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学术前沿

HPV与肿瘤

发表者:朱青山 2249人已读

Nature:性、肿瘤和病毒

2013-12-04 来源:lifeomics 作者:YORK 1687 0安阳市肿瘤医院放疗科朱青山
 

科学家们发现,有一种头颈部肿瘤也是由人乳头瘤病毒(Human papillomavirus, HPV)引起的,该发现一经公布,就立刻引起了关注,很多科研人员都投入到这个研究领域,开始寻找相关的风险因素,开发检测方法,寻找治疗手段。

那还是在1988年,在一个阳光明媚的早上,Maura Gillison漫步在美国马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland)的校园里,她脑袋里正在琢磨一种病毒。穿过校园,Gillison这名年轻的肿瘤学家径直走进了学校肿瘤研究中心的所长办公室,因为她要向所长汇报工作。Gillison发现,美国每年有数万名喉癌(throat cancer)患者都是因为HPV病毒(这是一种我们每一个人一生中几乎都会感染过的常见病原体)感染而致病的。“所长听完了汇报之后看了我半天,一个字都没说。不过那是我头一次有一项工作引起了别人的兴趣,而且也是我头一个比较有意义的工作。” Gillison回忆说。

Gillison也知道,得出这样一个结论需要非常确凿的证据来支持。我们都知道HPV病毒能够导致宫颈癌(cervical cancer)和其它少数几种生殖器肿瘤(genital cancer),可是从来也没听说过HPV病毒还能引起其它肿瘤。于是Gillison选择喉癌患者和健康人群,精心开展了一次流调工作。这项工作历经7年,一共招募了300名志愿者,Gillison收集了这些人的组织样品,但是为了确保试验的真实性,她从来就没有看过研究数据,一次都没有,她做研究的原则就是,一定要等到所有的数据全都收集齐了之后再开始进行数据分析。她只让数据说话。 Gillison严谨的就好像一个刚刚涉足科研工作的菜鸟一样。

到了2005年,Gillison终于可以和她的博士生坐下来对这7年来收集的数据开展分析工作了。不到一个小时,计算机上就给出了她们这些年来辛苦工作的具体结果,患头颈部癌的患者口腔和喉部感染HPV病毒的几率要比普通人高15倍。这个结果也给Gillison之前的研究工作提供了数据支持。Gillison之前发现,HPV病毒的DNA可以整合到喉上皮细胞的胞核里,表达致癌蛋白。Gillison看到电脑给出的结果之后一下子从椅子上跳了起来,高兴得手舞足蹈,她说道:“没想到HPV感染与头颈部肿瘤之间的关系这么密切,这绝对算得上是不可推翻的铁证。”

自此,Gillison与多名科学家一起陆续收集了大量的证据,证明有很大一部分头颈部癌症患者是因为感染了HPV病毒而致病的,而且她们还发现,HPV阳性的头颈部肿瘤患者的人数和比例呈现出逐年上升的趋势。美国宾夕法尼亚州匹兹堡大学肿瘤研究所头颈外科(head and neck surgery at the University of Pittsburgh Cancer Institute in Pennsylvania)主任Robert Ferris认为,这一发现彻底颠覆了整个头颈部肿瘤学界的传统观念。

整个医学界也立刻行动起来,尽力发掘与这个发现相关的各种信息。不过目前还没有比较好的、针对头颈部肿瘤患者的HPV筛查手段,而且尽管有证据显示,商业化的HPV疫苗对所有成年人可能都有预防发生头颈部肿瘤的作用,但是目前这类疫苗也只针对26岁以下人群。另外还有一个问题,如果HPV病毒能够渗透我们口腔和喉部的粘膜(mucous membrane),那它们的“终点站”会是哪里呢?目前有迹象显示,HPV病毒除了能够引起上述这些肿瘤之外,还是包括肺癌在内的其它一些常见肿瘤的患病风险因素。

Gillison认为,眼下科研人员和医生们都需要更进一步了解HPV的致癌机制,以及如何更好地预防并治疗这些因为HPV所引发的癌症等信息。“我们的医院都被这些病人(因为HPV所导致的头颈部肿瘤患者)给塞满了。我一直在各种公开场所和媒体上介绍这方面的情况,但是效果一点都不好,好像就没人听过我的介绍似的,这一点也让我非常难以理解。” Gillison接着说道,言语之中的烦恼之情溢于言表。

