人乳头瘤病毒E2 功能研究进展

郭清清，李承新，齐家跃，解 方

1 解放军总医院第一医学中心皮肤科，北京 100853；2 南开大学医学院，天津 300071

人乳头瘤病毒(human papilloma virus，HPV)是一种古老的无包膜球形双链DNA 病毒，至今已发现400 余种亚型[1]。HPV 具有嗜上皮特性，可感染人体皮肤黏膜任何部位，引起皮肤黏膜角质，导致细胞过度增殖。根据HPV 与恶性肿瘤发生发展的相关性，分为高危型HPV 和低危型HPV。高危型HPV(HPV16、HPV18 等)可能进展为皮肤鳞癌、生殖器恶性肿瘤等。低危型HPV(HPV2、HPV6、HPV11 等)可引起寻常疣、尖锐湿疣、扁平疣等[2-3]。HPV 感染流行甚广，给全球各国带来沉重的公共卫生和经济负担。HPV 基因组有8 000余个碱基对，表现为双链环状DNA，分为早期区、晚期区和长控制非编码区3 个功能区域。早期区编码E1、E2、E4、E5、E6、E7、E8 早期表达蛋白，与病毒的DNA 复制、转录翻译和宿主细胞转化有关。HPV E2 作为病毒早期表达蛋白，通过募集宿主细胞因子调节HPV 基因组的转录、复制和宿主细胞有丝分裂，是HPV 生命周期和病毒持续感染的关键因素。本文总结了HPV E2 蛋白的结构、生物学功能以及与宿主蛋白相互作用的功能和机制(如翻译后修饰等)，旨在为进一步探究HPV感染机制和寻找HPV 感染新治疗靶点提供参考。

1 HPV E2 蛋白的结构与功能

HPV E2 作为病毒DNA 复制起始和维持的关键因子，不仅贯穿病毒生命周期的始终，还可通过与宿主蛋白相互作用调控宿主细胞的功能。

(1)HPV 感染的建立与维持：HPV 生命周期的建立与表皮细胞的增殖分化息息相关。HPV 通过皮肤黏膜的微小伤口进入皮肤基底层细胞[4]，病毒随基底层细胞增殖分化进行复制转录而导致一系列病变[5]。不同型别的HPV 具有相似的感染周期[1]。HPV 感染根据病毒DNA 复制拷贝数分为早期转录复制和晚期转录复制[6]。病毒基因组复制由HPV E1 和E2 蛋白启动，HPV E2 将DNA 解旋酶E1 招募到HPV 复制起点，同时将HPV 附加体连接到宿主细胞染色质[7]。HPV E2 还可与宿主蛋白相互结合抑制晚期转录复制以维持HPV 持续感染[8]。HPV E2 蛋白参与HPV 的整个生命周期，关注HPV E2 的多样性功能有望通过调控HPV 复制转录等治疗HPV 感染性相关疾病。

(2)HPV E2 的结构：HPV E2 有3 个不同的结构域，即保守的氨基末端(转录活化结构域)、铰链区和羧基末端(DNA 结合区)[9-10]。HPV E2 氨基末端由200 余个氨基酸组成反式激活结构域，其对HPV DNA 复制和转录激活、抑制至关重要。羧基末端由85～ 100 个氨基酸组成，主要作用是识别结合DNA 和形成稳定的二聚体。铰链区异质性较大，对核定位、与宿主染色质的结合以及与多种宿主蛋白和细胞因子如组蛋白乙酰转移酶和转录因子的结合至关重要。HPV E2 的三个结构功能域是其成为一个多功能调节因子的结构基础。

(3)HPV E2 的生物学功能：HPV E2 蛋白对HPV 的复制转录和持续感染至关重要[11]。首先，HPV E2 蛋白在病毒基因组中募集一系列支持其转录、复制所必需的宿主细胞因子，确保HPV DNA 早期转录和复制。其次，HPV E2 负责连接到宿主染色质以保证随宿主细胞分裂到子细胞中维持HPV 低水平持续性复制[1]。当宿主细胞进入分化阶段时HPV E2 高表达从而抑制晚期蛋白表达以维持HPV 基因组高水平复制，成为病毒生命周期转录复制即早期、晚期转换的关键因素[8]。HPV E2 也可通过转录调节和mRNA 剪接处理来控制HPV 基因表达[12]。HPV E2 通过控制其本身表达水平及与宿主蛋白因子相互作用在HPV 整个生命周期扮演了关键角色，包括早期复制转录、周期转换和晚期复制转录等。

