

ger, der ligger bag bakteriens forårsagelse af

mavekræft.

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 17 af 19 –

LITTERATURLISTE

Alimoradi J, Rassmussen L,

Andersen LP. (2010) ”Helico-

bacter pylori-resistens”.

Ugeskr Laeger 172:1516-21

Amieva MR, El-Omar M.

(2008) “Host-bacterial interac-

tions in Helicobacter pylori

infection”. Gastroenterology

134:306-23

Argent RH, Thomas RJ, Letley

DP, Rittig MG, Hardie KR,

Atherton JC. (2008) “Func-

tional association between the

Helicobacter pylori virulence

factors VacA and CagA”. J

Med Microbiol 57:145-50

Arnoult D. (2006) “Mitochon-

drial fragmentation in apopto-

sis”. Trends in Cell Biology

17:6-11

Ashktorab H, Frank S, Khaled

AR, Durum SK, Kifle B,

Smoot DT. (2004) “Bax trans-

location and mitochondrial

fragmentation induced by He-

licobacter pylori”. Gut

53:805-13

Bamford KB, Fan X, Crowe SE,

Leary JF, Gourley WK, Luth-

ra GK, Brooks EG, Graham

DY, Reyes VE, Ernst PB.

(1998) “Lymphocytes in the

human gastric mucosa during

Helicobacter pylori have a T

helper cell 1 phenotype”. Gas-

troenterology 114:482-92

Bartchewsky Jr. W, Martini

MR, Squassoni AC, Alvarez

MC, Ladeira MSP, Salvatore

DMF, Trevisan MA, Pedraz-

zoli Jr. J, Ribeiro ML. (2008)

“Influence of Helicobacter py-

lori infection on the expres-

sion of MLH1 and MGMT in

patients with chronic gastritis

and gastric cancer”. Eur J Clin

Microbiol Infect Dis 28:591-7

Bhattacharyya A, Chattopad-

hyay R, Burnette BR, Cross

JV, Mitra S, Ernst PB, Bhakat

KK, Crowe SE. (2009) “Ace-

tylation of apuri ic / apyrimi-

dinic endonuclease-1 regulates

Helicobacter pylori-mediated

gastric epithelial cell apopto-

sis”. Gastroenterology

136:2258-69

Chaput C, Ecobichon C, Cayet

N, Girardin S E, Werts C, Gu-

adagnini S, Prévost M-C,

Mengin-Lecreulx D, Labigne

A, Boneca I G. (2006) “Role

of AmiA in the Morphological

Transition of Helicobacter py-

lori and in Immune Escape”.

PLoS Pathog 2:0844-52

Ding SZ, Minoharra Y, Fan XJ,

Wang J, Reyes VE, Patel J,

Kramer BD, Boldogh I, Ernst

PB, Crowe SE. (2007) “Heli-

cobacter pylori infection in-

duces oxidative stress and

programmed cell death in hu-

man gastric epithelial cells”.

Infect. Immun. 75:4030-9

Fernández MC, Cid TP. (2010)

”H. pylori and mitochondrial

changes in epithelial cells.

The role of oxidative stress”.

Rev. Esp. Enferm. Dig. (Ma-

drid) 102:41-50

Fernández MC, Martínez SB,

Cid TP. (2008) “Oxidative

stress by Helicobacter pylori

causes apoptosis through mi-

tochondrial pathway in gastric

epithelial cells”. Apoptosis

13:1267-80

Futagami S, Hiratsuka T, Shin-

do T, Horie A, Hamamoto T,

Suzuki K, Kusunoki M,

Miyake K, Gudis K, Crowe

SE, Tsukui T, Sakamoto C.

(2008) “Expression of apurin-

ic/apyrimidinic endonuclease-

1 (APE-1) in H. pylori-

associated gastritis, gastric

adenoma, and gastric cancer”.

Blackwell Publishing Ltd. He-

licobacter 13:209-18

Galmiche A, Rassow J, Doye A,

Cagnol S, Chambard JC, Con-

tamin S, Thrillot V, Just I,

Ricci V, Solcia E, Obberghen

EV, Boquet P. (2000) “The N-

terminal 34 kDa fragment of

Helicobacter pylori vacuolat-

ing cytotoxin targets mito-

chondria and induces cytoch-

rome c release”. EMBO J

19:6361-70.

Gastrointestinal pathology,

(2011)

http://altair.chonnam.ac.kr/~s

wjuhng/pathology/gi/intestine/

intestine.htm

Fundet den 27.05.2011

Gewirtz AT, Yu Y, Krishna US,

Israel DA, Lyons SL, Peek

RM Jr. (2004) “Helicobacter

pylori flagellin evades Toll-

Like Receptor 5-mediated in-

nate immunity”. J Infect Dis.

