HPV对生殖系统影响的研究进展
文章导读:人乳头瘤病毒(HPV)感染可引发生殖系统的疣变以及恶性肿瘤。其中高危型HPV的感染导致了约70%的女性宫颈癌。HPV病毒蛋白可通过调节细胞基因组的稳定性、转录活性、泛素化途径和细胞代谢等机制诱发癌症。同时HPV的持续慢性感染和免疫应答的紊乱也与宫颈癌的发生相关。本文对HPV感染对生殖系统健康的影响、HPV病毒分子结构、HPV病毒蛋白的致癌的机制以及宿主对于HPV感染的免疫应答的近期研究进展进行了综述,并总结展望了HPV相关生殖系统疾病的预防和治疗的前景。 |
人乳头瘤病毒(Human papillomavirus,HPV)由约8kB的环状双链DNA基因组以及直径为52~55纳米的无包膜病毒颗粒组成。HPV具有超过180种类型,它们从各种不同的临床损伤组织中克隆出来,由数字顺序编号,并通过DNA测序的基因型分类。由于HPV的体外培养很困难,HPV的感染通过检测HPV的病毒DNA确定。HPV病毒感染会导致人类生殖系统的疣变以及恶性肿瘤。HPV与肿瘤的联系最先被发现在皮肤疣状表皮发育不良(Epidermodysplasia Verruciformis, EV)的病人中。这些病人的一些暴露部位的疣最终发展为癌症。HPV分为低危亚型和高危亚型,低危亚型常导致良性疣,高危亚型HPV可引发恶性肿瘤。HPV 6和HPV 11是最普遍的两种低危亚型,它们导致了约90%的尖锐湿疣,几乎所有的复发性呼吸道乳头状瘤和一部分Ⅰ级宫颈上皮内瘤变(CINⅠ),Ⅰ级外阴和阴道上皮内瘤变(VINⅠ和VAINⅠ)以及肛门上皮内瘤变(AINⅠ)。高危黏膜型HPV大约有15种,最普遍的为HPV 16和HPV 18,它们导致了约70%的女性宫颈癌。高危亚型HPV导致的癌症不仅集中于宫颈组织,阴道癌、外阴癌、阴茎癌、肛门癌、扁桃体癌以及舌癌均与HPV16感染相关。
1 HPV病毒基因组与蛋白
HPV的基因组DNA具有约8000对碱基,由早期区(early region)、晚期区(late region)以及上游调节区(upstream regulate region,URR)组成。晚期区的L1和L2基因编码病毒壳蛋白,早期区的基因编码调节病毒复制和转录的蛋白。其中E2辅助病毒复制,并调节其他病毒早期基因的转录。E6和E7是宫颈癌相关HPV的两个致癌转化蛋白。E6和E7分别由约150个和100个氨基酸组成,均具有包含被29个氨基酸分开的两个CXXC结构的锌结合域组成,分别可与肿瘤抑制蛋白p53和pRB结合。
2 HPV病毒蛋白引发生殖系统肿瘤的机制
HPV的致癌蛋白为E6和E7蛋白,它们虽然本身没有酶活性,却可与各种不同的蛋白相互作用,调节宿主细胞的信号转到网络,通过改变细胞基因组的稳定性、转录活性、泛素化途径和细胞代谢导致癌症的发生。
基因组的不稳定与DNA的损伤与癌症的发生相关。HPV的E6和E7蛋白可通过诱发基因组的不稳定性导致肿瘤病变。HPV E6/E7蛋白的在细胞中的表达可导致断裂双链DNA的积累、有丝分裂异常、后期桥现象,并激活包括ATM激酶在内的DNA损伤信号。E6和E7可以调节细胞转录活性,其中E6蛋白通过降解降低肿瘤抑制蛋白p53的转录活性,同时它也可结合p53转录反应的其他分子,包括共激活子p300、衔接蛋白TADA3和TIP60复合物间接抑制p53转录活性。此外,E6蛋白可上调人类端粒酶逆转录酶(hTERT)启动子的转录活性,激活端粒酶活性保持细胞端粒长度,从而导致细胞的无限增殖化。E7蛋白可调节一些组蛋白去甲基化酶的转录活性从而改变基因的表达。
