幽門螺旋桿菌（H. pylori）與人類族群的遷徙與演化

 

圖片來源：Nature Communication

幽門螺旋桿菌（Helicobacter pylori，簡稱H. pylori）是一種非常重要的細菌，因其與多種胃部疾病的關聯而引起廣泛關注。

H. pylori是一種螺旋形的革蘭氏陰性細菌。它具有鞭毛，幫助它在黏液層中移動，並侵入胃黏膜。

因為它能產生尿素酶，這種酶將尿素分解成氨，從而幫助中和周圍的酸性環境，使它能在胃的強酸環境中生存。

H. pylori主要通過口對口或糞口途徑傳播，常在家庭成員或密切生活的社區中見到。

它是慢性胃炎和胃及十二指腸潰瘍的主要原因。長期感染H. pylori增加患胃癌的風險，尤其是腺癌。另外它也與多種其他胃腸道疾病相關，如功能性消化不良和胃淋巴瘤。

H. pylori感染在全球範圍內非常普遍（約有一半的人受感染），特別是在發展中國家。由於其與重要胃腸病變的聯繫，這種細菌的檢測和治療對公共衛生具有重要意義。

由於了解和研究H. pylori對於改善全球胃部健康具有重要意義，並有助於預防和治療與之相關的多種疾病，甚至可以用來瞭解族群之間的關係，追蹤人類遷移和演化的歷史，所以有了幽門螺旋桿菌全球計劃（HpGP）。

幽門螺旋桿菌全球計劃（HpGP，H. pylori Genome Project）是一個國際性的研究合作計畫，旨在深入了解幽門螺旋桿菌的遺傳多樣性、演化、以及其對人類健康的影響。該計劃的主要透過匯集來自世界各地的H. pylori臨床菌株，涵蓋了多種不同的地理、種族和文化背景，形成了一個廣泛的資料群集。

這些菌株的基因組被定序與分析，以提供對H. pylori遺傳變異的全面視野。這包括分析菌株間的遺傳差異、共有的基因特徵，以及抗藥性等特性。透過這些數據，HpGP旨在探索H. pylori與各種胃病之間的聯繫，包括胃炎、胃潰瘍，甚至胃癌。這項研究有助於指導公共衛生策略，尤其是在預防和治療H. pylori相關疾病方面。

總之，HpGP是一項重要的全球性科學計畫，旨在從許多不同角度深入了解與H. pylori相關的複雜問題，並對人類健康產生深遠影響。

最近，HpGP匯集了來自50個國家的1011個H. pylori基因組（也包括了台灣），其中包括之前未發表過的12個國家的基因組序列，包括了來自全球各地的臨床菌株，提供了對H. pylori多樣性的廣泛視野。

研究使用了多種方法來分析這些基因組，包括精細結構（fineSTRUCTURE）、染色體圖、共享核心基因組特徵的網絡分析和主成分判別分析（DAPC）。

這些分析顯示了不同地理區域的H. pylori次群體，包括南非和澳大利亞/新幾內亞的獨特參考基因組。這些次群體在遺傳上有顯著差異，反映了不同地區的人群結構。

這項研究中，幽門螺旋桿菌的種群結構被劃分為四個主要的種群，代表了17個全球性的次種群：

1. 西南歐洲群集：包括拉丁美洲和東北非洲。
2. 北歐和中歐群集：涵蓋中東和中亞地區。
3. 西非和南非群集：包括非洲及北美、南美和中美地區。
4. 北亞、中亞和東亞群集：還包括美洲的原住民群體。

這些群體顯示了幽門螺旋桿菌在地理分布上的多樣性，反映了細菌與其宿主人類的共同演化歷程。

如：美洲原住民的幽門螺旋桿菌（hspIndigenousNAmerica）與亞洲的幽門螺旋桿菌（特別是北亞洲的hpNorthAsia）在分析中顯示出較高的親緣關係。這表明這些細菌種群之間存在著更多的共同祖先成分。這間接支持了美洲原住民可能是由亞洲越過白令陸峽而來的說法。

同樣的，拉丁美洲、東北非洲與西南歐洲的幽門螺旋桿菌也基於這些菌株之間的遺傳相似性被分在同一群裡。研究分析顯示，北非的幽門螺旋桿菌在遺傳上更接近伊比利半島（西南歐洲）和中東地區的菌株，而非非洲其他地區的菌株。這反映了歷史上的人類遷徙和文化交流，特別是在地中海地區，這些地區的人類互動可能導致了幽門螺旋桿菌在這些地區之間的遺傳交流。

另外，南美洲原住民的幽門螺旋桿菌與東亞的幽門螺旋桿菌之間的相關性較高。

而南非（屬於DAPC群組4，FS分析中的hpAfrica2）和澳洲/新幾內亞（DAPC群組6，FS中的hpSahul）的幽門螺旋桿菌與其他群組有顯著的遺傳差異。這些區域的幽門螺旋桿菌展現出與其他全球群組截然不同的遺傳特性，顯示了獨特的地理和遺傳多樣性。

研究團隊還進行了祖先分析，比較了不同H. pylori次群體的祖先貢獻。例如，歐洲次群體中不同的地理區域顯示了不同的亞洲和非洲祖先比例。

儘管HpGP提供了廣泛的信息，但某些地區和人群在幽門螺旋桿菌基因組學方面仍然研究不足。特別是南亞、中亞和非洲大陸的覆蓋率不足。

有趣的是，研究團隊在美國發現了一個具有高度同質性的H. pylori群體，顯示出在遠程地理位置間的關係。這種發現是罕見的，因為H. pylori的高重組率通常會消除這種關係的證據。

研究強調了H. pylori的傳播方式和與人類健康的相互作用。特別是，一個在美國人口中發現的群體顯示出與其他H. pylori相比具有顯著的適應優勢。

總而言之，這項研究為了解H. pylori在全球範圍內的遺傳多樣性提供了寶貴的洞見，並可能有助於未來針對特定菌株的醫療干預和治療策略的發展。

參考文獻：

Thorell, K., Muñoz-Ramírez, Z.Y., Wang, D. et al. The Helicobacter pylori Genome Project: insights into H. pylori population structure from analysis of a worldwide collection of complete genomes. Nat Commun 14, 8184 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43562-y