宮頸癌防治用人乳頭瘤病毒疫苗的研究進展

夏和霞+張煒

摘 要 高危型人乳頭瘤病毒（human papillomavirus， HPV）感染與宮頸癌的發生、發展關系密切。HPV疫苗在HPV感染所致宮頸疾病防治中的作用逐漸受到重視。本文介紹宮頸癌防治用預防性和治療性HPV疫苗的研究進展。預防性HPV疫苗中的四價HPV（HPV6/11/16/18）疫苗Gardasil、二價HPV（HPV16/18）疫苗Cervarix和九價HPV（HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58）疫苗Gardasil 9已獲準上市并用于臨床。治療性HPV疫苗均尚處于研究階段，且免疫原性與安全性仍有待提高。

關鍵詞 宮頸癌 人乳頭瘤病毒 預防性疫苗 治療性疫苗

中圖分類號：R730.3； R730.1； R737.33 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2016）11-0012-05

Research progress of human papillomavirus vaccine in the prevention and treatment of cervical cancer

XIA Hexia， ZHANG Wei*

（Department of Gynecology， Obstetrics and Gynecology Hospital， Fudan University， Shanghai 200011， China）

ABSTRACT Human papillomavirus （HPV） is closely related to the development of cervical cancer. The role of HPV vaccine in the prevention and treatment of cervical diseases caused by HPV infection is gradually taken into account. This review summarizes the recent research progress of preventive and therapeutic HPV vaccines in the prevention and treatment of cervical cancer. Quadrivalent HPV （HPV6/11/16/18） vaccine Gardasil， bivalent HPV （HPV16/18） vaccine Cervarix， and a new ninevalent HPV （HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58） vaccine Gardasil 9 have been listed and applied in clinic among the preventive vaccines. However， therapeutic HPV vaccines are still in the research stage and more experiments are needed to improve the immunogenicity and safety for clinical trials in humankind.

KEY WORDS cervical cancer； human papillomavirus； preventive vaccines； therapeutic vaccines

宮頸癌是常見的婦科三大惡性腫瘤之一，發病率在女性惡性腫瘤中居第2位，僅次于乳腺癌。1976年Hausen首次提出，人乳頭瘤病毒（human papillomavirus， HPV）感染與宮頸癌的發生、發展關系密切。之后，越來越多的研究證實，高危型HPV的持續感染是宮頸癌發生的最主要原因[1]，致使人們開始研制HPV疫苗。HPV疫苗可分為預防性（包括嵌合型）和治療性兩類，其中預防性HPV疫苗已用于臨床，治療性HPV疫苗則還處于開發階段。

1 HPV及其致癌機制

1.1 HPV的基因結構及其功能

HPV基因組是雙鏈環狀DNA，以共價閉合的超螺旋結構、開放的環狀結構和線性分子3種形態存在。HPV基因組編碼為9個開放讀碼框架，分為3個功能區，即早期轉錄區、晚期轉錄區和非轉錄區（控制區）。早期轉錄區又稱為E區，由4 500個堿基對組成，分別編碼El、E2、E3、E4、E5、E6、E7和E8這8種早期蛋白，它們具有參與病毒DNA的復制、轉錄、翻譯調控及轉化等功能。晚期轉錄區又稱為L區，由2 500個堿基對組成，編碼2種衣殼蛋白即主要衣殼蛋白L1和次要衣殼蛋白L2，它們組成病毒的衣殼，且與病毒的增殖有關。非轉錄區又稱為上游調節區、非編碼區或長調控區，由1 000個堿基對組成，位于E8和Ll之間。該區含有HPV基因組DNA的復制起始點和HPV基因表達所必需的調控元件，參與調控病毒DNA的轉錄和復制[2-3]。

目前已鑒別出有超過100種亞型的HPV，包括15種高危型HPV（HPV16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68、73和82）。幾乎所有的宮頸癌及其癌前病變均與高危型HPV感染密切相關，其中HPV16有強致癌性，近50%的宮頸癌與HPV16感染相關[4]。

1.2 HPV的致癌機制

高危型HPV表達的E6和E7是導致宮頸上皮癌變的重要因素。HPV基因序列與宿主細胞基因組整合后可使E2失活、E6和E7過表達，從而使細胞周期失控[5]。E6可與E6相關蛋白結合形成E3泛素化酶，后者與p53蛋白結合后會使p53蛋白降解，從而使細胞周期失控、細胞永生化[6-7]。在正常情況下，抑癌因子Rb會與抑癌基因p107、p130和參與細胞周期調控的轉錄因子E2F蛋白形成復合物來阻止靜止期細胞進入細胞周期，同時調節細胞凋亡和分化過程。而E7可與Rb結合，使上述Rb復合物解離，解除Rb的抑制作用，使靜止期細胞進入細胞周期并使細胞永生化[8]。

