人乳头瘤病毒16型E5蛋白功能的研究进展

史菁菁，张喜凤，谷鸿喜，商庆龙

哈尔滨医科大学微生物学教研室，哈尔滨 150081

人乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)有100多型。根据感染部位不同，分为皮肤型(βHPV)和黏膜型(αHPV)。黏膜型又分为低危型(HPV6、11、42等)和高危型(HPV16、18、31等)，可分别引起良性疣和恶性病变。其中，HPV16最普遍。HPV除与宫颈癌相关外，还在乳腺癌、支气管癌、头颈鳞癌、喉癌、肛周生殖器癌等组织中检出[1]。有研究表明，HPV感染与99.5%以上的宫颈癌有关。目前，全世界宫颈癌新发病例每年约50万，其中约80%发生在发展中国家。HPV16编码的早期蛋白中，除E6和E7蛋白外，近年来发现E5蛋白也具有癌基因的转化特性，被认为在宫颈癌形成早期具有十分重要的作用[2]。本文就近年来HPV16 E5蛋白的相关研究进展进行综述。

1 HPV16 E5蛋白的生物学活性

HPV16 E5蛋白由83个氨基酸组成，相对分子质量10 000，为疏水性细胞膜结合蛋白，包括氨基端(N端)疏水域和羧基端(C端)亲水域。在细胞内，E5蛋白主要位于内质网、高尔基复合体和细胞膜上。在宫颈癌发生过程中，HPV16基因组整合到宿主基因组时，E5基因出现丢失，E6和E7基因保持完整性。因此，E5基因的缺失被认为是良性病变至恶性病变的关键转折点。E5蛋白激活的细胞毒性T细胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)可有效杀伤早期病变的肿瘤细胞。Kim等认为，应用靶向E5基因表达细胞的治疗型疫苗可预防宫颈癌癌前病变转为宫颈癌[3]。

Boulenouar等发现，HPV16 E5蛋白损害滋养层和宫颈细胞系的活力，与不育有关[4]。Regan等通过酵母双杂交分析发现，Bap31可作为HPV16 E5蛋白的连接伴侣，并证明这种作用与HPV阳性细胞增殖能力的维持有关[5]。

2 HPV16 E5蛋白的致癌作用

2.1 HPV16 E5蛋白可增强E6和E7蛋白的致癌作用

Maufort等应用转基因鼠模型发现，皮肤内HPV16 E5蛋白高表达可诱导上皮细胞过度增殖，导致肿瘤产生[6]。Maufort等用雌激素处理E5转基因小鼠6个月后，小鼠出现严重的宫颈上皮新生物；E5基因与E6或E7基因联合诱导的宫颈新生物比单独E5基因诱导作用强。延长外源性雌激素处理时间，HPV16 E5蛋白单独表达即可诱导宫颈癌发生[7]。细胞水平的研究也证明，HPV16 E5蛋白可增强E6和E7癌蛋白的转化活性[8-10]。Hu等研究证明，HPV16 E5蛋白表达是双核细胞形成的必要和充分条件。尽管E5蛋白诱导的大多数双核细胞不能繁殖，但共表达HPVE6和E7基因可促进这些细胞繁殖。表达E6和E7基因也能增加双核细胞的形成率。此过程可能使细胞基因组不稳定，导致细胞不断增殖而形成肿瘤[11]。Gao等认为，高危型HPV E5蛋白诱导的细胞融合是HPV相关宫颈癌发生早期的关键性起始事件[12]。

