Neutralizing antibodies for <i>Helicobacter pylori</i> urease inhibit bacterial colonization in the murine stomach <i>in </i><i>vivo </i>

Abstract

Helicobacter pylori (H. pylori) urease is a key protein for persistent infection of the bacteria in the stomach. Although H. pylori generally induce anti-H. pylori-specific antibodies (Abs), these Abs do not usually work for eradication or prevention of the H. pylori infection. In our previous study, we identified a linear epitope composed of 19-mer peptides termed UB-33, CHHLDKSIKEDVQFADSRI, within the large subunit of H. pylori urease. Anti-UB-33-specific Abs neutralized the enzymatic activity of H. pylori urease in vitro. In the present study, we evaluated the effect of immunization of BALB/c mice with H. pylori UB-33 peptide. After confirming the production of anti-UB-33-specific Abs, mice were challenged orally with H. pylori Sydney Strain-1 (SS-1). Mice producing anti-UB-33-specific Abs were not infected with SS-1, and the amount of SS-1 isolate in their stomach was significantly reduced. Also, the urease-negative mutant of H. pylori, HPP1801, did not colonize in the stomach, indicating that H. pylori urease was a critical element for infection of H. pylori in the gastric mucosa. Moreover, mice producing UB-33-specific Abs apparently suppressed H. pylori infection in the stomach where anti-UB-33 Abs were secreted in the gastric juice, indicating that H. pylori colonization was inhibited in the presence of anti-UB-33 Abs. In addition, the neutralization activity of sera from mice immunized with purified urease was less potent than that in the sera from mice immunized with UB-33. Furthermore, the recognition of epitope UB-33 was mediated through Toll-like receptor 2 (TLR2) on the B-1 cells using TLR2-knockout BALB/c mice in vivo. These results indicate that liner peptide UB-33 should be used for immunization to induce neutralizing Abs instead of purified H. pylori urease to prevent H. pylori infection and their colonization in the stomach.

Modern knowledge on pathogenesis, diagnosis and treatment of helicobacter infection

“…Одним из главных факторов вирулентности H. pylori по праву считается уреаза -фермент, осуществляющий расщепление мочевины с образованием аммиака и углекислого газа и играющий решающую роль в приспособлении бактерий к низким значениям pH среды [39]. В отличие от других бактерий, обладающих уреазной активностью (например, Klebsiella aerogenes и Canavalia ensiformis), молекулярное строение уреазы H. pylori включает две субъединицы, формирующие додекамерную (а не трехмерную и гексамерную соответственно) молекулу активного фермента [40,41].…”

“…Было показано, что при отсутствии петли фермент теряет уреазную активность, в связи с чем был сделан вывод о том, что она может являться многообещающей молекулярной мишенью для ингибирования активности уреазы в ходе лечения хеликобактерной (а также протейной) инфекции. Об этом также свидетельствуют исследования, по результатам которых мутантные штаммы H. pylori, не имеющие уреазы и, соответственно, уреазной активности, не были способны колонизировать слизистую желудка и двенадцатиперстной кишки [39,40].…”

“…Опубликованы данные, показывающие, что серологически можно также определять антитела к уреазе или ее UB-33 эпитопу. Однако специфичность данного теста низка [39,47].…”

“…Однако в клинических испытаниях вакцины на основе данных антигенов не смогли показать существенной эрадикационной активности по сравнению с плацебо. Очевидно, что необходимо исследование вакцин, основанных на других эпитопах, например, UB-33 [39].…”

“…Takeshita H. et al, 2019 в эксперименте показали, что использование иммуноглобулинов против UB33-антигена значительно снижало степень хеликобактерной колонизации слизистого слоя желудка у мышей. В этой связи авторы рассматривают применение антител как перспективное направление в лечении хеликобактерных инфекций, вызванных антибиотикорезистентными штаммами H. pylori [39].…”