病毒持续性感染诱导肿瘤发生的机制

陈潇凡 ，周瑞 ，胡玉倩 综述，谢圣高 ，郑义 ，4 审校

(1、湖北中医药大学检验学院，湖北 武汉 430065；2、武汉大学基础医学院，湖北 武汉 430071；3、湖北省襄阳市中心医院，湖北 襄阳 441021；4、深圳市光明新区人民医院中心实验室，广东 深圳 518000)

据统计，在全世界的癌症患者中，大约有15%的患者是由感染癌病毒和细菌所引发致癌，且发展中国家或地区的病例占比率高达80%[1]。然而，当前人们对病毒致癌机制的全面解析及相关方面的深入探究仍面临巨大的挑战。病毒致癌的主要特征有：⑴病毒致癌发生率低于病毒感染率；⑵持续感染性是病毒诱发癌症发生的前提；⑶免疫系统角色的不确定性等[2，3]。有研究发现，病毒导致癌症可归因于其携带癌基因，然而，病毒感染并非必然引发癌症，这表明病毒感染仅是致癌因素之一，癌症的发生常还需要其他因素的共同作用，如免疫抑制、长期感染或是环境诱导突变等[4]。病毒致癌的主要机制包括：⑴信号模仿：由病毒编码的蛋白可以使调节细胞生长和存活的宿主信号通路发生紊乱，该通路通常与非病毒癌症中的信号通路相同，最终导致细胞异常增殖。⑵对DNA损伤反应(DNA-damage response，DDR)的影响：通常情况下，DDR的发生是由宿主对病毒基因组和复制中间体的识别引起的，这将使宿主细胞基因失稳、突变率升高，最终加速了致癌染色体的变异[5]。⑶病毒持续感染致使慢性炎症反应：感染可诱导活性氧(Reactive oxygen species，ROS)的产生，从而引发慢性炎症，并可能诱导肝纤维化、肝硬化最终导致肝细胞癌等[6，7]。

人乳头瘤病毒(Human papillomavirus，HPV)高危型如 HPV16，18，31，33，39，45，52，58 等是现有的研究数据已明确的致癌病毒。乙肝病毒(Hepatitis B virus，HBV)和丙肝病毒(Hepatitis C virus，HCV)不直接引发癌症，而是首先导致肝硬化而后致癌，其根本致癌机制还尚不明确。而人T淋巴细胞病毒-1(Human T-lymphotropic virus 1，HTLV-1)是引发成人T细胞白血病/淋巴瘤的主要因素[8]。基于此，本文主要对常见的 HPV、HBV、HCV和HTLV-1等病毒的致癌机制进行探讨，试图揭示其致癌过程中病毒、宿主和环境三大关键因素的本征联系，并为相关癌症预防和治疗领域的研究提供新思路。

1 人乳头瘤病毒(HPV)

大约5%的人类癌症由HPVs诱发。HPV归属嗜上皮的双链环状DNA非包膜病毒家族，现已被鉴定的HPV基因型有150多种，主要包括导致癌症的高危型(HPV16/18/31/33等)和不致癌的低危型(HPV6/11 等)HPVs[9]。

1.1 HPV导致癌症发生的分子机制：HPV模拟癌发生信号通路，激活多种肿瘤标志物 高危HPV(hHPV)16型E5、E6和E7是致癌蛋白，可使分化的细胞发生变异。hHPV16型E7蛋白与抑癌蛋白pRB之间的相互作用，可使pRB在蛋白酶体作用下降解，最终导致细胞异常增殖[7]。E7表达介导pRB下调可阻止细胞凋亡，pRB的下调和细胞进入S期的失控会致使p53抑癌基因活化，从而导致细胞凋亡。然而，为了阻止细胞凋亡，hHPV16型E6蛋白则通过连接酶UBE3A(E6AP)靶向p53使pRB下调。HPV16型E6蛋白可刺激端粒酶的表达并激活细胞 DNA 复制[10，11]。此外，hHPVs可在持续感染过程中阻止免疫系统被摧毁。E5蛋白通常可以下调主要组织相容性复合体I（Major histocompatibility complex I，MHCI） 类分子的表达。 E6和E7蛋白均可通过抑制IFN信号来躲避先天免疫，E6和E7还可导致上皮-间质细胞发生转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)[12，13]， 并且 E6蛋白还可以通过延长受体蛋白酪氨酸激酶信号，激活mTORC1信号从而改变细胞代谢，为病毒生存提供更有利的环境[14]。

