病毒持續性感染誘導腫瘤發生的機制

陳瀟凡 ，周瑞 ，胡玉倩 綜述，謝圣高 ，鄭義 ，4 審校

(1、湖北中醫藥大學檢驗學院，湖北 武漢 430065；2、武漢大學基礎醫學院，湖北 武漢 430071；3、湖北省襄陽市中心醫院，湖北 襄陽 441021；4、深圳市光明新區人民醫院中心實驗室，廣東 深圳 518000)

據統計，在全世界的癌癥患者中，大約有15%的患者是由感染癌病毒和細菌所引發致癌，且發展中國家或地區的病例占比率高達80%[1]。然而，當前人們對病毒致癌機制的全面解析及相關方面的深入探究仍面臨巨大的挑戰。病毒致癌的主要特征有：⑴病毒致癌發生率低于病毒感染率；⑵持續感染性是病毒誘發癌癥發生的前提；⑶免疫系統角色的不確定性等[2，3]。有研究發現，病毒導致癌癥可歸因于其攜帶癌基因，然而，病毒感染并非必然引發癌癥，這表明病毒感染僅是致癌因素之一，癌癥的發生常還需要其他因素的共同作用，如免疫抑制、長期感染或是環境誘導突變等[4]。病毒致癌的主要機制包括：⑴信號模仿：由病毒編碼的蛋白可以使調節細胞生長和存活的宿主信號通路發生紊亂，該通路通常與非病毒癌癥中的信號通路相同，最終導致細胞異常增殖。⑵對DNA損傷反應(DNA-damage response，DDR)的影響：通常情況下，DDR的發生是由宿主對病毒基因組和復制中間體的識別引起的，這將使宿主細胞基因失穩、突變率升高，最終加速了致癌染色體的變異[5]。⑶病毒持續感染致使慢性炎癥反應：感染可誘導活性氧(Reactive oxygen species，ROS)的產生，從而引發慢性炎癥，并可能誘導肝纖維化、肝硬化最終導致肝細胞癌等[6，7]。

人乳頭瘤病毒(Human papillomavirus，HPV)高危型如 HPV16，18，31，33，39，45，52，58 等是現有的研究數據已明確的致癌病毒。乙肝病毒(Hepatitis B virus，HBV)和丙肝病毒(Hepatitis C virus，HCV)不直接引發癌癥，而是首先導致肝硬化而后致癌，其根本致癌機制還尚不明確。而人T淋巴細胞病毒-1(Human T-lymphotropic virus 1，HTLV-1)是引發成人T細胞白血病/淋巴瘤的主要因素[8]。基于此，本文主要對常見的 HPV、HBV、HCV和HTLV-1等病毒的致癌機制進行探討，試圖揭示其致癌過程中病毒、宿主和環境三大關鍵因素的本征聯系，并為相關癌癥預防和治療領域的研究提供新思路。

1 人乳頭瘤病毒(HPV)

大約5%的人類癌癥由HPVs誘發。HPV歸屬嗜上皮的雙鏈環狀DNA非包膜病毒家族，現已被鑒定的HPV基因型有150多種，主要包括導致癌癥的高危型(HPV16/18/31/33等)和不致癌的低危型(HPV6/11 等)HPVs[9]。

