陳韌煒

美國加利福尼亞州大學(xué)圣塔芭芭拉分校，生物工程中心, 圣塔芭芭拉 93106

人乳頭瘤病毒(human papillomavirus，HPV)是性病傳播感染最常見的病原體之一。HPV有170多種基因型，根據(jù)致癌潛力，該病毒被分為高危型和低危型兩種。低危型HPV為常引起生殖器疣和喉乳頭狀瘤的病原體[1]。高危型HPV16和18的感染與95%的宮頸鱗狀細(xì)胞癌有關(guān)[2]，也與頭頸部腫瘤有密切關(guān)系[3-4]。肛門生殖器、口咽部癌與HPV的因果關(guān)系已得到很好確立，抗病毒研究已逐步成為國際熱點(diǎn)。

1 HPV

HPV屬乳頭瘤病毒科微小乳頭瘤病毒，為無包膜的二十面體DNA病毒。病毒顆粒直徑為55～60 nm，由共價(jià)單鏈雙分子組成封閉的約 7 900 bp的環(huán)狀DNA基因組(圖1)。所有的編碼序列位于一條 DNA鏈上，含有至少6個(gè)早期開放讀碼框(open reading frame, ORF)、2個(gè)晚期ORF、控制區(qū)(LCR)、上游調(diào)控區(qū)(URR)或非編碼區(qū)域(NCR)。

ORFs deduced from the DNA sequence are designated E1 to E8, L1, and L2, indicated in grey boxes. A non-coding region (NCR) is indicated by a black box. Main functions of genes are listed.

圖1 HPV16的基因組組成及其主要功能

Fig.1 Genomic organization of HPV16

1.1 分類

1.1.1 基因型HPV基因分型基于其主要衣殼蛋白L1 ORF內(nèi)部的同源性[5-6]。根據(jù)1995年魁北克國際乳頭狀瘤病毒研討會(huì)的商定[7]，如新分離株的L1 ORF的DNA序列與最接近的已知類型相差超過10%，定為新型; 如相差介于2%～10%，可稱為亞型;若<2%則為變異株。目前，170多種HPV基因型已全部被測(cè)序，各自有其不同的生命周期特征和致癌潛力[8-11]。

1.1.2 黏膜和皮膚型據(jù)被HPV感染后先出現(xiàn)病變的位置，分為皮膚型和黏膜型。皮膚疣與皮膚型HPV相關(guān)，主要由HPV1、2、4引起；但也可能由HPV5、8、9、23、47引起，被紫外線照射后可轉(zhuǎn)為惡性腫瘤[12-13]。黏膜型HPV存在于呼吸道和生殖器官黏膜表面。目前已有40多種HPV被確定，最常見的為HPV6、 11、 16、18、 33等[5]。

1.1.3 高危和低危型以病毒不同的致癌潛力區(qū)分病毒類型。Munoz等認(rèn)為，高危型有15種，包括HPV16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68、73和82; 此外，HPV26、53、66被分為可能高危型; 低危型包括HPV6、11、40、42、43、44、54、61、70、72、81和 CP6108[2]。

1.2 傳播途徑

HPV的傳播途徑包括水平傳播和垂直傳播。在水平傳播模式中以性傳播途徑最為常見[14]，也有報(bào)道在無性生活史的成人和兒童中可通過自、異體接種或污染物傳播[15-17]。垂直傳播途徑指被HPV感染的母親可能在生產(chǎn)過程中及產(chǎn)后的密切接觸中將病毒感染嬰兒[18]。Chen等報(bào)道約有5%學(xué)齡前幼兒及10%學(xué)生的扁桃體上皮組織中被檢出HPV16 DNA，進(jìn)一步支持HPV可通過垂直型傳播[19]。

