人乳头瘤病毒致癌特性及其E6和E7蛋白致癌机制的研究进展

薛亚娟，符兆英

(1.延安大学医学院病原生物学教研室，陕西 延安 716000； 2.延安大学分子生物学与免疫学研究所，陕西 延安 716000)

E6和E7蛋白是人乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)感染细胞后在感染早期阶段产生的具有致癌作用的2种蛋白质。已发现HPV有200多种型别，其中大部分不引起疾病或引起的是自限性的疾病[1]。根据WHO下属的国际癌症研究组织(International Agency for Research on Cancer ，IARC)报道:HPV有13种型别可引起恶性肿瘤，均属高危型别[2-3]；高危型HPV主要通过性传播而引起生殖部位及其他部位的恶性肿瘤，其致癌机制主要是病毒DNA整合入细胞基因组，持续表达E6和E7 2种癌蛋白，扰乱细胞周期、抑制细胞凋亡并活化端粒酶使细胞永生化，本文主要对HPV的具有致癌特性E6和E7蛋白的致癌机制做一综述。

1 HPV的生物学特性

HPV是一种感染人的乳头瘤病毒科病毒，分为5类：α、β、γ、μ和ν；迄今对α和β类的研究较为深入[1]。α类HPV主要感染黏膜上皮细胞，β类HPV主要感染皮肤上皮细胞。HPV可分为低危型和高危型；大部分HPV为低危型，只引起良性增生或不引起任何疾病，其中常见的有α类的6型和11型；少部分属高危型别，可引起恶性肿瘤，其中最主要的是α类的16型和18型。HPV 基因组是环状双链DNA，长度约为8 000 bp，编码8种蛋白质，病毒核衣壳呈二十面体对称，无包膜[4]。HPV只能在皮肤和黏膜的角质细胞中增殖，其复制周期严格遵循宿主上皮细胞的分化程序。HPV病毒体通过皮肤微小的损伤而进入基底层上皮细胞，病毒基因组通过一种尚未明确的机制进入细胞核，并复制出10～200个拷贝，随着基底层细胞的分裂和向顶层(表层)分化而合成子代病毒产物。HPV感染不引起细胞裂解，病毒颗粒经细胞的退行性改变而释放出细胞外[5]。

2 HPV的致癌特性

大部分HPV的感染是暂时性的，机体的免疫系统可以快速地清除病毒，但在5%～10%的女性受感染者中，HPV感染会变为持续性，这些持续的感染极有可能导致癌变。从感染到癌变，一般需10～15年[6]，最长可达30年[7]。引起癌症的高危型HPV主要是16型和18型。高危型HPV可经性传播而引起子宫颈、阴道、外阴、阴茎、肛门、口咽和肺部等癌变，其中最常见的是宫颈癌[8-10]。90%以上的宫颈癌是由高危型HPV感染引起的，在全球范围约70%的宫颈癌由16型与18型HPV引起，约10%的宫颈癌由31型与45型HPV引起，在我国，引起宫颈癌的主要型别是52型和58型[11-13]。HPV只感染皮肤和黏膜细胞，不进入血液循环。HPV基因组DNA进入宿主细胞的细胞核后，转录出一条多顺反子的mRNA，后者可翻译出6个早期蛋白(E1、E2、E4、E5、E6和 E7)和2个晚期蛋白(L1和 L2)，其中的E2蛋白可以抑制E6和E7基因的转录。HPV感染细胞后，病毒DNA可以整合入宿主细胞DNA，整合入的病毒DNA一般不是完整的病毒基因组，有全部的E6和E7基因但无结构蛋白基因，因此不能复制出子代病毒。被高危型HPV DNA整合感染的细胞，由于E2基因表达障碍，低水平的E2蛋白不能抑制E6、E7基因转录而产生过量的E6和E7蛋白，E6和E7蛋白的持续高表达和协同作用可干扰细胞周期、抑制细胞凋亡，并激活端粒酶使细胞永生化，最终导致细胞发生癌变[14-16]。

3 E6蛋白促进P53蛋白降解干扰细胞周期

机体细胞经常要受到各种物理(如紫外线)和化学(如亚硝酸盐)因素的作用使DNA受损，正常细胞DNA受到一定程度损伤时，P53蛋白表达水平升高，细胞周期停止于G1期，使细胞有时间进行DNA修复。如果DNA损伤不很严重，P53蛋白能促进DNA修复而维持细胞基因组的完整性；当DNA损伤严重时，P53蛋白可诱导细胞发生凋亡或使细胞老化，从而避免突变的发生[17]。高危型HPV E6蛋白使细胞的P53蛋白在蛋白酶体中过度降解而干扰细胞周期。P53蛋白正常情况下经泛素-蛋白酶体系统降解；被高危型HPV DNA整合感染的细胞，E6蛋白持续过度表达，并与细胞内的E6相关蛋白(E6-associated protein，E6AP)结合，使E6AP 的识别特性改变而与P53蛋白连接；E6AP又称泛素-蛋白连接酶E3A(ubiquitin-protein ligase E3A)，可将P53蛋白与泛素连接而进入蛋白酶体，结果导致P53蛋白在泛素-蛋白酶体系统的过度降解。P53蛋白过度降解的后果是细胞在DNA受损伤后细胞周期不能停止、细胞没有机会修复受损的DNA也不能发生凋亡或老化，细胞基因组DNA突变累积，最终导致细胞发生恶性转化[18-20]。