1.1 HPV導致癌癥發生的分子機制：HPV模擬癌發生信號通路，激活多種腫瘤標志物 高危HPV(hHPV)16型E5、E6和E7是致癌蛋白，可使分化的細胞發生變異。hHPV16型E7蛋白與抑癌蛋白pRB之間的相互作用，可使pRB在蛋白酶體作用下降解，最終導致細胞異常增殖[7]。E7表達介導pRB下調可阻止細胞凋亡，pRB的下調和細胞進入S期的失控會致使p53抑癌基因活化，從而導致細胞凋亡。然而，為了阻止細胞凋亡，hHPV16型E6蛋白則通過連接酶UBE3A(E6AP)靶向p53使pRB下調。HPV16型E6蛋白可刺激端粒酶的表達并激活細胞 DNA 復制[10，11]。此外，hHPVs可在持續感染過程中阻止免疫系統被摧毀。E5蛋白通常可以下調主要組織相容性復合體I（Major histocompatibility complex I，MHCI） 類分子的表達。 E6和E7蛋白均可通過抑制IFN信號來躲避先天免疫，E6和E7還可導致上皮-間質細胞發生轉化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)[12，13]， 并且 E6蛋白還可以通過延長受體蛋白酪氨酸激酶信號，激活mTORC1信號從而改變細胞代謝，為病毒生存提供更有利的環境[14]。

1.2 HPV基因組整合造成癌癥突變 HPV16型E6/E7蛋白可使基底上皮細胞永生化，盡管所得到的細胞具有非致瘤性，但長期傳代后存在致癌克隆，即HPV的持續感染會致使染色體異常[7]。持續性感染使HPV基因組頻繁整合，導致宿主基因的不穩定，這種整合通常于人類基因組常見脆性位點發生，且在特定情況下可導致細胞原癌基因（例如MYC）的表達增加[15]。基因組整合可破壞HPV長端控制區(Long control regions，LCR)以及 E6、E7蛋白編碼區的完整性，同時使E6/E7表達的E2轉錄抑制因子表達減少，致使E6/E7表達失調，這也是HPV致癌發生的必不可少的過程。hHPV16型E7蛋白會導致中心體異常合成，從而引發細胞多極有絲分裂，這是hHPV相關病變和癌變的重要標志。目前基因不穩定和病毒生命周期間的內在聯系還不明晰，但有研究表明細胞內DNA修復機制可能在HPV基因組合中扮演重要角色[16]。

2 乙肝病毒(HBV)和丙肝病毒(HCV)

HBV和HCV是肝細胞癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)的主要病原體。這兩種病毒均可導致長期感染并且伴隨肝炎，肝細胞的破壞會導致再生和疤痕，部分病例最終演化為肝硬化甚至肝癌[7，17，18]。

2.1 HCC發病主要機制：宿主基因變異或持續氧化損傷 HCV病毒導致HCC的發病機制是直接改變宿主基因表達或是長期氧化損傷。HBV編碼的HBx蛋白通過活化細胞周期蛋白和細胞周期依賴激酶，以刺激細胞周期進展[19，20]。HBx還可通過激活CREB、ATF-2和SMAD4復合物等導致宿主細胞基因表觀遺傳發生改變[7，21]。HCV編碼的核心蛋白、NS3和NS5A則通過β-catenin通路促進肝細胞增殖[22]。HCV核心蛋白會促使細胞周期蛋白E和cdk2的表達。HCV核心蛋白和NS3均能活化多種信號轉導通路并促進細胞生長[23]。

2.2 HBV和HCV抑制細胞凋亡 HBV和HCV既可抑制宿主的免疫機制誘導的凋亡又可以阻斷由病毒感染所致的細胞凋亡[7]。免疫介導的凋亡為外源性途徑介導的凋亡，由病毒感染產生的氧化應激則屬于內源途徑介導的凋亡。HBx蛋白可使線粒體抗病毒信號失活，從而抑制由內源途徑介導的凋亡；此外還可抑制caspases-8/-3并激活NF-κB，以阻斷TNF-α、TGF-β和Fas介導等由外源途徑介導的凋亡[20，24]。在HBx表達的肝細胞中，免疫逃逸為肝細胞的生長提供優勢環境。HCV感染會引起肝細胞固有性免疫，但是IFNα/IFNβ的表達被病毒蛋白靶向JAK/STAT的信號通路所阻斷[7，25]。同時，HBV和HCV還通過抑制肝細胞凋亡以維持病毒存活。HBx一旦與p53結合，其表達即會受到抑制，并導致Rb的失活，且cdk抑制因子下調致使cdk表達上調。HBx所產生的ROS會聯合細胞周期進程蛋白抑制肝細胞凋亡[20]。HCV編碼的核心蛋白和NS3可使多種腫瘤抑制因子失活，且HCV核心蛋白通過抑制caspase-8而阻斷免疫誘導的肝細胞的凋亡[26]。

