HPV诱导的宫颈癌表观遗传修饰变化

白力格，赵彩权

(包头师范学院生物科学与技术学院，内蒙古包头 014030)

宫颈癌是目前严重威胁女性健康的妇科恶性肿瘤，已构成严重的全球公共卫生问题。高危型HPV感染是宫颈癌发生发展的必要条件，可影响细胞周期、凋亡以及DNA损伤等。HPV E6和E7癌蛋白可以诱导DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DNMT)和多种组蛋白修饰酶的表达以及它们之间的相互作用，还可以改变染色质重塑、重塑复合物相关蛋白和微小RNA(micro RNA，miRNA)加工相关蛋白的活性。这种表观遗传变化影响整个细胞的信号通路，通常在肿瘤发生早期就能够检测到，并且可能是某些癌症的关键诱发原因。本文重点介绍HPV感染引起的宫颈癌表观遗传变化，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA。

1 HPV概述

HPV属于乳头瘤病毒科的乳头瘤病毒属，是一种小型无包膜双链DNA病毒，包含约8 kb长的双链环状DNA基因组，该基因组包括三个区域：长控制区(long control region, LCR)、早期表达区域(E1、E2、E4、E5、E6和E7)和晚期表达区域(L1和L2)，其中E6和E7是诱导宫颈癌发生的关键HPV蛋白。HPV根据恶性进展的趋势分为“高危型”和“低危型”两类。其中，低危型HPV的感染会引起良性生殖器疣，而高危型HPV则引起上皮内病变，有进一步发展为恶性肿瘤的风险。大约5%的人类癌症与高危HPV感染有关，尤其是宫颈癌。虽然预防性免疫接种可以预防部分HPV的感染，但对其不具有治疗功效，并且HPV诱导的宫颈癌潜伏期长达数十年。因此，当前的疫苗接种工作至少需要经历几十年的时间才能对HPV相关肿瘤的发生率产生可衡量的影响。

2 HPV引起的表观遗传修饰变化

2.1 DNA甲基化

高危型HPV感染宫颈上皮细胞之后L1和L2基因发生甲基化，从而增加了病毒持续存在的风险。病毒基因组LCR的高甲基化阻断病毒E2蛋白与该区域的结合位点，阻止其对病毒致癌基因E6和E7的调控功能。另外，病毒DNA整合到宿主细胞基因组中，导致病毒E2基因断裂，进而使病毒癌蛋白E6和E7过量表达。E6通过激活致癌基因表达或诱导抑癌蛋白p53降解而发挥作用，从而影响细胞周期进程、阻止DNA修复、加速细胞增殖和抑制细胞凋亡。此外，E6还通过激活端粒酶和DNA甲基转移酶，防止细胞衰老和促进抑癌基因沉默。相反，E7通过抑制宿主的免疫应答反应，干扰抗原呈递和T淋巴细胞成熟，从而增加T细胞的耐受性来发挥作用。此外，E7通过降解抑癌蛋白pRB，影响细胞周期进程、抑制DNA修复和加速细胞增殖。因此，E6和E7共同作用导致宿主细胞永生化，随后发生恶性转化(图1)。

图1 HPV基因组甲基化在宫颈癌发展中的作用

高危HPV E6和E7的表达使宿主基因启动子发生异常甲基化，导致宫颈癌中参与重要信号通路的基因发生改变。E6和E7共同作用促进宿主基因组发生高度甲基化。E6促进p53降解和Sp1转录因子释放，Sp1与DNMT1基因启动子结合激活DNMT1表达。另外，E7与pRB形成稳定的复合物，释放转录因子E2F，该因子与DNMT1基因启动子结合激活其表达。这两种机制都会导致DNA甲基转移酶的产生，从而促进CpG岛高甲基化和宿主基因沉默。

Wnt-β-catenin信号通路参与调控细胞分化、增殖和迁移。因此，该通路的失调与宫颈癌等类型的癌症有关。高危HPV可利用E6和E7通过多种机制激活Wnt-β-catenin通路，E6和Dvl结合β-catenin并通过增加TCF的转录活性来保护β-catenin，从而防止其磷酸化或降解。E6还可以通过与宿主细胞E6PA蛋白结合保护β-catenin免于降解。因此，由HPV诱导的人角质形成细胞的转化及其致癌作用均需激活Wnt-β-catenin，从而促进肿瘤细胞的增殖和侵袭能力。

2.2 组蛋白修饰

组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase，HAT)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)进行动态可逆的调节。现已鉴定出包括GNAT家族、MYST家族和p300/CBP家族在内的20多种具有HAT活性的蛋白质。Tip60和p300两种HAT已被确定参与E6和E7基因的调节。在HPV16和HPV18阳性细胞中用选择性p300抑制剂C646抑制p300 HAT活性能够抑制E6和E7基因的表达。Tip60促进HPV18 LCR中H3K27和H4K5的乙酰化，但阻碍H3K9的乙酰化，而p300促进H3K9、H3K27和H4K16的乙酰化。Tip60通过减弱HPV18 LCR招募RNA聚合酶Ⅱ的能力来抑制E6和E7的转录，而p300促进RNA聚合酶Ⅱ的募集从而增强E6和E7的转录。因此，在HPV18 E6和E7基因调控中Tip60作为共阻遏物发挥作用，而p300作为共激活剂发挥作用。

由于HDAC在包括宫颈癌在内的多种癌症中过度表达，抑制HDAC可能是治疗HPV相关宫颈癌的一种行之有效的方法。迄今为止，仅有少数HDAC抑制剂获得FDA批准。尽管这些药物对多发性骨髓瘤以及T细胞淋巴瘤有效，但在实体瘤治疗中仍存在一定的局限性，并且生产成本高，毒性、非特异性和副作用仍需继续关注。因此，迫切需要获得特异性好、副作用小的新化合物。

