震惊:维生素D3竟然还可以杀死幽门螺旋杆菌!
科学家首次揭示维生索D3可以帮助胃上皮细胞清除幽门螺旋杆菌
如今，以中国科学家为首的研究团队首次揭示了VD3的另一个新功能，它可以帮助杀死胃上皮细胞内潜伏的幽门螺旋杆菌( Helicobacter pylori，后简称HP)。
该研究成果于2019年发表在 Autophagy(IF＝11.06)杂志。
该研究团队通过HP小鼠体内感染以及体外细胞侵染实验揭示了VD3可以促进胃上皮细胞清除HP这一现象，并围绕这一现象展开了全面细致的机制研究，首次掲示了人胃上皮细胞自噬现象和幽门螺杆菌之间的＂对抗”关系，发现VD3促进HP的清除机制在于它可以通过激活PDIA3- MCOLN调控途径的钙离子转运通路，从而使得自噬溶体的钙离子外排而使其内pH下降，自噬溶酶体酸化恢复正常。VD3的这一招“瓮中捉”，使得潜伏在胃上皮细胞内的HP无计可施(包括多重耐药HP)，在自噬溶酶体内迅速的被瓦解清除。
细胞自噬和细菌侵染有什么关系?
细胞自噬( autophagy)从发现至今已经被研究了50多年，曾荣登诺贝尔领奖台两次，其相关研究一直被视作得诺奖的热门而屡屡出现在各类诺奖预测名单中。自噬是细胞或者机体在缺乏能量、或受到胁迫环境，例如缺乏氨基酸、缺氧的情况下，就会在细胞里产生双层膜结构，可以包裹自己的部分细胞质，运送到溶酶体进行降解。自噬是一种细胞生理现象，它的作用首先是自我保护，抗衰老、对抗损伤，也是人体天然免疫系统防御病原体入侵的重要组成部分。
很多胞内寄生的胞内菌进入细胞是靠吞噬的作用，而后存在于液泡中(或者叫吞噬体 phagosome)，某些细菌(立克次体、志贺菌、李斯特菌)可以突破这个液泡逃逸到细胞质中(图左侧蓝色区域)，而一些细菌(结核分枝杆菌、沙门氏菌)被吞噬体包裹(图右侧橙色区域)，而这两类细菌的存在最终都会向细胞释放＂eat-me＂的信号，然后召集一系列的自噬相关蛋白来激活细胞自噬系统( autophagyinduction)：从而把要“吃掉的货物”隔离到自噬体( autophagosomes)中并限制其增殖，随后与溶酶体融合形成自溶酶体( autolysosome)，将病原体彻底清除。
当然，细菌选择通过进化来对抗宿主细胞的自噬作用，从而演化出各种各样的抵抗宿主细胞自噬的策略，也是如今细菌致病机制的研究热点。
2012年Raju团队首次发现了幽门螺旋杆菌VacA蛋白参与了细胞自噬的过程，证明VacA可以阻止自噬体与溶酶体的融合，从而促进HP的胃部感染而引起后续的炎症和癌症的发生。随后越来越多的自噬相关基因也被发现在HP感染的过程中发生了表达的变化，但HP到底如何抵抗细胞自噬防御过程，细胞免疫和HP感染之间的到底是如何博弈的还尚未完全了解。
第一部分：维生素D3可以在体内和体外清除HP感染
此文章为了验证维生素D3在对抗HP的作用，研究人员构建了幽门螺杆菌小鼠感染模型，将具有活性的维生素D3每隔一天灌胃给药，持续2个月后，通过165基因定量分析、细菌荧光染色计数以及活菌菌落计数方法发现小鼠胃内定植的HP(H. pyloriss1 strain)数量有明显的下降。为了进一步检测VD3对于胞内HP的杀伤能力，他们检测了VD3对于侵染入胃正常上皮细胞(HFE145)内的杀菌能力，处理72小时后，发现与体内实验结果一致，说明活性VD3确实可以有效的降低HP胞内的感染率(Fig1)。
第二部分：VD3的杀菌作用是通过加强溶酶体的降解CAMP/L-37( cathelicidiantimicrobial peptide)对于自噬起着重要的调控作用，它可以被VD3激活。
之前的研究证明，小鼠的CAMP/ Cramp可以保抑小鼠胃部不被HP定植并引起胃炎。因此，作者想探究CAMP的表达是否参与了VD3对人类巨噬细胞和胃上皮细胞的抗HP感染这个过程。该团队发现，VD3确实可以明显加强CAMP的转录水平并进一步增强人巨噬细胞内的杀菌活性，但却没有在人胃正常上皮细胞内(HFE145，GES-1)发现这一现象(Fig2)。此外，通过体内实验发现VD3也不会引起小鼠胃部组织 Camp MRNA的升高。所以为了进一步验证VD3确实不会影向CAMPE的转录，他们通过iRNA或者 SHRNA敲低E145或THP-1细胞内Camp基因的表达，发现Camp基因的敲除并不会影响VD3的杀菌作用。所以，VD3的杀菌作用并不会引起人胃上皮细胞Camp的表达。
于是该团队把研究方向转向细胞自噬是否参与了VD3的杀菌过程。MAPIIC3B/LC3B和 SQSTM1是很好的细胞自噬marker，其中LC3B-变成其脂化形式的LC3BⅡ被认为是自噬体形成过程中很好的标记marker，而SQSTN1是自噬体降解的marker。自噬过程中，组织蛋白酶CTSD( cathepsin D)是溶体中主要的酶，负责降解寿命长的蛋白，而它从蛋白前体转化成具有生化活性的成熟酶蛋白的过程被认为是溶酶体成熟的标志。基于此，该研究团队发现在VD3的处理下，细胞自噬的两个重要的标记marker，LC3B-I和 SQSTN1的蛋白水平下降，说明VD3的处理可以促进细胞自噬体的降解而不影响细胞自噬体的形成(Fig3a)。当HP感染细胞时，LC3B-I和 SQSTN1的蛋白表达反而会累积増多，暗示着HP的感染可以阻止自噬溶酶体降解的过程(Fig3a)。而VD3处理HP侵染的细胞HFE145时，LC3BI和 SQSTM1的蛋白累积量会降低，说明VD3处理感染的细胞可以阻止自噬溶酶体降解被抑制。
此外，HP感染细胞可以抑制组织蛋白酶CTSD的成熟，而VD3可逆转HP的抑制作用从而促进CTSD成熟。因此，该实验结果首次揭示了HP感染细胞后可以破坏细胞自噬溶酶体的降解，而VD3的加入可恢复这一过程促使自噬体体降解正常程序化。