2.3 HBV和HCV誘導血管生成 HBV和HCV均可誘導血管生成[7]。通常情況下，HBV攜帶者肝硬化結節中的氧含量較低。有報道稱，HBx可能會激活和穩定低氧誘導因子1α（HIF1α）的表達，并促進血管生長，HIF1α可以激活血管生成素-2(Ang-2)和血管內皮生長因子(VEGF)的轉錄[19]。HCV產生ROS繼而促進血管生成，并激活多種穩定HIF1α的信號通路。在HCV感染中，由于肝細胞纖維化與VEGF的升高相關，因此肝細胞的纖維化也可刺激血管生成。研究表明，VEGF在HCC血管生成過程中扮演至關重要的角色，HIF1α的增加與HCC血管侵襲呈正相關，因此阻礙新生血管生成也是一個重要的治療HCC的目標[27]。

侵襲和轉移是肝細胞癌惡變進程中的兩個重要步驟，肝細胞生長因子(Hepatocyte growth factor，HGF)受體和c-met的表達增加是導致肝癌細胞侵襲和轉移的重要原因。HBx可促進c-met的表達[28]，但HCV是否具有該功能還未有定論。此外，HBx也可通過刺激MMPs的表達加速侵襲和轉移的發生[7，20]。HCV核心蛋白科激活JNK/pSmad3信號通路，并破壞TGF-β依賴的腫瘤抑制，最終致使EMT和腫瘤侵襲。HCV核心蛋白和E-cadherin啟動子間的相互作用，會下調E-cadherin的表達以增強細胞的侵襲性。

2.4 HBV和HCV持續誘導炎癥發生 在HCC進展中，病毒的促炎作用至關重要。病毒持續感染所產生的ROS會導致突變、腫瘤發展和生存微環境變化[7]。慢性肝細胞感染則會導致組織產生損傷、再生、纖維化和低氧化等病態。類干細胞和祖細胞在低氧狀態下存活并擴增，并可能最終導致原位癌的發生[29]。HCV-NS5A和HBx都會促進轉錄因子Nanog的表達，且HBx同時會誘導其他 “干細胞”促進因子[30，31]。

2.5 HBV和HCV誘導基因組的不穩定性和突變基因組的不穩定性和突變是導致癌癥發生的重要因素。在HBV感染的肝細胞中，整段X基因的整合最為常見，它們會成簇的出現在基因脆性位點，導致癌癥相關區產生遺傳不穩定性[7]。HBx不僅可通過抑制損傷DNA結合蛋白1(Damaged DNA binding protein 1，DDB1)的活性調控核苷酸切除修復過程，也可誘導多核細胞、染色體重排和微核的出現[19]。HBx可使crm1蛋白失活，并抑制HBx轉運到細胞質，致使其在細胞核內積累，從而改變宿主基因的表達[7]。HBx與HBXIP的結合可能會導致過度的中心體復制和三極/多極紡錘體的出現，隨后引發染色體異常分裂，因此HBx在基因組不穩定性中扮演重要角色。多聚(腺苷二磷酸核糖)聚合酶(Poly(ADP-ribose)polymerases-1，PARP-1)可調節由HCV所引發的基因不穩定性[32]。PARP-1則通過HCV NS5A阻斷caspase-3介導得以穩定，同時HCV也可加速PARP-1的裂解，直接導致基因不穩定性[33]。

3 人T淋巴細胞病毒-1(HTLV-1)