E6和E7蛋白还可通过作用于泛素连接酶,从而调节泛素化介导的蛋白酶体降解,以改变宿主细胞蛋白的表达而进一步导致癌症的发生。高危HPV的E6蛋白可连接并重新编程UBE3A泛素连接酶而降解p53肿瘤抑制蛋白以及PDZ蛋白。而 E7蛋白可通过作用于Cullin 2类泛素连接酶介导肿瘤抑制蛋白pRB的降解。
此外,HPV病毒蛋白还可以改变宿主细胞的代谢。HPV16 E7蛋白在人类原代上皮细胞中表达可引起细胞自噬,这表明了此类细胞处于代谢压力状态下。HPV的E7蛋白的表达还会引起沃伯格效应(Warburg effect),这种效应是肿瘤细胞通过糖酵解为自身代谢供能的特异方式。
3 HPV感染的免疫应答与生殖系统肿瘤的关系
宿主通过免疫应答反应防止HPV生殖道感染的侵入。在HPV引起的生殖系统早期病变如尖锐湿疣和CINⅠ病人中,细胞介导的针对于E2和E6病毒特异性免疫反应可导致病变的消退。病变的消退与很多种免疫细胞的局部应答以及免疫相关蛋白的表达有关,具体包括:①CD4+和CD8+T细胞对病变组织的局部渗入;②Th1型细胞因子的局部表达;③上皮内的颗粒酶B(granzyme B,GrB)阳性CD8+ T细胞以及GrB+CD56+细胞渗入;④异常组织血管内皮中α4/β7配体和黏膜血管定居因子(Mad-CAM1)的表达。但是针对于HPV的全身性抗原特异性T细胞反应很微弱并且持续时间不长。
在HPV感染的病人中,有10%~20%的人具有宫颈HPV持续性感染,长期被检测出HPV DNA阳性,而这些病人的宫颈上皮内瘤变由Ⅰ级向Ⅱ级和Ⅲ级病变。这些HPV持续性感染的病例与局部炎症信号的缺失相关。研究证明,被HPV感染细胞的细胞中,炎症感受信号通路被下调,促炎症细胞因子如白介素-1β(IL-1β)的释放降低,与树突细胞和巨噬细胞的激活与召集相关的信号不足。病毒在上皮内的长期慢性复制及突变最终导致了病毒对于宿主免疫应答的逃逸以及宿主细胞的紊乱和转化。
宿主针对HPV的体液免疫反应发生在细胞免疫反应之后。在病人中检测出的HPV抗体的浓度很低,甚至很多女性病人并不能检测出抗体。HPV16感染病人检测出抗体反应的平均时间为其子宫检测出HPV的DNA之后9个月。这可能是由于病毒表面颗粒进入产生抗体反应的淋巴结较为困难,也可能由于现有检测HPV抗体技术不够完善。
4 HPV相关癌症的治疗及展望
市场上已有两种分别针对于HPV16和HPV18的预防性疫苗,它们已被证明可有效预防病毒感染、尖锐湿疣以及部分低级瘤变。但是由于HPV在感染后数年或数十年才会引起癌症,现有的预防性疫苗对于高级肿瘤病变的防治效果需要在二三十年后才能有检测结果。关于治疗型疫苗,已有研究报告称基于HPV16 E6/E7的多肽疫苗可使HPV相关的外阴癌前病变消退。由于E6和E7是HPV致癌的主要蛋白,因此也可利用RNA干扰(RNAi)技术针对这两种蛋白进行治疗。将E6和E7的启动子及转录片段作为靶点的小干扰RNA(siRNA)已在宫颈癌细胞系以及小鼠肿瘤模型中被证明可以治肿瘤生长,并改变细胞内p53和p16的表达。但是还没有关于RNAi技术在临床治疗方面的研究。此外,针对泛素化以及蛋白酶降解的抑制剂也可能有效抑制病毒蛋白对于抑癌基因p53的降解。由于病毒蛋白可引起细胞的表观基因学的变化如组蛋白H3K27的去甲基化,其特异去甲基化酶也可能作为HPV相关癌症的治疗靶点。由E7蛋白激活的细胞自身肿瘤抑制通路如细胞死亡及衰老的作用虽然被E6蛋白功能以及E7的其他功能所平衡,但是利用一些治疗干预重新激活肿瘤抑制通路也可作为一种抑制HPV相关肿瘤生长的有效途径。另外,针对于免疫逃逸机制的疗法,如细胞因子的介入,可能诱发宿主自身的细胞免疫应答,从而降低HPV的长期慢性感染引发的生殖系统肿瘤。
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