高危型HPV E6、E7和人端粒酶逆轉錄酶在宮頸癌中的作用機制研究進展

高危型HPV E6、E7和人端粒酶逆轉錄酶在宮頸癌中的作用機制研究進展

莫凌昭, 趙紅珂, 李菲

(廣西醫科大學附屬腫瘤醫院 婦科腫瘤二病區, 廣西 南寧, 530021)

關鍵詞:人乳頭瘤病毒; 人染色體端粒酶逆轉錄酶; 宮頸癌

宮頸癌是全球范圍內女性最常見的生殖系統惡性腫瘤之一。據國際癌癥研究所統計，全球宮頸癌每年新發病例49.15萬，其中亞洲、非洲及拉丁美洲等發展中國家發生率占83%, 而中國約占30%, 因此宮頸癌是嚴重危害中國婦女健康的“頭號殺手”[1]。相關研究證實，人乳頭瘤病毒(HPV)是宮頸癌的重要致病因素之一，相關統計顯示, 90%宮頸癌患者合并HPV感染，以高危型HPV 16和18型為主[2-3]。高危型HPV的轉化與E6、E7 蛋白密切相關[4]，而人端粒酶逆轉錄酶(hTERT)表達上調和腫瘤組織中端粒酶激活有關[5]。本文對高危型HPV E6、E7蛋白和hTERT在宮頸癌中作用機制做一綜述。

1高危型HPV E6、E7和hTERT與宮頸癌

引起宮頸癌主要原因是持續性感染高危型HPV，主要包括HPV16、18、31、33、58型等，其中宮頸鱗狀細胞癌發生與HPV 16型最為密切，宮頸腺癌以HPV 18型最易導致。HPV由無被膜的正20面體構成病毒殼體，是8 000 bp環狀、雙鏈、右手螺旋、嗜上皮性的DNA病毒[6], 其基因組由早期轉錄區(E-區)、晚期轉錄區(L-區)、長控制區(LCR)組成。其中E-區編碼E1～E8等8個早期蛋白，其在參與病毒的復制、轉錄、翻譯、調控和轉化中發揮重要作用。HPV 16或18亞型的E6或HPV 16亞型的E7蛋白是誘導宮頸癌發生的主要抗原，E6和E7蛋白可以分別使腫瘤抑制p53和pRb蛋白失活[7]，并促進細胞周期和永生化。此外，E6和E7蛋白還能促進P聯蛋白的核內堆積，并激活Wnt信號通路，導致腫瘤轉移率增加[8]。

1.1　E6蛋白結構和宮頸癌

E6蛋白主要分布于宿主細胞的細胞核和細胞膜中。不同類型HPV的E6蛋白存在共同的色氨酸-x-x-色氨酸(Cys-x-x-Cys)鋅指結構，這種結構與惡性轉化作用、轉錄激活和細胞蛋白相互作用等密切相關。高危型HPV E6癌原蛋白主要是通過降解失活細胞內重要的抑癌基因p53, 從而影響細胞周期[9]。抑癌基因p53在細胞內能夠有效地抑制細胞增殖和促進細胞凋亡。E6與p53結合后可促使p53的降解，影響細胞內多條信號途徑，其中最主要的途徑為：細胞周期G1/S期檢驗點的失活。感染高危型HPV E6的細胞可直接降解p53, 使累積了DNA損傷的細胞合成錯誤的識別糾正能力下降，導致錯誤基因結構不斷積累，最終越過G1/S期檢驗點，細胞周期繼續運轉，細胞增殖加快，產生基因組不穩定性，最終導致腫瘤發生[10]。

