人乳头瘤病毒综述

人乳头瘤病毒与宫颈癌摘要德国科学家HaraldzurHausen因发现人乳头瘤病毒(HPV)导致宫颈癌，与另外两位科学家共享了2008年的诺贝尔生理学或医学奖。HPV是一种小双链DNA病毒，目前已鉴定有118型。HPV感染人的上皮组织，诱发产生包括妇女宫颈癌和尖锐湿疣在内的多种良恶性增生性疾病，目前已有两种人乳头瘤病毒预防性疫苗上市。本文将对HPV病毒的生物学特性、致癌机制及相关的疫苗的研究进行综述。关键词人乳头瘤病毒，宫颈癌，疫苗2008年10月6日，瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布将2008年度诺贝尔生理学/医学奖(TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine)授予德国楚尔·郝(HaraldzurHausen)和两位法国科学家巴雷·西诺希(FrancoisBarreSinoussi)和路克·蒙塔尼埃(LucMontagnier)，以表彰HaraldzurHausen“发现人乳头瘤病毒(humanpapillomavirus，HPV)导致子宫颈癌”及FrancoisBarreSinousi和LucMontagnier在“人类免疫缺陷病毒(humanimmunedeficiencyvirus，HIV研究方面作出的成就”。本年度的诺贝尔生理学或医学奖授予了导致严重人类疾病的2种病毒的发现。高危型HPV与肿瘤的启动、发生、发展及恶性表型的全过程都密切相关，是与人类肿瘤关系最为密切的肿瘤病毒。人乳头瘸病毒(HPV)属于乳多空病毒科(papovavidae)的乳头瘤病毒属，它包括多种动物的乳头瘤病毒和人乳头瘤病毒。人体皮肤及粘膜的复层鳞状上皮是HPV唯一宿主，电镜下病毒颗粒的大小、形态与口多瘤病毒极为相似。乳头瘤病毒(HPV)具有种属特异性，目前尚未能在组织培养或实验动物模型中繁殖。1.HPV的一般概况及生活周期人乳头瘤病毒(papillomavirus，PV)是一组无包膜的小DNA病毒，属乳头瘤病毒科(papiUomaviridae)，可感染人和多种高级脊椎动物的皮肤及黏膜上皮组织，诱发产生的疣状增生乃至引发良恶性肿瘤。不同种属的乳头瘤病毒具有严格的种属限制性，不会出现物种间交叉感染，而且具有严格的组织限制性，即只能在相应种属的上皮组织内建立感染并完成病毒的生活周期。因此HPV难以建立动物模型，难以体外培养获得病毒颗粒，限制了HPV的相关研究。分子生物学及基因工程等相关技术的发展推动了乳头瘤病毒结构的研究。不同种属的乳头瘤病毒具有相似的形态特征，通常为直径52-60nm的正二十面体，核心为单拷贝的病毒基因组DNA，外壳由主要外壳蛋白(L1)和次要外壳蛋白(L2)组成，5个L1蛋白分子聚合形成的五聚体(pentomer)，又称子(capisomer)。病毒外壳共有72个子粒(图1)，以T=7的正十二面体方式排列，一个子粒可能与5个或者6个其他子粒相邻，其中12个为五邻体，位于面与面相邻的顶点，另60个为六邻体，构成20个面。L2蛋白含量相对较少，每个HPV中约有12--36个L2，L2N端部分序列伸展在病毒的表面，其他区域则主要位于病毒的内部，与L1五聚体相结合，一起将病毒基因组DNA包裹在内。各型HPV基因组DNA长度在7200-8000bp之间，分为编码区和非编码区，非编码区又称上游调控区(UPS)或长控制(LCR)，区，位于L1和E6之间，长约l000bp，该区域含有DNA复制的起始位点和重要的转录调控元件，如细胞分化特异性的增强子及各种结合位点、与核基质的结合点和与El、E2蛋白的结合位点。所有蛋白质均由有义链依赖的多顺反子编码，至少含有8个开放读码框架，阅读框架之间可以部分或者完全重叠。编码区又分为早期区和晚期区，早期区编码的蛋白有E6、E7、El(E8)、E2、E4(E3)和E5。牛乳头瘤病毒(BPV)的早期区含有E1--E8共8个ORF，HPV的早期区一般不含E3和E8基因，个别HPV缺少E5基因。