文献解读 | HPV整合与宫颈癌：病毒进化“歧途”

《Trends Mol Med》发表的一篇综述对HPV整合的生物学机制进行了系统介绍。文章指出，HPV整合是宫颈癌发生的关键环节，但整合后的病毒失去复制和传播能力，这导致HPV无法通过感染新宿主来延续其“生命”。综述回顾了HPV感染和宫颈癌的流行病学，相关高危因素，并深入探讨了HPV整合的机制。HPV整合导致宿主基因组不稳定、肿瘤抑制基因失活、免疫逃逸和表观遗传调控失调，从而促进癌变。综述讨论了针对HPV整合的治疗策略，包括靶向病毒癌基因、抑制DNA损伤修复途径和增强免疫反应等。

HPV整合是宫颈癌发生发展的重要驱动因素，深入理解其机制对于开发更有效的宫颈病变筛查和治疗方法至关重要。

HPV整合入宿主基因组过程

>>>

HPV整合是一个多因素过程，受到病毒、宿主以及宫颈阴道微环境因素的共同影响。研究表明，吸烟、宫颈阴道微生物群的组成、雌激素水平、心理压力以及与HIV的共感染等环境因素导致细胞应激，促进DNA损伤修复(DDR)途径，进而导致HPV整合。HPV整合在宿主中随机发生，但存在更易于发生整合的宿主热点基因，如FHIT、KLF5、LINC00392和MACROD2基因。

在病毒因素方面，HPV18相比HPV16更容易整合入宿主基因组。此外，病毒基因组复制的早期HPV基因E1和E2在整合过程中扮演重要角色。E1作为DNA解旋酶，参与DNA合成的启动和催化。E1结合至DNA复制起始位点(ori)，启动级联反应。一旦启动，E1调节位于基底上皮细胞核内的病毒游离基因组的复制。因此，病毒DNA拷贝数增加，并在细胞分化时保持恒定。E1还促进病毒和宿主基因组同时复制以及DDR途径，在HPV整合中起着至关重要的作用。

图1 HPV基因组

图2 E1和E2基因对病毒复制至关重要

E2与E1相互作用，缺乏E2，E1无法结合至ori启动复制。E2招募E1是HPV复制周期的主要调控因子之一。E2还具有其他功能，如HPV早期启动子的转录激活、抑制以及早期多聚腺苷酸信号(PAS)。HPV16早期启动子p97在长控制区(LCR)中包含四个E2结合位点(E2BSs)，位于p97转录起始位点上游。通过破坏E2开放阅读框(ORF)，HPV整合导致失去E2对病毒早期启动子的调控，失去病毒PAS，增加癌蛋白E6和E7的表达，从而导致宫颈癌的发展。因此，HPV整合是病毒、宿主和环境因素之间复杂的相互作用。

图3 HPV整合入宿主基因组干扰E2功能

HPV整合生物学机制和模型

>>>

病毒生命周期中E2断裂是 HPV 整合和癌症发展的标志性特征。为了实现整合，病毒和宿主基因组均需要存在断裂点。目前推测存在多种HPV整合类型和模型。

HPV整合类型

传统的分类将HPV整合分为两种类型，但最新的研究发现存在三种主要类型：

类型1: 单个截短的病毒基因组整合到宿主基因组中。

类型2: 多个截短的病毒基因组串联重复整合到宿主基因组中。

类型3: 类型1和类型2的组合。

HPV模型

1. E1诱导的DDR途径

E1蛋白通过激活DDR途径促进DNA损伤，为HPV整合创造有利条件，可能通过不可控的核内E1表达触发DNA损伤和信号激酶(如ATR和ATM)的激活，从而促进双链DNA断裂(DSBs)，促进HPV整合。E2蛋白能够将其结合位点上的核酸酶定位至LCR，可能在HPV基因组中E2BSs处产生DSBs。

