Med. Weter. 2021, 77 (1), 5-8 5
Artykuł przeglądowy Review
DOI: dx.doi.org/10.21521/mw.6485
Bakterie stanowią fenomen biologiczny, ponieważ mogą jako drobnoustroje prokariotyczne, w przeci-wieństwie do organizmów wielokomórkowych, do-konywać poziomego transferu genów, a nie transferu pionowego, polegającego na przenoszeniu informacji genetycznych z rodziców na potomstwo. Bakterie mogą zatem wymienić geny między sobą: a – bez-pośrednio z jednej komórki do drugiej w procesie koniugacji – transformując DNA, b – w procesie transdukcji, wykorzystując jako przekaźniki wirusy bakteryjne (bakteriofagi), które przenoszą molekuły DNA dwukierunkowo pomiędzy komórkami lub c – procesie transformacji, gdy bakteria przejmuje DNA swobodnie krążący w środowisku (4). Na przykład w przypadku transdukcji, fag P1, który infekuje E. coli, koduje nukleazę, tnącą DNA gospodarza, co powoduje, że fag opuszczający taką komórkę przenosi w kapsy-dzie fragmenty pociętego DNA i „wstrzykuje” je do infekowanej komórki. Prowadzi to do rekombinacji z homologicznym DNA gospodarza (4). Ponadto, na drodze transferu poziomego, mogą być przekazywa-ne geny odporności zawarte we fragmentach DNA (transpozomach), za pomocą których zmutowany drobnoustrój uodparnia się na antybiotyki. Niezależnie od tego w cytoplazmie bakterii są pozachromosomalne cząsteczki DNA, tj. plazmidy, których geny kodują np. zjadliwość bakterii (toksyny, adhezyny) oraz enzymy inaktywujące leki antybakteryjne, np. beta-laktamazy (4). Niezależnie od tego bakterie łączą się, tworząc biofilm i wydzielają substancje śluzowe (białkowe,
lipidowe i cukrowe o długim łańcuchu) chroniące je przed fagocytozą i antybiotykami (4).
Udział „onkobakterii” w procesie nowotworowym jest zdecydowanie słabiej poznany aniżeli analogicz-nych wirusów. Przykładem jest bakteria Helicobacter pylori, jedna z 400 rodzajów zasiedlających przewód pokarmowy, która może indukować u ludzi i niektó-rych gatunków zwierząt (psy, koty) dwa odmienne typy nowotworów żołądka, tj. raka i chłoniaka (mięsaka), ale nie obu jednocześnie. Za wirulencję bakterii odpo-wiada ok. 30 genów, co tworzy tzw. wyspy patogen-ności H. pylori (PaI), a wśród genów wymienia się między innymi cag A (gen związany z cytotoksyną), gen cag PAI (izomeraza fosforybozyloantraanilino-wa) indukujący wytwarzanie ineterleukiny 8 (IL-8), przyciągającej neutrofile, gen VacA (cytotoksyna wakuolizująca) i gen dupA oraz białko dp A (outer inflammatory protein A) (3, 5). Bakteria wykorzystuje cząsteczkę adhezyjną Bab A do wiązania się z antyge-nem Lewis b na komórce nabłonka. Używając ureazy, H. pylori rozkłada mocznik w żołądku do amoniaku i monochloraminy („chmura amoniakowa”), i indukuje powstanie CO2, H2O, cytotoksyny oraz enzymów (fos-folipazy, proteazy), co podwyższa pH wokół bakterii oraz między jej dwoma warstwami błony komórkowej (1) – rycina 1. Helicobacter pylori bytuje tylko w żo-łądku i w ogniskach metaplazji typu przedodźwierni-kowego w dwunastnicy (12).
Według klasyfikacji WHO, w żołądku człowie-ka rozwija się człowie-każdy typ chłoniaczłowie-ka nieziarniczego
Udział „onkobakterii” w procesie nowotworzenia
– wybrane przykłady
JANUSZ A. MADEJ
Zakład Patomorfologii i Weterynarii Sądowej, Katedra Patologii, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, ul. Norwida 29, 50-375 Wrocław
Otrzymano 12.09.2020 Zaakceptowano 12.10.2020
Madej J. A.
