Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Lịch sử nghiên cứu Helicobacter pylori Xoắn khuẩn HP đã được tìm thấy trong niêm mạc dạ dày của người và động vật từ năm 1875 nhưng mối liên quan giữa vi khuẩn này và các bệnh lý ở dạ dày-tá tràng chưa được xác định [100]. Vi khuẩn Helicobacter pylori trên kính hiển vi điện tử (Nguồn: http://microbewiki.edu/images/thumb/2/24/H.gif) Khi mới phân lập vi khuẩn này được đặt tên là Campylobacter pyloridis căn cứ vào vị trí khu trú và một số đặc điểm giống Campylobacter jejuni [114]. Sự khác biệt giữa Campylobacter pyloridis và các chủng Campylobacter được Goodwin và cộng sự xác định vào năm 1989, từ đó Campylobacter pyloridis được đổi tên thành Helicobacter [73].
Tên Helicobacter phản ánh hai đặc điểm hình thái của vi khuẩn: dạng hình gậy và hình xoắn trên in vivo. Năm 1983, Warren và Marshall cùng cộng sự xác định được mối liên quan giữa vi khuẩn này với bệnh lý dạ dày [114]. Tuy nhiên, quan niệm thời đó khó chấp nhận sự tồn tại cũng như vai trò của vi khuẩn trong môi trường rất axit của dạ dày. Để chứng minh cho phát hiện của mình, tiến sĩ Marshall đã uống một lượng lớn vi khuẩn sống HP.
Sau đó, ông có các triệu chứng của viêm dạ dày cấp tính và thực hiện nội soi xác định sự có mặt của HP bằng phương pháp mô bệnh học từ bệnh phẩm sinh thiết dạ dày. Cùng với nghiên cứu này còn có một nghiên cứu khác của tiến sĩ Morris, người cũng tự gây nhiễm HP cho bản thân. Cuối cùng, sau những nỗ lực của các nhóm nghiên cứu, Hội đồng khoa 4 học đã bị thuyết phục về sự có mặt của vi khuẩn gây viêm loét dạ dày [48]. Viện Nghiên cứu sức khỏe Hoa Kỳ đã công bố vi khuẩn Helicobacter pylori có khả năng gây viêm loét dạ dày-tá tràng và khuyến cáo dùng kháng sinh để điều trị nhiễm trùng này [52].
Warren và Marshal đã giành được giải thưởng Nobel Sinh lý học và Y học vào năm 2005. Đặc điểm hình thái, khả năng gây bệnh của Helicobacter pylori Helicobacter đã được xác định gồm trên 18 loài cư trú ở người và các loài động vật có vú khác nhau. Tuy nhiên, chỉ có HP và H. heilmannii là có khả năng cư trú ở dạ dày người và là nguyên nhân chính gây bệnh tại dạ dày-tá tràng.
heilmannii có hình thể giống với HP nhưng dài gấp 3 lần và đặc biệt là có 12 lông ở một đầu. Các nhà nghiên cứu đã ghi nhận thấy có sự khác nhau về gen của các chủng H. heilmannii phân lập được trong mảnh sinh thiết dạ dày. heilmannii chỉ cư trú ở tế bào thành niêm mạc dạ dày.
Trong dạ dày của một bệnh nhân có thể gặp đồng thời cả H. heilmannii và HP với sác xuất gặp khoảng 8% [49]. Đặc điểm hình thái học của Helicobacter pylori Về hình thể, HP có hình dạng mỏng mảnh, cong xoắn hoặc hình chữ S, bắt mầu Gram âm, dài 1,5-5µm và dày 0,3-1µm, với 4 đến 7 lông có vỏ bọc mọc ra từ một đầu [13]. Nhờ cấu trúc hình xoắn và các lông này, vi khuẩn di chuyển dễ dàng trong lớp nhầy của dạ dày.
Các lông roi đều có vỏ là lớp liên tục với màng ngoài vi khuẩn, chính lớp vỏ này bảo vệ cho các sợi và chất sợi trong lông không bị môi trường axit khử cực và làm mất chất sợi, đảm bảo cho hoạt động di chuyển của vi khuẩn [142]. Hình thái điển hình của HP chỉ gặp khi soi tươi hoặc nhuộm mô bệnh học các mẫu sinh thiết. Trong môi trường nuôi cấy, người ta gặp các hình thái HP dài hơn và có độ xoắn thấp hơn. Ngoài ra, trong môi trường nuôi cấy để lâu hoặc môi trường ngoài, HP thường chuyển thành dạng hình cầu với nhiều kích thước khác nhau [1].
