人乳头瘤病毒及疫苗的研究进展

张 燕，斯琴高娃

（1.内蒙古医科大学研究生学院，内蒙古呼和浩特 010020；2.内蒙古医科大学附属人民医院放疗科）

宫颈癌是女性中第三大常见癌症，也是全球第四大常见死亡的癌症，其发病率及病死率逐年上升，已经严重危害到女性健康。宫颈癌是由性传播的人乳头瘤病毒（Human Papilloma Virus，HPV）引起的，是宫颈癌发生及发展的主要致病因素[1]。HPV是一种小且无包膜的双链DNA病毒，属乳头瘤病毒科，目前大约发现200多种HPV基因型。HPV分为高危型和低危型，仅有高危型是宫颈癌的致病因素，低危型与生殖器疣形成有关，即使高危型HPV感染也未必会致病，多数会被机体免疫清除，只有HPV持续性感染，宫颈癌发生率才会明显增高。从HPV感染到宫颈癌发展的时间通常为20年[2]。近年来，HPV疫苗研究取得了很大进步，成为目前研究热点。HPV预防性疫苗已经获得（FDA）批准上市，但预防性疫苗对于已经感染的患者是无效的；治疗性疫苗是未来治疗宫颈癌的重要方法，但目前还在实验阶段。因此，宫颈癌有望成为可以预防的癌症，为广大女性迎来希望的曙光。本文对HPV疫苗研究现状及应用所面临的问题做一综述。

1 HPV疫苗及致病机制

1.1 HPV疫苗发展史 宫颈癌作为最常见的妇女恶性肿瘤，是女性最致命、最容易预防的恶性肿瘤之一。研发接种HPV疫苗降低宫颈癌发病率具有重要意义。也是目前全球权威卫生机构或组织认为较为经济有效的关键策略和重要手段。自2006年美国默克公司Gardasil和Cervarix两种四价预防型HPV疫苗被获准用于临床以来。Gardasil 9(美国默克，Merck)和Cervarix(英国葛兰素史克)等不同的预防型HPV疫苗相继获批上市，并在全球100多个国家推广，普遍接种后可望预防90%的宫颈癌、外阴癌、阴道癌和肛门癌[3]。虽然效果显著但仍显不足，而且到目前为止无治疗性HPV疫苗上市[4]。我国的国产HPV疫苗研制工作起步较晚，目前尚无相关国产疫苗上市，从2016年7月二价HPV疫苗（希瑞适®）获得我国国家药品监督管理局批准批准上市之后，四价HPV疫苗（佳达修®）和九价HPV疫苗（佳达修9®）也分别于2017年5月和2018年4月于我国上市[5]。另外，2007年，澳大利亚做为首个为12～18岁女孩儿和年轻女性提供免费四价疫苗接种的国家，使得21～30岁女性中生殖道疣发生率从2007年的11.3%下降至2011年的3.1%[6]，迈出了免费接种HPV疫苗第一步，为降低HPV感染和提高HPV疫苗接种率等方面做出了重大贡献。

1.2 HPV基因致病机制 HPV是一种小的双链DNA病毒（直径50～55nm，长度约8kb），它表现出对上皮细胞的趋向性，并感染皮肤和黏膜[7]。它由二十面体衣壳组成，由72个壳体组成，形状类似于五角形，病毒基因组存在于衣壳内，并且有8个部分重叠的开放阅读框架。基因组分为三个区域：早期区域（E）、晚期区域（L）和长控制区域（LCR）。基因组的早期区域（E）编码早期基因E1、E2、E4、E5、E6和E7，早期基因参与病毒复制、转录调控和肿瘤发生[8]。基因组的晚期区域（L）编码结构蛋白L1和L2。以L1蛋白作为主要成分组装的疫苗，目前用于HPV感染的预防性疫苗[7]。L2蛋白被认为是未来治疗性疫苗的重要组成部分[7.9]。与其它两个区域（早期和晚期区域）不同，长控制区域（LCR）是位于E6和L1之间的编码上游调节区，它包含一个核心启动子序列，以及增强子和沉默子序列，并且有病毒复制和转录所必需的基因（附表）[8]。HPV属于乳头状瘤病毒科，HPV的致病性因基因型而异[7]。HPV还可以根据其致癌潜力分为高危型和低危型类别。在14种高危HPV基因型中（HPV16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、66和68），最常见的两种（HPV16和18）致病基因型是71%宫颈癌形成的主要因素[7]。HPV感染的正常细胞向癌细胞转化是一个多步骤的过程[10]，不仅病毒基因将正常宫颈细胞转化为宫颈癌细胞需要一个过程，而且宫颈上皮组织需要通过正常上皮、宫颈上皮内瘤形成（CIN：CIN1、CIN2、CIN3）及原位癌的三个阶段，才能最终发展成宫颈癌。

