HPV誘導的宮頸癌表觀遺傳修飾變化

白力格，趙彩權

(包頭師范學院生物科學與技術學院，內(nèi)蒙古包頭 014030)

宮頸癌是目前嚴重威脅女性健康的婦科惡性腫瘤，已構成嚴重的全球公共衛(wèi)生問題。高危型HPV感染是宮頸癌發(fā)生發(fā)展的必要條件，可影響細胞周期、凋亡以及DNA損傷等。HPV E6和E7癌蛋白可以誘導DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferase，DNMT)和多種組蛋白修飾酶的表達以及它們之間的相互作用，還可以改變?nèi)旧|重塑、重塑復合物相關蛋白和微小RNA(micro RNA，miRNA)加工相關蛋白的活性。這種表觀遺傳變化影響整個細胞的信號通路，通常在腫瘤發(fā)生早期就能夠檢測到，并且可能是某些癌癥的關鍵誘發(fā)原因。本文重點介紹HPV感染引起的宮頸癌表觀遺傳變化，包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA。

1 HPV概述

HPV屬于乳頭瘤病毒科的乳頭瘤病毒屬，是一種小型無包膜雙鏈DNA病毒，包含約8 kb長的雙鏈環(huán)狀DNA基因組，該基因組包括三個區(qū)域：長控制區(qū)(long control region, LCR)、早期表達區(qū)域(E1、E2、E4、E5、E6和E7)和晚期表達區(qū)域(L1和L2)，其中E6和E7是誘導宮頸癌發(fā)生的關鍵HPV蛋白。HPV根據(jù)惡性進展的趨勢分為“高危型”和“低危型”兩類。其中，低危型HPV的感染會引起良性生殖器疣，而高危型HPV則引起上皮內(nèi)病變，有進一步發(fā)展為惡性腫瘤的風險。大約5%的人類癌癥與高危HPV感染有關，尤其是宮頸癌。雖然預防性免疫接種可以預防部分HPV的感染，但對其不具有治療功效，并且HPV誘導的宮頸癌潛伏期長達數(shù)十年。因此，當前的疫苗接種工作至少需要經(jīng)歷幾十年的時間才能對HPV相關腫瘤的發(fā)生率產(chǎn)生可衡量的影響。

2 HPV引起的表觀遺傳修飾變化

2.1 DNA甲基化

高危型HPV感染宮頸上皮細胞之后L1和L2基因發(fā)生甲基化，從而增加了病毒持續(xù)存在的風險。病毒基因組LCR的高甲基化阻斷病毒E2蛋白與該區(qū)域的結合位點，阻止其對病毒致癌基因E6和E7的調控功能。另外，病毒DNA整合到宿主細胞基因組中，導致病毒E2基因斷裂，進而使病毒癌蛋白E6和E7過量表達。E6通過激活致癌基因表達或誘導抑癌蛋白p53降解而發(fā)揮作用，從而影響細胞周期進程、阻止DNA修復、加速細胞增殖和抑制細胞凋亡。此外，E6還通過激活端粒酶和DNA甲基轉移酶，防止細胞衰老和促進抑癌基因沉默。相反，E7通過抑制宿主的免疫應答反應，干擾抗原呈遞和T淋巴細胞成熟，從而增加T細胞的耐受性來發(fā)揮作用。此外，E7通過降解抑癌蛋白pRB，影響細胞周期進程、抑制DNA修復和加速細胞增殖。因此，E6和E7共同作用導致宿主細胞永生化，隨后發(fā)生惡性轉化(圖1)。

圖1 HPV基因組甲基化在宮頸癌發(fā)展中的作用

高危HPV E6和E7的表達使宿主基因啟動子發(fā)生異常甲基化，導致宮頸癌中參與重要信號通路的基因發(fā)生改變。E6和E7共同作用促進宿主基因組發(fā)生高度甲基化。E6促進p53降解和Sp1轉錄因子釋放，Sp1與DNMT1基因啟動子結合激活DNMT1表達。另外，E7與pRB形成穩(wěn)定的復合物，釋放轉錄因子E2F，該因子與DNMT1基因啟動子結合激活其表達。這兩種機制都會導致DNA甲基轉移酶的產(chǎn)生，從而促進CpG島高甲基化和宿主基因沉默。

