Согласно данным нового исследования, проведенного учеными школы медицины Стэнфордского Университета, вызывающая язву бактерия Helicobacter pylori может непосредственно взаимодействовать со стволовыми клетками желудка, в результате чего клетки делятся быстрее.

Исследователи говорят, что ускорение деления клеток наблюдалось у мышей, но это открытие может объяснить, почему H. pylori является риском развития рака желудка у людей.

Они использовали 3-D микроскопию для выявления колоний глубоко внутри желез человеческого желудка, где размещены стволовые клетки и клетки-предшественники, которые восстанавливают слизистую желудка.

Каждый второй человек имеет H. pylori в своем желудке. Это один из немногих микроорганизмов, способных выжить в суровой кислой среде. Хотя большинство людей не испытывают никаких симптомов, у 15% из тех, кто инфицирован бактерией, она может вызвать язвы, а у 1% из них бактерия способствует развитию рака желудка, третьего наиболее распространенного в мире летального вида злокачественных новообразований.

Хотя инфекция может быть успешно вылечена с помощью антибиотиков, те пациенты, у которых развился рак, часто не знают о своем заболевании до того времени, пока опухоль не станет настолько большой, что будет мешать функциям желудка.

«Бактерии могут присутствовать много лет, а когда рак начнет вызывать симптомы – уже может быть слишком поздно», — говорит Мануэль Амьева, доктор медицинских наук, ассоциированный профессор педиатрии, микробиологии и иммунологии.

Амьева – старший автор статьи, в которой описаны результаты исследования. Статья была опубликована на сайте журнала Gastroenterology. Ведущим автором является Майкл Сигал, доктор медицинских наук.

Идентификация укрытия H. pylori

H. pylori  имеет давно известную способность прятаться от желудочной кислоты в защитной слизи, которая покрывает эпителиальные клетки слизистой оболочки желудка.

Бактерии растут прямо на поверхности эпителиальных клеток, вводя сигнальный протеин под названием CagA в клетки для того, чтобы питательные вещества доставлялись в место их обитания.

Исследователи обнаружили, что сигнальный белок также стимулирует более быстрое деление стволовых клеток.

Эпителиальные клетки живут недолго и постоянно заменяются новыми, которые происходят от стволовых клеток, размещенных в маленьких железах по всему желудку.

Стволовые клетки делятся на клетки-предшественники, которые размещены в средней части желез. Затем клетки предшественницы дают рост зрелым эпителиальным клеткам.

Проход внутрь и наружу железы узкий: его диаметр всего в 4 раза шире диаметра одной клетки H. pylori, и он заполнен слизью. Предварительное исследование на мышах показало, что некоторые H. pylori проникали внутрь желез, но не было известно, развиваются ли они там активно, и наблюдается ли это у людей.

Было необходимо более систематическое изучение, но сложность состояла в поиске соответствующих образцов человеческого желудка для визуализации.

Хотя биопсия желудка и распространена, она обеспечивает маленькие образцы верхнего слоя желудка и не включает более глубокие ткани, необходимые исследователям.

«Вы не можете взять образец через всю толщину стенки – это было бы все равно, что сделать пациенту большую язву», — сказал Амьева.

Исследователи пришли к идее использования образцов ткани желудка, удаленных во время операций по снижению веса. Эти образцы брали из здоровых желудков, в которых H. pylori активно не вызывала язву или рак.

После идентификации тканей, инфицированных штаммами H. pylori, они использовали конфокальную микроскопию для создания 3-D изображений желез из четырех желудков с H. pylori.

Во всех 4 случаях были обнаружены скопления спиралевидных бактерий внутри 2/3 канала железы, где находятся быстро делящиеся клетки-предшественники.

Неожиданно, исследователи обнаружили небольшое количество колоний бактерий в основании желез, где размещаются стволовые клетки. Когда они возвратились к своим моделям на мышах, они обнаружили, что около 30% желез, колонизированных H. pylori, имели бактерии на дне желез.

H. pylori влияет на стволовые клетки

Это неожиданное открытие проливает свет на то, как H. pylori может повлиять на стволовые клетки, чтобы они стали злокачественными. Рак, как полагают, развивается медленно, вместе с тем, как клетка приобретает мутации ДНК, отменяющие клеточный контроль и ускоряющие их пролиферацию.

Даже если H. pylori влияет на клеточный контроль, зрелые эпителиальные клетки желудка не живут достаточно долго для того, чтобы приобрести эти мутации.

«После того, как они достигают поверхности желудка, клетки живут около 24 часов, — говорит Амьева.- Трудно представить, что H. pylori может сделать что-то с этими клетками, что бы могло привести к развитию рака».

Но стволовые клетки чрезвычайно долговечны, а инфицирование H. pylori часто начинается в детстве. Так что есть много времени для бактерий, чтобы взаимодействовать со стволовыми клетками и изменить их.

Для того, чтобы понаблюдать за тем, как H. pylori может изменить поведение стволовых клеток, исследователи возвратились к породе мышей, которые используются в биологии развития. Стволовые клетки мышей помечали флуоресцентными маркерами, которые позволяли ученым идентифицировать их и отслеживать их дочерние клетки.

Через две недели после инфицирования H. pylori, железы этих мышей были заметно больше по размеру и более воспаленными, чем у неинфицированных мышей. Стволовые клетки в железах инфицированных мышей также более активно делились.

Исследователи заподозрили, что белок CagA может быть вовлечен в этот процесс. Для подтверждения этой гипотезы, они инфицировали мышей штаммом H. pylori, который не может вводить в клетки белок CagA, и, хотя бактерии так же колонизировали железы, они обнаружили менее выраженное воспаление и менее активное деление стволовых клеток.

Ричард Пик, доктор медицинских наук, профессор медицины и биологии рака в Университете Вандербильта, который не принимал участия в исследовании, сказал, что статья была «прекрасной, почти художественной», и что, «используя передовые технологии для обнаружения убежища субпопуляции в желудке, исследование открыло новую область для изучения».