1.2　E7蛋白的結構和宮頸癌

E7蛋白主要存在于宿主細胞的細胞質中。其主要是通過結合Rb蛋白的結合位點從而影響細胞周期的調控。高危型HPV E7最主要功能是破壞細胞周期調控機制，促使細胞過度增殖，促進細胞向永生化轉變，導致宮頸癌的發生[11]。其作用方式: ① E7與周期素依賴性蛋白激酶(CDK)抑制分子結合，進行調控細胞周期; ② E7通過激活轉錄因子進而激活腺病毒E2基因(E2F)依賴性基因的表達。高危型HPV E7通過CR2區的保守序列LXCXE與抑癌基因pRb編碼的pRb蛋白特異性結合后釋放轉錄因子E2F, 促使細胞由G1期轉入S期，進入下一個細胞周期[12]。pRb是參與控制細胞G1/S期檢驗點的重要調節因子。另一方面，其他調節細胞周期的蛋白如AP-1轉錄因子家族(包括c-Jun, JunB, C-Fos等)、P107, 以及CDK抑制蛋白P21wAH/Cipl和P27Kipl, E7還可以與其結合使之失活，從而上調細胞周期G1/S轉換的基因，使DNA的復制增加，誘導細胞增殖。

1.3　hTERT結構和宮頸癌

最新研究證實，端粒酶主要由核心催化組分[端粒酶逆轉錄酶(hTERT)、包含DNA延長模板的端粒酶RNA(hTERC)、p65]和輔助因子組分(p75、p19、p45和Teb1蛋白組成)2大部分組成，而p50蛋白在兩者中起橋梁作用[13]。hTERT是決定端粒酶活性的關鍵組成成分，正常人體細胞端粒酶活性很低，難以被檢測到，而在超過90%的癌細胞和永生化細胞中端粒酶卻呈高表達，如子宮內膜癌、大腸癌、肝癌、胃癌等[14]。端粒酶的激活可以抑制細胞凋亡和維持端粒的長度，從而維持腫瘤細胞的繼續分裂、增殖，是細胞走向永生化的必要階段，是腫瘤惡化的關鍵步驟。通過把hTERT的反義鏈導入腫瘤細胞后，可抑制端粒酶活性，促進細胞凋亡或生長停止[15]。有研究[16]認為，端粒酶的持續合成能力是通過染色體上一個高度復雜集中調節亞基在細胞內轉運及染色體末端相互作用下調控通路。另外，Miller等[17]研究發現維持端粒酶的功能主要依賴于hTERT的激活，在細胞永生化過程中hTERT的激活可以引起Bmi1的生成和增加，是宮頸癌形成中的一個重要機制。

2高危型HPV E6、E7和hTERT在宮頸癌中表達相關性

2.1　宮頸癌中E6、E7表達相關研究

高危型HPV病毒基因組整合入正常細胞DNA的位點是處于重要的癌相關基因上下游[18]。高危型HPV基因組在整合入宿主DNA之前，常發生HPV E6、E7基因區斷裂、丟失，卻保留了完整的E6、E7基因下游區域，可使持續表達誘導細胞永生化[19]。Duensing等[20]研究發現，高危HPV16 E6、E7的細胞出現異常中心體，而低危型HPV16 E6、E7的細胞中則不出現。高危型HPV E6、E7蛋白共同作用誘導中心體異常，增加細胞基因組的不穩定性，導致多倍體細胞發生，促使細胞惡變。E6 和 E7 蛋白都能獨立導致人類細胞發生永生化，且具有協同作用，使中心體復制與細胞周期解偶聯，紡錘體功能受損，導致中心體數目變化，改變基因組完整性，促進細胞發生惡變和腫瘤的發展[21]。相關動物實驗研究顯示，在小鼠皮膚上皮基底細胞中轉入HPV E6、E7基因，可產生皮膚腫瘤。葛靜等[22]認為E7 蛋白可轉化不同的人體上皮細胞，但E6蛋白只能轉化為人乳腺上皮細胞和成纖維細胞，由此認為E7蛋白的轉化能力強于E6蛋白，而E6癌基因可增強E7癌基因的上皮細胞轉化能力，所以E7蛋白在腫瘤早期表達，也多在良性病變表達；E6蛋白多在腫瘤晚期表達，也多在惡性病變中表達。另外，從感染高危型HPV病毒發展為宮頸癌的過程中，HPV E6、E7蛋白通過抑制白細胞介素-18誘導產生干擾素-γ2，逃避免疫監視，促進細胞過度增殖，最終形成腫瘤[23]。

