自噬在HPV持续感染中的研究进展*

2022-11-23冯任倩臧乐靖杨一恒黄嘉禾韩梦菲朱炬帆

现代妇产科进展 2022年9期

冯任倩，臧乐靖，杨一恒，黄嘉禾，韩梦菲，朱炬帆，胡燕

(温州医科大学附属第一医院妇产科，温州 325000)

宫颈癌已成为全球威胁女性健康的第四大恶性肿瘤，据GLOBOCAN数据库最新统计，2020年全世界超60万例妇女被诊断为宫颈癌，其中约34万人次死亡[1]。目前高危型人乳头瘤病毒(high-risk human papillomavirus,HR-HPV)持续感染被认为是引起子宫颈鳞状上皮内病变以及宫颈癌发生、发展的关键因素，但现阶段尚无根治的特效药物或方法。

自噬是一种真核细胞内由溶酶体介导的分解代谢过程,在多种生理、病理过程中发挥适应性作用。越来越多的研究证实，细胞自噬及自噬相关蛋白的异常表达与宫颈癌发生、发展密切相关，且HPV感染可影响自噬活性。目前有关自噬在HPV持续感染过程中发挥的作用尚未明确。本文就自噬与HPV感染及病毒持续状态发生相关性的研究进展作一综述，旨在拓展对HPV持续感染发生机制的认识，为临床建立新治疗方案提供思路。

1 细胞自噬的概述

自噬是一种自噬相关基因(autophagy-related gene，ATG)调控的细胞内降解途径，向溶酶体输送不必要或功能失调的成分。根据待降解成分进入溶酶体的不同方式，自噬可分为：分子伴侣介导的自噬、微自噬、巨自噬。既往研究中涉及的多为巨自噬，该过程分为3个阶段：(1)双膜囊泡(自噬体)形成并包裹受损细胞器或大分子组分等待降解物；(2)自噬体向溶酶体靠拢、融合形成自噬溶酶体；(3)内容物被分解释放至胞浆中，以供组织细胞循环利用。目前已发现41种参与自噬过程的基因，其中18种属于核心自噬相关基因[2]。在ATG蛋白中，如微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)，哺乳动物中ATG8同系物之一，水解形成LC3-I并和磷脂酰乙醇胺结合转化成LC3-Ⅱ，以膜标记物的形式表达于自噬体表面；Beclin 1是酵母ATG6/Vps30的哺乳动物同源物，也是启动自噬的必需蛋白质。

自噬是综合应激反应的核心元素，当饥饿、缺氧、细胞损伤等情况出现时，可被刺激以维持细胞内稳态。自噬不仅负责清除异常胞内组分，还可清除包括病毒和细菌在内的入侵病原体及其他感染因素[3]。此外，自噬异常还与多种人类疾病甚至癌症密切相关。

2 HPV感染与自噬相互作用

2.1 HPV的内吞过程可抑制自噬 HPV是一种无包膜包被的双链DNA病毒，由病毒基因组和衣壳蛋白(L1、L2)组成，基因组分为早期编码区(E1、E2、E4、E5、E6和E7)、晚期编码区(L1、L2)和长控制区，而E5、E6、E7基因编码病毒的E5、E6、E7癌蛋白。HPV的结合和感染可能发生在因性交引起的生殖道微创伤处的基底层角质形成细胞中，病毒通过L1附着于细胞表面的硫酸肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycans,HSPGs)并相互作用，引起L2构象改变、蛋白水解，进而被内吞进入宿主细胞[4]。病毒与HSPGs相互作用可触发多种HPV感染相关信号通路，内化过程可激活依赖mTOR通路的自噬抑制过程[5]。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，通常在磷酸肌醇3-激酶(PI3K)信号通路的下游被激活。HPV附着于宿主细胞后与质膜上的表皮生长因子受体相互作用，引起蛋白激酶B(Akt)磷酸化、磷酸酶及张力蛋白同源基因(PTEN)灭活以及活化下游的mTOR并触发mTORC1底物，后者激活PI3K/Akt/mTOR通路，抑制细胞自噬[5]，避免病毒被早期清除，增加HPV感染几率。

