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HPV16 E5 蛋白在宫颈癌发生中的作用

作者:于宇|张淑兰
国际妇产科杂志 2014-10-9 阅读 字号:T|T

【摘要】人乳头瘤病毒16 型(HPV16)与宫颈癌密切相关,编码E5蛋白。HPV16 E5 蛋白是一种细胞膜整合蛋白,主要分布于高尔基体和内质网。大量研究证明,HPV16 E5 蛋白通过影响表皮生长因子受体信号转导途径及环氧化酶2COX-2)途径的活性,增加宿主细胞的免疫逃避,调节细胞周期,促进细胞转化、增殖,减少细胞凋亡,促进肿瘤中新生血管的形成等机制影响宫颈癌的发生与发展。就HPV16 E5 蛋白的分子生物学特点及与宫颈癌细胞增殖侵袭凋亡关系的研究进展进行综述。

 

【关键词】人乳头瘤病毒16;宫颈肿瘤;细胞增殖;细胞凋亡;E5 基因

 

人乳头瘤病毒16 型(HPV16)基因可编码9 个开放读码框架,依赖其功能不同分为:早期区(E),晚期区(L)和非编码区(NCR)。E区编码E1~E7 7个早期蛋白,在病毒进入宿主细胞时E1E2 最先表达于病毒表面。E5 E1E2E4 共同使HPV16 病毒DNA 进行复制。E6 E7 具有转化和致癌作用,还具有对病毒基因和细胞基因转录的反式激活活性。L区编码L1 L2 两个衣壳蛋白,是病毒的结构蛋白,其通过挤压作用使新复制的病毒基因能够完整地释放。L1E6间的850 bp段没有开放读码框(ORF),故称为NCR,此区含有多种病毒DNA 复制和转录调节所必须的顺式作用序列。HPV16 基因编码的E5E6E7癌蛋白在细胞转化及有丝分裂周期调节起关键作用。E6E7 蛋白在癌细胞中持续表达,使病毒DNA 整合于宿主细胞基因脆性位点处,分别与p53 Rb 蛋白结合使之降解,使细胞周期失调,激活端粒酶,让细胞逃避衰老过程中的增殖限制而永生化,最终导致肿瘤的发生。

 

E6E7 蛋白的结构和功能是近十年来研究重点,E6E7 蛋白的致癌作用国内外都有较深入的研究,而对E5 蛋白的研究却相对较少,因为E5蛋白常在整合入宿主细胞后缺失。本文结合最近研究报道对HPV16 E5 蛋白结构与功能、细胞信号通路、细胞转移、增殖、侵袭、血管形成等方面进行综述。

 

1 HPV16 E5 的结构与功能

 

HPV16 E5 基因位于3 8073 903 bp 处,起始密码子位于3 849 bp 处,E2 开放读码框下游,含有83个氨基酸,碱基数为236 bpHPV16 E5 蛋白是一种较小的疏水膜蛋白,也是一种细胞膜或内膜整合蛋白,主要分布于内质网、高尔基体。研究发现,HPV16 E5 蛋白由两个功能域组成:一是氨基端疏水结构域,与E5 蛋白在细胞膜或内膜上的插入位置有关,包括3 个不同的疏水结构域,其中疏水结构域为跨膜区,通过与表皮生长因子受体(EGFR)、血小板生长因子受体、细胞集落因子受体相互作用,引起病毒蛋白的生物学活性改变,尽管3 个疏水结构域相互分开,但其仍然能够共同影响蛋白的三级结构。二是羧基端的亲水域,将羧基端部分注射至休止细胞,能够诱导细胞DNA 合成,尤其是羧基端的两个半胱氨酸(Cys)残基,能明显诱导细胞DNA 合成,这说明其是E5 产生细胞转化所必需的部分。

 