2 HPV疫苗

目前，HPV疫苗主要分為阻止感染的預防性HPV疫苗（包括可預防多種疾病的嵌合型HPV疫苗）和使原有感染及相關疾病消退的治療性HPV疫苗兩類。預防性HPV疫苗是以HPV的L1、L2作為基礎誘導來產生特異性的抗HPV抗體、從而使機體免受HPV感染的，主要用于尚未感染HPV人群的接種；治療性HPV疫苗是以E6、E7作為基礎誘導來產生特異性的細胞免疫、從而阻止HPV感染損害延續和清除病灶的。嵌合型HPV疫苗則將不同型別、不同時期的病毒蛋白嵌合在一起，可大幅提高預防HPV感染的效能。

2.1 預防性HPV疫苗

全球已批準上市的預防性HPV疫苗共有3種，分別是默沙東公司開發的四價HPV（HPV6/11/16/18）疫苗Gardasil、葛蘭素史克公司開發的二價HPV（HPV16/18）疫苗Cervarix和默沙東公司開發的九價HPV（HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58）疫苗Gardasil 9。Gardasil和Cervarix均采用重組技術表達的L1，后者經自行組裝后形成病毒樣顆粒。

Gardasil自酵母培養基制備，HPV6、11、16和18的L1含量分別為20、40、40和20 μg，它們被吸附在佐劑非晶形羥基磷酸鋁硫酸鹽上。Gardasil需在2 ～ 8 ℃下保藏，以在第0、2和6個月時分別肌內注射1針方案接種。Cervarix自粉紋夜蛾細胞制備，HPV16和18的L1含量均為20 μg，它們被吸附在“ASO4”佐劑系統上，而該新型佐劑系統可產生更高、更持久的抗體效價[9]。Cervarix亦需在2 ～ 8 ℃下保藏，以在第0、1和6個月時分別肌內注射1針方案接種。

Gardasil和Cervarix對HPV16和18感染的預防效能達99%，預防時間可能長達20年。上市后安全性監測數據顯示，這兩種疫苗的安全性也較好。Gardasil和Cervarix迄今已在100多個國家上市，有的國家還將它們納入了國家免疫規劃并實行免費接種，主要用于青春期女孩和年輕女性（9 ～ 26歲）。

Gardasil 9用于9 ～ 26歲的女性及9 ～ 15歲的男孩，其為0.5 ml針劑，以在第0、2和6個月時分別肌內注射1針方案接種。Gardasil 9可預防近90%的宮頸癌以及HPV相關的肛門、外陰、陰道癌和生殖器疣。一項對3 066例9 ～ 15歲男、女孩和16 ～ 26歲年輕女性進行的非劣效性免疫原性研究顯示，接種Gardasil 9后產生的抗HPV反應可持續2.5年，同時耐受性好，僅見發生了注射部位局部不良反應[10]。多項大型臨床研究均證實了Gardasil 9的安全性和有效性[11-12]，Gardasil 9已成為可常規接種的3種預防性HPV疫苗之一[13]。

預防性HPV疫苗的防御機制在于其所含病毒樣顆粒具有與完整病毒相同的抗原空間表位，可激發機體的CD4+ T細胞介導的體液免疫應答，產生高效價的中和抗體免疫球蛋白G。該抗體的效價較自然感染所獲得的抗體效價高10倍以上，從而可保護疫苗接種者不被疫苗所含的各亞型HPV感染[14]。

一項臨床研究測定了人接種Gardasil 9后機體產生的抗HPV6、11、16、18、31、33、45、52和58的抗體效價，發現分別為3 817、2 889、23 061、5 271、3 942、2 672、1 489、1 274和2 263 mMU/ml[15] 。一項Ⅲ期雙盲、隨機臨床研究在603例9 ～ 15歲女孩中比較了接種Gardasil 9和Gardasil后的免疫原性，發現這兩種疫苗產生的血清抗HPV16抗體效價分別為6 739和6 887 mMU/ml、抗HPV18抗體效價分別為1 956.6和1 795 mMU/ml、抗HPV6抗體效價分別為1 679和1 565 mMU/ml、抗HPV11抗體效價分別為1 315和1 417 mMU/ml，并見9 ～ 12歲女孩的抗HPV16和18抗體效價在數值上均高于13 ～ 15歲女孩[16]。

