幽门螺杆菌新型限制性糖苷酶HpPabI通过基因组不稳定性驱动胃癌发生

本研究揭示了幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）携带的独特限制性糖苷酶HpPabI在胃癌发生中的关键作用。研究人员通过全球幽门螺杆菌基因组计划（HpGP）队列分析、TCGA癌症基因组突变特征解析及分子实验验证，首次证实HpPabI通过特异性切除5'-GTAC序列中的腺嘌呤（A）产生脱碱基位点（AP site），进而引发DNA双链断裂和突变积累。该发现为细菌介导的致癌机制提供了新范式，并为胃癌防治提供了潜在新靶点。

　　

在人类与微生物的漫长博弈中，幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）与胃癌的关联始终是科学界关注的焦点。尽管早已知晓这种定植于半数人类胃部的革兰氏阴性菌是胃癌的主要致病因素，但其诱导宿主基因组不稳定的具体分子机制仍如雾里看花。传统认知聚焦于细菌毒素CagA等已知毒力因子，然而越来越多的证据表明，幽门螺杆菌可能通过更隐秘的"分子武器"改写宿主细胞的遗传密码。

日本千叶大学（Chiba University）分子肿瘤学系的研究团队将目光投向了一类特殊的细菌防御系统——PabI家族限制性糖苷酶。这类酶具有双重攻击性：既能作为DNA糖苷酶特异性切除5'-GTAC序列中的腺嘌呤（A），又能通过自身AP裂解酶活性或宿主AP内切酶（如APE1）在脱碱基位点（AP site）制造非常规DNA断裂。研究人员提出大胆假设：幽门螺杆菌的HpPabI可能通过这种独特的"剪切-破坏-突变"机制，在数十年慢性感染过程中逐步摧毁宿主基因组稳定性。

为验证这一假说，研究人员采用了多维度研究策略：通过全球幽门螺杆菌基因组计划（HpGP）的991株测序数据，发现完整HpPabI基因在欧洲菌株中与胃癌风险显著相关（OR高达9.9）；分析TCGA数据库141万癌症突变时，在幽门螺杆菌阳性胃癌中检测到5'-GTAC位点突变频率异常升高8.4倍；体外实验证实HpPabI能诱导人胃上皮细胞染色体双链断裂（通过脉冲场凝胶电泳和γ-H2AX焦点分析），且该过程部分依赖宿主APE1；大肠杆菌突变测试系统显示HpPabI可使突变频率提升近百倍。这些发现共同描绘出一幅细菌限制酶介导的致癌新图景。

关键技术方法包括：1）基于PCA-UMAP算法的全球幽门螺杆菌种群结构分析；2）TCGA癌症基因组4-mer突变特征挖掘；3）脉冲场凝胶电泳检测染色体断裂；4）构建IPTG诱导的HpPabI表达系统进行突变频率测定；5）AlphaFold-Multimer v2预测HpPabI三维结构。

研究结果部分揭示：

HpPabI基因与胃癌的关联

在cagA阳性欧洲菌株中，携带完整HpPabI基因的菌株使胃癌风险提升3-13倍，尤其在瑞典、西班牙/葡萄牙亚群中关联最强。Western型cagA与HpPabI存在协同致癌效应。

胃癌基因组中的GTAC突变特征

微卫星不稳定（MSI）亚型胃癌中，5'-GTAC位点突变频率达正常10.1倍。突变富集于MUC16等癌基因和细胞粘附、DNA损伤应答相关通路，与错配修复缺陷形成"恶性循环"。

HpPabI诱导基因组不稳定性

删除HpPabI使幽门螺杆菌诱导的染色体断裂减少50%，且与cagPAI突变具有叠加效应。转染实验证实APE1参与HpPabI介导的DNA断裂。

分子进化特征

HpPabI与Pyrococcus abyssi PabI结构相似但具有独特插入域（K65/K67/K69可能参与DNA结合）。24%位点经历正向选择（dN/dS>1），集中在DNA结合和催化区域。

这项发表于《PNAS Nexus》的研究首次确立限制性糖苷酶作为细菌致癌因子的地位，为理解"感染-炎症-癌症"链条提供了全新视角。特别值得注意的是，HpPabI与错配修复缺陷的协同效应解释了MSI亚型胃癌的特殊突变景观，而其靶向DNA修复脆弱性的策略可能普遍存在于微生物与宿主的进化博弈中。研究还拓展了"致癌微生物组"概念——通过生物信息学挖掘，预测95种细菌可能通过类似限制酶机制参与不同癌症发生（如具核梭杆菌与结直肠癌）。这些发现不仅为胃癌早期诊断提供新生物标志物（如HpPabI基因型和GTAC突变谱），更为开发靶向细菌基因毒素的新型干预策略奠定基础。