人乳頭瘤病毒致癌特性及其E6和E7蛋白致癌機制的研究進展

薛亞娟，符兆英

(1.延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)教研室，陜西 延安 716000； 2.延安大學(xué)分子生物學(xué)與免疫學(xué)研究所，陜西 延安 716000)

E6和E7蛋白是人乳頭瘤病毒(human papillomavirus，HPV)感染細胞后在感染早期階段產(chǎn)生的具有致癌作用的2種蛋白質(zhì)。已發(fā)現(xiàn)HPV有200多種型別，其中大部分不引起疾病或引起的是自限性的疾病[1]。根據(jù)WHO下屬的國際癌癥研究組織(International Agency for Research on Cancer ，IARC)報道:HPV有13種型別可引起惡性腫瘤，均屬高危型別[2-3]；高危型HPV主要通過性傳播而引起生殖部位及其他部位的惡性腫瘤，其致癌機制主要是病毒DNA整合入細胞基因組，持續(xù)表達E6和E7 2種癌蛋白，擾亂細胞周期、抑制細胞凋亡并活化端粒酶使細胞永生化，本文主要對HPV的具有致癌特性E6和E7蛋白的致癌機制做一綜述。

1 HPV的生物學(xué)特性

HPV是一種感染人的乳頭瘤病毒科病毒，分為5類：α、β、γ、μ和ν；迄今對α和β類的研究較為深入[1]。α類HPV主要感染黏膜上皮細胞，β類HPV主要感染皮膚上皮細胞。HPV可分為低危型和高危型；大部分HPV為低危型，只引起良性增生或不引起任何疾病，其中常見的有α類的6型和11型；少部分屬高危型別，可引起惡性腫瘤，其中最主要的是α類的16型和18型。HPV 基因組是環(huán)狀雙鏈DNA，長度約為8 000 bp，編碼8種蛋白質(zhì)，病毒核衣殼呈二十面體對稱，無包膜[4]。HPV只能在皮膚和黏膜的角質(zhì)細胞中增殖，其復(fù)制周期嚴格遵循宿主上皮細胞的分化程序。HPV病毒體通過皮膚微小的損傷而進入基底層上皮細胞，病毒基因組通過一種尚未明確的機制進入細胞核，并復(fù)制出10～200個拷貝，隨著基底層細胞的分裂和向頂層(表層)分化而合成子代病毒產(chǎn)物。HPV感染不引起細胞裂解，病毒顆粒經(jīng)細胞的退行性改變而釋放出細胞外[5]。

2 HPV的致癌特性

大部分HPV的感染是暫時性的，機體的免疫系統(tǒng)可以快速地清除病毒，但在5%～10%的女性受感染者中，HPV感染會變?yōu)槌掷m(xù)性，這些持續(xù)的感染極有可能導(dǎo)致癌變。從感染到癌變，一般需10～15年[6]，最長可達30年[7]。引起癌癥的高危型HPV主要是16型和18型。高危型HPV可經(jīng)性傳播而引起子宮頸、陰道、外陰、陰莖、肛門、口咽和肺部等癌變，其中最常見的是宮頸癌[8-10]。90%以上的宮頸癌是由高危型HPV感染引起的，在全球范圍約70%的宮頸癌由16型與18型HPV引起，約10%的宮頸癌由31型與45型HPV引起，在我國，引起宮頸癌的主要型別是52型和58型[11-13]。HPV只感染皮膚和黏膜細胞，不進入血液循環(huán)。HPV基因組DNA進入宿主細胞的細胞核后，轉(zhuǎn)錄出一條多順反子的mRNA，后者可翻譯出6個早期蛋白(E1、E2、E4、E5、E6和 E7)和2個晚期蛋白(L1和 L2)，其中的E2蛋白可以抑制E6和E7基因的轉(zhuǎn)錄。HPV感染細胞后，病毒DNA可以整合入宿主細胞DNA，整合入的病毒DNA一般不是完整的病毒基因組，有全部的E6和E7基因但無結(jié)構(gòu)蛋白基因，因此不能復(fù)制出子代病毒。被高危型HPV DNA整合感染的細胞，由于E2基因表達障礙，低水平的E2蛋白不能抑制E6、E7基因轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生過量的E6和E7蛋白，E6和E7蛋白的持續(xù)高表達和協(xié)同作用可干擾細胞周期、抑制細胞凋亡，并激活端粒酶使細胞永生化，最終導(dǎo)致細胞發(fā)生癌變[14-16]。