2.2 HPV16 E5蛋白可上调表皮生长因子受体信号

表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)在多种癌症中过量表达，因此EGFR拮抗剂被用于癌症治疗[13]。EGFR在HPV16 E5蛋白致瘤过程起重要作用。HPV16 E5蛋白激活细胞膜上的EGFR，导致EGFR介导的生长信号显著增加。EGFR信号增加又导致环氧化酶2(cyclooxygenase 2，COX-2)上调和前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)增加。COX-2诱导血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)合成，促进血管形成。细胞分泌的PGE2结合PGE2受体4(PGE2 receptor 4, EP4)，通过蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)和cAMP 应答元件结合蛋白(cAMP response element-binding protein，CREB)诱导EP4表达，同时PKA诱导Bax降解，抑制凋亡，最终促进细胞生长和增殖[2](图1)。Kim等也发现，HPV16 E5蛋白通过激活EGFR、丝裂原活化蛋白激酶的激酶/细胞外信号调节激酶1/2(mitogen-activated protein kinase kinase/extracellular signal-regulated kinase 1/2，MEK/ERK1/2)和磷脂酰肌醇3激酶/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(phosphatidylinositol 3 kinase/serine-threonine kinase，PI3K/Akt)增加VEGF表达，表明HPV16 E5蛋白在宫颈癌的血管生成过程中起重要作用，同时表明EGFR信号通路有重要作用[14]。

图1HPV16E5蛋白影响主要信号通路的示意图

Fig.1AschematicdiagramshowingmajorpathwaysbeingaffectedbyHPV16E5protein

2.3 HPV16 E5蛋白对其他相关信号通路的影响

Kivi等发现，HPV16 E5蛋白影响细胞黏附、细胞运动和有丝分裂信号通路。这些变化可能共同导致凋亡抑制，促进上皮内HPV16持续性感染的建立[15]。Chen等发现，HPV16 E5蛋白与ErbB4(JM-b/CYT-1)的细胞外跨膜域结合并形成复合体。当HPV16 E5蛋白与ErbB4在细胞内共表达时，E5蛋白抑制ErbB4诱导的c-Jun蛋白表达和磷酸化，增强细胞增殖能力[16]。

Greco等发现，与HPV16E5基因相关的miR-146a、miR-203和miR-324-5p等微小RNA及靶基因等是HPV感染和转化所涉及宿主细胞调节中的重要组成部分[17]。

3 HPV16 E5蛋白对Ⅰ型干扰素作用的影响

高危型HPV相关癌变过程的关键步骤是病毒游离体(episome)消失和病毒基因组整合入宿主基因组。在宫颈癌细胞系W12中，游离体自发丢失与Ⅰ型干扰素(interferon，IFN)诱导产生的抗病毒基因表达增加有关。Pett等以W12细胞作为HPV16相关宫颈新生物模型进行研究，发现W12细胞中HPV游离体出现自发丢失，与Ⅰ型IFN诱导的抗病毒基因表达增加有关[18]。IFN-β处理W12细胞后，极大促进了从游离体丢失到仅有整合体存留的进程，这种结果反而导致IFN促进宫颈癌发生[19]。IFN-β可在多种受病毒感染的细胞中产生，通过旁分泌和激活IFN诱导基因(IFN-stimulated gene，ISG)诱导抗病毒状态。在病毒感染过程中，诱导或激活IFN调节因子(IFN regulatory factor，IRF)家族中的转录因子如IRF1和IRF3，可介导IFN-β基因转录。因此，IRF1和IRF3是HPV16 E6蛋白和E7蛋白介导宿主防御反应抑制的靶标[20,21]。目前发现HPV16 E5蛋白与Ⅰ型IFN的作用相关。

Muto等发现了HPV16 E5蛋白对IFN-β诱导的抗病毒基因表达的影响。在感染的宫颈角质化细胞中，HPV16 E5蛋白通过Ⅰ型IFN应答刺激促进病毒游离体丢失。在IRF1的特异性调节下，HPV16 E5蛋白可刺激IFN-β表达，进而诱导ISG转录激活。通过IFN信号刺激，HPV16 E5蛋白在一定程度上促进了宫颈癌发生，IRF1在此过程中起重要作用。因此，在HPV相关癌前病变中，HPV16 E5蛋白和IRF1可作为潜在的治疗靶标[22]。另外，Pierangeli等研究妇科门诊感染和未感染HPV女性宫颈黏膜中Ⅰ型IFN的激活作用，与HPV阴性样本相比，HPV16感染时ISG15水平降低，推测可能是HPV对Ⅰ型IFN通路直接抑制所导致的[23]。

