孔令慧 吳翠環(huán) 李瑩 張明 張玉慧
1.河北省涿州市醫(yī)院病理科,河北 涿州 072750;2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系,湖北 武漢 430030;3.河南省濮陽(yáng)市人民醫(yī)院病理科,河南 濮陽(yáng) 457000;4.山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)山醫(yī)院病理科,山東 煙臺(tái) 264001;5.華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 湖北 武漢 430074
E2F-1和survivin蛋白在非小細(xì)胞肺癌中的表達(dá)及其與HPV感染的相關(guān)性研究
孔令慧1吳翠環(huán)2李瑩3張明4張玉慧5
1.河北省涿州市醫(yī)院病理科,河北 涿州 072750;2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系,湖北 武漢 430030;3.河南省濮陽(yáng)市人民醫(yī)院病理科,河南 濮陽(yáng) 457000;4.山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)山醫(yī)院病理科,山東 煙臺(tái) 264001;5.華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 湖北 武漢 430074
背景與目的:人乳頭狀瘤病毒(human papillomavirus,HPV)與人類多種惡性腫瘤密切相關(guān),而肺癌中亦有HPV的檢出引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)旨在研究非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)中高危HPV感染情況及其與E2F-1和survivin蛋白表達(dá)的關(guān)系,初步探討HPV感染可能導(dǎo)致NSCLC發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制。方法:特異型PCR檢測(cè)47例NSCLC和13例肺良性病變組織中是否有HPV16、18DNA存在;免疫組化SP法檢測(cè)E2F-1和survivin蛋白在肺病變組織中的表達(dá)。結(jié)果:NSCLC組HPV16、18DNA檢出率為42.55%(20/47),明顯高于肺良性病變組的7.69%(1/13,P<0.05)。NSCLC組中HPV的感染率與患者的吸煙史、組織學(xué)類型及分化程度有關(guān)(P<0.05),而與患者的年齡、性別及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移無(wú)關(guān)(P>0.05)。NSCLC組中E2F-1蛋白表達(dá)陽(yáng)性率為59.57%(28/47),其中64.29%(18/28)呈高表達(dá),顯著高于肺良性病變組23.08%(3/13,P<0.025)。NSCLC中survivin蛋白表達(dá)陽(yáng)性率為61.70%(29/47),而肺良性病變組無(wú)表達(dá)。NSCLC組中E2F-1、survivin蛋白表達(dá)呈正相關(guān)(r=0.3151,P<0.05),且兩者在HPV陽(yáng)性組的陽(yáng)性表達(dá)率分別為85.00%(17/20)和80.00%(16/20),均顯著高于HPV陰性組的40.74%(11/27)和48.15%(13/27),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論:HPV16、18感染在NSCLC的發(fā)生中可能有病因?qū)W意義,其致癌機(jī)制可能與E2F-1和survivin蛋白表達(dá)上調(diào)有關(guān)。
非小細(xì)胞肺癌; 人乳頭狀瘤病毒16、18; E2F-1; survivin; 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng);免疫組織化學(xué)
肺癌的發(fā)病率和死亡率已居惡性腫瘤的第1或2位,而肺癌中以非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)居多。近20多年來(lái),國(guó)內(nèi)外臨床和實(shí)驗(yàn)室的研究檢出肺癌患者攜有人乳頭瘤病毒(humanpapillomavirus,HPV)[1-2],尤其是與人類惡性腫瘤密切相關(guān)的HPV16、18的檢出,引起學(xué)者們對(duì)肺癌病毒學(xué)起因的探究。
目前普遍認(rèn)為高危HPV致癌的中心環(huán)節(jié)是其編碼的E6、E7蛋白與細(xì)胞癌基因和抑癌基因的相互作用[3],尤其是E6、E7蛋白分別與腫瘤抑制基因產(chǎn)物p53、pRB的相互作用使細(xì)胞周期紊亂,誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、永生化及惡性轉(zhuǎn)化。本實(shí)驗(yàn)采用靈敏度較高的特異型PCR技術(shù)和免疫組化分別檢測(cè)病變肺組織中HPV16、18的感染情況及與p53、pRB關(guān)系密切的E2F-1、survivin蛋白的表達(dá),研究HPV感染對(duì)E2F-1、survivin蛋白表達(dá)的影響,以探討HPV感染在NSCLC發(fā)生、發(fā)展中的病因?qū)W意義和致癌的分子機(jī)制。