189(10):1914-20

Handa O, Naito Y, Yoshikawa

T. (2010) “Helicobacter pylo-

ri: a ROS-inducing bacterial

species in the stomach” In-

flamm Res. 59(12):997-1003

Hishida A, Matsuo K, Goto Y,

Hamajima N. (2010) “Genetic

predisposition to Helicobacter

pylori-induced gastric precan-

cerous conditions “. World J

Gastrointest Oncol 2(10):369-

79

Huang JQ, Zheng GF, Sumanac

K, Irvine J, Hunt RH. (2003)

“Meta-analysis of the relation-

ship between cagA seroposi-

tivity and gastric cancer”.

Gastroenterology 125:1636–

44

Huang XW, Luo RH, Zhao Q,

Shen ZZ, Huang LL, An XY,

Zhao LJ, Wang J, Huang YZ.

(2011) "Helicobacter pylori

induces mitochondrial DNA

mutations and reactive oxygen

species level in AGS cells".

Int J Med Sci 8:56-67

Isomoto H, Moss J, Hirayama T.

(2010) “Pleiotropic Actions of

Helicobacter pylori Vacuolat-

ing Cytotoxin, VacA”. Toho-

ku J. Exp. Med. 220:3-14

Jiricny J (1998) “Replication er-

rors: Challenging the ge-

nome”. EMBO J 17:6427-34

Kabir S. (2009) ”Effect of Heli-

cobacter pylori eradication on

incidence of gastric cancer in

human and animal models:

underlying biochemical and

molecular events”. Helicobac-

ter 14:159-171

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 18 af 19 –

Kim JJ, Tao H, Carloni E,

Leung WK, Graham DY, Se-

pulveda AR. (2002) “Helico-

bacter pylori impairs DNA

mismatch repair in gastric epi-

thelial cells”. Gastroenterolo-

gy 123:542-53

Kim JM, Kim JS, Lee JY, Kim

YJ, Youn HJ, Kim IY, Chee

YJ, Oh YK, Kim N, Jung HC,

Song IS. (2007) "Vacuolating

cytotoxin in Helicobacter py-

lori water-soluble proteins

upregulates chemokine ex-

pression in human eosinophils

via Ca2+ influx, mitochondrial

reactive oxygen intermediates

and NF-κB activation". Infec-

tion and immunity 75:3373-81

Komuro A, Yashiro M, Iwata C,

Morishita Y, Johansson E,

Matsumoto Y, Watanabe A,

Aburatani H, Miyoshi H,

Kiyono K, Shirai Y, Suzuki

HI, Hirakawa K, Kano MR,

Miyazono K. (2009) ” Dif-

fuse-type gastric carcinoma:

progression, angiogenesis, and

transforming growth factor β

signaling”. JNCI 101:592-604

Krokan HE, Standal R, Slup-

phaug G. (1997) “DNA glyco-

sylases in the base excision

repair of DNA”. Biochem. J.

325:1-16

Lee S, Shin MG, Jo WH, Kim

MJ, Kim HR, Lee WS, Park

DH, Won JH, Shin JH, Suh

SP, Ryang DW. (2007) "As-

sociation between Helicobac-

ter pylori-related peptic ulcer

tissue and somatic mitochon-

drial DNA mutations". Clini-

cal chemistry 53:1390-2

Li GM (2003) “DNA mismatch

repair and cancer”. Front. Bi-

osci. 8:997-1017

Li WQ, Zhang L, Ma JL, Zhang

Y, Li JY, Pan KF, You WC.

(2009) “Association between

genetic polymorphisms of

DNA base excision repair

genes and evolution of pre-

cancerous gastric lesions in a

Chinese population”. Carci-

ogenesis 30:500-5

Ling ZQ, Tanaka A, Li P, Na-

kayama T, Fujiyama Y, Hatto-

ri T, Sugihara H. (2010) “Mi-

crosatellite instability with

promoter methylation and si-

lencing of hMLH1 can regio-

nally occur during progression

of gastric carcinoma”. Cancer

Letters 297:244-51

Machado AMD, Figueiredo C,

Seruca R, Rasmussen LJ.

(2010) “Helicobacter pylori

infection generates genetic in-

stability in gastric cells”. Bio-

chimica et Biophysica Acta

1806:58–65

Machado AMD, Figueiredo C,

Touati E, Màximo V, Sousa S,

Michel V, Carneiro F, Nielsen

FC, Seruca R, Rasmussen LJ.

(2009) “Helicobacter pylori

infection induces genetic in-

stability of nuclear and mito-

chondrial DNA in gastric

cells”. Clin Cancer Res

15:2995-3002.

Máximo V, Soares P, Seruca R,

Rocha AS, Castro P, Som-

brinho-simoes M. (2001) "Mi-

crosatellite instability, mito-

chondrial DNA large dele-

tions, and mitochondrial DNA

mutations in gastric carcino-

ma" Genes, chromosomes and

cancer 32:136-43

Mégraud F, Hazell S, Glupc-

zynski Y. (2001) “Antibiotic

susceptibility and resistance”.

Mobley HLT, Mendz GL, Ha-

zell SL, (ed) “Helicobacter

pylori: Physiology and genet-

ics”. Chap 42, Washington

(DC)

Mirzaee V, Molaei M, Shalmani

HM, Zali MR. (2008) “Heli-

cobacter pylori infection and

expression of DNA mismatch

repair proteins”. World J Ga-

stroenterol 14:6717-21

Nagata K, Yu H, Nishikawa M,

Kashiba M, Nakamura A, Sato

EF, Tamura T, Inoue M.