2.2 HPV癌蛋白影响不同自噬阶段 E5、E6、E7癌蛋白通过影响自噬过程的不同阶段来阻止病毒清除，促进细胞癌变。Belleudi等[6]研究显示，在HPV阴性的角质形成细胞系中，异位表达HPV16的E5蛋白可下调角质形成细胞生长因子受体(KGFR/FGFR2b)的表达，后者相关信号通路诱导自噬，使胞内LC3-Ⅱ水平下降，自噬底物p62蛋白积累，自噬体数减少，提示自噬体组装失败。而沉默E5基因则可消除该影响。由此提示E5蛋白在感染初期可能阻止自噬体的形成[7]。在发生机制方面，Belleudi发现，E5可通过抑制自噬基因转录激活来干扰自噬(包括p53非依赖性自噬基因Beclin 1、ATG5、LC3，p53依赖性自噬基因ULK1、ULK2、ATG4a、ATG7及p53下游靶基因p21、14-3-3σ)，进而抑制自噬小体装配。

E6、E7蛋白通过影响自噬体和溶酶体的融合过程抑制自噬。Mattoscio等[8]实验结果显示，在过表达E6/E7的HPV阳性原代人角质形成细胞中，脂质化的LC3和p62表达均增加，提示自噬体仍在形成，但自噬降解能力呈降低趋势。共聚焦和电子显微镜分析则直观显示，细胞中的自噬溶酶体形成减少，明确指出自噬体和溶酶体间的融合过程是受E6/E7影响的缺陷阶段。此外，Hanning等[9]使用siRNA靶向耗竭HPV16细胞的E6/E7 mRNA后发现自噬被诱导激活。这与上述研究相符，提示HPV癌蛋白在感染早期通过不同机制抑制自噬，本质上最终都阻止了自噬溶酶体的形成。

2.3 HPV分型与自噬 HPV按致癌潜能分为高危型HPV(HR-HPV)和低危型HPV(low risk human papillomavirus,LR-HPV)，不同亚型的HPV对自噬的影响不同[10]。自噬与HPV相互作用的研究主要集中于HR-HPV。Surviladze等[11]发现,人角质形成细胞系暴露于HPV16伪病毒后出现病毒-宿主细胞相互作用，刺激PI3K/Akt/mTOR途径并抑制自噬，这对病毒的早期感染至关重要。柯妙芳[12]研究显示，在无感染、HPV单一感染及HPV多重感染三组中，Beclin1和LC3B表达水平逐渐下降，在HPV16、18亚型感染细胞中进一步降低，提示HPV感染抑制细胞自噬，且HPV多重感染和 HPV16/18亚型感染能进一步加重其对自噬的抑制作用。也有研究显示，HR-HPV对自噬有激活作用。Ishii等[13]在电子显微镜下观察到HPV16伪病毒感染细胞后自噬体生成增加。Griffin等[14]报道HPV16在具有较高基础自噬水平的原代人包皮角质形成细胞中感染率最低，实验结果提示病毒粒子显著诱导该组细胞的自噬，从而抑制感染过程，应用自噬抑制剂治疗后可显著增强病毒感染性。

Zhang等[15]研究报道，低危型HPV11的早期蛋白E6通过抑制Akt/mTOR和 Erk/mTOR通路激活自噬，分析可能原因是HPV11的E6异位表达会增加能量需求因而引发代谢应激，自噬水平提高可维持宿主细胞的生存和病毒的增殖。虽然机制尚未完全阐明，但确定不同HPV亚型对宿主自噬影响的相似性和差异性或许非常重要。

3 HPV持续感染中的自噬调控

3.1 自噬和先天免疫应答 HPV持续感染状态的建立与逃避先天免疫反应的监视有关。先天免疫反应是一种关键的宿主防御机制，为抵抗病原体的第一道防线。研究发现，HPV可通过抑制先天抗病毒免疫逃避被清除的命运[16]。

3.1.1 自噬影响病毒DNA传感过程作为一种胞浆DNA感受器，cGAS可识别入侵的病毒DNA并被激活，催化产生cGAMP后与定位于内质网上的干扰素基因刺激蛋白(stimulator of interferon genes,STING)结合，易位到高尔基体，招募并激活TBK1以刺激干扰素合成通路，诱导干扰素和其他细胞因子表达来启动抗病毒反应[17]。Gui等[18]研究发现，STING还通过一种独立于TBK1的通路激活自噬过程，即STING结合cGAMP后转移到内质网-高尔基中间体内，通过依赖WIPI2和ATG5的途径诱导LC3脂化及自噬体形成。Lau等[19]研究表明，HPV18的E7蛋白可与STING结合，抑制cGAS-STING途径，拮抗病毒DNA信号的传感。Lo等[20]研究结果提示，HPV18可通过cGAS-STING途径持久抑制I型干扰素产生。Gui等研究表明，诱导自噬可能是cGAS-STING信号通路的一种原始功能，但目前尚无研究证实在HPV癌蛋白结合STING后可通过抑制依赖WIPI2和ATG5的自噬过程实现病毒的持续刺激。