HTLV-1是引發成人T細胞白血病/淋巴瘤(Adult T Cell Leu-kemia-Lymphoma，ATL/L)的本征病因，急性T淋巴細胞白血病也可稱之為不可治愈的成熟CD4+T細胞惡性腫瘤[7，34]。HTLV-1導致的腫瘤發生主要包括Tax依賴階段和Tax非依賴階段兩個過程，在前一階段中Tax反式作用子誘導T細胞增殖，在后一階段中Tax被抑制或是丟失。3.1 HTLV-1激活癌癥標志物 Tax可通過激活NF-kB、PI3K-AKT和CREB等通路從而引發T細胞增殖[35，36]。在T細胞中，NF-kB可刺激許多關于T細胞增殖、生長和生存的基因的表達，如：REL、MYC以及IL-2/IL-2Rα[37]。Tax還通過生長因子IL-2/IL-2Rα自分泌回路以及NF-kB和CREB途徑的誘導導致T細胞活化[36]。此外，Tax不僅還會使人端粒酶逆轉錄酶（hTERT）活化使得細胞無限增殖，還可通過PKA非依賴通路和調節CBP/p300來活化CREB介導的各種基因轉錄[7]。Tax致癌性特點還包括激活CDK促進細胞周期進入、修飾p300/CBP以抑制p53的表達[38]。Tax抑制DDR的表達并與有絲分裂器相互影響，誘導染色質異常和基因的不穩定性，從而增加了體細胞癌癥發生的可能性。

盡管大多數的HTLV-1基因組5’端缺失，但它們的3’LTR端還保持完整，其3’LTR端可在感染和轉化的全部過程中穩定轉錄HBZ mRNA[39]。HBZ不僅可以激活各種癌標志物，激活JUND、JUN和ATF促存活基因的轉錄，且HBZ RNA還可能通過誘導細胞周期啟動子E2F的轉錄直接導致細胞增殖[7]。HBZ蛋白和RNA對ATL細胞的生存和免疫逃逸至關重要。此外，HBZ也可以激活hTERT表達，并促使淋巴細胞無限增殖[40]。

3.2 HTLV-1致癌性 Tax蛋白表達可以引發HTLV-1感染的T細胞發生多克隆增殖。然而Tax是宿主CTLs的靶標，因可通過沉默或缺失Tax基因以逃避免疫系統被清除[7]。不表達的Tax細胞的癌變進程通過HTLV-1 HBZ蛋白和RNA以及宿主體細胞突變支撐，致使細胞永生化。這種癌前狀態又進一步致使宿主體細胞變異，如CDKN2A/p16INK4A和P53腫瘤抑制基因的突變或缺失，并最終導致 T細胞惡性變異[41，42]。

4 總結

接種病毒疫苗可有效預防部分病毒引發的癌癥，如乙肝疫苗、預防性HPV疫苗和新一代治療HCV的核苷類疫苗等[7]。盡管病毒疫苗在癌癥預防領域效果顯著，但對病毒誘導的癌癥的治療仍面臨巨大挑戰，其根本原因是有限的動物模型、病毒及宿主癌發生基因的復雜性等。我們主要從病毒模擬癌發生信號通路，激活腫瘤標志物，導致遺傳基因不穩定或發生變異，抑制細胞凋亡，促進血管生成，持續誘導炎癥等方面探討了HPV、HBV、HCV和HTLV-1的致癌機制。病毒誘導癌癥發生的機制非常復雜，不同病毒致癌機制亦不相同，同一種病毒可以從多方面導致癌癥的發生。致瘤病毒可使宿主細胞的基因表達產生紊亂，并表達癌癥標志物導致免疫逃逸。環境和宿主兩方面的因素均可影響這種微妙的平衡（如免疫抑制、遺傳易感性或誘變劑等）并加速癌癥發展進程。目前對病毒介導癌癥發生的本征機制的研究還鳳毛麟角，因此需要加強對這些致瘤病毒的基礎性和開創性研究，為抗感染腫瘤藥物/疫苗的研發提供更多的理論基礎和技術支撐。

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