HPV是一种性传播病毒，在99.7%的宫颈癌标本中发现了高危HPV DNA。在接触病毒的12到24个月内，90% 的HPV感染消失或变得不活跃。然而，高危型HPV病毒株的感染持续存在，这会增加进展为宫颈癌的风险。癌前病变的检测包括多种方法，包括巴氏涂片（常规或液基细胞学/LBC）、醋酸肉眼检查（IVA）、卢戈碘肉眼检查（VILI）和HPV DNA检测（基因分型/混合捕获）。

HPV感染的发病机制涉及病毒癌蛋白的过度表达，该蛋白可以抑制多种细胞蛋白并影响细胞增殖、细胞周期和凋亡等生物学过程。导致宫颈癌发生的病毒和宿主细胞的变化提供了对疾病性质的深入了解，并激发了治疗开发特定的分子靶点。

高危人乳头瘤病毒 (HPV) 感染和 HPV 基因组整合到宫颈上皮细胞的宿主染色体中是宫颈癌病变发展的关键早期事件。病毒癌蛋白，尤其是 E6 和 E7，负责上皮细胞的初始变化。病毒蛋白使两种主要的肿瘤抑制蛋白 p53 和视网膜母细胞瘤 (pRb) 失活。这种宿主蛋白的失活会干扰 DNA 修复机制和细胞凋亡，导致细胞快速增殖。涉及 DNA 修复、细胞增殖、生长因子活性、血管生成和有丝分裂基因的几种基因在宫颈上皮内瘤变 (CIN) 和癌症中高度表达。这种基因组不稳定性促使 HPV 感染的细胞发展为浸润性癌。

HPV 属于乳头瘤病毒科，该科分为 2 个亚科，有 50 多个属。在这 50 个属中，只有 5 个可以感染人类，而 Alphapapillomavirus 属在患者中最为常见。除属外，HPV根据恶性程度分为轻度、潜在高危和高危3种（图1）。宫颈癌的病因是HPV 16和18.18，而在印度尼西亚，根据Mudiyarso等人的研究，宫颈癌患者HPV感染的流行率主要是16、18、45和52型。

（图1，基于恶性程度的HPV分类）

宫颈癌的发病机制

HPV 感染的自然史和宫颈癌的发生始于细胞学（低级别和高级别）和组织病理学（宫颈上皮内瘤变或 CIN1、CIN2、CIN3）20（图 2）显示的宫颈癌前病变。从病毒侵入到浸润癌的致瘤转化过程需要10-20年，因此为早期治疗疾病提供了窗口期。最初的感染主要是潜伏的、亚临床的和机会性的。生殖器 HPV 感染在性活跃的年轻女性中非常常见。此外，与感染 HPV 的个体发生性接触会增加感染病毒的可能性。一些额外的风险因素包括使用口服避孕药、性传播感染史、吸烟和免疫抑制。各种因素根据其在致癌疾病发展中的作用可分为暴露相关、宿主相关易感性、影响肿瘤微环境的因素和体细胞/表观遗传。强烈影响 HPV 传播和致病性的因素包括特定人群中不同 HPV 毒株的流行、感染持续时间、性接触模式和感染病毒的致病行为。

（图2，HPV感染的自然过程和危险因素以及可能的消退）

HPV病毒是一种没有鞘的双链病毒或dsDNA，通过微磨损进入人体。然后 HPV 与主要的 Syndecan-1 受体（硫酸乙酰肝素蛋白聚糖 (HPG) 同种型）结合，然后进行内吞作用。这种结合使病毒DNA从囊泡中脱出并与微丝结合，帮助在细胞质和细胞核中转运。然后形成L1和L2形式的病毒衣壳代码，使其进行胞吐作用成为可能或其他靶细胞感染。

人乳头瘤病毒只感染上皮细胞，依靠上皮细胞分化途径来完成其生命周期。人乳头瘤病毒感染上皮基底层的细胞，可能是通过上皮表面的微磨损。感染的内在化需要几个小时，之后病毒 DNA 从衣壳中释放出来并作为游离遗传物质或染色体外事件转运到细胞核中。初始基因表达在基底上皮细胞中受到严格控制，病毒 DNA 大量扩增。复制（图 3）仅发生在注定要成熟和成熟的基底上的不同细胞中，因此不会自然表达病毒赖以生存的复制机制。为了避免这个问题，人乳头瘤病毒编码两种蛋白质E6 和 E7它们共同促进细胞增殖、延长细胞周期进程并防止细胞凋亡。细胞变得允许病毒复制，并且在单个细胞中产生数百甚至数千个人乳头瘤病毒基因组。衣壳蛋白 L1 和 L2 在上皮的最表层表达，在那里进行病毒组装，最后，新的感染性病毒颗粒（病毒粒子）从上皮表面释放（图 4）。乳头瘤病毒的生命周期需要 2-3 周，这是宫颈细胞从基底层迁移到上皮最表层、成熟、老化和死亡所需的时间。