早期区蛋白的功能主要涉及DNA复制、转录调节及细胞转化。其中E4参与细胞骨架的破坏，利于病毒颗粒的出胞，目前倾向于将其归类为晚期蛋白。E5、E6、E7蛋白具有转化活性。E5蛋白能与多种细胞生长因子受体结合，通过活化多种细胞生长因子的受体信号通路刺激细胞增殖。E6及E7蛋白是病毒的主要转化蛋白。E6蛋白与p53结合使其功能失活，E7与视网膜细胞瘤肿瘤抑制蛋白家族(Rb，p107，p130)、组氨酸酰化酶(HDAC)、AP-1转录因子、细胞周期素、细胞周期素依赖激酶(CDKs)和细胞周期素依赖激酶抑制物相互作用，参与诱导细胞增殖、永生化和转化等过程。晚期区只编码L1和L2两种外壳蛋白。Ll蛋白是构成病毒外壳的主要成分，其单体的核心部分为8股反向平行的B折叠(jelly-roll)构成貌似三明治样结构，不同13折叠卷之间的部分呈绊状，其中绝大部分绊伸展到五聚体和颗粒外表面，是病毒型别特异性中和抗体依赖表位的所在区。核心结构域C端折叠成d螺旋和长螺线管结构，从五聚体中心的核心结构域向侧面伸出，参与五聚体的形成，最后C端剩余的30个带正电的富含碱性氨基酸的无序结构则延伸到五聚体或病毒颗粒的内部，参与病毒DNA相互作用，利于病毒的包装。病毒外壳包装只对DNA的长度有要求，只要DNA的大小合适，不管基因序列如何，均可被包裹入病毒外壳，目前尚未发现乳头瘤病毒具有确定的包装信号。体外表达的Ll蛋白，在L2蛋白存在和不存在的情况下，都具有组装成病毒样颗粒(virus1ikeparticles，VLP)的能力，分别形成Ll-VLP及L2-VLP。乳头瘤病毒基因组十分保守。病毒型别的区分和鉴定主要是依据L1基因序列的同源性比较进行。如果L1基因的同源性与其他型别相比小于90％，则称其为一个新“型”(type)，如果同源性在90％～98％之间，则称其为“亚型”(subtype)，同源性在98％以上，则称为型内“变异株(variant)”。另外以Ll基因的结构分析为依据，根据不同HPV在进化树(phylogenetictree)中亲源关系的远近也可将乳头瘤病毒进行分类，该分类法的优点是便于将病毒归类，但和第一种分类法一样，也不能将生物学特性和致病性类似的病毒型别完全归为一类，因此文献报道多见的是依据HPV的生物学特性和致病性的不同进行分类的。根据感染部位的不同将肿V分为嗜皮肤组和嗜黏膜组两大类：嗜黏膜组又根据感染后诱发病变的良恶性不同，分为：a.诱发上皮组织恶性增生的高危型HPV(high-dskhumanpapillomavirus，HR-HPV)，如HPV-16，-18，-31，-33，-35，-39，-45，-5l，-52，-56，-58，-59，-68，-73和-82计15种型别，高危型HPV感染与宫颈癌及癌前病变的发生密切相关，此外还与阴道、肛门、阴唇、阴茎及口咽癌及癌前病变的发生相关；b.诱发上皮组织良性增生的低危型HPV(10w-riskhumanpapillomavirus，LR-HPV)，目前已鉴定有12型，有HPV-6，-11，-40，-42，-43，-44，-54，-61，-70，-72，-8l，-CP6108，其中HPV-6和HPV-11的感染与90％以上的生殖器疣和宫颈低级鳞状上皮增生病变的发生密切相关。c.中间型或可疑高危型有3型，分别是HPV-26，-53和-66；d.另外还有些型别诱发病变的良恶性的能力尚未确定，如HPV-34，-57和-83。多种型别的HPV混合感染及先后顺序感染其他型别的情况十分常见。HPV的生活周期与上皮组织的分化密切相关。HPV经过皮肤及黏膜的微小创伤感染上皮的基底干细胞。病毒入侵细胞的受体目前尚不明确，文献报道的可能受体有a6整合素、CDl6和肝素0aeparin)。由于乳头瘤病毒除了能与正常的鳞状上皮细胞结合之外，还能够与许多种类型的细胞结合，因此病毒嗜角化上皮的特性似乎不取决于细胞受体，也间接说明基底细胞可能并不存在HPV特异的细胞受体。