已有臨床研究發現，接種Gardasil 9 4周后產生的血清抗HPV抗體幾何平均效價不受同時接種的腦膜炎疫苗和百白破疫苗的影響，且每種疫苗的免疫應答也不會相互影響[11，17]。

至于免疫功能低下的患者可否接種預防性HPV疫苗，Wilkin等[18]對艾滋病毒男性感染者接種Gardasil后發現，沒有3級或更嚴重的不良事件發生，且疫苗相關抗HPV抗體幾乎都出現了血清學陽性轉化，CD4細胞數亦未減少，即對艾滋病毒男性感染者接種Gardasil安全、有效。另一項研究發現，16 ～ 23歲艾滋病毒女性感染者普通感染了≥1種亞型HPV，但高危型HPV的血清學檢查及HPV DNA檢測結果常呈陰性，提示在這些患者有性行為前對其接種預防性HPV疫苗可能有益[19]。

2.2 治療性HPV疫苗

即使預防性HPV疫苗的接種率達到50%以上，待到HPV相關疾病的發病率顯著減少也需20年的時間。此外，如果沒有有效措施控制HPV感染的自然進程，浸潤性宮頸疾病即使在接種了預防性HPV疫苗的人群中也會持續進展。因此，必須開發治療性HPV疫苗，以用于那些已被HPV感染的人群，降低她們的HPV相關疾病的發生率。治療性HPV疫苗可誘發強力的細胞介導的免疫反應來控制HPV感染。

2.2.1 向宿主載入HPV抗原的方法

向宿主載入HPV抗原的方法包括利用細菌和病毒作為載體、病毒肽直接載入、HPV DNA直接載入以及基于樹突狀細胞的抗原提呈細胞和T細胞的激活等[20]。

2.2.1.1 活載體疫苗

利用細菌或病毒作為活載體可將HPV E6和E7的抗原傳遞給宿主的抗原提呈細胞，從而誘導CD8+細胞毒性細胞和CD4+ T輔助細胞靶向并攻擊HPV抗原。不過，此類疫苗有內在致病潛力，在安全性上存在隱患，尤其是當宿主免疫功能低下時。對此，通過發展載體特異性抗體或預先存在的載體特異性免疫來建立疫苗耐受性，此可使疫苗具有按需失能的功能[21-22]。

2.2.1.2 細菌載體疫苗

許多種細菌都被研究作為HPV免疫的載體，其中對單細胞李斯特菌，利用溶血素O形成毒素孔侵入巨噬細胞及其能在吞噬體內逃避吞噬，可成功地將HPV抗原傳遞入胞質，從而激活CD8+細胞毒性細胞和CD4+ T輔助細胞介導的免疫反應。正在開發的ADXSⅡ-001是一種基于HPV16 E7抗原的滅活減毒李斯特菌載體疫苗，目前正在進行用于治療HPV相關的口咽癌、宮頸癌和高級別宮頸上皮內瘤變患者的臨床研究[21]。干酪乳桿菌和乳酸桿菌也在被嘗試作為HPV免疫的細菌載體。

2.2.1.3 病毒載體疫苗

當HPV的E7融合溶血素O后，有包膜的雙鏈DNA具有龐大的基因組和高傳染性，可作為HPV免疫的病毒載體。表達HPV16和18的E6、E7抗原的病毒載體疫苗TA-HPV已在宮頸癌、外陰及陰道上皮內瘤變患者中進行了Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗，MVA-E2、MUAHPV-IL2和TG 4001（R3484）等病毒載體疫苗也進入了臨床試驗階段。

2.2.1.4 肽和蛋白疫苗

自HPV抗原提取的肽可被抗原提呈細胞直接吸收，從而激活抗原特異性的T細胞免疫反應。此類疫苗安全、穩定且易于制備，但因低免疫原性而需加用有效的佐劑，以獲得耐受性好并可產生強力免疫反應的HPV疫苗。目前，由卡介苗熱休克蛋白和HPV16 E7抗原組成的嵌合蛋白疫苗HspE7正在高級別宮頸上皮內瘤變患者中進行Ⅱ期臨床試驗[22]。