HPV16 感染,肿瘤形成早期,细胞中含有非常丰富的E5 开放读码框转录单位及E5 蛋白。通过免疫组织化学法对大体标本中E5 蛋白的表达进行评估发现,E5 蛋白在HPV16 感染的低度上皮内瘤变(SILs)、高度上皮内瘤变(HILs)、宫颈癌中的表达分别为80%90%60%HPV16 E5 蛋白在细胞恶性转变早期起重要作用。在对HPV 进行深入研究的过程中发现,高危型HPV 表达E5 蛋白,而低危型HPV 缺乏编码E5 蛋白的基因或者是编码E5 蛋白的基因缺少转录起始因子,导致E5 蛋白无法表达,故E5基因通常也被认为是一种致癌基因。最近研究发现,在HPV16 感染的转基因小鼠中E5 蛋白可单独或与E6E7 蛋白共同作用促进宫颈癌的发生,且E5 蛋白单独作用与E6E7 蛋白共同作用的致瘤性无差别。

 

2 HPV16 E5 在宫颈癌中的作用

 

2.1 HPV16 E5 对细胞信号转导途径的作用 研究发现,EGFR E5 作用的主要靶蛋白,通过Ras-Raf-ERK1/2 通路或磷脂酰肌醇3 激酶-蛋白激酶BPI3K- Akt)通路发挥作用。HPV16 特异性感染宫颈上皮细胞后,细胞膜上的EGFR 表达数量增加,导致丝裂原活化蛋白激酶-胞外信号调节激酶(MAPK-ERK1/2)活性增强,多种原癌基因的过表达,刺激细胞飞速增长。实验显示,高表达HPV16 E5 的细胞比未表达HPV16 E5 的细胞对于低剂量EGF 的刺激更敏感。HPV16 E5 还通过羧基末端介导胞内体碱化,延缓EGFR 的降解,增加细胞表面受体循环量和活性,对以配体依赖方式激活EGFR 起到协同作用。在人角质细胞中E5 蛋白与EGF 相互协同,抑制核小体的酸化作用,抑制EGFR 的降解,促进细胞分裂。高危型HPV16 E5 转基因小鼠模型的研究结果显示,HPV16 E5 蛋白以配体依赖方式激活EGFR,促进上皮基底细胞层DNA 合成,诱发小鼠上皮的异常分化并引发自发性皮肤肿瘤发生,证实EGFR HPV16 E5 蛋白的潜在致癌中发挥重要作用。HPV16 E5 蛋白还可通过空泡型质子泵抑制内吞泡的酸化,提高胞内体pH 值,促进生长因子受体再循环,增强EGF EGFR 相互作用,促进细胞增殖和肿瘤生成。

 

此外,HPV16 E5 蛋白对炎症细胞信号反应途径也有促进作用。在过去的十几年间,经过一系列实验证明,环氧合酶2COX-2)在各种恶性肿瘤发生发展中起重要作用。有研究表明,COX-2在宫颈上皮内瘤样病变和宫颈癌中过度表达,而在正常宫颈中表达正常。两项临床试验显示,COX-2 抑制剂对宫颈癌有明显的治疗效果。当HPV16 E5 在细胞内高表达时,会增加核因子κBNF-κB)及活化蛋白1AP-1)的表达,促进COX-2 表达增加。HPV16 E5 蛋白还可通过EGFR 信号途径上调COX-2 的表达。

 

2.2 HPV16 E5 对免疫系统的作用  HPV16 感染宿主细胞后不会引起宿主细胞崩解,从而减弱或不能引起炎症反应,且病毒蛋白会攻击宿主细胞的免疫应答,使病毒无法及时清除。HPV16 感染的晚期鼻咽癌患者血清中有较高水平的抗E1E2E4E6 抗体,而E5 抗体含量很低,说明鼻咽癌进展到晚期时,E5已经降低到不足以引起免疫应答反应的水平。实验证明,在HPV16 感染早期,E5 高表达,可使基底细胞中70 ku 的热休克蛋白(HSP70)和钙联接蛋白含量增高,影响组织相容性抗原的成熟及其向浆膜的转运,使主要组织相容性复合物类抗原(MHC-Ⅰ)分子滞留于高尔基体,细胞膜表面MHC-Ⅰ分子表达减少,干扰CD8+T 细胞识别病毒抗原,使感染的细胞逃离宿主T 淋巴细胞和自然杀伤(NK)细胞的免疫监视和免疫清除作用。E5 在内质网中与人钙联蛋白6Calnexin 6)结合,使抗原提呈细胞表面表达的糖蛋白CD1d降解,下调CD1d表达增加免疫逃避。此外,E5 高表达的角化细胞表面,MHC-Ⅱ分子的合成表达受到抑制,影响对γ 干扰素(IFN-γ)的应答反应,干扰IFN-γ 的治疗效果。最近微小RNAmiRNA)芯片检测发现,多种miRNA 可促进宫颈癌的发生发展,E5可通过影响miRNA的表达,干扰免疫应答,增进癌细胞免疫逃逸,促进肿瘤生成。

