HPV病毒及其疫苗的研究进展

HPV病毒及其疫苗的研究进展 HPV病毒及其疫苗的研究进展 第2O卷5期 Vo1.20No.5 四川文理学院 SichuanUniversityofArtsandScienceJournal 2010年O9月 Sep.2010 HPV病毒及其疫苗的研究进展 江昱 (贵州师范大学生命科学学院,贵州贵阳550001) 摘要:人乳头瘤病毒(HPV)是引起宫颈癌的主要病因,HPV疫苗的研制成为近年来研究热点.主要对 HPV病毒的结构,HPV疫苗不同类型及其优缺点进行综述,最后针对目前HPV疫苗面临的安全,有效,成本等 问题提出展望. 关键词:宫颈癌;HPV病毒;HPV疫苗;预防性疫苗;治疗性疫苗 中图分类号:R284文献标志码:A文章编号:1674—5248(2010)05—0054—03 宫颈癌是女性生殖系统的常见恶性肿瘤,继乳腺癌 后,宫颈癌位居导致女性死亡肿瘤的第二位,目前我国的 宫颈癌发病呈总体下降但年轻患者增加的趋势.官颈癌的 病因很复杂,自从1977年Laverty在电镜中观察到宫颈癌 话检组织中存在HPV颗粒,以及德国学者ZurHausen推测 人乳头状瘤病毒(HPV)感染与宫颈癌发生有关后,国内外 许多学者对HPV感染与宫颈癌的相关性进行了大量的研 究,累积的分子学和临床证据表明,HPV感染是宫颈癌发 病的必须因素.因此,研究HPV病毒的结构,研发HPV的 疫苗,了解不同HPV疫苗的优缺点对于宫颈癌的预防和 治疗都有重要意义. 1HPV病毒 HPV属于乳头多瘤空泡病毒科乳头瘤病毒属,它是 一 类分子量较小的无包膜的双链环状嗜上皮性DNA病 毒,通过入侵生殖道鳞状上皮细胞及其它组织器官的上皮 细胞,…使细胞发生分化失调,引起局部上皮增生,增厚或 呈乳头状,在宫颈则引起宫颈上皮不典型增生及宫颈癌. HPV在长期的进化过程中与人类宿主的免疫系统相互作 用,形成了多种变异类型,根据HPV的结构,功能和致病 性的不同分为低危型和高危型,前者包括HPV6,l1,30, 39,42,43和44等,主要引起皮肤粘膜的良性增生性病变, 如生殖道乳头状瘤,外生性湿疣类病变,低度子宫颈上皮 内瘤变(CIN)等,一般不诱发癌变;后者包括HPV16,18, 3l,33,35,45,5l,52,56,58和6l等,常与恶性肿瘤的发生 有关.不同型别的HPV基因结构基本相似,其DNA包括 早期基因区(E),晚期基因区(L)和长控制区(LCR)3个 部分.早期基因区可以编码El,E2,E4,E5,E6,耵等早期 蛋白,其功能与病毒的复制,转录,翻译调控和细胞转化有 关,其中E6,E7是主要的致癌基因;晚期基因区可以编码 主要(L1)和次要(L2)衣壳蛋白;长控制区含有HPV基因 组DNA的复制起始点和基因表达所必须的控制元件,调 控病毒基因的转录复制.由于地理位置及种族不同,HFV 感染型别具有明显的种属特异性,谢芳等对福建闺东地区 2该地区以高 畲族妇女进行HPV亚型感染的筛查发现,【 危型HPV52型感染最多;全球范围内的研究显示,HPV感 染亚型分布有一定的区域性,如HPV45在非洲西部常见, 在南美洲常见的是31型,而HPV35和59型仅在美洲的 中部和南部宫颈癌组织中检出;当然,在常见的高危型中, HPV16和l8型感染率最高,没有明显的地域差异,Bulk 等报道,HP~16与鳞状细胞癌的发生密切相关,而 HPV18则与腺癌相关.以上相关研究均为将来有针对性的 研发HPV疫苗提供了科学参考. 2HPV疫苗及其优缺点 HPV在宫颈癌发病机理中的重要性使HPV疫苗受到 重视.目前,各个国家都致力于研究减毒,安全,高效,低成 本的HPV疫苗,以满足不同经济地区的高危人群和患者 需要,有效地预防和治疗HPV感染所引起的宫颈癌.根据 免疫学设计方法不同,HPV疫苗可分为预防性疫苗和治 疗性疫苗两类. 2.1预防性疫苗 HPV预防性疫苗主要针对健康人群.疫苗防癌早有 先例,最典型的就是B型肝炎疫苗预防肝癌,1991年 ? 收稿日期:2010—05—27 作者简介:江昱(1979一),女,黎族,贵州贵阳人.讲师,硕士,主要从事动物遗传育种与 繁殖研究. 