Wnt-β-catenin信號通路參與調控細胞分化、增殖和遷移。因此，該通路的失調與宮頸癌等類型的癌癥有關。高危HPV可利用E6和E7通過多種機制激活Wnt-β-catenin通路，E6和Dvl結合β-catenin并通過增加TCF的轉錄活性來保護β-catenin，從而防止其磷酸化或降解。E6還可以通過與宿主細胞E6PA蛋白結合保護β-catenin免于降解。因此，由HPV誘導的人角質形成細胞的轉化及其致癌作用均需激活Wnt-β-catenin，從而促進腫瘤細胞的增殖和侵襲能力。

2.2 組蛋白修飾

組蛋白乙酰化由組蛋白乙酰轉移酶(histone acetyltransferase，HAT)和組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)進行動態(tài)可逆的調節(jié)?，F(xiàn)已鑒定出包括GNAT家族、MYST家族和p300/CBP家族在內(nèi)的20多種具有HAT活性的蛋白質。Tip60和p300兩種HAT已被確定參與E6和E7基因的調節(jié)。在HPV16和HPV18陽性細胞中用選擇性p300抑制劑C646抑制p300 HAT活性能夠抑制E6和E7基因的表達。Tip60促進HPV18 LCR中H3K27和H4K5的乙?；璧KH3K9的乙?；鴓300促進H3K9、H3K27和H4K16的乙?；?。Tip60通過減弱HPV18 LCR招募RNA聚合酶Ⅱ的能力來抑制E6和E7的轉錄，而p300促進RNA聚合酶Ⅱ的募集從而增強E6和E7的轉錄。因此，在HPV18 E6和E7基因調控中Tip60作為共阻遏物發(fā)揮作用，而p300作為共激活劑發(fā)揮作用。

由于HDAC在包括宮頸癌在內(nèi)的多種癌癥中過度表達，抑制HDAC可能是治療HPV相關宮頸癌的一種行之有效的方法。迄今為止，僅有少數(shù)HDAC抑制劑獲得FDA批準。盡管這些藥物對多發(fā)性骨髓瘤以及T細胞淋巴瘤有效，但在實體瘤治療中仍存在一定的局限性，并且生產(chǎn)成本高，毒性、非特異性和副作用仍需繼續(xù)關注。因此，迫切需要獲得特異性好、副作用小的新化合物。

組蛋白賴氨酸甲基化修飾是動態(tài)可逆的，由組蛋白甲基轉移酶和組蛋白去甲基化酶共同維持甲基化的狀態(tài)。研究表明，HPV E7蛋白通過下調組蛋白去甲基化酶1B(JHDM1B)，增加CTLA-4啟動子區(qū)域的H3K36me2修飾水平，從而激活CTLA-4的表達。另有研究顯示，HPV16 E7通過上調組蛋白去甲基化酶1A(JHDM1A)，去除miR-132位點上的H3K36me或H3K36me2修飾，從而抑制miR-132的表達。最近一項研究也發(fā)現(xiàn)，HPV16 E7通過上調KDM5A，去除miR-424-5p位點上的H3K4me2和H3K4me3，進而抑制miR-424-5p的表達。

研究發(fā)現(xiàn)HPV18 E6和E7蛋白介導的E2F-1和FOXM1可以通過EZH2誘導表達H3K27me3，進而下調下游靶基因DNMT3A。EZH2和H3K27me3直接與DNMT3A啟動子區(qū)域相互作用，負調控DNMT3A。另外，在表達HPV16 E7的細胞和HPV16陽性宮頸病變中H3K27me3的表達均降低，這是由于其去甲基化酶KDM6A和KDM6B轉錄激活所引起的。KDM6A調控細胞周期和復制抑制劑p21CIP1的表達，并且KDM6A介導的p21CIP1激活對于高危HPV E7陽性細胞的生存力是必需的。盡管在催化活性和組蛋白底物特異性方面KDM6A和KDM6B看起來相同，但二者具有非重疊和非冗余的生物活性。

2.3 非編碼RNA

miRNA是長度約22個核苷酸的單鏈非編碼RNA，主要通過與mRNA轉錄本3’非翻譯區(qū)內(nèi)的序列結合來調節(jié)基因表達。部分miRNA具有致癌或腫瘤抑制活性，并在癌癥的發(fā)生、發(fā)展和侵襲中發(fā)揮重要作用。對宮頸癌形成病例和正常宮頸上皮樣本miRNA靶向基因的富集分析發(fā)現(xiàn)p53、ErbB、MAPK、mTOR、Notch、TGFβ和Wnt通路發(fā)生了改變，其中的階段特異性miRN可以作為監(jiān)測癌癥發(fā)展的生物標志物。。

