人类乳头瘤病毒感染在肺癌致病机制中的研究进展△
2016-10-17吕学英奉水东南华大学公共卫生学院流行病与统计学教研室湖南衡阳421001
吕学英 奉水东南华大学公共卫生学院流行病与统计学教研室,湖南衡阳421001
人类乳头瘤病毒感染在肺癌致病机制中的研究进展△
吕学英奉水东#
南华大学公共卫生学院流行病与统计学教研室,湖南衡阳421001
人类乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)感染与肺癌致病机制有关。由于HPV DNA与宿主基因组整合后表达E6和E7癌蛋白,可引起p53蛋白突变或降解、pRB抑制;促进EGFR、VEGF的表达;增加炎性因子的分泌;转录活化hTERT,降低TIMP-3表达等原因所致。继而HPV通过以上途径参与细胞凋亡,促进细胞增长、繁殖及肿瘤血管生成,从而导致肺癌发生,促进肺癌侵袭及转移。本研究为HPV感染在肺癌致病机制中的研究指明了方向,并为HPV相关肺癌的治疗提供了分子依据。
HPV;肺癌;E6;E7
HPV病毒是双链DNA病毒,为宫颈癌常见致病因素,亦可能与部分人类非皮肤及非生殖器肿瘤有关[1]。按照HPV在肛门与生殖器癌症发展中的潜在作用,将其分为高危型(主要为HPV16、18、31、33)和低危型(包括HPV6、11等)。其中,导致人类恶性肿瘤的型别主要是16和18型,因其多数可整合入宿主基因,表达E6和E7蛋白。低危型多见于良性乳头瘤样病变,一般不与宿主基因融合。人们推测HPV可能是肺癌的环境致病因素之一。在组织非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)肿瘤标本中,大量研究显示检测到较高的HPV DNA率,且以高危型别为主,部分患者中整合入宿主基因组的病毒载量较低,E6、E7癌蛋白表达较弱,然亦可能促进癌变[2-8]。E6和E7可能诱导小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)的神经内分泌分化。Buonomo等[9]表明,Ascl1、Igf2、Scg2、Chga和Foxa2等被认为是神经内分泌分化的可靠标志,在E6/E7诱导的肿瘤组织和细胞中上调。将转基因鼠的肺肿瘤模型实验结果与人类SCLC基因组数据相比:识别出130个共同上调和72个共同下调的基因,可能涉及共同的分子机制,均与细胞发展、循环、生长和增殖有关。现就HPV感染致肺癌的可能机制、途径以及肺癌的治疗,作如下综述。
1 HPV感染致p53突变或失活,pRb抑制
在宫颈癌致病研究中发现,HPV整合入宿主染色体并表达E6和E7蛋白可分别导致p53失活和pRb抑制,而HPV感染肺癌患者可能涉及相同的机制。p53突变后蛋白的半衰期延长,因而容易在病理组织中检测到异常累积。Yu等[10]研究表明,p53突变率在HPV阳性肺鳞癌患者中较高,HPV感染和p53突变共同存在与淋巴结转移阳性,高TNM分期显著相关。而Castillo等[11]通过界定扩增指数(proliferation index,PI)与凋亡指数(apoptosis index,AI)探测细胞扩增及凋亡,结果发现,HPV阳性组的PI高于阴性组,而AI则与之相反。强调HPV感染可下调pRB表达和增加突变的p53,诱导细胞扩增和抑制凋亡。在我国不同地区的居民中,HPV的作用也可能不同[12]。在台湾,尤其是非吸烟女性肺腺癌患者,其肿瘤组织中HPV16/18 E6与p53表达反向相关,E6表达可促进p53降解,并降低下游功能p21WAF1/CIP1和mdm2 mRNA水平。细胞实验[13]亦表明,E6所致p53失活可能促进细胞增殖和菌落形成。进一步研究发现,p53表达与HPV E6反向相关,但与HPV DNA不相关,就p53蛋白的降解而言,HPV E6的表达可能比HPV DNA的存在更重要,HPV16/18 E6阳性患者p53降解风险是E6阴性者的3.021倍[14]。柳兴源等[15]表明,HPV感染可能抑制pRb蛋白表达,而促进Mcl-1蛋白通路,而E2F-1、survivin蛋白表达与p53、pRb关系密切,HPV感染亦可能上调E2F-1、survivin表达,抑制凋亡,从而促进NSCLC发生[16-17]。
2 HPV感染促进EGFR、VEGR等表达
HPV DNA的存在与EGFR突变有关[18]。Tung等[19]表明HPV16/18 E6阳性联合高8-oxo-dG水平更有助于EGFR突变的发生;E6可能通过增加活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)生产,降低hMLH1和hMSH2表达来增加肺癌细胞中8-OH-dG的形成。刘娟等[20]亦揭示,HPV感染时NSCLC患者癌细胞中EGFR、VEGF表达增加。HPV16 E6和E7过表达可促进NSCLC细胞中HIF-1a蛋白累积,但对HIF-1a mRNA的表达无影响,因此可能是通过转录或转录后机制进行调控,同时上调其下游靶基因VEGF在蛋白和mRNA水平上的表达。在裸鼠A549异种移植物中亦可见更高的血红素水平,以及明显强化的HIF-1a和VEGF蛋白表达。此外,E6和E7过表达还可增强其他血管生成相关因子,如:血管生成素,CXCL-16、FGF-2和IL-8的表达[21]。进一步研究发现,E6和E7过表达可激活PI3K/Akt/mTOR信号途径,且HIF-1a表达和其介导的VEGF、IL-8表达是依赖c-Jun的[22]。此研究也表明,EGCG在致癌蛋白诱导的NSCLC血管形成上具有抑制作用,这可能归因于由HIF-1a支配的VEGF、IL-8和CD31表达的抑制及Akt的激活,此推论为:HIF-1a可能是EGCG对抗HPV相关的NSCLC血管生成的潜在目标,提供了实质性的证据[23]。故E6和E7癌蛋白明显增加NSCLC细胞在试管和活体内的血管生成潜力,通过增加HIF-1a、VEGF和其他血管生成相关因子。经HIF-1a/VEGF途径通过促进肿瘤血管生成,E6和E7将有助于NSCLC的发生发展,并可能成为HPV相关NSCLC预防及治疗的潜在分子靶。