HPV病毒彩色透射电子显微镜(coloured transmission electron micrograph)图片。

新的威胁

James Rocco是美国波士顿麻省综合医院头颈部肿瘤分子研究中心(head and neck molecular oncology research at Massachusetts General Hospital in Boston)的主任,他至今还记得这一情况出现转机时的种种情况。直到上个世纪末,主流的观点还认为绝大部分喉癌都是因为烟酒导致的。在Rocco自己收治的患者当中也以50岁左右的男性居多,这些人都有超过30年的吸烟饮酒史。不过在那之后,就慢慢开始有40岁左右的马拉松选手,以及其他一些健康状况比较好的人前来就诊了,而且这些人变得越来越多。不过对这些患者进行化疗和放疗往往会收到比较好的治疗效果,明显比其他头颈肿瘤患者好得多。

这些患者的实验室检测结果也不太一致。这些较为“健康的”癌症患者肿瘤生长的部位似乎起源于扁桃腺内部(tonsil crevices),而不是更为常见的扁桃体表面。另外还发现,有越来越多的肿瘤细胞并没有携带p53突变基因,而在过去,这可是口咽肿瘤(oropharyngeal cancer)的一大标志。“当时我们就有一种感觉,这是另外一种不太一样的肿瘤。” Rocco回忆说。

终于,在1996年,由于一个同事的偶然评论,Rocco开始重视起这个问题,并且对此展开了研究。有一天约翰霍普金斯大学Bloomberg公卫学院(Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health)的分子微生物学家Keerti Shah和Gillison在校园里散步,Shah提起了他在芬兰开展的一项研究,他们在一株源自口咽肿瘤的细胞系当中发现了HPV病毒。这引起了Gillison的重视,她想到“这是一个偶然的事件吗?”“是不是有HPV病毒污染了试验样品?”“还是真的像Shah推测的那样,是因为HPV引发了头颈部肿瘤?”

于是Gillison马上回到实验室做了一番深入的文献检索。同时开始对医院收集到的肿瘤标本进行了分析,结果在25%的肿瘤组织中都发现了HPV病毒。随后她又用多种不同的技术验证了这个结果,确定结果非常可靠,实验室里绝对没有发生HPV污染。紧接着,Gillison又对早中、晚、期这三个不同阶段的肿瘤标本进行了检测,结果不仅发现了HPV病毒,还发现了两种病毒表达的癌蛋白(oncoprotein),这些证据都表明HPV病毒与肿瘤的发病有着密切的关联。Gillison也对这些HPV检测结果为阳性的肿瘤患者进行了详细的检查,掌握了非常全面的临床资料,还发现了好几个HPV阳性肿瘤患者特异性的分子标志物。这项工作整整持续了一年半,期间Gillison一天都没有休息过。

“这就是完全不同的两种疾病。它们表面看起来可能差不多,患者都是因为颈部肿块、喉咙痛等症状过来就诊,但是我们知道,这两种疾病的致病原因是完全不同的。”——Maura Gillison

Gillison、Shah等人于2000年发表了这一研究成果,她们发现HPV病毒阳性的口咽肿瘤是一种发自扁桃体隐窝内部的肿瘤,在肿瘤细胞的核内存在HPV病毒的DNA,而在肿瘤细胞周围的正常细胞内是检测不到HPV病毒DNA的。而且这种类型的肿瘤不像HPV病毒阴性的肿瘤那样有较为明显的p53基因突变,它与烟酒的关系也不是十分明显,同时预后也较好。不过很多肿瘤学家对此还是抱有疑虑,很多人都认为HPV病毒可能就只是一个“乘客病毒(passenger virus)”,也有可能就是因为污染。还有一部分人则认为HPV病毒可能与烟酒一样,是口咽肿瘤的一个患病风险因素,而不是致病因素。

2007年,Gillison终于发表了她为期七年的人群研究结果——口腔HPV感染的确与口咽肿瘤有关系。第二年,她又发表了一篇文章,她发现HPV病毒阳性和HPV病毒阴性的口咽肿瘤有着截然不同的患病风险因素。HPV病毒阳性的患者大部分都有口(性)交历史,而且有多个口交性伙伴,这部分人的发病与烟酒的关系都不太明显;HPV病毒阴性的患者则恰好相反,他们都有多年的烟酒史,但是基本都没有口交史。据Gillison介绍,这就是完全不同的两种疾病。它们表面看起来可能差不多,患者都是因为颈部肿块、喉咙痛等症状过来就诊,但是她们知道,这两种疾病的致病原因是完全不同的。