HPV E6蛋白通過腫瘤抑制因子p53和miR-218的降解下調腫瘤抑制因子miR-34a，從而導致層黏連蛋白5 β3在宮頸SCC細胞中過度表達。此外，HPV E6上調miR-20a，并通過AKT/p38和下調靶基因PDCD6加速細胞增殖和腫瘤生長。E6蛋白還可以增加miR-20b水平，進而抑制轉移抑制因子TIMP-2的表達并促進宮頸癌細胞的上皮間質轉化、遷移和侵襲。E6和E7蛋白均能夠抑制miR-424在HPV16和HPV31陽性細胞中的表達，增加損傷修復因子CHK1的水平。

長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)是長度大于200個核苷酸的ncRNA，主要由RNA polⅡ轉錄。lncRNA的失調與心血管和神經(jīng)退行性疾病以及癌癥的發(fā)展密切相關。研究顯示，大約14種lncRNA在宮頸癌中發(fā)生改變，并影響STAT3、wnt/β-catenin、PI3K/AKT和Notch等重要的代謝途徑。此外，包括MALAT1、CCEPR和TMPOP2等lncRNA與HPV16 E6/E7相互調控，從而增強病毒蛋白在宮頸癌形成過程中的致癌作用。

lncRNA具有結合蛋白質、mRNA或miRNA的能力，在癌癥發(fā)展中發(fā)揮重要作用。包括HOX基因反義基因間RNA(HOTAIR)、H19、MALT1、CCAT2等多種lncRNA，在宮頸癌發(fā)展、侵襲和轉移以及抗輻射方面發(fā)揮著關鍵作用。HOTAIR是由HOXC基因反義鏈編碼的lncRNA，位于染色體12 q13.13，通過與染色質重塑復合物相互作用，進而調控基因的表達。lncRNA H19是由位于染色體11p15.5上的H19基因所編碼，此lncRNA僅從母系遺傳的染色體中表達。lncRNA H19受HPV16 E6蛋白調節(jié)，并在上皮細胞中充當miR-138-5p的“分子海綿”。

環(huán)狀非編碼RNA(circular RNA，circRNA)是一類具有共價閉環(huán)結構的單鏈RNA分子，可招募和重編程腫瘤微環(huán)境中的主要成分，并且可以調控信號通路、調節(jié)免疫反應、影響腫瘤發(fā)生、血管生成、腫瘤浸潤和轉移。許多circRNA在病理條件下異常表達，并且可能與癌癥的發(fā)生或發(fā)展有關。

研究表明，circE7來源于病毒致癌基因E7，它與多核糖體相關，并被翻譯成病毒癌蛋白E7。敲低E7或circE7的表達，能夠抑制癌細胞在體外的增殖，并且circE7僅在含有HPV DNA的癌細胞中以游離形式被檢測到。這些結果表明HPV產(chǎn)生的circRNA能夠編碼具有生物學功能的蛋白質，并且它們與病毒介導的細胞轉化有關。此外，在宮頸癌組織中發(fā)現(xiàn)了與晚期宮頸癌和腫瘤侵襲過程密切相關的circCLK3。circCLK3通過結合miR-320a，阻止其腫瘤抑制劑的功能。在正常情況下，該功能會通過抑制FOXM1基因的表達而起作用，而FOXM1基因與疾病發(fā)展緊密相關。

3 總結

高危型HPV的持續(xù)感染是宮頸癌發(fā)展不可或缺的先決條件，但這還不夠充分。除了環(huán)境條件或細胞可能經(jīng)歷的其他因素，對于宮頸癌的發(fā)展可能有額外的表觀遺傳改變可作為其發(fā)生的另外重要觸發(fā)因素。這些改變涉及多種表觀遺傳修飾，通過一個復雜的過程在宮頸癌的發(fā)展中共同作用，從而導致致癌基因的激活或抑癌基因的失活。因此，表觀遺傳修飾變化是宮頸癌研究的熱點，可作為疾病診斷和預后的生物標志物，為治療HPV相關癌癥奠定重要的科學依據(jù)。