收集華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院2007—2008年手術(shù)切除的病變肺組織60例,每例標(biāo)本同時(shí)取病變組織2塊,一塊立即置于-80℃冰箱保存,備用于PCR,提取組織DNA;另一塊中性甲醛固定,石蠟包埋連續(xù)切片,片厚4 μm,分別用于做病理診斷的HE染色和免疫組化檢測(cè)。NSCLC 47例(鱗癌29例,腺癌18例;高分化12例,中分化18例,低分化17例;淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移28例,無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移19例;男性35例、女性12例;吸煙33例,不吸煙14例)及肺良性病變13例(肺結(jié)核4例,炎性假瘤5例,肺大皰4例)?;颊咝g(shù)前均未接受化療或放療。
引物HPV16E6正義鏈:5’-CTGCAAGCAACAGTTACTGCGACG-3’,反義鏈:5’-CATACATCGACCGGTCCACC-3’產(chǎn)物長(zhǎng)度 316 bp;HPV18E7正義鏈:5’-GAGCCGAACCACAACGTCAC-3’,反義鏈:5’-GGATGCACACCACGGACACA-3’產(chǎn)物長(zhǎng)度152 bp;β-actin正義鏈:5’-CAACTCCATCATGAAGTGTGAC-3’,反義鏈:5’-CCACACGGAGTACTTGCGCGCTC-3’,產(chǎn)物長(zhǎng)度184 bp,均由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成;TaqDNA聚合酶及survivin兔抗人多克隆抗體均購(gòu)自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司;E2F-1兔抗人多克隆抗體和免疫組化試劑盒及DAB顯色劑均購(gòu)自武漢博士德生物工程有限公司。
蛋白酶K消化,常規(guī)酚-氯仿-異戊醇抽提法提取新鮮病變肺組織DNA。每例組織的DNA分別用HPV16E6、HPV18E7和β-actin 3種引物進(jìn)行擴(kuò)增:取DNA提取液1 μL加入PCR反應(yīng)體系(25 μL)內(nèi),94 ℃預(yù)變性5 min,94 ℃變性1 min,55 ℃退火45 s,72 ℃延伸1 min,循環(huán)30次,72 ℃終延伸7 min;1.5%瓊脂糖凝膠電泳后紫外透射儀檢測(cè)結(jié)果,拍照。在184 bp處出現(xiàn)DNA條帶則認(rèn)為組織DNA提取成功,316 bp處為HPV16陽(yáng)性,152 bp處為HPV18陽(yáng)性。
切片脫蠟至水,微波抗原修復(fù),3%的新鮮過(guò)氧化物-甲醇阻斷,正常山羊血清封閉,依據(jù)試劑說(shuō)明書滴加一抗(陰性對(duì)照用PBS代替一抗)、二抗、三抗,DAB顯色,蘇木精復(fù)染。陽(yáng)性切片由試劑公司提供。E2F-1和survivin蛋白染色以胞核或胞質(zhì)出現(xiàn)棕黃色顆粒為陽(yáng)性。選取5個(gè)高倍鏡視野計(jì)算100個(gè)腫瘤細(xì)胞中E2F-1和survivin蛋白表達(dá)的陽(yáng)性細(xì)胞百分比,<5%:0分;5%~<25%:1分;25%~<50%:2分;51%~<75%:3分;≥75%:4分。染色強(qiáng)度,無(wú)色:0分;淡黃色:1分;棕黃色:2分;棕褐色:3分。2項(xiàng)評(píng)分相乘為每例標(biāo)本蛋白表達(dá)的積分:0~1分,陰性(-);2~3分,弱陽(yáng)性(+);4~5分,中度陽(yáng)性(++);6~7分,強(qiáng)陽(yáng)性(+++)。
采用SPSS 13.0軟件包對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行χ2檢驗(yàn)和計(jì)數(shù)資料相關(guān)分析,并給出Pearson列聯(lián)系數(shù),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
HPV16E6和HPV18E7 DNA陽(yáng)性標(biāo)本分別在316 bp和152 bp處出現(xiàn)陽(yáng)性條帶(圖1)。NSCLC中HPV DNA的陽(yáng)性檢出率為42.55%(20/47),顯著高于肺良性病變組的7.69%(1/13),兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=4.02,P<0.05)。
E 2 F-1蛋白在N S C L C組中表達(dá)(圖2A、B)的陽(yáng)性率為59.57%(28/47),其中64.29%(18/28)呈高表達(dá),顯著高于肺良性病變組的23.08%(3/13),兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=5.43,P<0.025)。47例NSCLC組中29例survivin蛋白陽(yáng)性表達(dá)(圖2C、D),陽(yáng)性率為61.70%,而肺良性病變組中未檢測(cè)到survivin蛋白表達(dá)。
47例NSCLC中28例E2F-1蛋白陽(yáng)性表達(dá),29例survivin蛋白陽(yáng)性表達(dá),兩者同時(shí)陽(yáng)性為21例,同時(shí)陰性為11例。計(jì)數(shù)資料相關(guān)分析得出兩者表達(dá)呈正相關(guān)(χ2=5.183,r=0.3151,P<0.05)。