（图3，HPV生命周期和基因组组织）

（图4，HPV 生命周期； E5引起细胞横向膨胀）

HPV病毒的结构分为3个，即上游调节区（URR）占15%，早期区45%，晚期区40%。入侵始于细胞转录因子的结合、复制和转录。第一个靶细胞是宫颈上皮中的基底细胞，它们的活性随着宿主细胞成熟度的增加而受到影响。这意味着当细胞占据上皮的基底部分时，复制过程缓慢且效率较低。然而，随着宿主上皮成熟，HPV 基因组复制增加，并开始编码 E6 和 E7 以及 L1 和 L2 的级联。最终结果是形成新的永生细胞和病毒粒子以感染其他未被感染的细胞。

HPV作为导致宫颈细胞紊乱的宫颈癌的始动因素。病毒 DNA 与人体细胞基因组的整合是转化过程的开始。 HPV 基因组呈环状，长 8 kb，有 8 个开放阅读框 (ORF)，分为早期 (E) 和晚期 (L) 基因。 Gen E合成6种E蛋白，即E1、E2、E4、E5、E6和E7，广泛参与病毒和致癌基因的复制过程，而L基因合成2种L蛋白，即与衣壳相关的L1和L2 形成。

乳头瘤病毒的生命周期不同于所有其他病毒家族：感染需要有活的生殖表皮或粘膜上皮细胞（基底层细胞）。在这些细胞中，病毒基因表达在很大程度上受到抑制，尽管某些早期病毒基因（如 E5、E6 和 E7）的有限表达会导致受感染细胞的增殖及其横向扩张增加。进入基底层后，病毒基因慢慢开始表达；然后复制环状病毒基因组并形成结构蛋白。在表皮或粘膜的上层，完整的病毒颗粒聚集并释放。

三个基因具有增殖刺激活性，即E5、E6和E7。 E5 在感染的早期过程中很重要，因为它通过与表皮生长因子受体、血小板衍生的生长因子 β 受体和因子 1 受体形成复合物来刺激细胞生长。刺激集落（集落刺激因子 1 受体）。最近，E5 也被证明可以防止 DNA 损伤后的细胞凋亡。然而，当 HPV 感染的病变发展为宫颈癌时，附加型病毒 DNA 通常会整合到宿主细胞的 DNA 中，并且大部分基因组（通常包括 E5 代码序列）被删除。因此，在晚期 HPV介导的致癌作用中，E5 不是强制性的。 HPV 蛋白 E5 也在支持持续性 HPV 感染中发挥作用。 E5 蛋白导致 NK 细胞受体的下调。受体的下调导致 NK 细胞无法附着在其受体上，从而降低它们消除癌细胞的活性。 NK 细胞活性的降低导致几种可触发适应性免疫反应的细胞因子不分泌。 E6 蛋白由 150个氨基酸组成，与细胞蛋白 E6 相关蛋白 (E6-AP) 结合形成泛素连接酶复合物。这种酶复合物导致 p53 降解。 p53 的降解导致 p53 的正常活性，例如在 G1 期后停止细胞周期、细胞凋亡和没有 DNA 修复。此外，E6蛋白还起到诱导c-myc蛋白触发端粒酶活性的作用。结果，细胞将变得不朽，因为端粒不会缩短。

蛋白 E7 由100个氨基酸组成，与 RB 蛋白形成复合物，后者被低磷酸化，从而干扰 pRB 复合物和细胞转录因子 E2F-1。结果，转录因子 E2F-1 游离并从 DNA 链上脱离，导致进入细胞周期 S 期所需的基因转录，并抑制宿主细胞的凋亡。宿主细胞变得不朽并继续不受控制地分裂。在正常情况下，细胞的变化会触发免疫反应，从而克服该阶段的异常，异常细胞处于凋亡状态。自然地，病毒感染的细胞会释放 1 型干扰素 (IFN)，例如 IFN-α 和 IFN-β。干扰素抑制宿主细胞中的病毒复制并激活自然杀伤 (NK)。然而，HPV 会产生 E6 和 E7 蛋白，它们可以抑制干扰素 3 调节因子的转录调节以激活干扰素 β，从而取消先天免疫系统对病毒感染的初始反应。 E7 还与干扰素调节因子 1 结合以防止干扰素 α 和β 的激活。此外，E6 和 E7 蛋白还通过抑制单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)（一种趋化化合物）的调节来抑制巨噬细胞向病毒感染点的易位。