附表 人乳头瘤病毒基因的功能

2 HPV疫苗研究应用现状

2.1 HPV预防性疫苗 HPV感染是一种常见的性传播感染，导致男性和女性的良性和恶性发育不良的肛门生殖器疾病。高风险HPV类型是致癌的，某些低风险的HPV类型，特别是HPV6和11，可引起肛门生殖器疣。高风险HPV类型16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、66和68最常见于全球宫颈癌[11]。

针对HPV6、11、16和18型的四价疫苗Gardasil（Merck＆Co，Inc，Whitehouse Station，New Jersey），于2006年6月获得美国食品和药物管理局（FDA）批准，用于预防9～26岁女性的宫颈癌和生殖器疣（主要由HPV6型和11型引起）[11]。Gardasil标准接种时间分别为0、2和6个月。据估计，二价和四价疫苗分别使CIN2和CIN3降低62.1%和58.6%，并使鳞状细胞癌减少70.5%和64.8%[12]。

针对HPV16和18型的二价疫苗Cervarix（GlaxoSmith-Kline，Rixensart，比利时），于2009年10月获得FDA批准，用于预防9～26岁女性的宫颈癌[11]。Cervarix®标准疫苗接种时间分别为0、1和6个月。

两种针对HPV的疫苗都是由衣壳抗原L1病毒样颗粒组成，类似于天然病毒颗粒，诱导免疫原性，但是没有感染性[12]。两种疫苗在所有年龄组中均产生高滴度抗体，首次接种Cervarix®后可长达9.5年，接种Gardasil®后长达5年。与Gardasil®相比，Cervarix®提供的非疫苗HPV类型的交叉保护要大得多，由于非疫苗HPV类型导致大约30%的宫颈癌，交叉保护可能会显著提高整体保护水平[1]。四价和二价疫苗可以潜在地预防约70%的浸润性宫颈癌[13-14]。除HPV6、11、16和18之外，与侵袭性宫颈癌相关的下一个主要致癌类型是HPV31、33、45、52和58。

针对HPV6、11、16、18、31、33、45、52和58型的九价疫苗Gardasil9（Merck Sharp＆Dohme Corp，Whitehouse Station，New Jersey），于2014年12月获得FDA批准，适用于9～26岁的女性和9～15岁的男性[15]。Gardasil 9标准疫苗接种时间分别为0、2、6个月。

美国食品和药物管理局（FDA）于2018年10月5日批准了Gardasil 9（人乳头瘤病毒9价疫苗，重组疫苗） 的补充申请，扩大了疫苗的使用范围，包括27～45岁的女性和男性。Gardasil 9疫苗可预防由9种HPV类型导致的某些癌症和疾病。Gardasil 9适用于9～45岁的女性，预防由人乳头瘤病毒（HPV）16、18、31、33、45、52和58型引起的宫颈癌、外阴癌、阴道癌和肛门癌，由6型和11型HPV引起的生殖器疣（尖锐湿疣），以及由HPV6、11、16、18、31、33、45、52和58型引起的以下癌前病变或发育不良病变(宫颈上皮内瘤变（CIN）2/3级和原位宫颈腺癌（AIS）：宫颈上皮内瘤变（CIN）1级、外阴上皮内瘤变（VIN）2级和3级、阴道上皮内瘤变（VaIN）2级和3级、肛门上皮内瘤变（AIN）1级、2级和3级)。Gardasil 9适用于9～45岁的男性，预防由HPV16、18、31、33、45、52和58引起的肛门癌，由6型和11型HPV引起的生殖器疣（尖锐湿疣），以及由HPV6、11、16、18、31、33、45、52和58型引起的以下癌前病变或发育不良病变（肛门上皮内瘤变AIN1级、2级和3级）[16]。