4 E7蛋白通过抑制pRb蛋白等机制使细胞周期失控

高危型HPV E7癌蛋白能作用于细胞pRb蛋白而使细胞周期失控。E2F是一种调节细胞周期和DNA合成的转录因子，活化的E2F可促进细胞基因组的复制并促使细胞周期从G1期向S期进展，从而促进细胞的增殖。正常细胞当DNA受到损伤时，pRb蛋白与E2F结合，抑制后者的转录活性，使细胞周期停滞于G1期，从而使细胞有时间修复受损的DNA，避免将可能的基因突变传递给子代细胞。被高危型HPV DNA整合感染的细胞，E7蛋白持续过度表达，E7蛋白能与pRb蛋白结合，与E7蛋白结合的pRb蛋白不能与转录因子E2F结合，使后者游离并活化，因此细胞在DNA受损后仍能由G1期向S期进展，细胞仍持续不断地增殖而最终发生癌变[21-23]。

除了与pRb蛋白结合促进E2F的转录活性外，E7蛋白还能通过其他机制干扰细胞周期。E7癌蛋白能与P107和P130结合(这2种蛋白和pRb蛋白同属于口袋蛋白)，作用类似于与pRb蛋白结合。E7蛋白还可以与细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin- dependent kinase, CDK)抑制物p21WAF1/CIP1和p27KIP1结合，使其不能抑制CDK，而活化的CDK可促进细胞周期进入S期。E7蛋白还可直接或间接地作用于细胞周期蛋白A/CDK2复合体而使细胞周期失去调控[24-26]。

5 E6蛋白抑制细胞凋亡

高危型HPV E6蛋白能通过促进P53蛋白降解和作用于凋亡调节和启动途径等机制抑制宿主细胞发生凋亡。如上所述，P53蛋白除能阻滞细胞周期和促进DNA修复外，还能使DNA受损严重的细胞发生细胞凋亡。被高危型HPV 感染的细胞E6蛋白过度表达并与E6AP结合，使E6AP 的识别特性改变而与P53蛋白连接，导致P53蛋白在泛素-蛋白酶体系统过度降解，因而使细胞在DNA受损严重时仍不能进行凋亡；DNA损伤引起的突变在细胞内积累，最终可以导致细胞发生癌变[27]。E6蛋白除了通过促进P53蛋白降解而抑制细胞凋亡外，还能通过影响凋亡调节蛋白或因子(上调或下调其表达或促进降解)而抑制细胞凋亡。正常细胞中存在Servivin、Bcl-2、Bax和NFX1-91等多种因子，对细胞凋亡进行调节，高危型HPV DNA整合感染的细胞中，E6蛋白的持续过度表达能上调Bcl-2与Servivin蛋白的表达和下调Bax及NFX1-91蛋白的表达，并使Bax蛋白过度降解，从而抑制细胞凋亡[29-30]。E6蛋白能与细胞凋亡启动外源性途径的Fas相关死亡域蛋白(Fas-associated death domain，FADD)结合而抑制死亡受体Fas介导的细胞凋亡，还能加速FADD的降解而抑制肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)介导的细胞凋亡[28-29]。

6 E6和E7蛋白上调端粒酶表达使细胞永生化

端粒酶能以自身携带的RNA为模板，以染色体DNA 3′末端为引物延伸端粒 DNA，使端粒DNA保持一定长度。正常机体细胞除生殖细胞和干细胞外，端粒酶活性很低，随着细胞的分裂端粒逐渐缩短，因此存在寿命限制。癌细胞端粒酶表达上调，可以无限增殖或具有了永生化的特性。研究[30]显示：HPV相关的癌细胞中普遍存在端粒酶活性升高的情况，端粒酶活性的升高主要是由于其催化亚基人端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)的表达上调，E6蛋白和E7蛋白均与hTERT表达上调相关。E6蛋白通过多种机制促进hTERT的表达。Myc相关锌指蛋白(Myc-associated zinc finger protein，Maz)能与hTERT启动子结合而抑制hTERT的转录，而E6蛋白能抑制Maz蛋白故可上调端粒酶表达[31]；锌指转录因子Sp1与hTERT启动子结合后能促进hTERT的转录，而E6蛋白能促进Sp1与hTERT启动子的结合故可上调端粒酶表达[32]；启动子区CpG岛碱基的低甲基化能上调基因转录，而E6蛋白能使hTERT启动子区CpG岛的DNA碱基低甲基化从而上调端粒酶表达[33]。E7蛋白不直接诱导端粒酶hTERT表达，而是与E6蛋白协同作用，提高hTERT启动子的活性，从而促进hTERT基因的转录[30]。

7 结 语

随着分子生物学技术的发展，关于HPV感染与宫颈癌的关系已达成共识，99.7%的宫颈癌可检出HPV DNA，HPV感染是引起宫颈癌的主要原因，尤其是高危型HPV感染是子宫颈癌和癌前病变发生的必要条件[34]。70%～80%的女性一生中会有至少一次发生HPV感染， 尽管并不是所有的HPV感染都会导致宫颈病变，但有10%～15%的高危型HPV会存活下来持续感染宫颈，最终导致宫颈癌的发生[35]。对HPV单型别感染和多重感染与宫颈病变之间的关系目前存在争议。有的学者提出HPV的多重感染与宫颈病变呈正相关关系。而另一些学者认为HPV的多重感染率和宫颈病变的严重程度并不成正比，宫颈病变的严重程度可能和病毒的致病力大小有关，而不是与HPV多重感染有关[36]。对HPV及其癌蛋白致癌机制的深入认识和理解，将有助于研究者从分子水平上采取措施对宫颈癌进行预防。