NSCLC中,E2F-1蛋白HPV陽(yáng)性組的陽(yáng)性表達(dá)率為85.00%(17/20),顯著高于HPV陰性組的40.74%(11/27),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=9.345,P<0.005);HPV陽(yáng)性組的survivin蛋白陽(yáng)性表達(dá)率為80.00%(16/20),顯著高于HPV陰性組的48.15%(13/27)(χ2= 4.93,P<0.05)。
H P V感染與患者的吸煙史、組織學(xué)類型和分化程度有關(guān),而與年齡、性別及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移無(wú)關(guān)。吸煙者H P V感染率為54.55%(18/33),顯著高于不吸煙者的14.29%(2/14)(χ2=6.52,P<0.05)。HPV感染率在肺鱗癌中為55.17%(16/29),顯著高于肺腺癌的22.22%(4/18)(χ2=4.93,P<0.05)。中分化組HPV的檢出率為66.67%(12/18),明顯高于高分化組的16.67%(2/12)和低分化組的35.29%(6/17)(χ2=6.86,P<0.05)。E2F-1蛋白表達(dá)與以上臨床病理參數(shù)均無(wú)關(guān)。survivin 蛋白表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)(χ2=5.18,P<0.05),而與其他病理參數(shù)無(wú)關(guān)(表1)。
表 1 HPV感染、E2F-1、survivin蛋白表達(dá)與NSCLC臨床病理特征的關(guān)系Tab. 1 Correlation of HPV infection, E2F-1 and survivin expression with clinicopathological data in NSCLC[n (%)]
HPV是一種具有嗜上皮性的小DNA病毒,屬于乳多空病毒科。至今已發(fā)現(xiàn)130余種,研究證實(shí)其某些特定基因型尤其是HPV16、18兩型的持續(xù)感染與人類多種惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān),如宮頸癌、肛門生殖器的鱗狀細(xì)胞癌及口腔癌和頭頸癌等。本實(shí)驗(yàn)47例NSCLC中HPV16 E6/18 E7檢出率為42.55%,明顯高于肺良性病變組,且有吸煙史的患者居多。吸煙可刺激支氣管黏膜發(fā)生鱗狀上皮化生,化生的細(xì)胞更具鱗狀細(xì)胞特征而易感HPV[1]。HPV這一親鱗狀上皮特性可能是導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)鱗癌中HPV的陽(yáng)性檢出率明顯高于腺癌的原因。Arcavi等[4]報(bào)道吸煙不僅可致細(xì)支氣管發(fā)生炎癥,黏液纖毛清除病原體和異物的能力下降,而且亦可減低循環(huán)系統(tǒng)的免疫球蛋白水平,抑制抗原-抗體反應(yīng),減少NK細(xì)胞、CD4+細(xì)胞數(shù)量,抑制肺泡巨噬細(xì)胞功能等從而改變局部體液和細(xì)胞免疫功能,并使感染得以持續(xù)存在。由此推測(cè)吸煙可能通過(guò)破壞呼吸道的防御屏障和免疫防御機(jī)制使HPV更易通過(guò)呼吸道的微小損傷而致感染,并逃避宿主免疫而持續(xù)存在,最終協(xié)同HPV感染促進(jìn)NSCLC的發(fā)生、發(fā)展。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在中分化NSCLC中HPV感染更常見,其原因可能是:由調(diào)節(jié)病毒復(fù)制和其他基因轉(zhuǎn)錄的E1和E2基因編碼的E1和E2蛋白為HPV DNA復(fù)制所必需[5-6]。在未分化細(xì)胞中E2通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)使每個(gè)感染細(xì)胞中的病毒拷貝數(shù)控制在50~100個(gè),而在細(xì)胞分化過(guò)程中不受E2調(diào)控的晚期啟動(dòng)子被激活,上調(diào)的E1、E2轉(zhuǎn)錄使病毒得以大量復(fù)制和表達(dá);而分化成熟的細(xì)胞退出細(xì)胞周期,僅含有少量或沒有病毒復(fù)制所需的復(fù)制酶,細(xì)胞中的病毒亦呈低水平。可見,開發(fā)應(yīng)用針對(duì)早期病毒感染的疫苗可能是防治HPV相關(guān)的NSCLC的重要途徑之一。
E2F-1是轉(zhuǎn)錄因子的重要成員之一,通過(guò)與控制細(xì)胞周期的重要基因的啟動(dòng)子結(jié)合而參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡的調(diào)節(jié)。其轉(zhuǎn)錄活性由RB蛋白的磷酸化水平來(lái)調(diào)控,游離的E2F-1作為G1/S期轉(zhuǎn)換的終極效應(yīng)因子發(fā)揮作用。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,NSCLC中E2F-1蛋白的陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于肺良性病變組;在HPV陽(yáng)性組的NSCLC中E2F-1蛋白過(guò)表達(dá)比HPV陰性組更多見。Imai等[7]研究發(fā)現(xiàn)在,NSCLC中E2F-1的過(guò)表達(dá)與RB基因座雜合性缺失和pRB的高度磷酸化有關(guān)。而Kaye等[8]報(bào)道RB基因和蛋白異常在NSCLC中的發(fā)生率較小細(xì)胞肺癌低,且認(rèn)為RB的功能主要受RB蛋白的磷酸化水平調(diào)控。