从那以后,质疑声慢慢消匿。2007年,法国里昂的世界卫生组织国际肿瘤研究所(World Health Organization’s International Agency for Research on Cancer in Lyons, France)宣布,有充分的证据表明,HPV病毒就是这一类口咽肿瘤的致病原因。美国休斯敦市德克萨斯大学MD Anderson肿瘤研究中心头颈外科研究所(head and neck surgery research at the University of Texas MD Anderson Cancer Center in Houston)的主任Jeffrey Myers在听到这个消息之后也欣慰地表示,Gillison的成果终于得到了肯定。

学术界的肯定来得可并不容易。近30年来,头颈部肿瘤患者的人数一直不断上升,目前美国每年将近有1万人患上头颈部肿瘤,估计到2030年这个数字将达到1.6万。其中大部分都是HPV导致的。在全球范围内,也有45%至90%的口咽肿瘤是由HPV病毒导致的。英国伯明翰大学头颈研究所(Institute of Head and Neck Studies and Education at the University of Birmingham, UK)的所长Hisham Mehanna曾经对250多篇介绍头颈部肿瘤发病率的文章进行过荟萃分析,据他介绍,欧洲在10至15年内,HPV病毒阳性的头颈部肿瘤患者人数增长了4倍。他还认为,他们的数据显示,这个数字还会进一步增大。为什么近年来HPV病毒导致的头颈部肿瘤发病人数会出现这种猛增的趋势呢?性伙伴人数增多可能就是其中的一个原因。

惹祸的蛋白

最终发现,HPV病毒导致喉癌的发病机制与它导致宫颈癌的发病机制一模一样。病毒的DNA会整合到正常细胞的基因组当中,并且利用细胞的转录翻译机制表达了两种有害的病毒蛋白——E6和E7蛋白。这两种蛋白都能够与两种非常重要的抑癌蛋白p53和pRb蛋白结合,抑制这两种抑癌蛋白的活性。我们都知道,活化的pRb蛋白能够抑制细胞过度生长,如果缺少了这种蛋白活性,细胞的增殖就会不受控制,而这就是肿瘤细胞的一大特征。活化的p53蛋白能够在细胞DNA出现损伤时抑制细胞继续分裂,启动DNA修复机制对损伤进行修复,或者直接促使细胞凋亡。如果缺少了p53蛋白的正常功能,细胞可就不管那么多了,不论DNA是正常的还是异常的,都一如既往地增殖下去,当突变累积到一定程度的时候,细胞就会发生癌变。

在因为感染HPV病毒而癌变的细胞里,病毒会使细胞内正常的p53基因沉默,可是基因并不会受损;不过在HPV病毒阴性的肿瘤细胞里,p53基因会发生突变(这可能与吸烟有关),表达异常的、没有功能的p53蛋白。这也解释了为什么HPV病毒阳性的口咽癌患者对治疗的反应性更好,因为有证据表明,化疗或放疗等治疗措施可以重新活化p53基因,表达正常的p53蛋白,发挥其抗癌作用。

当然可能也有另外的原因。比如HPV病毒阳性的肿瘤患者身体健康状况普遍都要比HPV病毒阴性的肿瘤患者更好一些,也要更年轻一些,吸烟的比例也更低,对治疗的依从性也更高等。还有一项对74名头颈部肿瘤患者进行的测序研究发现,HPV病毒阴性的肿瘤患者体内的肿瘤组织异质性(heterogeneous)更高。HPV病毒阴性的肿瘤细胞突变率更高,突变的范围也更广。所以该研究的参与者之一Rocco认为,这些HPV病毒阴性的肿瘤患者耐药性也更高。

有毒性的治疗方案(TOXIC TREATMENT)

HPV病毒阳性的肿瘤患者预后更佳的事实已经让包括Gillison和Ferris在内的多位临床医生们思考这样一个问题,即是否应该采用另外一种方案对这部分患者进行治疗。目前的标准治疗方案就是用化疗(比如顺铂)和放疗相结合的治疗方案。这会带来很多不必要的副作用,比如喉头(voice box)、咽喉损伤等,这会影响患者将来的吞咽和语言功能。对于更加年轻,身体健康状况更好的HPV病毒阳性患者而言,他们在治疗后3年之内的死亡率要比HPV病毒阴性患者低58%,所以放化疗的毒副作用对这部分人的影响是非常大的,目前也正在探索其它治疗方案,比如低毒的化疗药物等。