 

2.3 HPV16 E5 对细胞增殖的作用  细胞增殖依赖细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent proteinkinasesCDK)的调节。抑癌基因p27 p21 是近年发现的CDK 抑制剂家族中的重要成员,抑制CDK复合物活性,使细胞周期停止在G1 期,抑制细胞增殖。HPV16 E5 蛋白通过G 蛋白耦联内皮素受体途径下调p27 p21 的表达,使HPV16 感染的细胞周期进入S 期,逃避衰亡,成为永生化细胞。实验证明,在HPV16 E5 高表达的小鼠胚胎成纤维细胞(NIH3T3 细胞)中EGFR 高表达,DNA 转录量增加40%,降低p27Kip1 半衰期,而p27 CDK 重要的抑制剂,CDK 表达量增加,细胞增殖能力增强。此外,还发现HPV16 E5 蛋白通过影响原癌基因c-jun 的活性,在转录水平影响p21Wafl/Sdil/Cipl 的表达,导致细胞周期调控失调,基因持续性转录,细胞永生化。

 

2.4 HPV16 E5 的抗凋亡作用    阻止细胞凋亡,使细胞永生化是肿瘤发生的重要原因。在HaCaT 细胞中HPV16 E5 减少凋亡基因Fas 的受体数量,下调Fas 在细胞中的表达,降低FasL-Fas 间的相互作用,改变细胞中死亡信号诱导复合体(DISC)在肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)途径中的传递,导致细胞凋亡减少。此外,在宫颈癌中HPV16 E5 促进前列腺素E2PGE2)的表达,通过PGE2受体(EP4)使cAMP 依赖蛋白激酶APKA)表达增加,凋亡相关基因Bax 磷酸化增加,从而抑制细胞凋亡。在人角质细胞受到UV-B 射线(波长280~320 nm 的紫外线)照射时,HPV16 E5 可通过ERK 激酶(MEK-ERK1/2PI3K-Akt途径促进人角质细胞增生,抑制其凋亡。

 

2.5 HPV16 E5 对癌基因的激活作用    HPV16 E5可增加EGF 途径活性,使MAPK 生成增加,刺激肿瘤基因如c-junc-fos 的过度表达。E5 影响亚酪氨酸受体激酶4ErbB4)受体的表达,阻滞c-jun 磷酸化,诱发肿瘤。E5 蛋白诱导c-fos c-jun 结合成二聚体后,可进一步组成AP-1 转录因子,而E5 可以通过与AP-1 元件结合进一步诱导c-fos 基因的表达。此外,E5 还可以与细胞核上的核因子1NF-1)的位点结合,使NF-1 元件转录活性增强,从而反式激活c-fos 基因。AP-1 NF-1 的几个结合位点均局限于HPV16 DNA 的调节区,这些转录因子可激活HPV16 的强化因子反式作用于病毒基因。

 