4 HPV16 E5蛋白下调主要组织相容性复合物分子和CD1d分子的表达

E5蛋白通过与主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex，MHC)分子直接结合或与钙黏蛋白间接作用，将MHC-E5蛋白复合物运送到细胞表面，激发免疫应答[24]。Campo等发现，E5蛋白诱导的人白细胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)-A2减少导致HPV特异性CD8+T细胞对E5基因表达细胞识别下降。E5蛋白下调细胞表面和高尔基复合体中聚集的MHC/HLAⅠ类分子，有助于形成HPV持续性感染，并逃避宿主的免疫监视[25]。

CD1d是一种MHCⅠ类糖蛋白，为自然杀伤T细胞呈递自身或微生物脂类抗原。CD1d下调在各种细菌、病毒和真菌逃避宿主免疫监视中发挥重要作用[26]。Miura等发现，CD1d免疫应答在HPV阴性宫颈上皮中很强，而在HPV16阳性宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia，CIN)Ⅰ级中缺乏。CD1d在HPV16E5基因稳定转染的细胞中表达下调；在HPV16 E5蛋白存在时，CD1d表达下降可能有助于HPV感染细胞逃避宿主的免疫监视[27]。

5 HPV16 E5蛋白对炎性通路的影响

HPV16感染过程中，E5蛋白发挥作用涉及部分炎性通路，如核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)、COX-2和PGE2等。Kim等发现，HPV16 E5蛋白通过NF-κB和活化蛋白1(activator protein 1，AP-1)上调COX-2，进而调节宫颈癌进程，其中NF-κB发挥重要作用[28,29]。Oh等发现，HPV16 E5蛋白通过刺激泛素-蛋白酶体介导的Bax蛋白降解，抑制H2O2诱导宫颈癌细胞凋亡，该通路包括COX-2、PGE2和PKA[30]。Sudarshan等也发现，HPV16 E5蛋白能抑制内质网压力反应，关键因素是COX-2、X盒结合蛋白1(X-box binding protein 1，XBP-1)和肌醇需求激酶1a(inositol-requiring kinase 1a，IRE1a)；HPV16 E5蛋白能降低共表达E6/E7基因的细胞中COX-2 mRNA水平[31]。由于其他生物学过程也涉及这些炎性通路相关因子，其可能成为HPV16 E5蛋白功能研究的一个突破点。

6 HPV16 E5蛋白作为治疗靶基因的研究

将HPV16 E5蛋白作为靶基因可能有助于对早期宫颈癌的控制[3]。Gao等认为，封闭E5蛋白诱导的细胞融合方法也许能预防宫颈癌发生[12]。Chen等发现，E5全长蛋白能诱导转化活性，促进肿瘤生长，而用E5肽段(第25～33位氨基酸组成)和CpG寡核苷酸或佐剂共同注射可使肿瘤缩小[32]。另外，模拟肽研究主要针对E5蛋白中具有重要生物学活性的功能域，针对N端区域的模拟肽可结合大多数E5蛋白结合的细胞靶蛋白，并与E5蛋白竞争结合这些蛋白。Foy等发现，针对人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2，HER2)和VEGF的模拟肽段可有效降低乳腺肿瘤生长[33,34]，然而这类肽药物对正常细胞可能具有一定的非特异性作用，相关研究仍在进行中。

7 结语

HPV16 E5癌蛋白在宫颈癌发生过程中发挥了重要作用。HPV16 E5蛋白除上调EGFR表达外，还增强E6和E7蛋白的致癌活性，且影响Ⅰ型IFN和某些炎性通路。因此，HPV16 E5蛋白被认为是治疗宫颈癌及癌前病变的潜在重要靶标，但其致癌机制有待深入研究。

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