1.2 HPV基因组整合造成癌症突变 HPV16型E6/E7蛋白可使基底上皮细胞永生化，尽管所得到的细胞具有非致瘤性，但长期传代后存在致癌克隆，即HPV的持续感染会致使染色体异常[7]。持续性感染使HPV基因组频繁整合，导致宿主基因的不稳定，这种整合通常于人类基因组常见脆性位点发生，且在特定情况下可导致细胞原癌基因（例如MYC）的表达增加[15]。基因组整合可破坏HPV长端控制区(Long control regions，LCR)以及 E6、E7蛋白编码区的完整性，同时使E6/E7表达的E2转录抑制因子表达减少，致使E6/E7表达失调，这也是HPV致癌发生的必不可少的过程。hHPV16型E7蛋白会导致中心体异常合成，从而引发细胞多极有丝分裂，这是hHPV相关病变和癌变的重要标志。目前基因不稳定和病毒生命周期间的内在联系还不明晰，但有研究表明细胞内DNA修复机制可能在HPV基因组合中扮演重要角色[16]。

2 乙肝病毒(HBV)和丙肝病毒(HCV)

HBV和HCV是肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)的主要病原体。这两种病毒均可导致长期感染并且伴随肝炎，肝细胞的破坏会导致再生和疤痕，部分病例最终演化为肝硬化甚至肝癌[7，17，18]。

2.1 HCC发病主要机制：宿主基因变异或持续氧化损伤 HCV病毒导致HCC的发病机制是直接改变宿主基因表达或是长期氧化损伤。HBV编码的HBx蛋白通过活化细胞周期蛋白和细胞周期依赖激酶，以刺激细胞周期进展[19，20]。HBx还可通过激活CREB、ATF-2和SMAD4复合物等导致宿主细胞基因表观遗传发生改变[7，21]。HCV编码的核心蛋白、NS3和NS5A则通过β-catenin通路促进肝细胞增殖[22]。HCV核心蛋白会促使细胞周期蛋白E和cdk2的表达。HCV核心蛋白和NS3均能活化多种信号转导通路并促进细胞生长[23]。

2.2 HBV和HCV抑制细胞凋亡 HBV和HCV既可抑制宿主的免疫机制诱导的凋亡又可以阻断由病毒感染所致的细胞凋亡[7]。免疫介导的凋亡为外源性途径介导的凋亡，由病毒感染产生的氧化应激则属于内源途径介导的凋亡。HBx蛋白可使线粒体抗病毒信号失活，从而抑制由内源途径介导的凋亡；此外还可抑制caspases-8/-3并激活NF-κB，以阻断TNF-α、TGF-β和Fas介导等由外源途径介导的凋亡[20，24]。在HBx表达的肝细胞中，免疫逃逸为肝细胞的生长提供优势环境。HCV感染会引起肝细胞固有性免疫，但是IFNα/IFNβ的表达被病毒蛋白靶向JAK/STAT的信号通路所阻断[7，25]。同时，HBV和HCV还通过抑制肝细胞凋亡以维持病毒存活。HBx一旦与p53结合，其表达即会受到抑制，并导致Rb的失活，且cdk抑制因子下调致使cdk表达上调。HBx所产生的ROS会联合细胞周期进程蛋白抑制肝细胞凋亡[20]。HCV编码的核心蛋白和NS3可使多种肿瘤抑制因子失活，且HCV核心蛋白通过抑制caspase-8而阻断免疫诱导的肝细胞的凋亡[26]。