Role of „oncobacteria” in oncogenesis: Selected examples Summary
Helicobacter pylori plays a particular role among “oncobacteria” and was recognized by IARC as a group I
carcinogen. In the stomach of humans and animals, it induces two histologically distinct types of tumors: adenocarcinoma (epithelial tumor) and B-cell lymphoma (mesenchymal tumor), which never occur simultaneously in the same individual. An attempt was made at explaining this phenomenon on the basis of the mutual relationship between the host and the bacteria (Fig. 1).
Med. Weter. 2021, 77 (1), 5-8 6
MALToma (mucosa associated lymphoid tissue lymphoma), ale najczęściej (85% przypadków) jest to nowotwór B-komórkowy strefy brzeżnej o niskiej złośliwości (marginal zone B-cell), stanowiący ok. 5% wszystkich nowotworów żołądka (1, 13). Chłoniak typu T jest natomiast bardzo rzadki i związany przy-czynowo z celiakią. Przewlekły typ choroby wynika z cech komórek limfatycznych związanych z błoną śluzową, czyli powrotu do miejsca ich powstania (site specific homing), mimo obecności komórek nowotworowych we krwi. Inaczej mówiąc, komórki nowotworowe recyrkulują tylko pomiędzy miejscem powstania a węzłami chłonnymi drenującymi najbliż-szą okolicę. Prawdopodobnie wynika to z obecności integryn specjalnego typu, obecnych w limfocytach no-wotworowych. Zakażenie H. pylori wyprzedza w 90% przypadków powstanie chłoniaków żołądka, ponieważ powoduje zapalenie błony śluzowej narządu z wytwo-rzeniem grudek chłonnych i naciekiem limfocytów. Konsekwencją jest autoimmunizacja w stosunku do niektórych antygenów. Chłoniak ten rozpoczyna się jako nowotwór rzekomy (pseudolymphoma), czyli zmiana zapalna z poliklonalnymi limfocytami. Stanowi on 60% wszystkich pierwotnych chłoniaków przewodu pokarmowego człowieka. Terapia omeprazolomem i amoksycykliną prowadzi do erydykacji H. pylori, a także z reguły do wycofania się niskozłośliwego chłoniaka lub jego regresji. Zakażenie bowiem tą bakterią prowadzi do trisomii 3 w limfocytach B i nad-miernej ich proliferacji kierowanej przez komórki T. Z czasem pojawiają się aberracje cytogenetyczne typu: translokacji t (11;18)(q21:q21), t(1;14) (q32;q21), wspomnianej wyżej trisomii 3 i mutacji genów TP53 i c-myc, które wywołują autonomiczną proliferację komórek chłoniaka (6, 7, 10). Translokacji 1:14 w ko-mórkach B towarzyszy rozwój chłoniaka niskozłośli-wego, który po kolejnych mutacjach, np. delecji genu TP53, przechodzi w formę wysokozłośliwą (DLBCL – diffuse large B-cell lymphoma). Niezależnie od tego badania in vitro tych nowotworów wskazują na
duże znaczenie antygenu CD40 i limfokin produko-wanych przez limfocyty T w inicjacji i protekcji tych guzów (12).
W uzupełnieniu etiologii chłoniaka typu MALToma należy wspomnieć o chorobach autoimmunologicz-nych, np. chorobie Hashimoto oraz innych niż H. py-lori bakteriach, a mianowicie o Borrelia burgdorferi (chłoniak skóry), Campylobacter jejuni (chłoniak jelita) czy Chlamydophila psittaci (chłoniak oczodo-łu). Ta ostatnia jest bakterią obligatoryjnie wewnątrz-komórkową, wykorzystującą ATP mitochondrialne komórki gospodarza, a to dlatego, że sama nie może go syntetyzować. Możliwe, że zakażenia chlamydiami mogłyby uszkodzić komórki nowotworowe bogatsze w mitochondria w porównaniu z komórkami prawi-dłowymi.