科研人员们也在想办法提前预防这种HPV阳性肿瘤的发生。有超过90%的HPV阳性口咽癌患者都是因为感染了HPV-16型病毒,这是一种高危型病毒,也是导致宫颈癌的最主要原因。目前默克公司(Merck)和葛兰素史克公司(GlaxoSmithKline)已经分别推出了一款HPV疫苗产品,即 Gardasil和Cervarix,这两款疫苗都能够预防HPV-16病毒感染。所以从理论上来说,我们是有办法预防这种HPV阳性的口咽癌的。美国国立癌症研究院(US National Cancer Institute)在今年曾经发表过一篇文章,他们招募了5840名妇女开展了一项临床试验,发现Cervarix对于预防口腔HPV病毒感染的有效率高达93%。这些妇女之前可能有宫颈HPV病毒感染,也可能没有,不过她们都没有接种过HPV疫苗。

不过目前还存在一个问题,以至于不能让FDA同意用HPV疫苗来预防口咽癌,那就是还没有一种方法能够证明HPV疫苗真的能够预防口咽癌。对于宫颈癌,医生可以用常规的宫颈细胞涂片的筛查方法来证明是否出现了癌变细胞。可是由于HPV病毒阳性的口咽癌起源于扁桃体内部,所以只能采取侵入式的活检方法进行检测。“从理论上来说我们是可以发现癌变细胞的,但是只有对参加临床试验的每一个人进行一次扁桃体摘除术才能拿到这个结果。可这是不可能的。” Gillison解释说。

不过也可以用另外一种办法。Mehanna等人对1250位接受了扁桃体切除术(非肿瘤原因)的其他疾病患者的扁桃体标本进行了分析。结果在一些HPV病毒阳性的标本中发现了癌前病变病灶。“我们正在验证这些病灶就是因为感染了HPV病毒才出现的,而不是随机出现的。” Mehanna介绍说。

除了上述这些问题之外,也存在其它一些问题。比如,科学家们还没有明确口腔HPV病毒是否只能够通过口交的方式感染,湿吻等其它方式能否传染HPV病毒。大部分感染了HPV病毒的人也不会患上肿瘤,90%的感染者在两年之内都能够自然清除病毒,可现在还没人知道这是为什么。

科学家们也在探索HPV病毒是否还可以引起其它类型的肿瘤,比如与食管癌的关系等,但是目前还没有得出确定性的结论。另外一个热点研究领域就是肺癌。数十年来我们都非常清楚,吸烟是导致肺癌的第一大风险因素。但还是有15~20%的男性肺癌患者和50%的女性肺癌患者根本就没有吸烟史。所以有人怀疑这部分人患病也与HPV病毒有关。

目前得到的数据还是比较矛盾的。2001年有一篇文章指出,在141名肺癌患者中,55%的人的肺癌组织中都检出了HPV病毒,在60名对照组当中,只有27%的人检出了HPV病毒。可是在2009年,德国Jena大学附属医院病理学研究所(Institute for Pathology at Jena University Hospital in Germany)的所长Iver Petersen等人对53篇论文,共计4508例肺癌样本进行了一次荟萃分析,结果发现HPV病毒只是位列在吸烟之后的第二大肺癌致病风险因素。Petersen等人也欢迎更多的人关注这个问题,研究这个问题。不过很多研究都得出了不同的结论。比如Gillison等人就采用更为敏感的DNA检测手段对450位肺癌患者进行了研究,结果根本就没发现HPV病毒。

不过对于头颈部肿瘤而言,Gillison还是非常确定,HPV就是导致肿瘤发病的致病因素,而且她也坚信这条结论能够帮助临床医生们给患者更好的治疗和帮助,也能够用疫苗来预防这种疾病,她说道:“对于肿瘤而言,我们还没有太多的机会能够如此的肯定这种肿瘤就是由某种原因导致的,而且还有一套效果比较明确的治疗和预防手段帮助我们治疗和预防这种疾病。”

原文检索:

Megan Scudellari. HPV: Sex, cancer and a virus. Nature, 21 November 2013; doi:10.1038/503330a

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发表于:2013-12-08 17:36

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