由此推測(cè)HPV陽(yáng)性的NSCLC中E2F-1 表達(dá)上調(diào)可能與E7蛋白使pRB磷酸化失活有關(guān)。然而Vorburger等[9]通過(guò)腺病毒載體轉(zhuǎn)染發(fā)現(xiàn)在人的腸癌中,E2F-1蛋白過(guò)表達(dá)可誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡而發(fā)揮抑癌作用。那么NSCLC中E2F-1的過(guò)表達(dá)是促凋亡還是促癌發(fā)生呢?目前研究報(bào)道過(guò)表達(dá)的E2F-1通過(guò)p53依賴和非p53依賴兩種機(jī)制誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡;pRB失活或E2F-1過(guò)表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,但此凋亡作用可因p53缺失或失活而被減弱或抑制[10]。本課題組先前的研究發(fā)現(xiàn),HPV陽(yáng)性組的細(xì)胞凋亡明顯比HPV陰性組少(P<0.05),且HPV陽(yáng)性組p53基因的突變失活率明顯高于HPV陰性組[11]。由此推測(cè):在高危HPV感染的NSCLC中,E6蛋白通過(guò)使p53失活阻斷過(guò)表達(dá)的E2F-1蛋白誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,使腫瘤細(xì)胞凋亡減少而持續(xù)增殖。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,E2F-1 過(guò)表達(dá)與NSCLC的臨床病理特征無(wú)關(guān),推測(cè)E2F-1過(guò)表達(dá)可能是NSCLC發(fā)生、發(fā)展中的早期關(guān)鍵步驟,而與癌組織的惡性程度無(wú)關(guān)。
survivin是目前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的凋亡抑制因子(IAP),主要表達(dá)于增殖發(fā)育中的細(xì)胞,雖在多數(shù)成人分化成熟的正常組織中檢測(cè)不到,但在某些惡性腫瘤中survivin蛋白明顯表達(dá)?;谠诎┙M織和相應(yīng)的正常組織中表達(dá)水平的差別,survivin蛋白目前被看作是一種腫瘤標(biāo)志物和抗癌治療的靶點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)中13例肺良性病變組織中未檢測(cè)到survivin表達(dá),而47例NSCLC中survivin表達(dá)陽(yáng)性率為61.70%。Lo Muzio等[12]發(fā)現(xiàn)在HPV陽(yáng)性的鱗狀細(xì)胞癌survivin亦呈高表達(dá)。可見,NSCLC中survivin蛋白表達(dá)上調(diào)可能與HPV感染有關(guān)。Jiang等[13]研究發(fā)現(xiàn)人和鼠的survivin啟動(dòng)子含有E2F-1結(jié)合位點(diǎn),并采用染色體免疫共沉淀技術(shù)發(fā)現(xiàn)E2F-1、E2F-3可直接與survivin啟動(dòng)子結(jié)合而誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄,且這種作用可因survivin的E2F-1結(jié)合位點(diǎn)的突變而被廢除??梢?,survivin的表達(dá)與E2F-1的蛋白水平和活性狀態(tài)密切相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)NSCLC中E2F-1、survivin蛋白表達(dá)的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn),兩者表達(dá)呈正相關(guān)(r=0.3151,P<0.05),提示survivin可能是E2F-1調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡和分化的靶基因之一,NSCLC中兩者表達(dá)協(xié)同抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。本實(shí)驗(yàn)中survivin蛋白主要表達(dá)于腫瘤細(xì)胞胞質(zhì),淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者survivin蛋白表達(dá)陽(yáng)性率明顯高于無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者。目前對(duì)于腫瘤細(xì)胞中survivin蛋白的亞細(xì)胞定位有不同解釋。有研究報(bào)道survivin胞核表達(dá)與細(xì)胞增殖有關(guān),而胞質(zhì)表達(dá)與細(xì)胞生存期延長(zhǎng)有關(guān)[14]。可見,NSCLC中survivin蛋白表達(dá)與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān),可作為腫瘤診斷標(biāo)志物及預(yù)測(cè)腫瘤轉(zhuǎn)移、預(yù)后的參數(shù)。
NSCLC的病因和發(fā)生機(jī)制復(fù)雜,已知各種致癌因素主要作用于基因,如上所述可能是HPV感染導(dǎo)致NSCLC發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制之一。這為臨床探索肺癌的病因及開展有效療法如選用HPV疫苗預(yù)防高危HPV感染、促進(jìn)E2F-1的非p53依賴促凋亡機(jī)制或阻斷survivin的表達(dá)提供了理論上的支持。