2.2　宮頸癌中E6和hTERT的相關研究

E6能夠直接作用于hTERT, 與端粒發生相互作用。在不依賴hTERT mRNA的表達下, E6可直接介導hTERT基因增強人包皮成纖維細胞端粒酶的活性[24]。E6蛋白可通過LXXLL和PDZ黏合基序，介導與調節基因轉錄、細胞分化、增殖、凋亡以及染色體穩定的胞質蛋白相互作用[25]。然而，hTERT蛋白上有3個潛在LXXLL基序靶位點，為與E6蛋白直接結合提供了可能性[26]。Oh等[27]研究表明, HPVE6可通過cMyc和Sp1激活端粒酶，提示端粒酶激活與高危HPV感染相關。Goodwin等[28]也證實，HPV E6癌基因可通過激活hTERT的轉錄活性與自身E6蛋白結合，增加細胞端粒酶的活性。進一步研究表明，HPV16 E6能通過綁定激活myc基因，抑制hTERT的轉錄抑制因子激活hTERT啟動子[29]。此外，E6AP參與了E6介導的端粒酶激活，其激活端粒酶的能力與其連接E6AP的能力相關[30]。還有研究顯示，當HPV16 E6和E7共同表達時，可明顯增強E6介導的hTERT轉錄能力[31]。

2.3　宮頸癌中E7和hTERT相關研究

Lee等[32]研究顯示，當抑制宮頸癌細胞的HPV E7基因表達時，端粒酶的活性和hTERT mRNA表達明顯受到抑制，表明HPV E7蛋白可誘導并維持宮頸癌細胞的端粒酶表達。端粒酶激活的關鍵因素是hTERT亞單位高表達，有研究將逆轉錄病毒作為載體，把hTERT轉入乳腺上皮細胞和人的角質化細胞時發現端粒酶的活性呈高表達，但并沒有發生惡化。而唯有HPV E7和hTERT兩者協同表達后，細胞才能發生永生化，提示在細胞發生永生化中HPV E7和hTERT具有協同作用[33]。羅瓊等[34]研究表明，從正常宮頸、宮頸上皮內瘤變(CIN)到宮頸癌發展過程中，癌前病變早期以E7蛋白表達較高，而在中晚期則以端粒酶的高表達為主，隨病變惡性度加重，兩者逐漸增加趨向一致。

2.4　宮頸癌中E6、E7、hTERT相關研究

RNA干擾技術是通過雙鏈RNA產生特異性序列的轉錄后基因沉默，在哺乳動物細胞內可高效特異地剔除或關閉特定基因的表達。當干擾整合HPV DNA的永生化細胞和宮頸癌細胞的HPV E6、E7基因表達時，結果發現hTERT mRNA表達和端粒酶的活性顯著降低，提示在宮頸癌的發展中，HPV感染和端粒酶的激活密切相關。E6、E7整合入宿主細胞DNA內可促進hTERT基因的不穩定性，進而引起hTERT基因擴增，并維持這些細胞的端粒酶表達。Van等[35]指出，隨著宮頸病變程度的加重，高危型HPV E6、E7蛋白和端粒酶的陽性表達率及表達強度也逐漸增加，提示三者間相互作用，促進細胞永生化進而轉變為惡性，發展成宮頸癌。E6可通過聯合兩個基因結合位點(Spl和myc)介導hTERT的轉錄，同時E7又能增強E6的介導作用，幫助細胞度過危相期進入永生化階段。

3展望

隨著現代醫學不斷地發展和實驗方法的逐漸完善，以及基因技術及蛋白質組學技術的應用，臨床對高危型HPV E6、E7及hTERT在宮頸癌的作用機理有了進一步的了解。更重要的是，弄清這些環節為宮頸癌基因診斷、基因治療及判斷預后的可行性奠定了重要的理論基礎。

參考文獻

[1]張志勇, 施橋發. 人乳頭瘤病毒與宮頸癌關系的研究進展[J]. 實驗與檢驗醫學, 2012, 30(3): 252.