2 HPV E2 与宿主蛋白相互作用的功能及机制

2.1 与 HPV E2 相互作用的宿主蛋白及功能2020 年有学者使用生物信息学工具分析发现HPV E2 蛋白可与多种宿主蛋白相互作用[13]。多个研究已经证明了HPV E2 对宿主细胞的调控功能，包括诱导细胞凋亡或调节宿主细胞周期[14]。高危型HPV E2 蛋白某些功能是特有的，如抑制晚期衣壳蛋白基因表达以逃避宿主免疫监视清除，从而使HPV 持续感染、细胞向肿瘤细胞转化。多种宿主蛋白可与HPV E2 相互作用，如染色质修饰相关蛋白、蛋白激酶家族蛋白、转录因子、RNA 剪接修饰相关蛋白。染色体结构蛋白家族主要参与染色体的复制、修复、结合。染色体结构蛋白家族可与HPV E2 作用后直接参与HPV 基因组分配机制并影响维持复制[15-16]。如DNA 解旋酶ChlR1 是HPV E2 染色质结合以及病毒染色体维持的重要调控因子。DNA 拓扑异构酶Ⅱ与HPV E2 也可在有丝分裂染色体中结合调控病毒复制[10,17]。CTCF 是一种重要的染色质架构蛋白，有研究显示CTCF与HPV E2 开放阅读框(ORF)结合，调控HPV 的转录[18]。TopBP1 是DNA 拓扑异构酶Ⅱ结合蛋白，在体外实验中其与HPV E2 结合后是HPV E2 介导宿主细胞染色质分离的必要条件[17]。

P53 蛋白是抑癌基因编码蛋白，细胞生长周期中的负调节因子，与细胞周期的调控、DNA 修复、细胞分化、细胞凋亡等重要的生物学功能有关。HPV E2 可与P53 结合调节HPV 基因功能，该过程严格依赖于宿主细胞复制和转录机制[19]。

TWIST1 是上皮间充质转化的主要转录调节因子，高水平的TWIST1 可作为恶性肿瘤预后不良的标志。HPV E2 可抑制TWIST1 转录，这也提示了HPV E2 阳性的恶性肿瘤有更好预后的原因[20]。

SETD6 是赖氨酸甲基转移酶，研究发现其可与BRD4 形成复合物，使BRD4 发生甲基化，并增强与HPV E2 结合后激活HPV 的复制[21]。

2.2 HPV E2 与宿主蛋白相互作用的机制 蛋白质翻译后修饰在细胞代谢、信号转导、DNA 复制等方面都发挥重要功能。翻译后修饰在与HPV E2 相互作用的蛋白中研究得较为充分。高危和低危型HPV E2 都有丰富的翻译后修饰[22]。

蛋白质磷酸化是一种最常见的PTM，是细胞内信号转导机制的基础。HPV E2 蛋白已被鉴定出多个磷酸化位点，包含在HPV E2 各个结构域。如宿主酪蛋白激酶2 可磷酸化S298 和S301，以靶向HPV E2 蛋白进行降解。有研究证明HPV-16 E2 铰链区的丝氨酸243 磷酸化位点是HPV E2 与有丝分裂染色体关联的重要亚基[23]。SRPK1/2 为丝氨酸特异性磷酸化蛋白激酶，宿主SRPK1 可以在体外磷酸化HPV E2 蛋白的铰链区[24]。PYK2 属于酪氨酸激酶家族，与HPV E2 结合后发生磷酸化，干扰HPV 基因组复制[25]。类似的还包括酪氨酸激酶家族成员成纤维细胞生长因子受体3 通过E2 蛋白的磷酸化调控HPV 基因组复制[26]。

