HPV生物学特性

宫颈癌是威胁女性的第二大常见癌症,而99%宫颈癌的发生是由HPV(human papilloma virus)感染所致。HPV是一种小型无包膜双链环状DNA病毒。目前已经发现了超过300种HPV病毒基因型,其中约有200种可以感染人类。HPV在致癌过程中发挥着重要作用,每年有63万的新发癌症都与HPV相关,包括宫颈癌、肛门生殖器的其他癌症、头颈癌等,其中,宫颈癌占HPV所致癌症的83%。根据HPV的致癌特性,可将HPV分为高危型和低危型,其中高危型主要与侵袭性宫颈癌有关,低危型主要与尖锐湿疣的发生相关。多数HPV感染是无症状的,70%的人可在一年内清除,但高危型HPV 16所需的清除时间更长,中位清除期为12.2个月。虽然多数HPV感染后可被机体清除,但HPV持续感染人体后可进展为CIN或宫颈癌。

HPV基因组包括3个功能区:早区(E区)、晚区(L区)和非编码调控区(LCR)。HPV通过皮肤或黏膜的损伤感染并进入基底层,为了不激活免疫应答,此时HPV以低拷贝数复制,随着基底层细胞分化,HPV表达病毒基因L1和L2,并以高拷贝数复制,从而产生大量病毒颗粒释放到上皮细胞中。病毒E1和E2蛋白支持病毒基因组在基底细胞中以低拷贝数复制,形成一个7～8 kbp的dsDNA核质粒。只有当这些被感染的细胞分化并向上皮细胞表面移动时,高水平的病毒DNA才被合成,包裹在病毒粒子中,并从带病毒的鳞状上皮细胞表面脱落。在宿主基因组复制时,HPV可以单位点或多位点通过微同源方式整合到宿主基因组中,并可影响整合位点蛋白的表达。其中,83%的HPV阳性宫颈癌病例显示HPV整合到宿主基因组中。在HPV整合到基因组后,可增加癌基因的表达和降低抑癌基因的表达。随着正常宫颈组织进展为宫颈癌,HPV整合到宿主基因组拷贝数的比例增加,且宫颈鳞癌的整合率高于宫颈腺癌。虽然整合在HPV相关的癌症中很常见,但并不是绝对必需的,对来自癌症基因组图谱研究的样本分析表明,80%的HPV阳性宫颈癌发生了HPV整合。(https://www.daowen.com)

其中,L1和L2在病毒生命周期的晚期表达,表明它们参与病毒生命周期的复制和感染。E2可以通过控制宿主细胞基因的表达和转录本的剪切而在多个水平上控制宿主基因。多数时候,E2基因被破坏,导致E6和E7过度表达。但是,当E6和E7串联整合到基因组时,即使E2没有被破坏,E2的结合位点也被甲基化,此时影响了E2对E6和E7的抑制作用。E4通过重组细胞角蛋白丝在初始感染后分化的上皮细胞中释放病毒颗粒,有助于基因扩增和病毒颗粒的形成。E5通过降低抗原提呈细胞表面蛋白的表达而发挥免疫逃避作用。但E5仅在HPV感染后早期发挥作用,在HPV整合到基因组后,E5的作用就消失了。

在HPV致癌的进程中,发挥主要作用的是E6和E7。p53在调控细胞周期、DNA损伤、凋亡、维持基因组的稳定性、衰老以及细胞的代谢中发挥重要的作用。作为转录因子,p53在DNA损伤、缺氧和癌基因表达时被激活,并激活下游基因p21的表达。p21是一种细胞周期依赖性蛋白激酶抑制剂,可使细胞周期停留在G1期,在细胞进入S1期前完成DNA修复。E6可与E6 AP(E6相关蛋白)结合,通过泛素化导致p53降解。除了在蛋白水平,E6还可以在转录水平调控p53,E6通过与p300/CBP共激活因子的相互作用来控制p53依赖的基因调控。此外,研究还表明,p300中E6相互作用区域是E6抑制p53依赖的染色质转录所必需的,E6介导的抑制p53依赖的激活与抑制p53和核小体核心组蛋白乙酰化相关,改变p53和p300对染色质的招募。这一过程是E6抑制p53的一种独特方式,不需要蛋白酶体。E6还通过转录反激活h TERT端粒酶催化亚基,诱导原代上皮细胞的端粒酶活性,而端粒酶的激活需要E6结合到Myc上,而不是与E6 AP结合。这些酶对于维持染色体末端端粒的长度是至关重要的,而端粒的长度是细胞永生化所必需的。因此,E6诱导h TERT激活是HPV致癌的关键一步。Notch1作为肿瘤抑制基因,在宫颈癌中可以通过抑制E6和E7抑制肿瘤的增殖。有学者发现E6可通过抑制p53的表达抑制Notch1。p Rb是根据细胞周期进行磷酸化修饰的,在G0到G1期去磷酸化,在G1期时磷酸化,而在进入S期时再次去磷酸化。在p Rb磷酸化时,可与E2F结合,抑制细胞周期从G1期进入S期。在HPV阳性细胞中,E7以泛素蛋白酶体途径通过LXCXE基序靶向未磷酸化的p Rb并导致其降解,此时E2F释放,使细胞周期蛋白A及细胞周期蛋白E的表达上调。同时,E7也可以结合其他蛋白如p107和p130,使E2F转录增加,促使细胞进入S期。E7还可通过端粒延伸替代机制在癌症早期以及发展过程中维持端粒长度,以减少基因组的不稳定性及促进肿瘤进展,这与E6在癌症中发挥的作用一致。