W diagnostyce różnicowej należy zwrócić uwagę na guzy podścieliskowe przewodu pokarmowego – GIST (gastrointestinal stromal tumour) wywodzące się z śródmiąższowych komórek Cajala pochodnych mezenchymy i powstające wskutek ekspresji protoon-kogenu c-kit, który koduje receptor dla kinazy tyrozy-nowej. Z reguły guzy te mają charakter łagodny (12). Helicobacter pylori jest także odpowiedzialna za indukcję gruczolakoraka żołądka (90-95% nowo-tworów narządu), ale w mniejszym stopniu aniżeli chłoniaka, poprzez cykl zjawisk poprzedzających, tj.: aktywne, przewlekłe zapalenie błony śluzowej narzą-du, zapalenie przewlekłe zanikowe, zanik śluzówki, metaplazję jelitową i dysplazję (12). Uważa się, że powodem tych zmian jest nadprodukcja przez bakterie cytokin i czynników wzrostu, a ponadto rodniki O2 oraz rodniki pochodzące od leukocytów i makrofagów uczestniczących w odpowiedzi immunologicznej lub pepsyny stymulowane tą bakterią, co pobudza komórki do proliferacji. Takiej sekwencji zmian nie obserwuje się natomiast w związku z rozwojem MALToma w żo-łądku. W końcu należy wspomnieć, że H. pylori to bakteria odpowiedzialna także za chorobę wrzodową dwunastnicy i żołądka – chorobę „chroniącą” przed
Ryc. 1. Rozwój gruczolakoraka lub chłoniaka (MALToma) żołądka pod wpływem bakterii Helicobacter pylori. MALT (mu-cosa-associated lymphoid tissue) – tkanka limfatyczna związana z błonami śluzowymi, MALToma (marginal zone B-cell lymphoma) – chłoniak strefy brzeżnej typu B z grudki chłonnej
Med. Weter. 2021, 77 (1), 5-8 7 rakiem tego narządu. Podobnie drobnoustrój ten działa
protekcyjnie w odniesieniu do raka przełyku (10). W rozwoju raka żołądka podkreśla się znaczenie inaktywacji genu supresorowego TP53 i aktywację genu c-met, którego produkt białkowy jest receptorem czynnika wzrostu hepatocytów w rakach o wysokim stopniu zróżnicowania, natomiast w rakach o niskim stopniu zróżnicowania występuje amplifikacja genu c-erbB2 i genu k-sam, których produkt białkowy ma aktywność kinazy tyrozynowej (11, 14). W tzw. „raku rodzinnym” z kolei mamy do czynienia z mutacją genu dla E-kadheryny, jako cesze dziedziczonej w sposób autosomalny dominujący oraz mutacją HD-1 (heredi-tary diffuse gastric cancer). Czynnikiem predysponu-jącym ma być także rodzinna polipowatość gruczo-lakowata FAP (familiary adenomatous polyposis (6).
Eradykacja H. pylori z żołądka w procesie rako-wacenia nie jest tak jednoznaczna jak w przypadku chłoniaka, a wręcz przeciwnie, uważa się, że poprzez wtórne obniżenie pH soku żołądkowego z następowym refluksem dochodzi do wzrostu przypadków raka wpustu (4). Tak więc eradykacja H. pylori musi być głęboko przemyślana (3).
Według N. E. Lorenza (15) w biologii powinna obowiązywać tzw. mocna zasada przyczynowości (determinizmu), tzn. jeżeli przyczyny są podobne, to i ich skutki będą podobne. Organizm żywy jest bardzo złożony i uzależniony od sprzężeń zwrotnych i w prze-ciwieństwie do układów liniowych jest wrażliwy na warunki początkowe, dlatego też mutacja punktowa nawet niewielkiej zmiany jednej sekwencji zasad DNA w kodowaniu określonego genu może spowodować istotne zmiany fenotypu. Są one często plejotropowe, czyli dotyczą zmian różnych cech, a nie tylko ekspresji cechy zależnej od tego genu. Wydaje się, że zasada ta jest także spełniona w odniesieniu do H. pylori, gdyż wprawdzie powstają w żołądku zmiany nowotworowe, ale są to zdecydowanie dwa odmienne ich typy, tj. na-błonkowiec złośliwy – rak i nowotwór mezenchymalny – chłoniak o zasadniczo innej histogenezie.
