高危型HPV E6、E7和人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶在宮頸癌中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

高危型HPV E6、E7和人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶在宮頸癌中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

莫凌昭, 趙紅珂, 李菲

(廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 婦科腫瘤二病區(qū), 廣西 南寧, 530021)

關(guān)鍵詞:人乳頭瘤病毒; 人染色體端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶; 宮頸癌

宮頸癌是全球范圍內(nèi)女性最常見的生殖系統(tǒng)惡性腫瘤之一。據(jù)國際癌癥研究所統(tǒng)計(jì)，全球?qū)m頸癌每年新發(fā)病例49.15萬，其中亞洲、非洲及拉丁美洲等發(fā)展中國家發(fā)生率占83%, 而中國約占30%, 因此宮頸癌是嚴(yán)重危害中國婦女健康的“頭號(hào)殺手”[1]。相關(guān)研究證實(shí)，人乳頭瘤病毒(HPV)是宮頸癌的重要致病因素之一，相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示, 90%宮頸癌患者合并HPV感染，以高危型HPV 16和18型為主[2-3]。高危型HPV的轉(zhuǎn)化與E6、E7 蛋白密切相關(guān)[4]，而人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(hTERT)表達(dá)上調(diào)和腫瘤組織中端粒酶激活有關(guān)[5]。本文對(duì)高危型HPV E6、E7蛋白和hTERT在宮頸癌中作用機(jī)制做一綜述。

1高危型HPV E6、E7和hTERT與宮頸癌

引起宮頸癌主要原因是持續(xù)性感染高危型HPV，主要包括HPV16、18、31、33、58型等，其中宮頸鱗狀細(xì)胞癌發(fā)生與HPV 16型最為密切，宮頸腺癌以HPV 18型最易導(dǎo)致。HPV由無被膜的正20面體構(gòu)成病毒殼體，是8 000 bp環(huán)狀、雙鏈、右手螺旋、嗜上皮性的DNA病毒[6], 其基因組由早期轉(zhuǎn)錄區(qū)(E-區(qū))、晚期轉(zhuǎn)錄區(qū)(L-區(qū))、長控制區(qū)(LCR)組成。其中E-區(qū)編碼E1～E8等8個(gè)早期蛋白，其在參與病毒的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、調(diào)控和轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。HPV 16或18亞型的E6或HPV 16亞型的E7蛋白是誘導(dǎo)宮頸癌發(fā)生的主要抗原，E6和E7蛋白可以分別使腫瘤抑制p53和pRb蛋白失活[7]，并促進(jìn)細(xì)胞周期和永生化。此外，E6和E7蛋白還能促進(jìn)P聯(lián)蛋白的核內(nèi)堆積，并激活Wnt信號(hào)通路，導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移率增加[8]。

1.1　E6蛋白結(jié)構(gòu)和宮頸癌

E6蛋白主要分布于宿主細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞膜中。不同類型HPV的E6蛋白存在共同的色氨酸-x-x-色氨酸(Cys-x-x-Cys)鋅指結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與惡性轉(zhuǎn)化作用、轉(zhuǎn)錄激活和細(xì)胞蛋白相互作用等密切相關(guān)。高危型HPV E6癌原蛋白主要是通過降解失活細(xì)胞內(nèi)重要的抑癌基因p53, 從而影響細(xì)胞周期[9]。抑癌基因p53在細(xì)胞內(nèi)能夠有效地抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡。E6與p53結(jié)合后可促使p53的降解，影響細(xì)胞內(nèi)多條信號(hào)途徑，其中最主要的途徑為：細(xì)胞周期G1/S期檢驗(yàn)點(diǎn)的失活。感染高危型HPV E6的細(xì)胞可直接降解p53, 使累積了DNA損傷的細(xì)胞合成錯(cuò)誤的識(shí)別糾正能力下降，導(dǎo)致錯(cuò)誤基因結(jié)構(gòu)不斷積累，最終越過G1/S期檢驗(yàn)點(diǎn)，細(xì)胞周期繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，細(xì)胞增殖加快，產(chǎn)生基因組不穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致腫瘤發(fā)生[10]。

