揭密幽门螺杆菌如何“走出非洲”

幽门螺杆菌是一种寄生在人体胃内的细菌，是世界上人群感染率最高的细菌之一。 1982年，两名澳大利亚医生巴里·马歇尔（BarryMarshall）和罗宾·沃伦（RobinWarren）首次在人体胃黏膜分离培养出幽门螺杆菌，并证明该菌是造成大多数消化性溃疡和慢性活动性胃炎的病因，因此获得2005年诺贝尔医学奖。感染幽门螺杆菌会导致慢性胃炎和消化性溃疡，也会显著增加胃癌风险，已被美国列入“致癌物清单” 。据美国疾病控制与预防中心估计，世界上大约三分之二的人口感染了幽门螺杆菌，发展中国家感染率更高，但大多数感染者为携带者，无明显临床症状。

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图1幽门螺杆菌电子显微镜图（图片来源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EMpylori.jpg）
幽门螺杆菌主要在家庭内传播，但也可以通过被污染食物和水在社区内传播，特别是在卫生条件差的地区。由于幽门螺杆菌家庭内传播的特性，该菌与其宿主人类具有相似的种群结构和进化历史。
幽门螺杆菌种群结构和进化史
与人类宿主一样，幽门螺杆菌同样起源自非洲，并随着人类迁徙，在大约6万年前“走出非洲” 。 “走出非洲”导致了幽门螺杆菌的“瓶颈效应”——种群“人口”规模急剧下降。此后几千年间，幽门螺杆菌从东非传播到亚洲和欧洲，然后从亚洲继续传播到大洋洲（随着波利尼西亚人在南太平洋的扩张）和美洲（西伯利亚迁移）。与此同时，幽门螺杆菌也在非洲快速扩张，特别是在非洲班图人扩张期间。最近数百年间，随着欧洲殖民和奴隶贸易等事件，幽门螺杆菌进一步快速扩散。
更具体来看，欧洲和中东的幽门螺杆菌种群是非洲和亚洲菌株互相融合的结果（图2）。然而，在该地区幽门螺杆菌与其宿主人类呈现出截然不同的基因融合模式：近期人类非洲与欧洲种群的融合似乎仅限于南欧（西班牙、葡萄牙、希腊），且融合程度很低（仅为百分之几）；幽门螺杆菌非洲与欧洲、中东种群融合程度高得多，其中南欧地区幽门螺杆菌具有超过一半的非洲血统。这表明人类迁徙事件对人类自身DNA的影响远小于对幽门螺杆菌DNA 。可能原因之一是幽门螺杆菌在传播过程中经常遇到“瓶颈” ，从而放大了种群大小变迁对其基因组的影响。每次“瓶颈” ，只有非常有限的菌株遗传信息会成功传递给下一代。因此，经历过“瓶颈”的菌株基因组构成取决于多少遗传信息成功经“瓶颈”传递给下一代。与幽门螺杆菌不同，人类不会经受类似的传播“瓶颈” ，从而导致更好的种群融合，并降低了种群大小变迁的影响。

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图2不同地理区域幽门螺杆菌8个持家基因的“血统”构成图。不同颜色表示幽门螺杆菌不同种群的“血统” ，蓝色：非洲亚群1 ，红色：非洲亚群2 ，黄色：东亚，黑色：欧洲亚群1 ，绿色：欧洲亚群2 。（图片来源：Falushetal.,2003,Science.）
幽门螺杆菌如何“走出非洲”
今年11月11日，中国科学院上海巴斯德研究所DanielFalush团队及其国际合作者在NatureCommunications发表了题为“Repeatedout-off-AfricaexpansionsofHelicobacterpyloridrivenbyreplacementofdeleteriousmutations”研究论文，揭示了欧亚地区幽门螺杆菌种群获得更多非洲种群血统的可能原因。该研究分析了大量非洲、欧洲和亚洲的幽门螺杆菌基因组序列，包括多个新测序得到的基因组序列，据此重建了欧洲和中东地区幽门螺杆菌的种群进化历史，包括遗传漂变、种群迁徙，以及与非洲、亚洲种群的基因融合模式。