3 E6蛋白促進P53蛋白降解干擾細胞周期

機體細胞經(jīng)常要受到各種物理(如紫外線)和化學(xué)(如亞硝酸鹽)因素的作用使DNA受損，正常細胞DNA受到一定程度損傷時，P53蛋白表達水平升高，細胞周期停止于G1期，使細胞有時間進行DNA修復(fù)。如果DNA損傷不很嚴重，P53蛋白能促進DNA修復(fù)而維持細胞基因組的完整性；當DNA損傷嚴重時，P53蛋白可誘導(dǎo)細胞發(fā)生凋亡或使細胞老化，從而避免突變的發(fā)生[17]。高危型HPV E6蛋白使細胞的P53蛋白在蛋白酶體中過度降解而干擾細胞周期。P53蛋白正常情況下經(jīng)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解；被高危型HPV DNA整合感染的細胞，E6蛋白持續(xù)過度表達，并與細胞內(nèi)的E6相關(guān)蛋白(E6-associated protein，E6AP)結(jié)合，使E6AP 的識別特性改變而與P53蛋白連接；E6AP又稱泛素-蛋白連接酶E3A(ubiquitin-protein ligase E3A)，可將P53蛋白與泛素連接而進入蛋白酶體，結(jié)果導(dǎo)致P53蛋白在泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的過度降解。P53蛋白過度降解的后果是細胞在DNA受損傷后細胞周期不能停止、細胞沒有機會修復(fù)受損的DNA也不能發(fā)生凋亡或老化，細胞基因組DNA突變累積，最終導(dǎo)致細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化[18-20]。

4 E7蛋白通過抑制pRb蛋白等機制使細胞周期失控

高危型HPV E7癌蛋白能作用于細胞pRb蛋白而使細胞周期失控。E2F是一種調(diào)節(jié)細胞周期和DNA合成的轉(zhuǎn)錄因子，活化的E2F可促進細胞基因組的復(fù)制并促使細胞周期從G1期向S期進展，從而促進細胞的增殖。正常細胞當DNA受到損傷時，pRb蛋白與E2F結(jié)合，抑制后者的轉(zhuǎn)錄活性，使細胞周期停滯于G1期，從而使細胞有時間修復(fù)受損的DNA，避免將可能的基因突變傳遞給子代細胞。被高危型HPV DNA整合感染的細胞，E7蛋白持續(xù)過度表達，E7蛋白能與pRb蛋白結(jié)合，與E7蛋白結(jié)合的pRb蛋白不能與轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合，使后者游離并活化，因此細胞在DNA受損后仍能由G1期向S期進展，細胞仍持續(xù)不斷地增殖而最終發(fā)生癌變[21-23]。

除了與pRb蛋白結(jié)合促進E2F的轉(zhuǎn)錄活性外，E7蛋白還能通過其他機制干擾細胞周期。E7癌蛋白能與P107和P130結(jié)合(這2種蛋白和pRb蛋白同屬于口袋蛋白)，作用類似于與pRb蛋白結(jié)合。E7蛋白還可以與細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin- dependent kinase, CDK)抑制物p21WAF1/CIP1和p27KIP1結(jié)合，使其不能抑制CDK，而活化的CDK可促進細胞周期進入S期。E7蛋白還可直接或間接地作用于細胞周期蛋白A/CDK2復(fù)合體而使細胞周期失去調(diào)控[24-26]。