江昱:HPV病毒及其疫苗的研究进展2010年第5期 Koutsky等了宫颈癌可用疫苗预防.如果妇女在进 入性生活前接种这些类型的疫苗,她们患癌的概率将下降 至少85%.预防型疫苗种类较少,传统的预防性疫苗一般 是减毒活病毒,如麻疹,腮腺炎病毒等,但HPV不能体外 培养,故此方法不可行.多数公司和研究小组研发的HPV 预防性疫苗主要是基于基因工程重组产生的病毒,即以晚 期基因的表达产物Ll和L2的似病毒颗粒(VLPs)为靶目 标,其中HPV一16病毒样颗粒疫苗(VLPs)和糖蛋白D疫 苗的研究取得了重大进展,前者可诱导机体产生细胞免疫 应答,在形态上与HPV完全一样,但不含病毒DNA,它是 一 类不能复制,没有感染性的50nm的球体,其结构上天然 拥有与完整病毒相同的抗原空间表位,可激发机体的 CD4淋巴细胞接到的体液免疫反应,刺激机体产生保护 性中和抗体,热稳定性好,不易失活.Koutsky等研究发现 接种该种疫苗的妇女不但可以预防与HPV一16相关的侵 润癌前疾病(保护率100%),还可以预防持续和暂时的 HPV一16感染(保护率分别为100%和91%),针对11,16 和18型的VLPs疫苗和16/18复合型疫苗都在动物试验 中通过酶联免疫吸附血细胞凝集抑制实验进行了检测,由 此可见,VLPs疫苗是目前最有前途的预防性疫苗;后 者又叫HSV和HPV联合疫苗,主要用于抗复发治疗,同 时有预防感染的作用,其作用是刺激机体产生抗体和增强 细胞毒作用. 2.2HPV治疗性疫苗 HPV引发上皮细胞的转化并最终导致癌变主要由于 HPV转化基因E6,E7造成,治疗性疫苗通过早期HPV基 因编码蛋白(E6,E7)的抗原表位来产生免疫反应,由于大 部分肿瘤特异性抗原来自正常或变异的蛋白,而E6,E7 编码蛋白则是外来病毒蛋白,比变异蛋白的抗原决定基更 稳定,是抗原特异性免疫治疗的最佳攻击位点,也不会出 现因抗原丢失而逃避宿主免疫反应的现象.实验证实在宫 颈上皮细胞发生癌变的过程中必须有E6,E7基因的持续 表达,E6可诱发P53的降解,E7可抑制Rb的抑癌功能, 因此针对E6,E7为治疗目标的HPV治疗性疫苗已成为研 究焦点,其类型主要有以下几种: 2.2.1肽类疫苗 肽类疫苗在离体及在体的条件下均能促发特异性的 CD8细胞毒性T淋巴细胞(CTL)反应,从而对肿瘤细胞 起杀伤作用,无癌蛋白的致病性,能借助基因工程技术大 量生产,肽段疫苗最典型的代表为E7肽段疫苗,主要是 E7蛋白第11—20和86—93氨基酸2段分子肽段.多肽疫 苗具有易于生产,价廉等优点,但多肽疫苗抗原性弱,一般 要结合佐剂使用,目前唯一批准的佐剂是A1(OH),,该佐 剂能促进体液免疫,但对治疗起重要作用的细胞免疫无促 进作用;多肽疫苗另一个问题是需要符合特定的HLA型, 应用上有一定的局限性,动物实验证明应用对HLA— A0201具有高亲和性的HPV16E7多肽仅能对有限的患者 起作用,l7为扩大该疫苗在患者中的应用范围,可采用一 些与其它HLA组织型有亲和性的较长的多肽片段. 2.2.2HPV重组载体疫苗 病毒载体作为一种有效的呈递HPV蛋白的方法长期 以来被广泛的研究.现主要有腺病毒载体疫苗,重组牛痘 病毒疫苗等,其在细胞溶质中复制RNA,可明显降低HPV E6/E7整合到宿主基因组的危险,Daemen等用塞姆利基 森林病毒作载体,可以提高E6/E7融合蛋白的产量,使 被免疫的鼠CTL反应增强和已生长的肿瘤消退.除此之 外,细菌如乳酸菌,沙门菌等也可作为载体制备疫苗,作用 机制与上述相同. 2.2.3HPV嵌合蛋白疫苗 HPV晚期蛋白Ll和的末端与早期蛋白相融合,以 激发对早期蛋白的免疫.该疫苗有三种类型:同型HPV的 不同期蛋白的嵌合,如将HPVI6早期蛋白和衣壳蛋白嵌 合;不同型别的HPV病毒蛋白的嵌合;HPV和其他种类的 微生物的嵌合.嵌合疫苗既可刺激机体产生体液免疫, 起到预防作用,也能激发细胞免疫,起治疗作用,但是对于 感染者来说,血清中经常存在抗晚期蛋白的抗体,这些抗 体对嵌合蛋白的治疗可能具有抑制作用,对于该疫苗的主 要缺陷有待进一步优化. 