Luo等[21]研究发现，HPV16细胞中E7表达使STING水平下降及LC3B-Ⅱ水平升高，而自噬抑制剂的应用可部分逆转该现象。此外，E7还可通过促进以NLRX1为中心的分子复合物的形成，进一步诱导STING的自噬降解，抑制DNA病毒诱导的免疫活化。以上结果均提示，HPV可能通过自噬影响病毒DNA传感过程，从而影响病毒的先天免疫应答，维持病毒持续状态。

3.1.2 I型干扰素下游信号通路调控自噬过程 JAK/STAT通路是I型干扰素介导的典型信号通路，诱导抗病毒反应。研究发现，该通路上的信号分子在多种癌细胞系中促进干扰素应答并诱导STAT1/2依赖的自噬，如在Burkitt淋巴瘤Daudi细胞中，Ⅰ型干扰素以STAT2依赖的方式触发自噬[22]；IFN-α激活慢性髓系白血病细胞中的JAK1和STAT1，促进Beclin-1生成[23]。据Gusho等[24]报道，E6、E7蛋白可沉默STAT1等，若恢复STAT1表达，HPV基因组的扩增进程将被阻滞。但尚无直接证据证明HPV持续状态与依赖STAT1/2的自噬过程被抑制有关。STAT1与自噬似乎都在HPV细胞中表现出双向性。Wu等[25]研究结果显示，在正常组织、LSIL、HSIL和宫颈鳞状细胞癌样本中，HPV16拷贝数和STAT1表达水平均随着病变进展逐渐增加。而Rajkumar等[26]研究显示,STAT1在CIN1/2中升高，在CIN3/原位癌中下降，在浸润性癌症中显著增加，提示STAT1可能在感染早期起保护作用，在侵袭阶段作为原癌基因起作用。与此同时，Aranda-Rivera等[10]研究表明，HR-HPV在癌症早期阶段抑制自噬以防止病毒清除，在晚期阶段诱导自噬为癌细胞提供能量。STAT在HPV持续感染和细胞转化过程中与自噬的联系及影响，还需更多研究阐明。

Ⅰ型干扰素也影响PI3K/Akt/mTOR通路，mTORC1是自噬启动的负调控因子。Xie等[27]报道，5-氨基乙酰丙酸光动力疗法通过下调PI3K/Akt/mTOR通路，诱导LC3II和p62表达，并通过自噬和凋亡减少HeLa细胞中的病毒载量。综上所述，HPV可能通过调控Ⅰ型干扰素下游信号通路来调节自噬，影响干扰素应答，实现HPV持续感染。

3.2 自噬和DNA损伤修复途径 HPV影响的DNA损伤修复途径中以共济失调毛细血管扩张症Rad3相关激酶(ataxia telangiectasia and RAD3-related,ATR)和共济失调毛细血管扩张症突变蛋白(ataxia-telangiectasia mutated,ATM)为主，阻滞HPV细胞周期，介导DNA的损伤修复或受损细胞的凋亡衰老[24]。单链断裂产生的异常DNA激活ATR，继而磷酸化检查点激酶1(cell cycle checkpoint kinase 1,CHK1)并激活其他下游因素。Luo等[28]研究表明，ATR途径的激活对于HPV基因组的维持和扩增至关重要。Liu等[29]发现，DNA损伤可使CHK1磷酸化下游的小GTP酶RhoB并增强其与TSC2的相互作用，RhoB/TSC复合物易位到溶酶体，随后抑制mTORC1活性以启动自噬。而AKG[30]研究发现，HPV8蛋白可利用自噬途径操纵CHK1水平，抑制ATR通路激活。上述研究提示不同HPV亚型影响ATR通路的效应，这些差异可能与不同亚型中E6、E7癌蛋白的功能结构有关。此外，DNA损伤途径与自噬之间的关系也需更进一步研究。

ATR也具有除DNA损伤修复以外的功能。Hong等[31]研究证实，在HPV阳性细胞中，ATR的激活可触发选择性自噬蛋白p62磷酸化，介导GATA4的自噬降解，抑制免疫反应中许多炎症基因的表达、减少IFN-κ产生，从而达到HPV病毒扩增的目的。