5 E6蛋白抑制細胞凋亡

高危型HPV E6蛋白能通過促進P53蛋白降解和作用于凋亡調(diào)節(jié)和啟動途徑等機制抑制宿主細胞發(fā)生凋亡。如上所述，P53蛋白除能阻滯細胞周期和促進DNA修復(fù)外，還能使DNA受損嚴重的細胞發(fā)生細胞凋亡。被高危型HPV 感染的細胞E6蛋白過度表達并與E6AP結(jié)合，使E6AP 的識別特性改變而與P53蛋白連接，導(dǎo)致P53蛋白在泛素-蛋白酶體系統(tǒng)過度降解，因而使細胞在DNA受損嚴重時仍不能進行凋亡；DNA損傷引起的突變在細胞內(nèi)積累，最終可以導(dǎo)致細胞發(fā)生癌變[27]。E6蛋白除了通過促進P53蛋白降解而抑制細胞凋亡外，還能通過影響凋亡調(diào)節(jié)蛋白或因子(上調(diào)或下調(diào)其表達或促進降解)而抑制細胞凋亡。正常細胞中存在Servivin、Bcl-2、Bax和NFX1-91等多種因子，對細胞凋亡進行調(diào)節(jié)，高危型HPV DNA整合感染的細胞中，E6蛋白的持續(xù)過度表達能上調(diào)Bcl-2與Servivin蛋白的表達和下調(diào)Bax及NFX1-91蛋白的表達，并使Bax蛋白過度降解，從而抑制細胞凋亡[29-30]。E6蛋白能與細胞凋亡啟動外源性途徑的Fas相關(guān)死亡域蛋白(Fas-associated death domain，F(xiàn)ADD)結(jié)合而抑制死亡受體Fas介導(dǎo)的細胞凋亡，還能加速FADD的降解而抑制腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)介導(dǎo)的細胞凋亡[28-29]。

6 E6和E7蛋白上調(diào)端粒酶表達使細胞永生化

端粒酶能以自身攜帶的RNA為模板，以染色體DNA 3′末端為引物延伸端粒 DNA，使端粒DNA保持一定長度。正常機體細胞除生殖細胞和干細胞外，端粒酶活性很低，隨著細胞的分裂端粒逐漸縮短，因此存在壽命限制。癌細胞端粒酶表達上調(diào)，可以無限增殖或具有了永生化的特性。研究[30]顯示：HPV相關(guān)的癌細胞中普遍存在端粒酶活性升高的情況，端粒酶活性的升高主要是由于其催化亞基人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)的表達上調(diào)，E6蛋白和E7蛋白均與hTERT表達上調(diào)相關(guān)。E6蛋白通過多種機制促進hTERT的表達。Myc相關(guān)鋅指蛋白(Myc-associated zinc finger protein，Maz)能與hTERT啟動子結(jié)合而抑制hTERT的轉(zhuǎn)錄，而E6蛋白能抑制Maz蛋白故可上調(diào)端粒酶表達[31]；鋅指轉(zhuǎn)錄因子Sp1與hTERT啟動子結(jié)合后能促進hTERT的轉(zhuǎn)錄，而E6蛋白能促進Sp1與hTERT啟動子的結(jié)合故可上調(diào)端粒酶表達[32]；啟動子區(qū)CpG島堿基的低甲基化能上調(diào)基因轉(zhuǎn)錄，而E6蛋白能使hTERT啟動子區(qū)CpG島的DNA堿基低甲基化從而上調(diào)端粒酶表達[33]。E7蛋白不直接誘導(dǎo)端粒酶hTERT表達，而是與E6蛋白協(xié)同作用，提高hTERT啟動子的活性，從而促進hTERT基因的轉(zhuǎn)錄[30]。

7 結(jié) 語

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于HPV感染與宮頸癌的關(guān)系已達成共識，99.7%的宮頸癌可檢出HPV DNA，HPV感染是引起宮頸癌的主要原因，尤其是高危型HPV感染是子宮頸癌和癌前病變發(fā)生的必要條件[34]。70%～80%的女性一生中會有至少一次發(fā)生HPV感染， 盡管并不是所有的HPV感染都會導(dǎo)致宮頸病變，但有10%～15%的高危型HPV會存活下來持續(xù)感染宮頸，最終導(dǎo)致宮頸癌的發(fā)生[35]。對HPV單型別感染和多重感染與宮頸病變之間的關(guān)系目前存在爭議。有的學(xué)者提出HPV的多重感染與宮頸病變呈正相關(guān)關(guān)系。而另一些學(xué)者認為HPV的多重感染率和宮頸病變的嚴重程度并不成正比，宮頸病變的嚴重程度可能和病毒的致病力大小有關(guān)，而不是與HPV多重感染有關(guān)[36]。對HPV及其癌蛋白致癌機制的深入認識和理解，將有助于研究者從分子水平上采取措施對宮頸癌進行預(yù)防。