2.3 HBV和HCV诱导血管生成 HBV和HCV均可诱导血管生成[7]。通常情况下，HBV携带者肝硬化结节中的氧含量较低。有报道称，HBx可能会激活和稳定低氧诱导因子1α（HIF1α）的表达，并促进血管生长，HIF1α可以激活血管生成素-2(Ang-2)和血管内皮生长因子(VEGF)的转录[19]。HCV产生ROS继而促进血管生成，并激活多种稳定HIF1α的信号通路。在HCV感染中，由于肝细胞纤维化与VEGF的升高相关，因此肝细胞的纤维化也可刺激血管生成。研究表明，VEGF在HCC血管生成过程中扮演至关重要的角色，HIF1α的增加与HCC血管侵袭呈正相关，因此阻碍新生血管生成也是一个重要的治疗HCC的目标[27]。

侵袭和转移是肝细胞癌恶变进程中的两个重要步骤，肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor，HGF)受体和c-met的表达增加是导致肝癌细胞侵袭和转移的重要原因。HBx可促进c-met的表达[28]，但HCV是否具有该功能还未有定论。此外，HBx也可通过刺激MMPs的表达加速侵袭和转移的发生[7，20]。HCV核心蛋白科激活JNK/pSmad3信号通路，并破坏TGF-β依赖的肿瘤抑制，最终致使EMT和肿瘤侵袭。HCV核心蛋白和E-cadherin启动子间的相互作用，会下调E-cadherin的表达以增强细胞的侵袭性。

2.4 HBV和HCV持续诱导炎症发生 在HCC进展中，病毒的促炎作用至关重要。病毒持续感染所产生的ROS会导致突变、肿瘤发展和生存微环境变化[7]。慢性肝细胞感染则会导致组织产生损伤、再生、纤维化和低氧化等病态。类干细胞和祖细胞在低氧状态下存活并扩增，并可能最终导致原位癌的发生[29]。HCV-NS5A和HBx都会促进转录因子Nanog的表达，且HBx同时会诱导其他 “干细胞”促进因子[30，31]。

2.5 HBV和HCV诱导基因组的不稳定性和突变基因组的不稳定性和突变是导致癌症发生的重要因素。在HBV感染的肝细胞中，整段X基因的整合最为常见，它们会成簇的出现在基因脆性位点，导致癌症相关区产生遗传不稳定性[7]。HBx不仅可通过抑制损伤DNA结合蛋白1(Damaged DNA binding protein 1，DDB1)的活性调控核苷酸切除修复过程，也可诱导多核细胞、染色体重排和微核的出现[19]。HBx可使crm1蛋白失活，并抑制HBx转运到细胞质，致使其在细胞核内积累，从而改变宿主基因的表达[7]。HBx与HBXIP的结合可能会导致过度的中心体复制和三极/多极纺锤体的出现，随后引发染色体异常分裂，因此HBx在基因组不稳定性中扮演重要角色。多聚(腺苷二磷酸核糖)聚合酶(Poly(ADP-ribose)polymerases-1，PARP-1)可调节由HCV所引发的基因不稳定性[32]。PARP-1则通过HCV NS5A阻断caspase-3介导得以稳定，同时HCV也可加速PARP-1的裂解，直接导致基因不稳定性[33]。

3 人T淋巴细胞病毒-1(HTLV-1)