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Expression of E2F-1, survivin in non-small cell lung cancer and their relationship with HPV infection
KONG Ling-hui,WU Cui-huan,LI Ying,ZHANG Ming,ZHANG Yu-hui(Department of Pathology,Zhuozhou Hospital, Zhuozhou Hebei 072750, China)
WU Cui-huan E-mail:wuch-tj@163.com
Background and purpose:Research has showed that HPV is closely related with many malignant tumors including lung cancer. This study aimed to investigate HPV 16 and 18 infections, the expression of E2F-1 and survivin protein in NSCLC as well as the correlation among them, and to elucidate the possible molecular mechanisms that HPV infection induced carcinogenesis of NSCLC.Methods:Forty-seven NSCLC cases and 13 benign lung cases were examined by type-specific PCR for the purpose of detecting HPV DNA positive rate and by IHC for the expression level of E2F-1 and survivin protein, respectively.Results:The positive rates of HPV16 and 18 DNA in NSCLC was 42.55%(20/47) and were significantly higher than that in benign lung cases (7.69%, 1/13)(P<0.05). No correlation was found between HPV infection, age, sex and lymph node metastasis, but there was a significant correlation between HPV infection rate and patients with a history of smoking, histological type and degree of differentiation of patients with NSCLC (P<0.05). Expression rate of E2F-1 protein in NSCLC was 59.57%(28/47) and was significantly higher than that in benign lung cases(23.08%, 3/13)(P<0.025). Overexpression rate of E2F-1 was 64.29%(18/28) in NSCLC.Expression rate of survivin protein was 61.70%(29/47) in NSCLC but there was no expression in the benign lung cases. Expression of the two proteins was positively correlated in NSCLC(r=0.3151,P<0.05). Expression rate of E2F-1and survivin protein were 85.00%(17/20) and 80.00%(16/20), respectively, in HPV DNA positive group, compared to 40.74%(11/27) and 48.15%(13/27) in HPV DNA negative groups, there was significant difference between the groups (P<0.05).Conclusion:HPV16 and 18 infections may have etiologic significance for NSCLC; the possible mechanisms may be associated with the up-regulated expression of E2F-1 and survivin protein.
Non-small cell lung cancer; Human papillomavirus 16 and 18; E2F-1; Survivin; PCR;Immunohistochemistry
10.3969/j.issn.1007-3969.2011.02.001
R734.2;R730.23
A
1007-3639(2011)02-0081-05
國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃)(No:2008AA02Z107)。
吳翠環(huán) E-mail:wuch-tj@163.com
2010-11-02
2011-01-12)