[2]Schiffman M, Wentzensen N, Wacholder S, et al. Human papillomavirus testing in the prevention of cervical cancer[J]. J Natl Cancer Inst, 2011, 103(5): 368.

[3]Corusic A, Skrgatic L, Mahovlic V, et al. Cervical Cancer as a Public Health Issue-What Next[J]. Coll Antropol, 2010, 34(1): 301.

[4]Andersson E, Krrberg C, Rdberg T, et al. Type-dependent E6/E7 mRNA expression of single and multiple high-risk human papillomavirus infections in cervical neoplasia[J]. J Clin Virol, 2012, 54(1): 61.

[5]徐愛華, 宋元達, 陳漢春. 端粒酶-干擾素抗腫瘤的新靶點[J]. 中國生物化學與分子生物學報, 2013, 29(6): 529.

[6]Moody C A, Laimins L A. Human papillomavirus oncoproteins: pathways to transformation[J]. Nat Rev Cancer, 2010, 10(8): 550.

[7]Morrison M A, Morreale R J, Akunuru S, et al. Targeting the human papillomavirus E6 and E7 oncogenes through expression of the bovine papillomavirus type 1 E2 protein stimulates cellular motility[J]. J Virol, 2011, 85(20): 10487.

[8]Rampias T, Boutati E, Pectasides E, et al. Activation of Wnt signaling pathway by human papillomavirus E6 and E7 oncogenes in HPV16-positive oropharyngeal squamous carcinoma cells[J]. Mol Cancer Res, 2010, 8(3): 433.

[9]Ghittoni R, Accardi R, Hasan U, et al. The biological properties of E6 and E7 oncoproteins from human papillomaviruses[J]. Virus genes, 2010, 40(1): 1.

[10]王珊珊, 王偉, 于瑩瑩, 等. 人乳頭瘤病毒癌基因誘導細胞永生化的研究進展[J]. 生命科學, 2012, 24(10), 1179.

[11]Wang J, Sampath A, Raychaudhuri P, et al. Both Rb and E7 are regulated by the ubiquitin proteasome pathway in HPV-containing cervical tumor cells[J]. Oncogene, 2001, 20(34): 4740.

[12]Jabbar S F, Park S, Schweizer J, et al. Cervical cancers require the continuous expression of the human papillomavirus type 16 E7 oncoprotein even in the presence of the viral E6 oncoprotein[J]. Cancer Res, 2012, 72(16): 4008.

[13]Akiyama B M, Stone M D. Structural biology: A solution to the telomerase puzzle[J]. Nature, 2013, 496(7444): 177.

[14]Cantrell L A, Zhou C, Mendivil A, et al. Metformin is a potent inhibitor of endometrial cancer cell proliferation-implications for a novel treatment strategy[J]. Gynecol Oncol, 2010, 116(1): 92.

[15]謝寶樹, 江基堯, 殷玉華. 巨噬細胞與膠質瘤關系的研究進展[J]. 上海交通大學學報: 醫學版, 2014, 34(7): 1092.

[16]Cifuentes-Rojas C, Shippen D E. Telomerase regulation[J]. Mutat Res, 2012, 730(1): 20.

[17]Miller J, Dakic A, Chen R, et al. HPV16 E7 protein and hTERT proteins defective for telomere maintenance cooperate to immortalize human keratinocytes[J]. PLoS Pathogens, 2013, 9(4): e1003284.

[18]Schmitz M, Driesch C, Beer Grondke K, et al. Loss of gene function as a consequence of human papillomavirus DNA integration[J]. Int J Cancer, 2012, 131(5): 593.

[19]Shai A, Pitot H C, Lambert P F. E6-associated protein is required for human papillomavirus type 16 E6 to cause cervical cancer in mice[J]. Cancer Res, 2010, 70(12): 5064.