(1998) "Helicobacter pylori

generates superoxide radicals

and modulates nitric oxide

metabolism" The Journal of

Biological Chemistry

273:14971-3

Nardone G, Rocco A, Malfer-

theiner P. (2004) “Helicobac-

ter pylori and molecular

events in precancerous gastric

lesions”. Aliment Pharmacol.

Ther. 20:261-70

Ohta S. (2003) “A multi-

functional organelle mito-

chondrion is involved in cell

death, proliferation and dis-

ease”. Current Medicinal

Chemistry 10:2485-94

Park DI, Park SH, Kim SH, Kim

JW, Cho YK, Kim HJ, Sohn

CI, Jeon WK, Kim BI, Cho

EY, Kim EJ, Chae SW, Sohn

JH, Sung IK, Sepulveda AR,

Kim JJ. (2005) “Effect of He-

licobacter pylori infection on

the expression of DNA mis-

match repair protein”. Helico-

bacter 10:179–84

Pinto LA, Silva GR, Lopes DO,

Silva AM, Machado CR.

(2003) “Escherichia coli as a

model system to study DNA

repair genes of eukaryotic or-

ganisms”. Genet. Mol. Res.

2:77-91

Räschle M (2000) “Characteri-

zation of the human mismatch

repair proteins hMLH1,

hPMS1 and hPMS2”. Swiss

Federal Institute of Technolo-

gy, Zurich.

Reuter S, Gupta SC, Chaturvedi

MM, Aggarwal BB. (2010)

“Oxidative stress, inflamma-

tion, and cancer: how are they

linked?”. Free Radic Biol

Med. 49:1603-16

Salama NR, Otto G, Tompkins

L, Falkow S. (2001) “Vacuo-

lating cytotoxin of Helicobac-

ter pylori plays a role during

colonization in a mouse model

of infection”. Infect Immun;

69:730-6.

Shibata A, Longacre TA, Puli-

gandla B, Parsonnet J, Habel

LA. (2001) “Classification of

gastric adenocarcinoma for

epidemiological research:

Concordance between pathol-

ogists”. Cancer Epidemiol.

Biomarkers & Prev. 10:75–8

Helicobacter pylori og mavekræft

___________________________

– 19 af 19 –

Shirin H, Sordillo EM, Kolevs-

ka TK, Hibshoosh H, Kawa-

bata Y, Oh SH, Kuebler JF,

Delohery T, Weghorst CM,

Weinstein IB, Moss SF.

(2000) “Chronic Helicobacter

pylori infection induces an

apoptosis-resistant phenotype

associated with decreased ex-

pression of p27kip1”. Infect.

Immun. 68:5321-8

Spohn G, Scarlato V. (2001)

“Helicobacter motility and

chemotaxis“. Mobley HLT,

Mendz GL, Hazell SL. (ed)

“Helicobacter pylori: Physiol-

ogy and Genetics”. Chapter 21

Washington

SSI, (2011) Helicobacter pylori

infection, Statens Serum Insti-

tut

http://www.ssi.dk/Service/Syg

domsleksi-

kon/H/Helicobacter%20pylori

%20infektion.aspx

Fundet den 28.03.2011

Stoicov C, Cai X, Li H, Klucev-

sek K, Carlson J, Saffari R,

Houghton J. (2005) ”Major

histocompatibility complex

class II inhibits Fas antigen-

mediated gastric mucosal cell

apoptosis thorugh actin-

dependent inhibition of recep-

tor aggregation”. Infect. Im-

mun. 73:6311-21

Suerbaum S, Michetti P. (2002)

“Medical progress: Helicobac-

ter pylori infection”. New

England Journal of Medicine

347:1175-86

Takaishi S, Wang TC. (2007)

“Providing AID to p53 muta-

genesis” Nature Medicine

13:404-6

Wang J, Blanchard TG, Ernst

PB. (2001) “Host inflammato-

ry response to infection”. He-

licobacter pylori: Physiology

and genetics. 271-80

Weeks DL, Eskandari S, Scott

DR, Sachs G. (2000) “A H+-

gated urea channel: The link

between Helicobacter pylori

urease and gastric coloniza-

tion”. Science 287:482-5

Wu CW, Yin PH, Hung WY, Li

AFY, Li SH, Chi CW, Wei

YH, Lee HC. (2005) "Mito-

chondrial DNA mutations and

mitochondrial DNA depletion

in gastric cancer". Genes,

chromosomes and Cancer

44:19-28

Yamazaki S, Yamakawa A,

Okuda T, Ohtani M, Suto H,

Ito Y, Yamazaki Y, Keida Y,

Higashi H, Hatakeyama M,

Azuma Y. (2005) “Distinct

diversity of vacA, cagA, and

cagE genes of Helicobacter

pylori associated with peptic

ulcer in Japan”. Journal of cli-

nical microbiology 43:3906–

16