HTLV-1是引发成人T细胞白血病/淋巴瘤(Adult T Cell Leu-kemia-Lymphoma，ATL/L)的本征病因，急性T淋巴细胞白血病也可称之为不可治愈的成熟CD4+T细胞恶性肿瘤[7，34]。HTLV-1导致的肿瘤发生主要包括Tax依赖阶段和Tax非依赖阶段两个过程，在前一阶段中Tax反式作用子诱导T细胞增殖，在后一阶段中Tax被抑制或是丢失。3.1 HTLV-1激活癌症标志物 Tax可通过激活NF-kB、PI3K-AKT和CREB等通路从而引发T细胞增殖[35，36]。在T细胞中，NF-kB可刺激许多关于T细胞增殖、生长和生存的基因的表达，如：REL、MYC以及IL-2/IL-2Rα[37]。Tax还通过生长因子IL-2/IL-2Rα自分泌回路以及NF-kB和CREB途径的诱导导致T细胞活化[36]。此外，Tax不仅还会使人端粒酶逆转录酶（hTERT）活化使得细胞无限增殖，还可通过PKA非依赖通路和调节CBP/p300来活化CREB介导的各种基因转录[7]。Tax致癌性特点还包括激活CDK促进细胞周期进入、修饰p300/CBP以抑制p53的表达[38]。Tax抑制DDR的表达并与有丝分裂器相互影响，诱导染色质异常和基因的不稳定性，从而增加了体细胞癌症发生的可能性。

尽管大多数的HTLV-1基因组5’端缺失，但它们的3’LTR端还保持完整，其3’LTR端可在感染和转化的全部过程中稳定转录HBZ mRNA[39]。HBZ不仅可以激活各种癌标志物，激活JUND、JUN和ATF促存活基因的转录，且HBZ RNA还可能通过诱导细胞周期启动子E2F的转录直接导致细胞增殖[7]。HBZ蛋白和RNA对ATL细胞的生存和免疫逃逸至关重要。此外，HBZ也可以激活hTERT表达，并促使淋巴细胞无限增殖[40]。

3.2 HTLV-1致癌性 Tax蛋白表达可以引发HTLV-1感染的T细胞发生多克隆增殖。然而Tax是宿主CTLs的靶标，因可通过沉默或缺失Tax基因以逃避免疫系统被清除[7]。不表达的Tax细胞的癌变进程通过HTLV-1 HBZ蛋白和RNA以及宿主体细胞突变支撑，致使细胞永生化。这种癌前状态又进一步致使宿主体细胞变异，如CDKN2A/p16INK4A和P53肿瘤抑制基因的突变或缺失，并最终导致 T细胞恶性变异[41，42]。

4 总结

接种病毒疫苗可有效预防部分病毒引发的癌症，如乙肝疫苗、预防性HPV疫苗和新一代治疗HCV的核苷类疫苗等[7]。尽管病毒疫苗在癌症预防领域效果显著，但对病毒诱导的癌症的治疗仍面临巨大挑战，其根本原因是有限的动物模型、病毒及宿主癌发生基因的复杂性等。我们主要从病毒模拟癌发生信号通路，激活肿瘤标志物，导致遗传基因不稳定或发生变异，抑制细胞凋亡，促进血管生成，持续诱导炎症等方面探讨了HPV、HBV、HCV和HTLV-1的致癌机制。病毒诱导癌症发生的机制非常复杂，不同病毒致癌机制亦不相同，同一种病毒可以从多方面导致癌症的发生。致瘤病毒可使宿主细胞的基因表达产生紊乱，并表达癌症标志物导致免疫逃逸。环境和宿主两方面的因素均可影响这种微妙的平衡（如免疫抑制、遗传易感性或诱变剂等）并加速癌症发展进程。目前对病毒介导癌症发生的本征机制的研究还凤毛麟角，因此需要加强对这些致瘤病毒的基础性和开创性研究，为抗感染肿瘤药物/疫苗的研发提供更多的理论基础和技术支撑。

[1]Martel CD，Ferlay J，Franceschi S，et al.Global burden of cancers attributable to infections in 2008：A review and synthetic analysis[J].Lancet Oncol，2012，13(6)：607-615.

[2]Hanahan D.Hallmarks of cancer：The next generation[J].Cell，2011，144(5)：646-674.

