病毒感染在皮肤鳞状细胞癌中的研究进展

唐洪波，梁俊琴

(1.新疆医科大学研究生学院，乌鲁木齐 830002； 2.新疆维吾尔自治区人民医院皮肤科，乌鲁木齐 830002)

皮肤鳞状细胞癌(cutaneous squamous cell carcinoma，CSCC)在非黑色素瘤皮肤癌(non-melanoma skin cancer，NMSC)中发病率最高，且NMSC的致死病例大多为CSCC。CSCC是一种源于表皮或附属器角质形成细胞的恶性肿瘤，其发生转移率约为5%，发生转移可导致病程发展和加快，增加了治疗和随访成本且预后较差[1]。紫外线照射是CSCC的一个主要危险因素，其他危险因素还包括病毒感染，接触电离辐射、砷或工业化学品等。皮肤是人体最大的器官，其与病毒直接接触，是病毒诱导的致癌作用的天然靶标，病毒通过激活促癌基因转化角质形成细胞，而病毒蛋白可直接作为癌基因起作用，驱使细胞增殖或产生炎症反应并引起受损细胞的再生，最终导致恶性转化。虽然病毒可能会导致癌症的起始，但仍需其他辅助因子的中介效应，其中紫外线照射、与病毒直接接触以及增加的免疫抑制等易感性聚焦在一起促进了肿瘤的形成。对致癌病毒的临床观察揭示了病毒基因毒性暴露、宿主防御和新治疗选择的重要性，且对病毒作用于肿瘤形成分子机制的了解揭示了致癌作用的新途径。现就病毒感染在CSCC中的研究进展予以综述。

1 病毒诱导CSCC的发生

皮肤是病毒诱导致癌的天然靶标，虽然病毒感染是必要的，但不足以诱导完全致瘤性，其他因素(宿主免疫、基因组不稳定或慢性炎症)有助于恶性进展[2]。

1.1病毒的直接和间接致癌作用 CSCC的发展是病毒活动性感染的结果。在CSCC早期阶段，病毒学研究依赖于间接证据以及病毒颗粒的直接可视化和细胞病变效应，重组DNA技术的发展使得能够直接检测病毒基因组的核苷酸序列，目前可以使用原位杂交和高灵敏度聚合酶链反应检测感染细胞内病毒的存在。作为直接致癌物[人乳头瘤病毒(human papilloma virus，HPV)16或HPV18]，病毒DNA可以在每个肿瘤细胞中检测到，病毒感染与紫外线辐射一起导致CSCC的发生，但病毒感染可能不是致癌作用的主要驱动因素，而是紫外线诱导的 DNA 突变积累的促进因素[3]。有实验表明，某些病毒具有转化潜力，且在人类靶细胞的第二轮转染中具有永生化能力[4]。除了作为直接致癌物外，HPV16或HPV18还可以间接方式起作用。病毒不仅能够抑制免疫监视，在紫外线照射后消除p53介导的细胞凋亡，还可以通过再激活或病毒的超感染诱导持续性乳多空病毒的基因扩增[5]。病毒作为间接致癌物质的另一种模式为诱导染色体畸变，干扰DNA修复或引起慢性炎症。

1.2病毒与免疫反应的致癌作用 宿主的免疫缺陷状态增加了病毒易感性，当宿主免疫力受损，病毒就会进入细胞并开始合成病毒蛋白，通过下调组织相容性复合体Ⅰ类分子合成和通过干扰Ⅰ类分子向细胞表面的转运，从而抑制与抗原加工和呈递相关分子的表达[6]。由于细胞毒性T细胞是介导病毒感染中细胞破坏的关键效应物，所以当免疫抑制剂直接作用于靶向T淋巴细胞，触发T细胞受体后，其会分泌包括穿孔素和颗粒酶B的蛋白水解酶，并破坏靶细胞；而在皮肤中，被免疫抑制损伤的主要细胞为抗原呈递细胞，皮肤树突状细胞数量的减少降低了抗原呈递能力，有助于潜伏病毒持续存在，宿主免疫缺陷状态确定了病毒感染与癌症之间的关系[7]。