2.6 HPV16 E5 对细胞的转化作用   用标记的E5基因传染HaCaT 细胞,检测表达情况发现,HPV16 E5 蛋白能损伤细胞间的缝隙连接,使缝隙连接蛋白43connexin 43)去磷酸化,细胞对正常的生长调控信号转运明显延迟,引起细胞转化。组成细胞间缝隙连接的主要蛋白是膜孔形成蛋白。E5 蛋白可引起膜孔形成蛋白脱磷酸,在癌症发生早期阻断细胞间交通,最终使宿主细胞对来自周围未感染细胞的信号不敏感,而对癌蛋白E6/E7 更敏感导致癌变。在转细胞化过程中,E5 蛋白主要以同源二聚体的形式插入在高尔基体或内质网膜上,其二聚体通过Cys 残基的二硫键相连,其羧基端延伸至高尔基体或内质网腔,氨基端在胞质区。在Cys 残基结构中,用丝氨酸(Ser)替换Cys-73 HPV11 E5a 的转化活性没有明显影响,而在替换Cys-75或者同时替换Cys-73 Cys-75 后,50%42%的转化活性发生改变,证实羧基端特别是Cys-75 的突变可阻断E5 的细胞转化活性。此外,HPV16 E5 蛋白还能诱导细胞形成四倍体细胞,促使基因不稳定,导致细胞转化形成肿瘤。

 

2.7 HPV16 E5 的促血管生成作用   在肿瘤形成与发展过程中,新生血管的形成是非常重要的一步。而血管内皮生长因子(VEGF)可促进血管内皮细胞增殖、迁移,促进新生血管的形成,增加血管通透性。HPV16 E6/E7 蛋白可通过影响缺氧诱导因子HIF-1α)的表达促进VEGF 过表达,促进血管生成。E5 可影响EGFR 磷酸化,导致MEK 信号传导途径激活,调节ERK1/2 PI3K-Akt 传导途径,这两种细胞信号传导途径改变VEGF 转录活性,影响VEGF 表达。此外,E5 促进COX-2 过表达,促进PGE2 释放,同时增加VEGF 合成,促进肿瘤组织内新生血管的生成。

 

2.8 HPV16 E5 可作为宫颈癌治疗的新靶点  在宫颈上皮细胞恶性转变过程中,HPV16 E5 参与许多细胞信号转导过程,因此认为,HPV16 E5 是一种新的潜在的治疗宫颈癌的靶点。由于在癌前病变中E5蛋白持续表达,故有针对性地阻断E5 蛋白的表达或阻断有E5 蛋白参与的细胞信号转导途径,可阻止宫颈癌的发生、发展。例如,使用溶瘤腺病毒、放射免疫、小干扰RNAsiRNA)对E5 基因进行沉默或干扰。在体外向HPV16 E5 感染的癌细胞转染溶瘤腺病毒并结合放射治疗,可明显抑制细胞的生长,诱导细胞凋亡。EP4 受体阻断剂可阻断E5 蛋白对VEGF mRNA 及蛋白表达的促进作用,抑制新生血管形成。使用HPV16 E5 疫苗对HPV16 E5 表达阳性的细胞进行免疫靶向治疗是另一种新的治疗手段。在动物实验中,注射重组腺病毒HPV16 E5 疫苗或细胞毒性T 淋巴细胞(CTLE5 肽可显著降低肿瘤的生长,这是由于机体是过CD8 CTL 介导的细胞免疫对HPV 引起的疾病进行最有效的免疫应答。

 

3 结语

 

虽然HPV16 E5 蛋白的功能与机制仍未完全明确,但目前的研究认为其是除E6E7 蛋白之外的另一种癌蛋白,在宫颈癌发生早期通过多种机制发挥重要作用,其潜在的利用价值是毋庸置疑的。目前仍有许多问题尚待阐明,如E5 突变基因的高危型HPV 全序列基因组转染细胞,其病毒DNA 的复制水平及其表达产物的水平将发生如何改变,被转染细胞的生物学性状又将发生什么样的变化,对宫颈癌细胞侵袭、转移、凋亡能力的影响等,均需进一步的研究来解决。HPV16 E5 蛋白的各种分子生物学功能研究的不断深入,为其成为宫颈癌早期诊断与治疗的衡量指标提供了可靠依据,HPV16 E5 蛋白将会有更加广阔的应用前景。

 

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