1.2　E7蛋白的結(jié)構(gòu)和宮頸癌

E7蛋白主要存在于宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。其主要是通過結(jié)合Rb蛋白的結(jié)合位點(diǎn)從而影響細(xì)胞周期的調(diào)控。高危型HPV E7最主要功能是破壞細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制，促使細(xì)胞過度增殖，促進(jìn)細(xì)胞向永生化轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致宮頸癌的發(fā)生[11]。其作用方式: ① E7與周期素依賴性蛋白激酶(CDK)抑制分子結(jié)合，進(jìn)行調(diào)控細(xì)胞周期; ② E7通過激活轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)而激活腺病毒E2基因(E2F)依賴性基因的表達(dá)。高危型HPV E7通過CR2區(qū)的保守序列LXCXE與抑癌基因pRb編碼的pRb蛋白特異性結(jié)合后釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F, 促使細(xì)胞由G1期轉(zhuǎn)入S期，進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期[12]。pRb是參與控制細(xì)胞G1/S期檢驗(yàn)點(diǎn)的重要調(diào)節(jié)因子。另一方面，其他調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的蛋白如AP-1轉(zhuǎn)錄因子家族(包括c-Jun, JunB, C-Fos等)、P107, 以及CDK抑制蛋白P21wAH/Cipl和P27Kipl, E7還可以與其結(jié)合使之失活，從而上調(diào)細(xì)胞周期G1/S轉(zhuǎn)換的基因，使DNA的復(fù)制增加，誘導(dǎo)細(xì)胞增殖。

1.3　hTERT結(jié)構(gòu)和宮頸癌

最新研究證實(shí)，端粒酶主要由核心催化組分[端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(hTERT)、包含DNA延長模板的端粒酶RNA(hTERC)、p65]和輔助因子組分(p75、p19、p45和Teb1蛋白組成)2大部分組成，而p50蛋白在兩者中起橋梁作用[13]。hTERT是決定端粒酶活性的關(guān)鍵組成成分，正常人體細(xì)胞端粒酶活性很低，難以被檢測到，而在超過90%的癌細(xì)胞和永生化細(xì)胞中端粒酶卻呈高表達(dá)，如子宮內(nèi)膜癌、大腸癌、肝癌、胃癌等[14]。端粒酶的激活可以抑制細(xì)胞凋亡和維持端粒的長度，從而維持腫瘤細(xì)胞的繼續(xù)分裂、增殖，是細(xì)胞走向永生化的必要階段，是腫瘤惡化的關(guān)鍵步驟。通過把hTERT的反義鏈導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞后，可抑制端粒酶活性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡或生長停止[15]。有研究[16]認(rèn)為，端粒酶的持續(xù)合成能力是通過染色體上一個(gè)高度復(fù)雜集中調(diào)節(jié)亞基在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)及染色體末端相互作用下調(diào)控通路。另外，Miller等[17]研究發(fā)現(xiàn)維持端粒酶的功能主要依賴于hTERT的激活，在細(xì)胞永生化過程中hTERT的激活可以引起B(yǎng)mi1的生成和增加，是宮頸癌形成中的一個(gè)重要機(jī)制。

2高危型HPV E6、E7和hTERT在宮頸癌中表達(dá)相關(guān)性

2.1　宮頸癌中E6、E7表達(dá)相關(guān)研究

高危型HPV病毒基因組整合入正常細(xì)胞DNA的位點(diǎn)是處于重要的癌相關(guān)基因上下游[18]。高危型HPV基因組在整合入宿主DNA之前，常發(fā)生HPV E6、E7基因區(qū)斷裂、丟失，卻保留了完整的E6、E7基因下游區(qū)域，可使持續(xù)表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞永生化[19]。Duensing等[20]研究發(fā)現(xiàn)，高危HPV16 E6、E7的細(xì)胞出現(xiàn)異常中心體，而低危型HPV16 E6、E7的細(xì)胞中則不出現(xiàn)。高危型HPV E6、E7蛋白共同作用誘導(dǎo)中心體異常，增加細(xì)胞基因組的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致多倍體細(xì)胞發(fā)生，促使細(xì)胞惡變。E6 和 E7 蛋白都能獨(dú)立導(dǎo)致人類細(xì)胞發(fā)生永生化，且具有協(xié)同作用，使中心體復(fù)制與細(xì)胞周期解偶聯(lián)，紡錘體功能受損，導(dǎo)致中心體數(shù)目變化，改變基因組完整性，促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生惡變和腫瘤的發(fā)展[21]。相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示，在小鼠皮膚上皮基底細(xì)胞中轉(zhuǎn)入HPV E6、E7基因，可產(chǎn)生皮膚腫瘤。葛靜等[22]認(rèn)為E7 蛋白可轉(zhuǎn)化不同的人體上皮細(xì)胞，但E6蛋白只能轉(zhuǎn)化為人乳腺上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，由此認(rèn)為E7蛋白的轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)于E6蛋白，而E6癌基因可增強(qiáng)E7癌基因的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力，所以E7蛋白在腫瘤早期表達(dá)，也多在良性病變表達(dá)；E6蛋白多在腫瘤晚期表達(dá)，也多在惡性病變中表達(dá)。另外，從感染高危型HPV病毒發(fā)展為宮頸癌的過程中，HPV E6、E7蛋白通過抑制白細(xì)胞介素-18誘導(dǎo)產(chǎn)生干擾素-γ2，逃避免疫監(jiān)視，促進(jìn)細(xì)胞過度增殖，最終形成腫瘤[23]。