1.3病毒与炎症的致癌作用 炎症作为驱动性致癌力的作用越来越受到关注，而病毒感染与反应性炎症有关。免疫系统的效应细胞分泌细胞因子致其他细胞产生生长信号，使邻近内皮细胞分泌肿瘤坏死因子-α，触发核因子κB并诱导恶变[8]。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子在损伤后不久由角质形成细胞分泌，并以自分泌方式介导表皮细胞增殖[9]。肿瘤坏死因子-α、γ干扰素和白细胞介素-2可能抑制病毒蛋白的合成，从而阻止感染细胞的识别和破坏，另外，由病毒入侵引起的细胞损伤过程可以触发再生组织的肿瘤转化[10]。

2 HPV与CSCC

2.1HPV的结构与分类 HPV属乳多空科病毒，是小的无包膜病毒，具有约8 000 bp的环状双链DNA，人是HPV的唯一宿主。迄今为止，已经分离出200多种HPV类型，HPV分为5个属(α、β、γ、μ和ν)[11]。这些型别的HPV基因组分为3个区域：对病毒转录和复制起重要作用的早期区域(E)；编码病毒衣壳结构蛋白的晚期区域(L)；含有启动子的长控制区和含有顺式调控元件的上游调控区(调节病毒基因表达和复制)。早期区域编码的E6、E7基因被证明是显性致癌基因，它们通过对DNA复制、转录进行调控，与蛋白结合并增强E6、E7癌蛋白水解作用，对细胞周期调节因子p53和Rb蛋白发挥直接作用，与肿瘤的发生密切相关[12]。研究表明，来自特定β-HPV的E6和E7蛋白质表现出转化活性，且可以与不同的环境因子合作促进癌症发生[13]。晚期区域对L1和L2两种衣壳蛋白进行编码；上游调控区域属于非编码区，在病毒基因的转录、翻译、病毒蛋白颗粒的产生中起控制作用[14]。另外，HPV分为皮肤相关型HPV和黏膜相关型HPV[15]。皮肤相关型HPV包含一些α-HPV(HPV2、HPV3和HPV10)以及β和γ属中所有的HPV类型，目前已经描述了54种β-HPV(细分为5种：β1～β5)，且这一数字不断增加[16]。根据致癌性大小，HPV分为低危型、中危型、高危型，其中与上皮恶性肿瘤密切相关的包括HPV16、HPV18、HPV31、HPV33、HPV35等高危型[17]。

2.2HPV致CSCC的流行病学 CSCC是白种人中最常见的癌症，发病率在全球范围内不断增加[18]。流行病学研究发现，β-HPV感染与CSCC密切相关，在CSCC活检样品中存在病毒DNA，并证明了不同HPV生物标志物中观察到的CSCC关联的变化[19]。有文献报道了一种罕见的常染色体隐性遗传性皮肤病，称为疣状表皮发育不良，其特征为全身多处扁平疣和黄斑皮肤病变，常在阳光照射区域进展为CSCC[20]。有研究显示，β-HPV5和β-HPV8感染的疣状表皮发育不良个体更容易发生CSCC，且在疣状表皮发育不良患者中，90%的CSCC存在β-HPV5和β-HPV8的感染[21]。在CSCC病变中，β-HPV通常具有转录活性，且以高拷贝数存在[22]。因此，国际癌症研究机构将β-HPV5和β-HPV8称为疣状表皮发育不良患者中出现的CSCC相关的“可能病原体”[23]。较高的β-HPV病毒载量与器官移植接受者CSCC的发展有关[24]。与一般人群相比，器官移植接受者发生CSCC的风险增加了100倍[25]。同时，还有流行病学研究评估了β-HPV循环抗体与CSCC之间的关系[26]。以上研究表明，β-HPV血清学转换随着年龄的增长而增加，且与CSCC风险增加有关。此外，有学者在CSCC和个体血清阳性的β-HPV数量之间观察到流行病学关联[27]。