Dựa vào đặc điểm hình thái học, người ta có thể phát hiện trực tiếp vi khuẩn HP theo phương pháp tế bào học bằng cách nhuộm Gram hoặc soi kính hiển vi đối quang phân kỳ (phase contrast microsopy) từ các mẫu bệnh phẩm sinh thiết dạ dày và theo phương pháp mô bệnh học. Đặc điểm sinh thái học của Helicobacter pylori Helicobacter pylori là vi khuẩn thích nghi được với môi trường dạ dày người, nơi có nồng độ axit chlohydric rất cao. Việc HP qua được hàng rào dịch vị để sống và gây bệnh trong môi trường dạ dày là một điều rất khó giải thích trong nhiều năm qua [13]. Ngoài HP, chỉ có H.
felis có khả năng này. Các đặc điểm sau đây giúp HP thích ứng được tại dạ dày để tồn tại, phát triển và gây bệnh: Enzyme urease của Helicobacter pylori Duy trì pH<2 bằng sự tiết thường xuyên axit chlorhydric làm cho các loại vi khuẩn không thể sống sót được là hàng rào bảo vệ rất hiệu quả của dạ dày người. Để có thể tồn tại trong dạ dày, HP cần có các vũ khí đặc biệt, một trong số đó chính là enzyme urease. Khác với hệ enzyme urease có trong các vi khuẩn cư trú tại ruột dùng để sử dụng Nitơ từ Urea, ngay khi xâm nhập vào dạ dày, HP chui vào trong dịch vị rất toan nhưng có chứa ít Urea từ dạ dày khuếch tán đến.
Bằng chính hệ enzyme urease đặc biệt của mình từ nội bào đưa ra ngoài, HP sử dụng Urea này để chuyển thành 2 chất có đặc tính kiềm là Ammoniac và Bicarbonate tạo ra đám mây kiềm bao bọc quanh nó để thoát chết và chui sâu xuống cư trú ở lớp nhầy kiềm hơn, ngay trên lớp biểu mô niêm mạc dạ dày [32]. Urease CO(NH2)2 + 2H+ + H2O → HCO-3 + 2NH4 Lông và sự di chuyển của Helicobacter pylori Khả năng di chuyển cực kỳ nhanh của chúng so với các vi khuẩn di động khác cũng là một đặc tính sinh học quan trọng giúp HP thoát khỏi môi trường có độ toan rất cao của dịch vị. Khả năng này có được là nhờ cấu trúc tế bào hình xoắn và bộ lông roi có năng lượng cao như đã mô tả trên [136], [76]. Đặc điểm cư trú chọn lọc của Helicobacter pylori Một đặc điểm quan trọng khác của HP là chỉ cư trú tại dạ dày, mà đặc biệt là vùng hang vị.
Quan sát qua kính hiển vi điện tử cho thấy vi khuẩn này bám vào vùng tế bào thành hang vị giống như cách bám của E.coli bám vào tế bào ruột. HP chỉ có mặt ở tá tràng nếu có sự loạn sản dạ dày tại đó và vi khuẩn bám vào các tiểu đảo tế bào dạng dạ dày ở tá tràng [182]. 6 Các yếu tố dính của Helicobacter pylori HP có khả năng bám vào mô đích để gây bệnh là nhờ có các chất dính đặc hiệu với mô ấy (tissue specific adhesines). Chất được phát hiện đầu tiên là N-acetyl-neureminyl- lactose, một trong những hemaglutinines giúp HP gắn kết với hồng cầu.