2.2　宮頸癌中E6和hTERT的相關(guān)研究

E6能夠直接作用于hTERT, 與端粒發(fā)生相互作用。在不依賴hTERT mRNA的表達(dá)下, E6可直接介導(dǎo)hTERT基因增強(qiáng)人包皮成纖維細(xì)胞端粒酶的活性[24]。E6蛋白可通過LXXLL和PDZ黏合基序，介導(dǎo)與調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞分化、增殖、凋亡以及染色體穩(wěn)定的胞質(zhì)蛋白相互作用[25]。然而，hTERT蛋白上有3個(gè)潛在LXXLL基序靶位點(diǎn)，為與E6蛋白直接結(jié)合提供了可能性[26]。Oh等[27]研究表明, HPVE6可通過cMyc和Sp1激活端粒酶，提示端粒酶激活與高危HPV感染相關(guān)。Goodwin等[28]也證實(shí)，HPV E6癌基因可通過激活hTERT的轉(zhuǎn)錄活性與自身E6蛋白結(jié)合，增加細(xì)胞端粒酶的活性。進(jìn)一步研究表明，HPV16 E6能通過綁定激活myc基因，抑制hTERT的轉(zhuǎn)錄抑制因子激活hTERT啟動(dòng)子[29]。此外，E6AP參與了E6介導(dǎo)的端粒酶激活，其激活端粒酶的能力與其連接E6AP的能力相關(guān)[30]。還有研究顯示，當(dāng)HPV16 E6和E7共同表達(dá)時(shí)，可明顯增強(qiáng)E6介導(dǎo)的hTERT轉(zhuǎn)錄能力[31]。

2.3　宮頸癌中E7和hTERT相關(guān)研究

Lee等[32]研究顯示，當(dāng)抑制宮頸癌細(xì)胞的HPV E7基因表達(dá)時(shí)，端粒酶的活性和hTERT mRNA表達(dá)明顯受到抑制，表明HPV E7蛋白可誘導(dǎo)并維持宮頸癌細(xì)胞的端粒酶表達(dá)。端粒酶激活的關(guān)鍵因素是hTERT亞單位高表達(dá)，有研究將逆轉(zhuǎn)錄病毒作為載體，把hTERT轉(zhuǎn)入乳腺上皮細(xì)胞和人的角質(zhì)化細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)端粒酶的活性呈高表達(dá)，但并沒有發(fā)生惡化。而唯有HPV E7和hTERT兩者協(xié)同表達(dá)后，細(xì)胞才能發(fā)生永生化，提示在細(xì)胞發(fā)生永生化中HPV E7和hTERT具有協(xié)同作用[33]。羅瓊等[34]研究表明，從正常宮頸、宮頸上皮內(nèi)瘤變(CIN)到宮頸癌發(fā)展過程中，癌前病變?cè)缙谝訣7蛋白表達(dá)較高，而在中晚期則以端粒酶的高表達(dá)為主，隨病變惡性度加重，兩者逐漸增加趨向一致。

2.4　宮頸癌中E6、E7、hTERT相關(guān)研究

RNA干擾技術(shù)是通過雙鏈RNA產(chǎn)生特異性序列的轉(zhuǎn)錄后基因沉默，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)可高效特異地剔除或關(guān)閉特定基因的表達(dá)。當(dāng)干擾整合HPV DNA的永生化細(xì)胞和宮頸癌細(xì)胞的HPV E6、E7基因表達(dá)時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)hTERT mRNA表達(dá)和端粒酶的活性顯著降低，提示在宮頸癌的發(fā)展中，HPV感染和端粒酶的激活密切相關(guān)。E6、E7整合入宿主細(xì)胞DNA內(nèi)可促進(jìn)hTERT基因的不穩(wěn)定性，進(jìn)而引起hTERT基因擴(kuò)增，并維持這些細(xì)胞的端粒酶表達(dá)。Van等[35]指出，隨著宮頸病變程度的加重，高危型HPV E6、E7蛋白和端粒酶的陽性表達(dá)率及表達(dá)強(qiáng)度也逐漸增加，提示三者間相互作用，促進(jìn)細(xì)胞永生化進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒裕l(fā)展成宮頸癌。E6可通過聯(lián)合兩個(gè)基因結(jié)合位點(diǎn)(Spl和myc)介導(dǎo)hTERT的轉(zhuǎn)錄，同時(shí)E7又能增強(qiáng)E6的介導(dǎo)作用，幫助細(xì)胞度過危相期進(jìn)入永生化階段。