[20]Duensing A, Liu Y, Spardy N, et al. RNA polymerase II transcription is required for human papillomavirus type 16 E7-and hydroxyurea-induced centriole overduplication[J]. Oncogene, 2007, 26(2): 215.

[21]Yugawa T, Kiyono T. Molecular mechanisms of cervical carcinogenesis by high risk human papillomaviruses: novel functions of E6 and E7 oncoproteins[J]. Rev Med Virol, 2009, 19(2): 97.

[22]葛靜, 魯永鮮. HPV與宮頸癌關系及疫苗研究進展[J]. 國外醫學: 病毒學分冊, 2005, 12(5): 129.

[23]Hussain I, Fathallah I, Accardi R, et al. NF-κB protects human papillomavirus type 38 E6/E7-immortalized human keratinocytes against tumor necrosis factor alpha and UV-mediated apoptosis[J]. J Virol, 2011, 85(17): 9013.

[24]Liu X, Dakic A, Zhang Y, et al. HPV E6 protein interacts physically and functionally with the cellular telomerase complex[J]. Proc Natl Acad Sci, 2009, 106(44): 18780.

[25]Howie H L, Katzenellenbogen R A, Galloway D A. Papillomavirus E6 proteins[J]. Virology, 2009, 384(2): 324.

[26]Cornet I, Bouvard V, Campo M S, et al. Comparative analysis of transforming properties of E6 and E7 from different beta human papillomavirus types [J]. J Virol, 2012, 86(4): 2366.

[27]Oh S T, Kyo S, Laimins L A. Telomerase activation by human papillomavirus type 16 E6 protein: induction of human telomerase reverse transcriptase expression through Myc and GC-rich Sp1 binding sites[J]. J Virol, 2001, 75(12): 5559.

[28]Goodwin E C, DiMaio D. Induced senescence in HeLa cervical carcinoma cells containing elevated telomerase activity and extended telomeres[J]. Cell Growth Differ, 2001, 12(11): 525.

[29]Xu M, Luo W, Elzi D J, et al. NFX1 interacts with mSin3A/histone deacetylase to repress hTERT transcription in keratinocytes[J]. Mol Cell Biol, 2008, 28(15): 4819.

[30]Bedard K M, Underbrink M P, Howie H L, et al. The E6 oncoproteins from human betapapillomaviruses differentially activate telomerase through an E6AP-dependent mechanism and prolong the lifespan of primary keratinocytes[J]. J Virol, 2008, 82(8): 3894.

[31]Liu X, Roberts J, Dakic A, et al. HPV E7 contributes to the telomerase activity of immortalized and tumorigenic cells and augments E6-induced hTERT promoter function[J]. Virology, 2008, 375(2): 611.

[32]Lee C J, Suh E J, Kang H T, et al. Induction of senescence-like state and suppression of telomerase activity through inhibition of HPV E6/E7 gene expression in cells immortalized by HPV16 DNA[J]. Exp Cell Res, 2002, 277(2): 173.

[33]Ruttkay-Nedecky B, Jimenez Jimenez A M, Nejdl L, et al. Relevance of infection with human papillomavirus: The role of the p53 tumor suppressor protein and E6/E7 zinc finger proteins (Review) [J]. Int J Oncol, 2013, 43(6): 1754.

[34]羅瓊, 熊樹華, 徐國榮, 等. 端粒酶在宮頸癌及其癌前病變組織中的表達及意義[J]. 實用癌癥雜志, 2009, 24(3): 242.

[35]Van Doorslaer K, Burk R D. Association between hTERT activation by HPV E6 proteins and oncogenic risk [J]. Virology, 2012, 433(1): 216.

綜述

通信作者:李菲, E-mail: molingzhao@hotmail.com

基金項目:廣西壯族自治區自然科學基金項目(2013GXNSFAAO19254)

收稿日期:2014-06-20

中圖分類號:R 737.33

文獻標志碼:A

文章編號:1672-2353(2015)07-167-03DOI: 10.7619/jcmp.201507057