3 HPV感染加强细胞因子分泌
实验表明E6似乎促进IL-10表达,且是以一种与IL-10 mRNA水平相一致的模式。软琼脂试验显示:敲除IL-10后,E6阳性细胞的倍增时间延长,代表性克隆体增长明显缩小,且裸鼠体内出现的肺肿瘤结节数目降低。同时,IL-10可能翻译激活CIP2A转录,而CIP2A与IL-10介导的细胞侵袭有一定关联[24]。肺癌组织中IL-6和Mcl-1表达与HPV DNA共处。细胞实验亦表明,E6或E7蛋白可能经PI3K信号途径上调IL-6、Mcl-1表达[25]。Chang等[26]表示IL-17也与HPV16/18感染相关,且作用与IL-6相似。IL-17 RNA在E6阳性肺癌细胞中上调及IL-17分泌增多,亦可导致Mcl-1 RNA和蛋白表达增加。另外,E6过表达还能上调IL-8 RNA表达,显著增加MMP-2和MMP-9 RNA水平,对抗IL-8转录及中和活化处理后,MMP-2和MMP-9表达则明显降低,使IL-8介导MMPs上调[27],而MMPs为基质金属蛋白酶,其可通过降解细胞外基质以促进肿瘤的浸润及转移。因此,HPV E6和E7表达可能促进多种细胞因子分泌,且各因子间相互作用,提供了炎症和HPV感染之间在肺癌中关联的证据;并通过抑制细胞凋亡,加强肺癌变所需要的增生及血管生成,以促进肿瘤侵袭。
4 HPV感染促进hTERT转录活化,TIMP-3启动子甲基化
Munoz等[28]表示,HPV16 E6和E7表达与肺上皮细胞(BEAS-2B)中p53稳定性损失,hTERT和p16INK4A过表达有关。在A549肺癌细胞中观察到p53下调,但hTERT转录无明显增加。而Cheng等[29]的研究则表明,hTERT mRNA表达在E6阳性肺癌中较高,E6表达可能有助于hTERT转录活化,干扰其转录后,端粒酶活性大幅度下降,细胞克隆形成减少或不存在。另外,使用特定的端粒酶抑制剂,hTERT基因有可能作为HPV感染性肺癌治疗的分子靶。TIMP-3为金属蛋白酶组织抑制因子,具有抑制内皮细胞增殖、迁移、促进细胞凋亡作用。TIMP-3杂合性缺失(loss of heterozygosity,LOH)和启动子甲基化所致的TIMP-3损失在HPV16/18 E6阳性肺癌中更普遍。E6过表达可能通过增加DNMT1在TIMP-3启动子上的DNA结合活性,从而促进TIMP-3启动子甲基化,导致TIMP-3蛋白表达降低。而由TIMP-3损失经TNFα/NF-κB轴所致IL-6表达的提高,与肺癌细胞侵袭和基质非依赖性软琼脂增长也有关联[30]。
5 HPV感染导致FIHT LOH、p16INK4a启动子甲基化,igf2基因印迹缺失
葛云洁等[31]表明,肺癌组织中FIHT基因缺失率较正常肺组织高,且HPV阳性肺癌组织均存在FIHT基因缺失,而未发生FIHT基因缺失的癌组织则未检测到HPV。其他研究也显示,非吸烟女性中FHIT基因mRNA转录本的缺失与HPV16感染有关,HPV在肺癌变中的涉及可能由FIHT LOH介导[32-33],而FHIT LOH具体的致癌途径还需进一步研究。另外,HPV感染可能直接或间接通过增加DNMT3b表达促进p16INK4a启动子高甲基化,导致p16INK4a基因失活,使p16INK4a蛋白不表达,从而介导非吸烟女性肺癌的发生[34-35]。张明等[36]还表示肺癌中IGF-II(胰岛素样生长因子-Ⅱ)蛋白表达与HPV感染相关,HPV E6/E7原癌蛋白的存在可能通过使igf2基因发生印迹缺失,而导致IGF-II蛋白异常表达,从而发挥促增殖、抑凋亡作用,参与肺癌的发生发展。
6 展望
图1 HPV感染致肺癌的可能机制
综合以上证据,相关HPV16/18的HPV感染,可能通过E6/E7癌蛋白表达参与肺癌致病机制(图1)。目前,一些研究中亦有部分肺癌患者,其肿瘤组织中存在HPV DNA,但并无E6和E7 mRNA及蛋白表达,或HPV整合入宿主基因组的病毒载量极低,说明HPV DNA可能不对癌变产生重要作用。另外,肺肿瘤组织中的HPV也可能来自于其他部位HPV相关癌症转移,而目前HPV感染肺组织的途径、方式亦不清楚。因此,HPV感染在肺癌中的病因学作用仍很难明确,可能在仅表达HPV癌蛋白的少数患者中将发生、发展为肺癌。总结当前研究得知,HPV感染主要存在于NSCLC患者中,与SCLC患者关系不大,这可能与SCLC患者数目相对较少,且其组织样本难以获得有关。
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R734.2
A
10.11877/j.issn.1672-1535.2016.14.02.09
中国博士后科学基金(2012M511735)
(corresponding author),邮箱:550520198@qq.com