3展望

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不斷地發(fā)展和實(shí)驗(yàn)方法的逐漸完善，以及基因技術(shù)及蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，臨床對(duì)高危型HPV E6、E7及hTERT在宮頸癌的作用機(jī)理有了進(jìn)一步的了解。更重要的是，弄清這些環(huán)節(jié)為宮頸癌基因診斷、基因治療及判斷預(yù)后的可行性奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]張志勇, 施橋發(fā). 人乳頭瘤病毒與宮頸癌關(guān)系的研究進(jìn)展[J]. 實(shí)驗(yàn)與檢驗(yàn)醫(yī)學(xué), 2012, 30(3): 252.

[2]Schiffman M, Wentzensen N, Wacholder S, et al. Human papillomavirus testing in the prevention of cervical cancer[J]. J Natl Cancer Inst, 2011, 103(5): 368.

[3]Corusic A, Skrgatic L, Mahovlic V, et al. Cervical Cancer as a Public Health Issue-What Next[J]. Coll Antropol, 2010, 34(1): 301.

[4]Andersson E, Krrberg C, Rdberg T, et al. Type-dependent E6/E7 mRNA expression of single and multiple high-risk human papillomavirus infections in cervical neoplasia[J]. J Clin Virol, 2012, 54(1): 61.

[5]徐愛華, 宋元達(dá), 陳漢春. 端粒酶-干擾素抗腫瘤的新靶點(diǎn)[J]. 中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào), 2013, 29(6): 529.

[6]Moody C A, Laimins L A. Human papillomavirus oncoproteins: pathways to transformation[J]. Nat Rev Cancer, 2010, 10(8): 550.

[7]Morrison M A, Morreale R J, Akunuru S, et al. Targeting the human papillomavirus E6 and E7 oncogenes through expression of the bovine papillomavirus type 1 E2 protein stimulates cellular motility[J]. J Virol, 2011, 85(20): 10487.

[8]Rampias T, Boutati E, Pectasides E, et al. Activation of Wnt signaling pathway by human papillomavirus E6 and E7 oncogenes in HPV16-positive oropharyngeal squamous carcinoma cells[J]. Mol Cancer Res, 2010, 8(3): 433.

[9]Ghittoni R, Accardi R, Hasan U, et al. The biological properties of E6 and E7 oncoproteins from human papillomaviruses[J]. Virus genes, 2010, 40(1): 1.

[10]王珊珊, 王偉, 于瑩瑩, 等. 人乳頭瘤病毒癌基因誘導(dǎo)細(xì)胞永生化的研究進(jìn)展[J]. 生命科學(xué), 2012, 24(10), 1179.

[11]Wang J, Sampath A, Raychaudhuri P, et al. Both Rb and E7 are regulated by the ubiquitin proteasome pathway in HPV-containing cervical tumor cells[J]. Oncogene, 2001, 20(34): 4740.

[12]Jabbar S F, Park S, Schweizer J, et al. Cervical cancers require the continuous expression of the human papillomavirus type 16 E7 oncoprotein even in the presence of the viral E6 oncoprotein[J]. Cancer Res, 2012, 72(16): 4008.

[13]Akiyama B M, Stone M D. Structural biology: A solution to the telomerase puzzle[J]. Nature, 2013, 496(7444): 177.

[14]Cantrell L A, Zhou C, Mendivil A, et al. Metformin is a potent inhibitor of endometrial cancer cell proliferation-implications for a novel treatment strategy[J]. Gynecol Oncol, 2010, 116(1): 92.

[15]謝寶樹, 江基堯, 殷玉華. 巨噬細(xì)胞與膠質(zhì)瘤關(guān)系的研究進(jìn)展[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào): 醫(yī)學(xué)版, 2014, 34(7): 1092.

[16]Cifuentes-Rojas C, Shippen D E. Telomerase regulation[J]. Mutat Res, 2012, 730(1): 20.

[17]Miller J, Dakic A, Chen R, et al. HPV16 E7 protein and hTERT proteins defective for telomere maintenance cooperate to immortalize human keratinocytes[J]. PLoS Pathogens, 2013, 9(4): e1003284.