通常，这种化合物会被病毒感染的角蛋白细胞释放，以便巨噬细胞迁移到受感染的细胞。然后，当巨噬细胞与病毒成分（例如病毒的遗传物质及其衣壳）结合时，它们就会被激活。活化的巨噬细胞释放炎性细胞因子、趋化因子或干扰素。巨噬细胞释放的化合物会触发 TNF-α 和抗体来杀死 HPV。

很难确定其他早期 HPV 蛋白（如 E1、E2 和 E4）在恶性肿瘤转化过程中的作用。两种结构蛋白 L1 和 L2 在癌前细胞和恶性细胞中不表达，但对于疫苗开发都很重要。

在已转染 E6 DNA 的细胞培养物中，编码 INK4A (p16) 的 CDKN2A 基因通常因甲基化、突变或缺失而失活。 INK4A 使细胞周期蛋白 D1-CDK4 或细胞周期蛋白 D1-CDK6 复合物失活，从而阻止细胞周期蛋白 E 表达并通过细胞周期。永生细胞中 CDKN2A 基因功能的持续破坏。 E6 表明 INK4A 可以在功能上干扰 E6 的转化活动。

由 HPV 病毒编码引起的变化会导致称为宫颈上皮内肿瘤 (CIN) 的病变。 CIN分为3个，即CIN I，侵入上皮1/3，持续时间长达3年，发生小范围变化，免疫反应可消除这一阶段的感染。如果继续，CIN I 将变为 CIN II，影响 2/3 到上皮的所有部分。如果变化持续发生，将进入CIN III阶段，持续时间长达3-6年。如果 CIN 进展为 CIN III 并持续 5-10 年，则异常细胞将具有侵袭性。这种高水平的 CIN 使 HPV DNA 完美地整合到宿主基因组中，并导致编码 E2 基因的缺失被破坏，从而使 E6 和 E7 蛋白的表达急剧增加。

左侧列出了影响受感染细胞发育的病毒和非病毒风险因素。激素因子（雌激素及其衍生物）激活人乳头瘤病毒 (HPV) 启动子并促进 HPV 感染细胞的永生。诱变剂增强了现有的 HPV DNA。它们通过改变控制 HPV 持久性的细胞信号级联反应或通过基因剂量效应引起病毒癌基因表达增加来促进进展。致癌基因 E6 和 E7 表达水平的增加反过来导致基因组不稳定性增加，这进一步促进了受感染细胞向侵袭性生长的进展。

（图5，癌蛋白 E6 和 E7 的功能及其相互作用。 E6 和 E7 协同作用导致过度增殖并防止 p53、INK4A、BAK、WAF1 + KIPI1 诱导的细胞凋亡，从而导致染色体不稳定）

人乳头瘤病毒 (HPV) 感染的细胞发展为低级别鳞状上皮内病变 (LSIL) 和高级别鳞状上皮内病变 (HSIL)、原位癌和浸润癌是由失败的控制机制决定的。这些包括尽可能通过细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂进行细胞内控制、旁分泌信号级联和降低的免疫控制。旁分泌控制由巨噬细胞和细胞因子（如肿瘤坏死因子-α）诱导，并基于干扰素-β 合成的丧失。

已更详细地分析了涉及阻断 HPV DNA 转录并称为细胞干扰因子 (CIF) 概念的另一条途径。它由巨噬细胞和肿瘤坏死因子-α (TNF-α) 对宫颈上皮细胞的旁分泌刺激触发，并对 HPV 永生化细胞产生多种影响。这些包括对 HPV 基因表达很重要的转录因子 AP1 的修饰，以及抗病毒干扰素-β 的内源性合成的诱导。已经表明 AP1 组成的变化介导了高危 HPV 转录的抑制。该通路在宫颈癌细胞中不起作用，表明 TNF-α 介导的信号级联在恶性转化过程中被中断。

（图6，HPV诱导的宿主控制）

文献来源：Patiyus Agustiansyah, Rizal Sanif, Siti Nurmaini, Irfannuddin, Legiran, Human Papilloma Virus: Biomolecular Aspect

【广西博生科普馆】人乳头瘤病毒：生物分子方面