HPV E2 也可以乙酰化修饰宿主蛋白，乙酰化是乙酰基从乙酰辅酶A 转移到蛋白质的赖氨酸残基，由赖氨酸乙酰转移酶和乙酰基转移酶催化。蛋白质乙酰化是一种高度特异性的PTM，它控制许多细胞过程[27]。赖氨酸在几乎所有HPV E2 蛋白中高度保守，是P300 乙酰化的靶点，对HPV DNA 复制至关重要[28]。Thomas 和Androphy[29]研究发现由E1 解旋酶的DNA 解链也是依赖于E2 中赖氨酸111 处的翻译后乙酰化修饰。BRD4 家族是含两个溴化结构域的宿主蛋白家族，属于染色质修饰及结构维护相关蛋白，它可优势结合乙酰化染色质，通过对转录因子等非组蛋白的乙酰化修饰而广泛参与细胞周期调控、细胞分化、信号转导等过程。BRD4 与HPV E2 结合可调控转录、病毒复制和病毒基因组分离，有利于建立持久性HPV 感染和免疫逃逸[8]。有研究证明BRD4 家族抑制剂可以在体外抑制HPV 病毒复制且阻断疣体生长[30]。

HPV E2 亦可泛素化或类泛素化修饰宿主蛋白。泛素化修饰负责真核细胞内蛋白质的降解。它在赖氨酸残基处将泛素分子添加到蛋白质底物中，使用三酶(E1 泛素活化酶、E2 泛素偶联酶、E3 泛素蛋白连接酶) 过程来靶向蛋白质降解。该过程开始于E1 泛素活化酶的激活以及泛素与E2 泛素偶联酶的顺序结合和转移之后。E2 酶与E3 泛素蛋白连接酶结合，与目标蛋白结合，并将泛素转移至目标赖氨酸残基。HPV E2 可以通过DNA 结合区与E3 连接酶相互作用后，增强其转录激活功能。泛素-蛋白酶体途径通过其转录激活结构域泛素化影响HPV E2 蛋白的半衰期以调控HPV 的复制转录。类泛素化修饰是一类结构与泛素相似但功能迥异的修饰形式，它通过与靶蛋白上特定赖氨酸位点结合后发挥稳定靶蛋白结构的作用。HPV E2 蛋白被类泛素化修饰位点识别后通过与酪氨酸激酶位点、泛素修饰体系内底物或酶类结合抑制HPV E2 蛋白降解，从而稳定HPV E2 蛋白表达水平后参与调节HPV 的复制转录[31]。

HPV E2 蛋白与多种宿主蛋白翻译后修饰后发生活性变化可促进或抑制HPV 基因组复制转录，也可调控HPV 感染周期转换，从而影响HPV 感染结局。此外HPV E2 与宿主蛋白相互作用调控宿主细胞信号通路活性。HPV E2 和 p16INK4a 蛋白相互作用后通过MAPK 途径激活树突状细胞导致宿主CD4+IFN-γ+T 淋巴细胞和CD8+IFN-γ+T 淋巴细胞增加从而抑制HPV 感染[32]。HPV E2 还可通过MEK/ERK 信号转导以及其他机制调节基质金属蛋白酶表达。基质金属蛋白酶表达的增加与多种HPV 诱导的癌症进展和预后不良有关[33]。

尽管高危型HPV 病毒和低危型HPV 病毒在发病机制和致癌风险方面存在较大差异，但均使用基本相似的分子策略来维持其基因组[34]。HPV E2 通过与宿主蛋白相互作用后进行包括复制起始功能的调节和转录周期的转换等[35]。

3 结语

HPV E2 蛋白不仅通过调控HPV 基因组复制转录调控HPV 感染，还通过翻译后修饰等方式与宿主蛋白相互作用调控宿主细胞功能。纵观HPV E2 功能相关研究及进展，发现多数主要集中于高危型HPV E2，如HPV16、HPV18 等，而HPV E2在不同亚型间存在一定的异质性，如高危型HPV E2 显示出更强的转录活性和更大的DNA 结合亲和力，且可与抑癌基因相互作用。利用生信分析、质谱分析和体内体外试验等技术方法进一步探索HPV E2 的功能，寻找HPV E2 相互作用蛋白及特异性作用靶点进而调控HPV 基因组的复制转录和感染结局，对完善HPV 感染机制以及HPV早期表达蛋白功能图谱具有重要意义。

作者贡献郭清清：总体构思，调查研究，可视化处理，撰写初稿，审读和修订；齐家跃：调查研究；解方、李承新：总体构思，资金获取，项目管理，监督指导，审读和修订。

利益冲突所有作者声明无利益冲突。