1.3 致癌機(jī)制

1995年，國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer，IARC)將HPV16和18定性為人類致癌物，是宮頸癌的主要病因[20-22]。高危型HPV有2個(gè)主要的腫瘤蛋白E6和E7。E6蛋白通過與細(xì)胞E6相關(guān)蛋白(E6AP)及腫瘤抑制蛋白P53相結(jié)合，導(dǎo)致P53泛素化蛋白酶體降解及抗細(xì)胞凋亡，使細(xì)胞周期停滯或無限增殖。E6蛋白也可與細(xì)胞PDZ蛋白結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞極性和信號(hào)傳導(dǎo)的破壞。此外，E6蛋白還可以激活細(xì)胞端粒酶(hTERT)，引起細(xì)胞無限增殖[24-25](圖2A)。E7蛋白可使抗視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的腫瘤抑制蛋白pRb磷酸化和泛素化，從而促進(jìn)細(xì)胞分裂。同時(shí)，E7蛋白可激活細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子E2F，通過細(xì)胞腫瘤抑制蛋白p16途徑，促進(jìn)細(xì)胞分裂，誘導(dǎo)異常中心體復(fù)制，使多倍體和基因組不穩(wěn)定[23-24](圖2B)。

1.4 輔因子

高危型HPV感染是癌癥發(fā)生的必要但非充分條件。永生化細(xì)胞為正常原代細(xì)胞被HPV16的DNA轉(zhuǎn)染后建立的，該細(xì)胞植入裸鼠體內(nèi)未能致癌，表明由HPV16轉(zhuǎn)化的永生化細(xì)胞是非惡性的[26-29]。在被高危型HPV感染的婦女中，長(zhǎng)期口服避孕藥、吸煙及與其他性傳播因素的共同作用是影響其進(jìn)展為宮頸癌的輔助風(fēng)險(xiǎn)因素[26-29]。

圖2 高危型HPV E6和E7腫瘤蛋白與細(xì)胞蛋白相互作用的致癌機(jī)制

Fig.2 Molecular mechanisms of carcinogenesis by high-risk HPV E6 and E7 oncoproteins interacting with cellular proteins

2 高危型HPV與腫瘤關(guān)系

全球約5%的癌癥病例由高危型HPV感染引起[30]。在美國，高危型HPV導(dǎo)致女性癌癥病例占3%，男性癌癥病例占2%[31]。幾乎所有的宮頸癌均由HPV導(dǎo)致，其中HPV16和18占70%，其余為45、31、33、52、58、35等[2,32]。約80%的肛門癌，65%的陰道癌，50%的外陰癌和35%的陰莖癌由HPV引起，以16型最為常見[33-34]。

約70%的口咽癌(包括軟腭、舌根和扁桃體)由HPV引起，其中有一半以上與HPV16相關(guān)[3-4]。越來越多的報(bào)道證實(shí)頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)中存在HPV，總體檢測(cè)率為9%～60%[35-37]。原位雜交法顯示HPV DNA只存在于腫瘤細(xì)胞中，不位于周圍基質(zhì)或非發(fā)育不良表面上皮中[38-39]。HPV DNA陽性的HNSCC中，約有50%患者表達(dá)E6/E7 mRNA[40-41]，伴有高表達(dá)p16、野生型P53和低表達(dá)pRb；相反，缺乏E6/E7 mRNA表達(dá)的腫瘤通常與低表達(dá)p16、突變型P53及正常pRb相關(guān)[40]。研究證實(shí)高危型HPV與HNSCC間存在的因果關(guān)系。值得注意的是HPV導(dǎo)致的頭頸部腫瘤與肛門生殖器癌癥有所不同，在HNSCC中HPV DNA和P53突變共存，E6轉(zhuǎn)錄物表達(dá)與基底樣形態(tài)(細(xì)胞擁擠、形態(tài)小、色度過高、細(xì)胞質(zhì)稀少、細(xì)胞核顯示活躍的有絲分裂和無角質(zhì)化特征)相關(guān)[42-44]。相反，肛門生殖器癌癥的HPV陽性與P53突變之間呈負(fù)相關(guān)，且通常無明顯的基底樣形態(tài)組織學(xué)特征[7]。

扁桃體鱗狀細(xì)胞癌亦為頭頸部腫瘤。使用不同的檢測(cè)方法，約有42%～100%的扁桃體癌中可檢測(cè)出HPV DNA[35]。HPV陽性的扁桃體鱗狀細(xì)胞癌被認(rèn)為具有獨(dú)特的生物學(xué)特征，如通常見于不吸煙飲酒的中年男性，以HPV16最為常見，伴有癌基因E6/E7表達(dá)，p16表達(dá)增高，而pRb表達(dá)降低，P53低表達(dá)野生型[40-41]。HPV陽性扁桃體癌的預(yù)后通常比HPV陰性扁桃體癌患者好[35]。流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，與HPV相關(guān)的肛門生殖器癌癥患者患扁桃體鱗癌風(fēng)險(xiǎn)增加4.3倍，而與HPV非相關(guān)癌癥(結(jié)腸癌、胃癌和乳腺癌)患者不增加發(fā)生扁桃體鱗狀細(xì)胞癌的風(fēng)險(xiǎn)，提示HPV可能是關(guān)聯(lián)扁桃體與肛門生殖器之間發(fā)生鱗狀細(xì)胞癌的常見因素[45]。