HPV九价疫苗可以预防另外20%的浸润性宫颈癌[13.14]。据估计，针对高级别宫颈内瘤变（CIN2和CIN3），HPV九价疫苗比HPV四价和二价疫苗病例数分别减少9.3%和12.5%，鳞状细胞癌病例数分别减少4.8%和6.6%[12]。尚无临床有效性数据支持HPV九价疫苗具有交叉保护性。

HPV二价、四价和九价疫苗通常具有良好的耐受性、温和性和自限性，未发现新发自身免疫性疾病、静脉血栓栓塞和晕厥的风险增加，没有发生与HPV疫苗接种有关的死亡，注射部位反应是最常见的不良事件。尽管在怀孕期间不建议使用HPV疫苗，但在无意中接受二价或四价疫苗的孕妇中，未发现不良妊娠结局的风险增加，包括自然流产、晚期胎儿死亡和先天性异常[12]。关于Gardasil 9的安全性，在大约13000名男性和女性中进行了评估，最常见的不良反应是注射部位疼痛、肿胀、发红和头痛[16]。其上市后监督正在进行中，到目前为止尚未发现任何意外问题。

2.2 HPV治疗性疫苗 现已成功地开发出了几种预防性疫苗，对健康者可以预防疾病的发生，对获得HPV感染及二次感染的患者也有很好的预防作用，但它们无法清除既定的HPV感染和治疗HPV感染相关疾病。HPV预防性疫苗是用于产生针对病毒颗粒衣壳蛋白L1和L2的中和抗体，与HPV预防性疫苗不同，HPV治疗性疫苗用于激活细胞介导的免疫应答，以特异性靶向杀死受病毒感染且表达E6和E7的细胞。因此，HPV治疗性疫苗用于探索清除现有HPV感染和治疗HPV感染相关疾病。在临床试验中，研究的治疗性疫苗主要包括活载体、肽或蛋白质、核酸和基于细胞的疫苗[17-18]。

2.2.1 基于活载体的治疗性HPV疫苗：根据载体本身分为细菌载体和病毒载体，载体在体内不断地复制，并促进抗原的扩散，引发机体免疫反应。基于活载体的治疗性HPV疫苗具有高度免疫原性，可诱导强烈的细胞免疫反应和体液免疫反应[17]。遗憾的是，基于活载体的疫苗具有潜在的安全风险，特别是对于免疫功能低下的个体。另外，应用相同载体重复免疫，其免疫应答功效是有限的。常用的细菌载体有：乳酸乳杆菌、植物乳杆菌和干酪乳杆菌。常用的病毒载体有：腺病毒、腺相关病毒、甲病毒和痘病毒[17-18]。

2.2.2 基于肽和蛋白质的治疗性HPV疫苗：含有HPV抗原的肽和蛋白质，由树突状细胞（DC）加工并呈递在MHCⅠ类或MHCⅡ类分子上，以刺激CD8+或CD4+细胞毒性T细胞产生细胞免疫应答。基于肽和蛋白质的疫苗，优点是安全、稳定，且易于生产。但基于肽的疫苗，具有较差的免疫原性，需要脂质或其它佐剂（如趋化因子、细胞因子和Toll样受体配体）提高疫苗效力，激活先天性和适应性免疫反应，并进一步促进CD8+细胞毒性T细胞应答。而且基于肽的疫苗是MHC特异性的，基于蛋白质的疫苗包含所有人类白细胞抗原（HLA）表位，这避免了MHC的限制[19]。然而，基于蛋白质的疫苗具有低免疫原性，并且大多数通过MHCII类途径呈递，其激活抗体的产生，而不产生细胞毒性T淋巴细胞（CTL）应答，这意味着它们在大规模生产和治疗HPV相关疾病方面面临一些挑战[18]。