Uważa się, że szczepionka BCG, zawierająca Mycobacterium tuberculosis, podana dzieciom tuż po urodzeniu, chroni je do 14. roku życia w 50% przed białaczką, w porównaniu z dziećmi nieszczepionymi. Jest to efekt silnego pobudzenia układu immuno-logicznego przez prątki gruźlicy. Podobnie u bydła obserwowano dwukrotnie wyższy wskaźnik zachoro-wania na białaczkę limfatyczną u zwierząt wolnych od tbc w porównaniu do zwierząt wykazujących dodatni odczyn tuberkulinowy oraz gruźlicze zmiany morfo-logiczne (8).
Przyjmuje się także, że niektóre bakterie jelitowe, np. Clostridium paraputrificum i Lactobacillus bifidus, odgrywają istotną rolę w indukcji raka sutka u kobiet, jak również raka jelita grubego (2). Wśród bakterii podejrzanych o kancerogenezę w przewodzie pokar-mowym wymienia się Mycobacterium smegmatis,
produkujący rakotwórczy metabolit 3, 4-benzopiren i E. coli – wytwarzającą kancerogenną etoninę. Ich znaczenie w patologii zwierząt jest ograniczone, co przedstawiono we wcześniejszych pracach (8, 9).
U roślin opisano onkogenne bakterie typu Coryne- bacterium michiganensae wywołujące raka pomidora, Pseudomonas siringae (raka drzew pestkowych), a przede wszystkim Agrobacterium tumefaciens (raka szyjki korzeniowej). Ta ostatnia bakteria, oprócz DNA chromosomalnego, posiada plazmid Ti (tumor indu-cing) lub Ri (roots inducing plasmid). Region plazmidu Ti/Ri, czyli T-DNA (transfer DNA) koduje w rośli-nach geny odpowiedzialne za produkcję hormonów wzrostu (auksyny, cytokininy) oraz opin, tj. prostych pochodnych aminokwasów i ketokwasów. Wzrost stężenia hormonów powoduje proliferację komórek o charakterze nowotworowym, a jednocześnie stanowi unikalny przykład transferu genów między światem roślin i bakterii noszący miano „kolonizacji genowej”. T-DNA zawiera także onkogeny ipt, iaaM i iaaH, dokładnie opisane przez Zupana i Zambryskiego (16).
Patogenami roślin są także toksynogenne grzyby, a zwłaszcza Aspergillus flavus i A. parasiticus, wy-twarzające w sprzyjających warunkach aflatoksyny, głównie aflatoksynę B1 (C17H12O6). Do cząsteczki afla-toksyny cytochromy P450 (CYP) dołączają atom O2, co prowadzi do powstania bardzo aktywnego pierścienia epoksydowego. W sytuacji, gdy glutation nie zwiąże się z aflatoksyną, jej reaktywna cząsteczka reaguje z guaniną (G) i dochodzi do mutacji, np. w okolicy DNA kodującego białka protoonkogenów (C-myc, C-Ha-ras, Ki-ras, N-ras) lub białko p53, względnie mutacji genu supresorowego TP53, poprzez którą dochodzi do transwersji G na T w kodonie 249 (4). W efekcie może zostać wyindukowany rak wątrobo-wo-komórkowy u ludzi, doświadczalnie potwierdzony u zwierząt (ryby, szczury). Do substancji rakotwór-czych zalicza się prawdopodobnie także fumonizyny produkowane przez grzyb z rodzaju Fusarium.