病毒入胞后迁移入细胞核然后脱衣壳，进行病毒基因的转录及表达。感染早期仅表达少量的病毒复制相关蛋白El和E2，El/E2复合物与复制起点结合，进一步募集宿主的DNA聚合酶及其他病毒DNA复制所需的相关蛋白，启动病毒基因组的复制。随着基底细胞的分裂，其中一个子代细胞离开基底层进入棘层，病毒基因组以染色质外游离的形式存在，且呈多拷贝，每个感染细胞内病毒基因组的拷贝数多达20-100个。另外，此阶段病毒早期表达的E5、E6、E7蛋白在维持感染细胞处于活跃的增殖周期中起着主要的作用，利于病毒基因组的复制转录。随后感染细胞向表层迁移，细胞开始渐进的程序化角化分化过程，病毒基因组的扩增及细胞角质素的表达激活了病毒晚期启动子，启动病毒晚期转录本编码蛋白L1、L2和E4的表达。因此在高度分化的细胞内，构成病毒的各种组分均已准备完毕，病毒外壳蛋白的自组装和对病毒基因组的包裹同时发生，形成完整的病毒，表层细胞破裂后释放，伺机进行下一轮的感染。可以看出在病毒的生活周期中病毒基因组的复制事件发生在上皮组织的基部细胞内，此时晚期蛋白的启动子处于抑制状态，晚期启动子激活及病毒外壳蛋白合成发生在终末分化的表层角化上皮细胞，因此病毒的颗粒包装只能在兼具病毒基因组及外壳蛋白的表层，是上皮细胞分化依赖的。2.HPV的传播方式及致病性HPV主要经高度密切接触传播，嗜皮肤性HPV主要经与感染者病变部位的密切接触而直接传播，或与接触被污染的物体而间接传播，另外感染者本身病变也可直接播散接种到身体的其他部位，母婴之间垂直传播常见于生殖道感染HPV的母亲在分娩过程中传播给新生儿，如儿童复发性乳头状瘤可能是患儿在分娩过程中从阴道分泌物获得HPV-6及-1l感染所致。生殖道HPV主要经性行为传播，性活动时HPV可经黏膜。黏膜途径传播，也可经生殖器周围的皮肤。皮肤途径传播。目前HPV已分离鉴定出118型，其中2/3为嗜皮肤组HPV，嗜黏膜型仅占1/3。嗜皮肤组HPV感染人角化上皮组织后最常见的病变就是皮肤疣、寻常疣、扁平疣、跖疣等。皮肤疣通常为表皮组织的良性增生，愈后较好，多数病变在2年内自行消退。少数病例会持续更长的时间，其病程长短、病变程度及是否恶性转化与机体的免疫状态密切相关。疣状表皮发育不良(eoudemidtsokasuaverrycufimus，EV)是一种少见的难以自愈的皮肤病，常伴有明显的家族史，约1/3病人数年后恶变为皮肤非黑色素皮肤癌，HPV-8和-38阳性血清可EV恶变。EV患者多伴有细胞免疫功能缺陷，病灶中常可检出多种型别HPV混合感染。EV恶变后常呈现原位癌或浸润性鳞癌的病理改变，但生长缓慢，很少发生转移。因此皮肤型HPV对人类的危害较黏膜组HPV相对较小。黏膜型HPV至今已分离鉴定了约40种，其中2/3为高危型，其余的1/3为低危型。主要感染人泌尿生殖道、肛周及口咽部的黏膜上皮，诱发的病变包括各种疣状增生、鳞状上皮异型增生及恶性肿瘤。病变发生的部位有宫颈、阴道、阴唇、阴户、外阴、阴茎、肛周皮肤及黏膜的移形区上皮，还可发生在口腔、扁桃体及咽喉甚至支气管等。病变主要为口咽及泌尿生殖及肛周的各种疣状增生、癌前病变及良恶性增生，有咽喉部的尖锐湿疣、儿童复发性乳头状瘤(juvennileonsetrecurrentrespiratorypapillomatosis，JORRP)、口腔鳞癌、扁桃体癌、喉癌、生殖器疣(尖锐湿疣(condylomataaeuminata))、肛周疣、鲍温氏病、宫颈及阴道和外阴黏膜的不典型增生、宫颈癌、阴道癌、外阴癌、阴茎癌、肛周癌等。良性病变中以男女两性均可发生的尖锐湿疣的发病率最高，尖锐湿疣是我国第二位的高发性病，主要由低危型HPV感染所致，其中由HPV-6及-11感染所致的尖锐湿疣占总数的90％。恶性病变中以妇女宫颈癌的发病率最高，全球范围内，宫颈癌是第二位的妇女高发恶性肿瘤，在某些落后地区是妇女第一位高发恶性肿瘤，由高危型HPV感染所致，其中54％以上的重度异型增生及宫颈癌由HPV-16引起，10％～15％由HPV-1