2.2.3 基于核酸的治疗性HPV疫苗：分为DNA疫苗和RNA疫苗，DNA疫苗安全、稳定，易于生产，与RNA疫苗或蛋白质疫苗相比，DNA疫苗在细胞中抗原表达维持更长时间，但存在编码基因E6和E7的DNA，可能导致细胞转化的潜在风险；RNA复制子能够自我复制，这可以导致持续的抗原表达水平和免疫原性增加。然而，RNA复制子的一个缺点是它们的稳定性低。

2.2.4 基于全细胞的治疗性HPV疫苗：分为肿瘤细胞的疫苗和树突状细胞的疫苗，树突状细胞（DC）在免疫系统调节中发挥重要作用，它们通常被认为是最有效的专业抗原提呈细胞（APC）[19]。随着DC的生物学知识和离体制备DC的方法得到改善，基于DC的疫苗也有了长足发展。基于DC的HPV疫苗涉及离体向DCs加载HPV抗原，并将这些DC递送至感染的宿主。基于DC的疫苗的一个好处是DC可以作为天然佐剂，以增加针对癌症的抗原特异性免疫疗法的效力[18]。但也有一些局限性，即技术上很费力，因此，难于大规模生产。此外，不同的培养技术可能导致疫苗质量不一致，疫苗评估的标准缺失，最有效的给药途径也尚未确定。为了产生基于肿瘤细胞的疫苗，分离肿瘤细胞并在体外操作以表达免疫调节蛋白，其可以进一步增强其体内免疫原性。肿瘤细胞疫苗的一个优点是肿瘤抗原不需要很好地限制，因此，这些疫苗可能会覆盖更广泛的肿瘤抗原。由于HPV具有众所周知的肿瘤特异性抗原，因此，使用基于肿瘤细胞的疫苗，不可能是HPV相关癌症最实用的免疫疗法。此外，基于肿瘤细胞的疫苗存在患者植入新癌症的风险。由于这些疫苗的性质及其潜在风险，每种疫苗的效力和纯度必须单独定制，使得生产昂贵且耗时。正是由于这些原因，针对基于肿瘤细胞的HPV疫苗尚未在临床研究中开发和测试。

3 宫颈癌疫苗临床应用面临的问题

对于未感染过HPV的年轻女性，接种HPV预防性疫苗可以有效地降低宫颈癌发病率。随着宫颈癌预防性疫苗的研发上市，多个国家已经将宫颈癌预防性疫苗列入国家疫苗接种范围，使更多人感受到益处，有效降低宫颈癌发病率。但是，宫颈癌预防性疫苗的上市及应用也有很多需要面对的实际问题。第一，疫苗接种成本并非人人都能接受，大众化应用还有很多限制，发展中国家要做到规模化应用，需要国家适当补助政策才能达到更高的覆盖率。第二，由于各地区、各民族、各宗教的信仰和文化水平不同，对年轻女性接种HPV预防性疫苗有不同的认识，也是接种疫苗遇到的问题。第三，学校、社区对预防性疫苗的认识及做好群众、学生、家长宣传工作，有助于加强父母对接种疫苗的积极性，增加年轻女性的接种率。第四，自从预防性HPV疫苗监测上市，并未发现任何安全问题，未导致相关疾病发生，这有助于减少大家对疫苗接种的顾虑。第五，若宫颈癌预防性疫苗接种普遍，相应的筛查也应该积极配合，否则，导致部分人错认为不需要筛查，反而增加宫颈癌发病率，预防性疫苗也不能保证100%的预防率。第六，疫苗是否可以混合使用，特别是当有人不确定他们接种了哪种疫苗，并需要进一步注射时，这个问题尚无解答。因此，目前面临的各种问题，还需要积极解决[20.21]。

4 展望

随着社会经济不断发展，人们的健康意识不断提高，宫颈癌预防性疫苗上市后越来越受到大家欢迎，很多国家已经将宫颈癌疫苗接种纳入国家计划范围。安全、有效、耐受性好的疫苗逐渐研发上市，尽管目前治疗性疫苗还在临床试验研究阶段，仍有很多困难需要解决，但我们有理由相信，随着研究资料的不断完善，研究过程的不断创新、发展，以及国家的大力宣传，宫颈癌疫苗会不断有新的突破，终将踏上新的里程，治疗性疫苗有望成为治疗宫颈癌的疫苗。