2.2.1.5 DNA疫苗

DNA疫苗是將胞質DNA編碼的HPV抗原直接注入宿主細胞，通過轉染促進其在宿主細胞中的表達，從而激活細胞介導的免疫反應（伴或不伴相關的體液免疫反應）。裸DNA很容易制備，可避免細菌和病毒載體固有的風險，不會產生抗體，因此也不會產生疫苗耐受。PnGVL4a-CRT/E7就是一種正在進行Ⅱ期臨床試驗、以期用于治療高級別宮頸上皮內瘤變的HPV DNA疫苗[23]。

2.2.1.6 樹突狀細胞疫苗

樹突狀細胞是體內專司抗原提呈的細胞，其參與的免疫反應包括經由主要組織相容性復合物-Ⅰ和Ⅱ通路介導的T細胞免疫反應。帶有HPV抗原或肽、或可編碼HPV抗原的DNA的“脈沖”樹突狀細胞能為帶有HPV抗原表位的主要組織相容性復合物-Ⅰ和Ⅱ類分子裝載。當再次使用這些樹突狀細胞時，即可引起對HPV抗原的特異性的強力免疫反應。基于HPV16和18 E7抗原的樹突狀細胞疫苗的安全性和免疫原性已在Ⅰ期臨床試驗中得到證實，即將進入Ⅱ期臨床試驗階段[24]。

2.2.2 改善HPV DNA疫苗效能的方法

由于治療性HPV DNA疫苗轉染宿主細胞的效率低、沒有在體內擴增和擴散到周圍細胞的能力，因此免疫原性低，同時外源性DNA插入到宿主細胞基因組后也可能引起抑癌基因失活和（或）原癌基因激活，故應通過改變疫苗傳遞途徑、加用佐劑、微粒包裹疫苗和優化編碼子等方法予以改善。

2.2.2.1 改變疫苗傳遞途徑

目前正在嘗試多種傳遞方法以提高HPV DNA疫苗的效能，包括基因槍、微膠囊和電穿孔等。基因槍轉染是在高速度下用包裹HPV DNA的金顆粒轟擊組織轉染細胞，而電穿孔則是將宿主細胞暴露在足夠高的電場中，使細胞膜通透性瞬時增加，從而促進細胞對HPV DNA疫苗的攝取，提高細胞免疫反應的強度。一項研究比較了使用電穿孔、基因槍和肌內注射3種方法傳遞HPV DNA疫苗的優劣，結果顯示與肌內注射法相比，使用電穿孔和基因槍方法的抗腫瘤活性最高，而使用電穿孔法產生的HPV E7特異性細胞毒性CD8+ T細胞數量最多[25]。

2.2.2.2 加用佐劑

HPV E7 DNA疫苗聯合白介素-2或白介素-5治療的抗腫瘤作用較單用疫苗好，而白介素-2的佐劑效果又優于白介素-5。一項小鼠實驗顯示，在HPV E7 DNA疫苗聯合白介素-2治療的基礎上再注射T細胞表面共刺激分子4-1BB受體，則不僅可提高腫瘤治愈率，而且能延長腫瘤免疫記憶時間[26]。此外，將高度優化的CpG基序插入到質粒骨架中，然后用電穿孔法將HPV DNA疫苗傳遞給小鼠，結果顯示小鼠的γ-干擾素和顆粒酶B表達增加，CD8+ T淋巴細胞免疫應答增強，抗腫瘤作用良好。使用結核分枝桿菌的熱休克蛋白70和α-神經酰胺作為佐劑也可使HPV16 E7 DNA疫苗的E7特異性CD8+ T淋巴細胞的免疫應答增強、抗腫瘤作用顯著提高[27]。

2.2.2.3 微粒包裹疫苗

用可生物降解的聚合物微粒ZYC101a包裹HPV16和l8的編碼E6、E7的質粒DNA片段，然后經注射給予2 ～ 3級宮頸上皮內瘤變患者，6個月后再施行宮頸錐切術，結果發現與安慰劑組相比，年齡<25歲患者的瘤變明顯消退，且治療的耐受性和安全性均良好[28]。

2.2.2.4 優化密碼子

優化密碼子可有效改善HPV DNA疫苗的效能，使之具有高免疫原性。動物實驗證實，密碼子優化的HPV DNA疫苗可誘導產生強力的細胞免疫和體液免疫反應。

3 結語

綜上所述，預防性HPV疫苗的安全性和有效性已得到臨床的認可，但可預防的亞型HPV感染有限，免疫保護的持續時間也未得到明確，且只有在女性有性生活前接種才能發揮最大效能，這些亟需予以解決。治療性HPV疫苗具有更為廣闊的臨床應用前景，但目前還需進一步研究以提高其安全性和免疫原性。

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