Một đặc điểm quan trọng nữa là HP lại gắn được với tế bào HEp2 khi vi khuẩn này phát triển trong bất cứ môi trường nào, trong khi hemaglutinine thường chỉ có ở các vi khuẩn phát triển được trong môi trường bán lỏng [31]. Đặc điểm sinh miễn dịch của Helicobacter pylori Nhìn chung, nhiễm HP tại dạ dày gây nên một đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ của cơ thể vật chủ. Các yếu tố gây miễn dịch của vi khuẩn còn chưa được làm rõ, có thể do một số yếu tố gây miễn dịch chỉ thể hiện khi vi khuẩn sống trong cơ thể người hoặc cần điều kiện nuôi cấy đặc biệt. Sự đáp ứng kháng thể cũng không giống nhau ở từng cá thể nhiễm HP.
Đáp ứng miễn dịch của vật chủ không tiêu diệt được vi khuẩn mà ngược lại góp phần gây tổn thương niêm mạc dạ dày vật chủ [79]. Ngày nay, nhiều thành phần mang tính kháng nguyên của HP đã được xác định và thậm chí đã được tái tổ hợp. Trong đó đáng chú ý là CagA (Cytotoxin Asociated Gene: độc tố gây độc tế bào), VacA (Vacuolating Cytotoxin: độc tố gây rỗng tế bào) là những kháng nguyên mang độc tính đóng vai trò chủ yếu gây loét và ung thư dạ dày. Đến nay, vẫn chưa thể xác định chắc chắn kháng nguyên nào của HP có tính sinh miễn dịch quan trọng nhất, đặc trưng nhất cho nhiễm HP.
Việc khẳng định kháng nguyên nào có thể sinh miễn dịch có tính bảo vệ và khả năng dự trữ kháng nguyên của các chủng HP có giống nhau hay không còn chưa được rõ ràng. Đây cũng chính là yếu tố gây khó khăn cho việc nghiên cứu sản xuất vắc xin đặc hiệu phòng nhiễm HP. Đề kháng của Helicobacter pylori chống lại đáp ứng miễn dịch của cơ thể Qua thực nghiệm, các nhà khoa học thấy rõ hiện tượng HP chống lại được hiện tượng thực bào và các quá trình diệt khuẩn. Có thể quá trình thực bào bị ảnh hưởng bởi môi trường toan của dạ dày, nhưng chủ yếu là do vi khuẩn đã tìm được cách làm mất tác dụng của thực bào.
Sau khi bị thực bào, HP đã dùng hệ enzyme phong phú như catalase, các superoxyd dismutase để phá hủy các chất diệt khuẩn và dùng urease để kiềm hóa hệ enzyme của lysosym trong tế bào thực bào. Kháng thể kháng HP cũng không phát huy được tác dụng do bị gắn với các sản phẩm mà vi khuẩn sản xuất ra rất 7 nhiều hoặc bị môi trường toan dạ dày phá hủy. Hơn nữa, cũng như các vi khuẩn ngoại bào khác, HP có thể biến đổi kháng nguyên nhanh chóng làm cho các kháng thể sản xuất ra không còn tác dụng [139]. Đặc điểm sinh học liên quan đến tính gây bệnh của Helicobacter pylori Trong những đặc điểm sinh học mà HP có được thông qua quá trình thích nghi trong môi trường dạ dày, có một số đặc tính liên quan đến sự gây bệnh của vi khuẩn này đối với nơi mà nó cư trú như trong bảng sau [146] Bảng 1.
Đặc tính sinh học của Helicobacter pylori TT Yếu tố sinh học Đặc tính sinh học 1 Cấu trúc hình xoắn Di chuyển nhanh, xuyên qua lớp nhầy để khu 2 Lông trú dưới lớp nhầy, vùng trên biểu mô 3 Urease (Ure A và B) Lôi kéo đại thực bào, monocyte làm tăng các phản ứng viêm. Thúc đẩy quá trình chết tế bào 4 Các chất bám dính (H. pyloria, Lewis Cho phép vi khuẩn bám vào tế bào biểu mô b, BabA2, Alp A, Alp B, Ure l) niêm mạc dạ dày để tồn tại, phát triển và sinh bệnh 5 Các Lipopolysaccharid (LPS; Fruc T Hoạt hóa hệ bổ thể, kích thích đại thực bào, mã hóa kháng nguyên Lewis: Lea, monocyte và các tế bào khác sinh cytokine Leb, Lex, Ley (IL1,6,8; TNF- ) gây tổn thương niêm mạc 6 HP-Nap (H.