2.2.4HPV融合蛋白疫苗 由HPV早期蛋白相互融合或早期蛋白融合有其它蛋 白,不受MHC限制,可产生CD8T细胞免疫反应,抗肿瘤 反应及体液免疫反应,能更好的激发对机体免疫系统的免 疫功能,但治疗效果不理想且表达水平较低,早期蛋白具 有致癌潜能.目前有关热休克蛋白的报道较多,如由 HPV16的E7蛋白与牛的分歧杆菌热休克蛋白65融合而 成的HSP65一E7,训利用热休克蛋白可将抗原导人树突 状细胞的特性,从而激活抗早期蛋白E7的细胞免疫,该疫 苗具有无HLA限制,CTL反应无需CD4T细胞诱导的特 点,对已扩散或HIV感染等免疫抑制患者具有优势. 2.2.5HPV核酸疫苗 一 般分为DNA疫苗和RNA疫苗.DNA疫苗将病毒 DNA直接编码成抗原,利用宿主的APC与T细胞结合,产 生细胞核体液免疫反应,无MHC限制性,通过MHC途径 激发HPV早期蛋白的细胞免疫,但DNA疫苗的免疫原性 较弱,树突状细胞(DC)是APC的免疫反应中最重要的免 疫细胞,因此,目前的研究是以DC为载体来增强DNA疫 苗的免疫反应,可产生特异性T细胞反应及CTL反应,该 疫苗具有较多优点:可同时激活细胞和体液免疫,持续表 达抗原,易于制成多价疫苗,不需要佐剂,热稳定性好,制 备提纯简便,成本低廉等;但外缘HPVDNA在整合入宿主 基因组I)NA的过程中,可能会导致宿主细胞转化为癌细 胞,因此也存在免疫效果弱和重组复活等安全性问题. RNA疫苗和DNA疫苗相比,其稳定性差,转染能力低,免 疫原性弱,对于注射部位有逐渐增强的坏死和炎症反应, 并且活化的NK细胞和抗原特异性的T淋巴细胞可能会 产生自体免疫,最终损伤组织和器官;当然,RNA疫苗也 有自身的优势,它自我复制能力强,可以产生较高浓度的 抗体,由于不含病毒结构基因,无致癌潜能,有利于人体的 55 2010年第5期江昱:HPV病毒及其疫苗的研究进展 应用.因此,对于动物单纯的E,疫苗,只有将DNA—RNA 制成联合疫苗可以产生明显的E,特异性CTL反应及抗肿 瘤反应,以解决抗原的递呈令人不满的问题. 2.2.6HPV联合疫苗 适用于晚期宫颈癌的疫苗,与共刺激细胞分子(IL一 12,GM—CSF等)一起转染肿瘤细胞会激活T细胞,增强 免疫反应和抗肿瘤效应,使肿瘤缩小,从而使晚期患者有 二次手术机会. 3HPV疫苗面临的问题及展望 HPV疫苗的问世也带来了一些棘手的问题:(I)有报 道称对于年轻的健康女性,如果能在适当的时机,接收三 次必要的接种,该疫苗的有效率可高达100%,WHO]ARC 最新数据显示,全球每年新发病例中有80%发生在发展 中国家,经济条件成为接种的最大障碍,科研工作者一直 在不断地探索安全,有效,可负担得起的HPV疫苗,以达 到最大限度的控制宫颈癌的预防和发生;(2)哪个接种年 龄才能达到最佳的预防效果?要达到预期效果,疫苗需在 女孩子开始性生活前接种,最好的选择就是在儿童期接种 HPV疫苗,但这也只能持续到她们进入青春期前,如果需 要再次加强接种,对于还没有开始性生活的女孩子们将遇 到一个高度敏感的问题,所以搞清接种年龄是一项需要长 期摸索的问题;(3)HPV多型性仍是研究的难点,单独筛 选某些型别的HPV疫苗比较困难;怎样克服HPV病毒的 免疫逃逸是开发HPV疫苗的一项难题;(4)短期内减毒的 活疫苗,修饰的DNA,联合疫苗及VLP疫苗将一直是研究 热点,多型别,多效价的联合疫苗将是趋势;(5)高效安全 载体的选择,新型治疗方法的引入也将是研究的发展方 向.当前全球正掀起怎样安全,有效根除HPV感染的热 潮,期望宫颈癌成为可预防和根除的恶性肿瘤的先例. 参考文献: [1]VillaLL,BernardHU,KastM,eta1.Past,PresentandfutureofHPVresearch:higulightsfromthe19"InternationalPaPillomo.- 173. virtuConference一卯2001[J].VirusRes,2002,(89):163— [2]谢芳,等.福建阈东地区畲族妇女宫颈HPV感染的检测[J].中国妇产科临床杂 志,2010,(11):98—100. 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