2.3HPV致CSCC的机制 有研究表明，β-HPV参与细胞凋亡、DNA修复和细胞分化[28]。目前β-HPV的致病机制仍不明确，不同型别β-HPV的致病机制也不完全相同，可能的机制有：病毒通过干扰小RNA敲低病毒转录或通过抑制E6/E7病毒癌蛋白的功能分别抑制p53和Rb抑癌基因，从而导致细胞生长停止，诱导细胞凋亡或细胞衰老[29]。Viarisio等[30]证实，HPV E6和E7蛋白的转基因小鼠不仅表现出表皮增生，且容易受紫外线辐射刺激的皮肤肿瘤发展的影响。皮肤癌是一个多步骤过程，可以通过许多事件启动和促进，如暴露于物理或化学致癌物、慢性炎症和病毒感染。染色体畸变和基因组不稳定性是各种肿瘤的常见标志，而肿瘤抑制基因(p53、Rb)的失活和(或)某些癌基因(H-ras)的活化起了关键作用。肿瘤抑制基因p53可以调节细胞周期，其产物对诱导细胞凋亡和维持正常细胞起重要作用；p53还能监测基因组的完整性，如果细胞DNA受损，p53能够激活细胞周期检查点并留出足够的时间来修复受损的DNA，而当各种原因导致p53基因失活时，DNA损伤就无法修复[31]。p53基因突变在超过90%的CSCC中检测到[32]。Cornet等[33]通过生化分析显示，HPV E6基因能够以E6相关蛋白依赖性方式诱导p53降解。此外，β-HPV的E6蛋白被证明可以减弱p53磷酸化和泛素化，加上紫外线暴露的反应，从而导致细胞受损DNA的修复效率降低[34]。β-HPV的E7蛋白在人角质形成细胞中表达，在体外能够结合但不降解Rb，有研究认为，高风险β-HPV编码的E7蛋白与pRb家族成员结合并破坏E7蛋白与细胞周期相关转录因子E2F形成复合物的能力，导致E2F响应基因的表达增加[35]。此外，E7蛋白可加速低磷酸化pRb家族成员的降解，体外研究表明，pRb及pRb家族成员(p107和p130)可调节宿主编码的E2F转录因子的活性，且由E2F和低磷酸化的pRb组成的复合物抑制细胞周期进程所需的基因转录(如细胞周期蛋白A的转录)[36]。因此，β-HPV感染可导致E6和E7基因的连续表达，影响细胞周期的调控，最终导致癌变。

3 人疱疹病毒8型与CSCC

3.1人疱疹病毒8型(human herpesvirus type 8，HHV-8) HHV-8是目前人类已知的唯一一种γ-2疱疹病毒。病毒基因组由140 kb长的独特编码区组成，其侧翼为多个富含GC的末端重复序列(每个803 bp)，因此总计大小约为170 kb。到目前为止，已在 HHV-8基因组中鉴定了超过90个开放阅读框，其中ORF25、ORF26和ORF62 三种开放阅读框与HPV的衣壳蛋白显著相似[37]。研究发现，HPV可作为间接致癌物，而HHV-8作为NMSC和Kaposi肉瘤的直接致癌物在超过95%的Kaposi肉瘤病变中检测到，已被确定为Kaposi肉瘤的致病因子[38]。根据HHV-8在宿主细胞中的存在状态，可以将HHV-8 DNA分为潜伏感染期和裂解细胞期。虽然HHV-8 DNA潜在基因产物作用于细胞周期和细胞凋亡，被认为是晚期病变中克隆生长的原因，但在裂解复制过程中表达的基因，负责产生病毒后代和抑制宿主抗病毒反应[39]。然而，这些表达的HHV-8基因在Kaposi肉瘤的起始和疾病进展中的确切作用机制仍不明确，目前已经提出了关于HHV-8介导的Kaposi肉瘤和NMSC发病机制的几个假设[40-41]。