3 治療

HPV感染的個(gè)體根據(jù)發(fā)展為腫瘤的類型和階段，通常接受與非HPV感染的癌癥患者相同的治療。用于治療宮頸癌前病變的方法通常包括冷凍破壞手術(shù)、環(huán)形電外科切除術(shù)等。宮頸癌的治療方案根據(jù)臨床癥狀而定，一般為手術(shù)、化療、放療、免疫治療以及臨床試用期的治療性疫苗。

另外，抗HPV 研究逐步成為國際熱點(diǎn)。Jiang實(shí)驗(yàn)室已證實(shí)，經(jīng)化學(xué)修飾的牛乳清蛋白可以高效阻斷HPV感染,對(duì)高危型HPV持續(xù)性感染的阻斷有顯著效果，且具有很好的臨床安全性[46-48]。此外，干擾素也具有調(diào)節(jié)免疫力、抗病毒增殖的作用。肛門生殖器疣的消融治療后，全身施用干擾素可增加病毒清除率并降低復(fù)發(fā)率，但與文獻(xiàn)報(bào)道的療效不一致[49]。

4 預(yù)防

HPV疫苗的出現(xiàn)是腫瘤預(yù)防科研取得的重大成果。疫苗可預(yù)防HPV感染，從而預(yù)防全球2/3以上的浸潤性宮頸癌和一半的高度鱗狀上皮內(nèi)病變[50]。HPV疫苗是由通過重組DNA技術(shù)表達(dá)的具有與HPV相同的主要外殼蛋白質(zhì)L1產(chǎn)生的病毒樣顆粒(virus-like particle，VLP)組成, 沒有HPV的遺傳物質(zhì)。VLP作為抗原可誘導(dǎo)人體產(chǎn)生強(qiáng)烈的保護(hù)性免疫應(yīng)答(抗L1蛋白的抗體)，以便在再次接觸HPV時(shí)，抑制其遺傳物質(zhì)的釋放[51]。至今，美國食品和藥品管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)已經(jīng)批準(zhǔn)了3種預(yù)防HPV感染的疫苗。2006年，4價(jià)HPV疫苗獲得許可，其包含由HPV 6、11、16和18 L1蛋白制備的4種特異性VLP。2007年2價(jià)疫苗開始銷售，其包含由16和18的2種病毒L1制備的VLP[52]。2014年12月，美國FDA批準(zhǔn)了9價(jià)疫苗上市，可保護(hù)9種HPV的感染(6、11、16、18、31、33、45、52和58)。疫苗以2個(gè)或3個(gè)劑量系列給藥，世界衛(wèi)生組織建議讓9～13歲的青少年在有性行為之前接種[53]，降低由疫苗靶向的HPV感染的風(fēng)險(xiǎn)，但不能治療由HPV感染所致的疾病[54-55]。HPV疫苗的接種被引入可作為預(yù)防宮頸癌的措施，但不能替代宮頸癌的篩查[56]。盡管信息有限，但已報(bào)道HPV疫苗在預(yù)防病毒感染方面具有免疫原性、安全性和有效性，目前尚無嚴(yán)重的不良反應(yīng)[57-58]。各國政府在大量科研證據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)推廣HPV疫苗接種以達(dá)到有效的預(yù)防目的。同時(shí)需要更多研究開發(fā)針對(duì)HPV相關(guān)癌癥的治療性疫苗，以提高治療HPV相關(guān)癌癥的效果。

5 結(jié)語

HPV是一種常見的性傳播疾病病原體，可導(dǎo)致肛門、生殖器和頭頸部癌癥。通過對(duì)該病毒結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究，人們已部分掌握了HPV的重要細(xì)節(jié)，研發(fā)出用于預(yù)防和控制HPV相關(guān)癌癥的高免疫原性和有效的疫苗。組合療法的優(yōu)化和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將進(jìn)一步提供研發(fā)和治療方案。