[3]Kussduerkop SK，Westrich JA，Pyeon D.DNA Tumor Virus Regulation of Host DNA Methylation and Its Implications for Immune Evasion and Oncogenesis[J].Viruses，2018，10(2)：82.

[4]Takeda H，Takai A，Inuzuka T，et al.Genetic basis of hepatitis virus-associated hepatocellular carcinoma：Linkage between infection，inflammation，and tumorigenesis[J].J Gastroenterol，2017，52(1)：26-38.

[5]Mcfadden K，Luftig MA.Interplay between DNA tumor viruses and the host DNA damage response[J].Curr Top Microbiol Immunol，2013，371：229-257.

[6]Arzumanyan A，Reis HM，Feitelson MA.Pathogenic mechanisms in HBV-and HCV-associated hepatocellular carcinoma[J].Nat Rev Cancer，2013，13(2)：123-135.

[7]胡玉倩.丙肝NS4B蛋白诱导肝细胞上皮细胞间质改变的机制研究[D].湖北中医药大学，2016.

[8]Chang Y，Moore PS，Weiss RA.Human oncogenic viruses：nature and discovery[J].Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2017，372(1732)：20160264.

[9]Kumar S，Biswas M，Jose T.HPV vaccine：Current status and future directions[J].Med J Armed Forces India，2015，71(2)：171-177.

[10]Kranjec C，Doorbar J.Human papillomavirus infection and induction of neoplasia：a matter of fitness[J].Curr Opin Virol，2016，20：129-136.

[11]Grace M，Munger K.Proteomic analysis of the gamma human papillomavirus type 197 E6 and E7 associated cellular proteins[J].Virology，2017，500：71-81.

[12]Vande-Pol SB，Klingelhutz AJ.Papillomavirus E6 oncoproteins[J].Virology，2013，445(1-2)：115-137.

[13]Roman A，Munger K.The papillomavirus E7 proteins[J].Virology，2013，445(1-2)：138-168.

[14]Spangle JM，Munger K.The HPV16 E6 oncoprotein causes prolonged receptor protein tyrosine kinase signaling and enhances internalization of phosphorylated receptor species[J].PLoS Pathog，2013，9(3)：e1003237.

[15]朱义保，谢彤，杨亮亮，等.HPV16病毒负荷量与宫颈病变及物理状态的研究[J].实验与检验医学，2017，35(1)：17-19.

[16]Giuseppa V，Romana R，Alessio F，et al.Higher levels of oxidative DNA damage in cervical cells are correlated with the grade of dysplasia and HPV infection[J].J Med Virol，2016，88(2)：336-344.

[17]陶鹏辉.乙型肝炎病毒感染者血清HBV DNA与IL-21及IFN-γ水平的相关性[J].实验与检验医学，2017，35(3)：347-350.

[18]Petruzziello A.Epidemiology of Hepatitis B Virus (HBV)and Hepatitis C Virus (HCV)Related Hepatocellular Carcinoma[J].Open Virol J，2018，12：26-32.

[19]Zhang B，Han S，Feng B，et al.Hepatitis B virus X protein-mediated non-coding RNA aberrations in the development of human hepatocellular carcinoma[J].Exp Mol Med，2017，49(2)：e293.

[20]Zemel R，Issachar A，Ran TK.The role of oncogenic viruses in the pathogenesis of hepatocellular carcinoma [J].Clin Liver Dis，2011，15(2)：261-279.

[21]Tian Y，Yang W，Song J，et al.Hepatitis B virus X protein-induced aberrant epigenetic modifications contributing to human hepatocellular carcinoma pathogenesis[J].Mol Cell Biol，2013，33(15)：2810-2816.

[22]Rogacki K，Kasprzak A，Stepinski A.Alterations of Wnt/β-catenin signaling pathway in hepatocellular carcinomas associated with hepatitis C virus[J].Pol J Pathol，2015，66(1)：9-21.

[23]Ivanov AV，Valuev-Elliston VT，Tyurina DA，et al.Oxidative stress，a trigger of hepatitis C and B virus-induced liver carcinogenesis[J].Oncotarget，2017，8(3)：3895-3932.