3.2HHV-8与CSCC的相关性 因HHV-8能够感染并改变正常的人类角质形成细胞及其生长性质，可促进上皮细胞增生，所以认为HHV-8与CSCC密切相关。国际癌症研究机构将HHV-8列为一类致癌物[42]，突出了HHV-8与肿瘤发生的关系及重要性。HHV-8在超过95%的Kaposi肉瘤病变中检测到，表明病毒可能起直接作用[43]。Kaposi肉瘤相关疱疹病毒可以编码多种细胞同源物或在宿主细胞中产生具有免疫调节功能的独特蛋白(病毒干扰素调节因子)，并通过控制细胞周期来发挥其转化特性[44]。此外，Kaposi肉瘤相关疱疹病毒还表达白细胞介素-6的病毒同源物，这种病毒同源物是一种多功能细胞因子，也能促进新血管形成。在获得性免疫缺陷综合征患者的Kaposi肉瘤皮肤病变中鉴定了先前未识别的γ-疱疹病毒、HHV-8或Kaposi肉瘤相关疱疹病毒的DNA片段，在95%以上的Kaposi肉瘤病变中发现所有临床变异[45]。Kaposi肉瘤相关疱疹病毒不仅参与Kaposi肉瘤、原发性积液淋巴瘤和多中心Castleman病的浆细胞变异的发病机制，还与其他非恶性疾病(移植受者的骨髓衰竭和噬血细胞综合征)有关[46]。

4 Merkel细胞多瘤病毒与CSCC

Merkel细胞多瘤病毒(Merkel cell polyomavirus，MCPyV)是一种小的无包膜、二十面体、双链环状DNA病毒，病毒基因组由多重剪接的早期“肿瘤抗原”区域、晚期区域和非编码调控区域组成[47]。MCPyV的早期区域编码大肿瘤抗原、小肿瘤抗原、57 kDa肿瘤抗原和套印基因；晚期区域分别编码病毒衣壳的主要和次要亚基(VP1和VP2)，VP1和VP2在MCPyV基因组周围形成衣壳；非编码调控区域含有病毒复制起点，其侧翼是驱动早期和晚期基因表达的启动子[48]。MCPyV编码微RNA，已被证明可以下调大肿瘤抗原的表达，大肿瘤抗原的这种调节对细胞培养中长期MCPyV附加体维持很重要，且可能在体内建立持续感染[49]。

MCPyV在具有高度侵袭性的Merkel细胞癌中被发现，其属于一种新型人类多瘤病毒。Merkel细胞癌的发病率较以往增加了2倍[50]。随着MCPyV的广泛感染和Merkel细胞癌诊断的增加，更好地了解MCPyV的生物学及致癌潜力至关重要。Merkel细胞癌通常表现为皮肤的神经内分泌癌，同时具有上皮和细胞的神经分泌特征。Merkel细胞癌的主要危险因素包括高龄、免疫抑制、长时间暴露于阳光和紫外线辐射，这与病毒致CSCC的机制极其相似。Mitteldorf等[51]在Merkel细胞癌和CSCC患者的病变中发现了MCPyV DNA，且两种病变中存在HPV共感染，表明病毒可能共同导致癌变。在许多研究中未检测到MCPyV的原因可能为CSCC病例中的病毒拷贝数较低，导致免疫组织化学检测存在困难，目前MCPyV是否与CSCC相关需进一步探索。

5 小 结

病毒感染对皮肤肿瘤的发生具有重要意义，病毒的生物学和流行病学研究揭示了病毒与紫外线之间的协同作用导致CSCC的发生、发展，尤其在免疫缺陷宿主中病毒的致癌作用得到加速。同时，病毒还可以通过干扰各种细胞途径以直接或间接的方式引起皮肤癌。进一步的研究对于更好地了解病毒的自然历史以及阐明与这些病毒诱发的致癌作用相关的生物学机制至关重要。因此，未来应以预防为主，对HPV、HHV-8和MCPyV导致CSCC相关机制的研究，有助于识别新的致癌途径，可能对新疗法的基础研究起关键作用。