2. 载脂蛋白 B mRNA 编辑酶催化多肽(APOBEC，A3)过度活跃

APOBEC 酶的过度活跃可能导致病毒基因组过度突变，破坏E2基因，降低其表达水平。E2失去对病毒复制的调控作用，导致病毒基因组不稳定，并最终促进HPV整合。

3. Loop模型

该模型假设HPV整合发生在宿主基因组不稳定的区域，并通过复制和重组产生病毒-宿主和宿主-宿主串联重复序列，最终导致肿瘤内异质性和克隆进化。

4. 微同源 (MH) 介导的途径

病毒和宿主基因组之间的短核苷酸(MHs)序列可能促进 HPV 整合，包括复制叉停滞和模板转换(FoSTeS)和 MH 介导的2种机制。

5. MH介导的末端连接 (MMEJ)

当病毒和宿主基因组之间发生DSB时，MMEJ机制会利用MHs将病毒和宿主基因组连接起来，并导致基因组区域的缺失。

图4 HPV整合至宿主基因组的机制和模型

HPV 整合的结局

>>>

HPV整合存在于所有级别的宫颈上皮内瘤变(CIN)中，但其发生率随病变进展而升高。HPV整合会引发宿主细胞一系列变化，最终导致癌变，包括：

1. 致癌蛋白过表达：HPV整合导致E2基因失活，从而失去对病毒早期启动子的抑制,使得致癌蛋白E6和E7过表达。E6和E7的过表达进一步促进HPV整合，引发细胞增殖、细胞周期控制失调、转化细胞生长和进行性遗传不稳定性。

2. 免疫逃逸：转录型HPV整合可能使肿瘤细胞通过诱导PVR-TIGIT通路逃避免疫监视，该通路使免疫反应偏向免疫抑制，消除T细胞杀伤力。HPV整合还通过调节细胞外基质(ECM)和多种免疫检查，进一步促进肿瘤细胞的免疫逃逸。

3. 放疗抵抗：E2基因破坏与放疗抵抗相关。E2基因破坏失活的宫颈细胞更难用辐射进行治疗。辐射通常会产生更致命的DNA损伤，细胞无法修复导致细胞死亡。

4. 基因组不稳定性：HPV整合导致染色体和基因改变，如肿瘤抑癌基因的失活、染色质重组、染色体易位和表观基因组失调等。基因组不稳定性有助于癌前病变向浸润性癌的进展。

5. 克隆进化：HPV整合驱动的克隆进化可能导致具有不同表型特征的亚克隆的出现，包括侵袭性、转移潜力和对治疗的反应的差异。

HPV整合的治疗策略

>>>

针对HPV致癌机制，宫颈癌的治疗策略主要聚焦于以下方面：

1. 靶向病毒致癌基因：利用小分子、肽或基因编辑技术(例如CRISPR/Cas系统)阻断E6/E7致癌蛋白与细胞靶标的相互作用，恢复其抑制肿瘤生长的功能。

2. 抑制DNA损伤修复途径：开发药物抑制DNA损伤修复途径，增强HPV阳性癌细胞对放疗或化疗等DNA损伤疗法的敏感性。

3. 免疫治疗：开发免疫治疗方法，例如利用溶瘤病毒或治疗性疫苗，增强宿主免疫系统对HPV整合阳性癌细胞的识别和清除能力。

4. 个性化治疗：根据患者的HPV整合状态、病毒致癌基因表达水平和整合模式进行分层，制定个性化的治疗方案，实现精准医疗。

总 结

>>>

HPV整合是致癌转化的重要步骤，这个过程对病毒自身是一个“死胡同”，因为它阻碍了病毒的复制。HPV整合是宫颈癌发展中的关键步骤，揭示了致癌转化过程中纷繁复杂的机制。该过程受到多种因素的影响，包括病毒、宿主和微环境因素，并产生了多种整合类型和模型，共同促进了宫颈癌的发生和发展。

了解HPV整合的机制对于更好地理解、诊断和治疗宫颈癌具有重要意义。随着测序技术的进步和HPV整合机制研究的深入，有望开发出更精确的筛查方法和更有针对性的治疗方法，以应对宫颈癌的挑战。