Podsumowanie
Helicobacter pylori, uznana przez IARC (Inter-national Agency Research Cancer) za kancerogen 1 grupy, indukuje w żołądku ludzi i zwierząt dwa odmienne histogenetycznie typy nowotworów, tj. gru-czolakoraka (nabłonkowca) i chłoniaka (mięsaka – no-wotwór mezenchymalny), ale nie występujące wspól-nie u tego samego osobnika. Bakteria ta jest ponadto przyczyną choroby wrzodowej żołądka i dwunastnicy, tj. chorób „chroniących” przed rakiem tego narządu, jak również działa „protekcyjnie” w stosunku do raka przełyku. Z tego wniosek, że w indukcji wymienio-nych nowotworów biorą udział inne kancerogeny i co więcej, że istniejące kompleksowe relacje między żywicielem a H. pylori nadal pozostają nierozwiązaną zagadką. Wśród prawdopodobnych przyczyn tego zja-wiska można uwzględnić (ryc. 1) spadek odporności
Med. Weter. 2021, 77 (1), 5-8 8
tylko jednego typu komórki, tj. nabłonkowej lub me-zenchymalnej (tzw. komórki permisyjnej), liczbę i/lub zjadliwość (wirulencję) bakterii oraz brak lub przewa-gę kofaktorów na korzyść jednego z nowotworów (np. diety, hormonów). W przypadku raka żołądka należy także brać pod uwagę możliwość dodatkowej infekcji wirusowej, np. EBV (Epstein-Barr virus – w 6-7% przypadków w żołądku), a w przypadku chłoniaka także: wirusa EBV, który wywołuje ponadto chłoniaka Burkitta i ziarnicę złośliwą (non-Hodgkins lymphoma) oraz wirusa HTLV (human T-leukemia virus) – (1).
Piśmiennictwo
1. Bonn N. A., Colledge N. R., Walker B. R., Hunter J. A. A.: Choroby wewnętrzne Davidson. Tom 2, Elsevier Urban@Partner, Warszawa 2009.
2. Dzieniszewski J.: Żywienie a niektóre nowotwory przewodu pokarmowego. Żyw. Czł. i Metab. 1988, 2, 83-88.
3. Dzieniszewski J., Jarosz M. i Grupa Robocza PTG.: Postępowanie w zakażeniu Helicobacter pylori (rok 2004). Gastroenterol. Pol. 2004, 11, 41-48. 4. Epstein R. J.: Biologia molekularna człowieka. Wyd. Czelej, Lublin 2005.
5. Faribha P., Gascoyne T.: Helicobacter pylori and MALT lymphoma. Gastroenterology 2005, 128, 1579-1582.
6. Kabir S.: The current status of Helicobacter pylori vaccines. A review. Helicobacter 20076, 12, 89-102.
7. Kusters J. G., van Vielt A., Kuipers E. J.: Patogenesis of Helicobacter pylori infection. Clin. Microbiol. Rev. 2006, 19, 449-490.
8. Madej J. A.: Etiologia i patogeneza nowotworów. Wyd. II, poprawione i uzup., alfa-medica press, Bielsko-Biała 1999.
9. Madej J. A., Rotkiewicz T.: Patologia ogólna zwierząt. ART, Olsztyn 1998. 10. Marhall B.: Helicobacter pylori: 20 years on. Clin. Med. 2002, 2, 147-152. 11. Passaro D., Chosy E. J., Parsonner J.: Helicobacter pylori: Consensus and
controversy. Clin. Infect. Dis. 2002, 35, 298-304. 12. Stevens A., Love J.: Patologia. Wyd. Czelej, Lublin 2004.
13. Strauss J. M., Strauss E. G.: Viruses and Human Disease. 2nd et San Diego
Academic 2007.
14. Toriba N. W., Sleisenger M. H.: Scrrening for colorectal cancer. N. Engl. J. Med. 1995, 332, 861-870.
15. Traczyk W. Z., Trzebski A. (red.): Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej. PZWL, Warszawa 2007.
16. Zupan J. R., Zambryski P.: Transfer of T-DNA from Agrobacterium to the plant cell. Plant Physiol. 1955, 107, 1041-1052.
Adres autora: prof. dr hab. Janusz A. Madej, ul. Norwida 31, 50-375 Wrocław; e-mail: janusz.madej@upwr.edu.pl