组蛋白赖氨酸甲基化修饰是动态可逆的，由组蛋白甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶共同维持甲基化的状态。研究表明，HPV E7蛋白通过下调组蛋白去甲基化酶1B(JHDM1B)，增加CTLA-4启动子区域的H3K36me2修饰水平，从而激活CTLA-4的表达。另有研究显示，HPV16 E7通过上调组蛋白去甲基化酶1A(JHDM1A)，去除miR-132位点上的H3K36me或H3K36me2修饰，从而抑制miR-132的表达。最近一项研究也发现，HPV16 E7通过上调KDM5A，去除miR-424-5p位点上的H3K4me2和H3K4me3，进而抑制miR-424-5p的表达。

研究发现HPV18 E6和E7蛋白介导的E2F-1和FOXM1可以通过EZH2诱导表达H3K27me3，进而下调下游靶基因DNMT3A。EZH2和H3K27me3直接与DNMT3A启动子区域相互作用，负调控DNMT3A。另外，在表达HPV16 E7的细胞和HPV16阳性宫颈病变中H3K27me3的表达均降低，这是由于其去甲基化酶KDM6A和KDM6B转录激活所引起的。KDM6A调控细胞周期和复制抑制剂p21CIP1的表达，并且KDM6A介导的p21CIP1激活对于高危HPV E7阳性细胞的生存力是必需的。尽管在催化活性和组蛋白底物特异性方面KDM6A和KDM6B看起来相同，但二者具有非重叠和非冗余的生物活性。

2.3 非编码RNA

miRNA是长度约22个核苷酸的单链非编码RNA，主要通过与mRNA转录本3’非翻译区内的序列结合来调节基因表达。部分miRNA具有致癌或肿瘤抑制活性，并在癌症的发生、发展和侵袭中发挥重要作用。对宫颈癌形成病例和正常宫颈上皮样本miRNA靶向基因的富集分析发现p53、ErbB、MAPK、mTOR、Notch、TGFβ和Wnt通路发生了改变，其中的阶段特异性miRN可以作为监测癌症发展的生物标志物。。

HPV E6蛋白通过肿瘤抑制因子p53和miR-218的降解下调肿瘤抑制因子miR-34a，从而导致层黏连蛋白5 β3在宫颈SCC细胞中过度表达。此外，HPV E6上调miR-20a，并通过AKT/p38和下调靶基因PDCD6加速细胞增殖和肿瘤生长。E6蛋白还可以增加miR-20b水平，进而抑制转移抑制因子TIMP-2的表达并促进宫颈癌细胞的上皮间质转化、迁移和侵袭。E6和E7蛋白均能够抑制miR-424在HPV16和HPV31阳性细胞中的表达，增加损伤修复因子CHK1的水平。

长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)是长度大于200个核苷酸的ncRNA，主要由RNA polⅡ转录。lncRNA的失调与心血管和神经退行性疾病以及癌症的发展密切相关。研究显示，大约14种lncRNA在宫颈癌中发生改变，并影响STAT3、wnt/β-catenin、PI3K/AKT和Notch等重要的代谢途径。此外，包括MALAT1、CCEPR和TMPOP2等lncRNA与HPV16 E6/E7相互调控，从而增强病毒蛋白在宫颈癌形成过程中的致癌作用。

lncRNA具有结合蛋白质、mRNA或miRNA的能力，在癌症发展中发挥重要作用。包括HOX基因反义基因间RNA(HOTAIR)、H19、MALT1、CCAT2等多种lncRNA，在宫颈癌发展、侵袭和转移以及抗辐射方面发挥着关键作用。HOTAIR是由HOXC基因反义链编码的lncRNA，位于染色体12 q13.13，通过与染色质重塑复合物相互作用，进而调控基因的表达。lncRNA H19是由位于染色体11p15.5上的H19基因所编码，此lncRNA仅从母系遗传的染色体中表达。lncRNA H19受HPV16 E6蛋白调节，并在上皮细胞中充当miR-138-5p的“分子海绵”。

环状非编码RNA(circular RNA，circRNA)是一类具有共价闭环结构的单链RNA分子，可招募和重编程肿瘤微环境中的主要成分，并且可以调控信号通路、调节免疫反应、影响肿瘤发生、血管生成、肿瘤浸润和转移。许多circRNA在病理条件下异常表达，并且可能与癌症的发生或发展有关。

研究表明，circE7来源于病毒致癌基因E7，它与多核糖体相关，并被翻译成病毒癌蛋白E7。敲低E7或circE7的表达，能够抑制癌细胞在体外的增殖，并且circE7仅在含有HPV DNA的癌细胞中以游离形式被检测到。这些结果表明HPV产生的circRNA能够编码具有生物学功能的蛋白质，并且它们与病毒介导的细胞转化有关。此外，在宫颈癌组织中发现了与晚期宫颈癌和肿瘤侵袭过程密切相关的circCLK3。circCLK3通过结合miR-320a，阻止其肿瘤抑制剂的功能。在正常情况下，该功能会通过抑制FOXM1基因的表达而起作用，而FOXM1基因与疾病发展紧密相关。

3 总结

高危型HPV的持续感染是宫颈癌发展不可或缺的先决条件，但这还不够充分。除了环境条件或细胞可能经历的其他因素，对于宫颈癌的发展可能有额外的表观遗传改变可作为其发生的另外重要触发因素。这些改变涉及多种表观遗传修饰，通过一个复杂的过程在宫颈癌的发展中共同作用，从而导致致癌基因的激活或抑癌基因的失活。因此，表观遗传修饰变化是宫颈癌研究的热点，可作为疾病诊断和预后的生物标志物，为治疗HPV相关癌症奠定重要的科学依据。