[24]Jeong SW，Jang JY，Chung RT.Hepatitis C virus and hepatocarcinogenesis[J].Clin Mol Hepatol，2012，18(4)：347-356.

[25]Kumthip K，Chusri P，Jilg N，et al.Hepatitis C virus NS5A disrupts STAT1 phosphorylation and suppresses type I interferon signaling[J].J Virol，2012，86(16)：8581-8591.

[26]Ozaras R，Tahan V，Ozbay G，et al.Hepatic apoptotic markers are not predictors for the virological response to interferon-based therapy in chronic hepatitis C patients[J].Eur J Gastroenterol Hepatol，2015，27(9)：1057-1062.

[27]Vrancken K，Paeshuyse J，Liekens S.Angiogenic activity of hepatitis B and C viruses[J].Antivir Chem Chemother，2012，22(4)：159-170.

[28]Moris D，Beal EW，Chakedis J，et al.Role of exosomes in treatment of hepatocellular carcinoma[J].Surg Oncol，2017，26(3)：219-228.

[29]Keith B，Simon MC.Hypoxia-inducible factors，stem cells，and cancer[J].Cell，2007，129(3)：465-472.

[30]Machida K，Chen CL，Liu JC，et al.Cancer stem cells generated by alcohol，diabetes，and hepatitis C virus[J].J Gastroenterol Hepatol，2012，27(2)：19-22.

[31]Levrero M，Zucman-Rossi J.Mechanisms of HBV-induced hepatocellular carcinoma[J].J Hepatol，2016，64(1)：S84-S101.

[32]Langelier MF，Pascal JM.PARP-1 mechanism for coupling DNA damage detection to poly(ADP-ribose)synthesis[J].Curr Opin Struct Biol，2013，23(1)：134-143.

[33]Peng Z，Tao H，Guo JJ，et al.HCV NS4B induces apoptosis through the mitochondrial death pathway[J].Virus Res，2012，169(1)：1-7.

[34]Zane L，Jeang KT.HTLV-1 and leukemogenesis：virus-cell interactions in the development of adult T-cell leukemia[J].Recent Results Cancer Res，2014，193：191-210.

[35]Kataoka K，Nagata Y，Kitanaka A，et al.Integrated molecular analysis of adult T cell leukemia/lymphoma[J].Nat Genet，2015，47(11)：1304-1315.

[36]Matsuoka M，Yasunaga JI.Human T-cell leukemia virus type 1：replication，proliferation and propagation by Tax and HTLV-1 bZIP factor[J].Curr Opin Virol，2013，3(6)：684-691.

[37]Higuchi M，Takahashi M，Tanaka Y，et al.Downregulation of proapoptotic Bim augments IL-2-independent T-cell transformation by human T-cell leukemia virus type-1 Tax[J].Cancer Med，2014，3(6)：1605-1614.

[38]Linda Z，Junichiro Y，Yu M，et al.Wip1 and p53 contribute to HTLV-1 Tax-induced tumorigenesis[J].Retrovirology，2012，9(1)：114.

[39]Yoshimitsu M，White Y，Arima N.Prevention of human T-cell lymphotropic virus type 1 infection and adult T-cell leukemia/lymphoma[M].Recent Results Cancer Res，2014，193：211-225.

[40]Matsuoka M，Jeang KT.Human T-cell leukaemia virus type 1(HTLV-1)infectivity and cellular transformation[J].Nat Rev Cancer，2007，7(4)：270-280.

[41]Mesri EA，Feitelson MA，Munger K.Human viral oncogenesis：a cancer hallmarks analysis[J].Cell Host Microbe，2014，15(3)：266-282.

[42]Watanabe T.Adult T-cell leukemia：molecular basis for clonal expansion and transformation of HTLV-1-infected T cells[J].Blood，2017，129(9)：1071-1081.