[18]Schmitz M, Driesch C, Beer Grondke K, et al. Loss of gene function as a consequence of human papillomavirus DNA integration[J]. Int J Cancer, 2012, 131(5): 593.

[19]Shai A, Pitot H C, Lambert P F. E6-associated protein is required for human papillomavirus type 16 E6 to cause cervical cancer in mice[J]. Cancer Res, 2010, 70(12): 5064.

[20]Duensing A, Liu Y, Spardy N, et al. RNA polymerase II transcription is required for human papillomavirus type 16 E7-and hydroxyurea-induced centriole overduplication[J]. Oncogene, 2007, 26(2): 215.

[21]Yugawa T, Kiyono T. Molecular mechanisms of cervical carcinogenesis by high risk human papillomaviruses: novel functions of E6 and E7 oncoproteins[J]. Rev Med Virol, 2009, 19(2): 97.

[22]葛靜, 魯永鮮. HPV與宮頸癌關(guān)系及疫苗研究進(jìn)展[J]. 國外醫(yī)學(xué): 病毒學(xué)分冊(cè), 2005, 12(5): 129.

[23]Hussain I, Fathallah I, Accardi R, et al. NF-κB protects human papillomavirus type 38 E6/E7-immortalized human keratinocytes against tumor necrosis factor alpha and UV-mediated apoptosis[J]. J Virol, 2011, 85(17): 9013.

[24]Liu X, Dakic A, Zhang Y, et al. HPV E6 protein interacts physically and functionally with the cellular telomerase complex[J]. Proc Natl Acad Sci, 2009, 106(44): 18780.

[25]Howie H L, Katzenellenbogen R A, Galloway D A. Papillomavirus E6 proteins[J]. Virology, 2009, 384(2): 324.

[26]Cornet I, Bouvard V, Campo M S, et al. Comparative analysis of transforming properties of E6 and E7 from different beta human papillomavirus types [J]. J Virol, 2012, 86(4): 2366.

[27]Oh S T, Kyo S, Laimins L A. Telomerase activation by human papillomavirus type 16 E6 protein: induction of human telomerase reverse transcriptase expression through Myc and GC-rich Sp1 binding sites[J]. J Virol, 2001, 75(12): 5559.

[28]Goodwin E C, DiMaio D. Induced senescence in HeLa cervical carcinoma cells containing elevated telomerase activity and extended telomeres[J]. Cell Growth Differ, 2001, 12(11): 525.

[29]Xu M, Luo W, Elzi D J, et al. NFX1 interacts with mSin3A/histone deacetylase to repress hTERT transcription in keratinocytes[J]. Mol Cell Biol, 2008, 28(15): 4819.

[30]Bedard K M, Underbrink M P, Howie H L, et al. The E6 oncoproteins from human betapapillomaviruses differentially activate telomerase through an E6AP-dependent mechanism and prolong the lifespan of primary keratinocytes[J]. J Virol, 2008, 82(8): 3894.

[31]Liu X, Roberts J, Dakic A, et al. HPV E7 contributes to the telomerase activity of immortalized and tumorigenic cells and augments E6-induced hTERT promoter function[J]. Virology, 2008, 375(2): 611.

[32]Lee C J, Suh E J, Kang H T, et al. Induction of senescence-like state and suppression of telomerase activity through inhibition of HPV E6/E7 gene expression in cells immortalized by HPV16 DNA[J]. Exp Cell Res, 2002, 277(2): 173.

[33]Ruttkay-Nedecky B, Jimenez Jimenez A M, Nejdl L, et al. Relevance of infection with human papillomavirus: The role of the p53 tumor suppressor protein and E6/E7 zinc finger proteins (Review) [J]. Int J Oncol, 2013, 43(6): 1754.

[34]羅瓊, 熊樹華, 徐國榮, 等. 端粒酶在宮頸癌及其癌前病變組織中的表達(dá)及意義[J]. 實(shí)用癌癥雜志, 2009, 24(3): 242.

[35]Van Doorslaer K, Burk R D. Association between hTERT activation by HPV E6 proteins and oncogenic risk [J]. Virology, 2012, 433(1): 216.

綜述

通信作者:李菲, E-mail: molingzhao@hotmail.com

基金項(xiàng)目:廣西壯族自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013GXNSFAAO19254)

收稿日期:2014-06-20

中圖分類號(hào):R 737.33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1672-2353(2015)07-167-03DOI: 10.7619/jcmp.201507057