人巨細胞病毒相關(guān)腫瘤調(diào)節(jié)作用的研究新進展

汪曉婷，王明麗

安徽醫(yī)科大學微生物學教研室，合肥 230032

人巨細胞病毒(human cytomegalovirus，HCMV)屬皰疹病毒家族，是一種常見的線性雙鏈DNA病毒。HCMV基因組主要由即刻早期(ie)基因、早期(e)基因和晚期(l)基因構(gòu)成。病毒復制早期，ie基因編碼的相對分子質(zhì)量為72的IE1蛋白(IE-72)、相對分子質(zhì)量為86的IE2蛋白(IE-86)參與宿主細胞基因轉(zhuǎn)錄，干擾細胞周期和生長調(diào)控，也是病毒核酸復制和其他基因表達所必需的[1]。

近10年來，一直有關(guān)于HCMV感染與癌癥潛在關(guān)系的研究報道，在腫瘤組織中檢測到HCMV DNA、mRNA或抗原及血清特異性抗體，表明HCMV感染與一些人類惡性腫瘤有關(guān)。有研究者提出腫瘤調(diào)節(jié)作用的概念，以解釋在腫瘤組織中頻繁檢測出HCMV的現(xiàn)象。腫瘤調(diào)節(jié)作用是指HCMV感染腫瘤細胞并參與調(diào)節(jié)其惡性行為的作用。腫瘤細胞提供了遺傳環(huán)境、細胞內(nèi)信號途徑、轉(zhuǎn)錄因子和腫瘤抑制蛋白，使HCMV得以發(fā)揮其腫瘤調(diào)節(jié)作用。對HCMV持續(xù)感染的細胞株的研究表明，病毒的持續(xù)感染狀態(tài)是發(fā)揮腫瘤調(diào)節(jié)作用所必需的。Cinatl等[2]在小鼠皮下注射HCMV持續(xù)感染的惡性膠質(zhì)瘤細胞，發(fā)現(xiàn)與注射未感染HCMV細胞的對照小鼠相比，腫瘤細胞生長加速，轉(zhuǎn)移灶形成增多。這些結(jié)果支持HCMV感染可能導致腫瘤細胞惡性變。然而，HCMV誘導腫瘤調(diào)節(jié)作用的具體機制目前還不十分明確，現(xiàn)階段學者們主要從以下幾個角度來解釋。

1 HCMV對細胞周期的影響

Arcangeletti等[3]發(fā)現(xiàn)，正常易感細胞被HCMV感染后，病毒編碼的調(diào)節(jié)蛋白可誘導該細胞周期停滯，阻斷細胞DNA復制，僅維持其活性狀態(tài)，從而保證病毒DNA的復制。HCMV調(diào)節(jié)蛋白，如IE1、IE2和PP71，與Rb家族(PRb、P107、P130)蛋白相互作用并減弱其活性，促進細胞進入細胞周期的S期。HCMVul97基因編碼的相應蛋白具有細胞周期蛋白依賴的激酶活性，可導致PRb的磷酸化和失活[4]。IE2蛋白可能通過激活P53第15位絲氨酸的磷酸化致P53蓄積和激活，最終誘導細胞周期停滯[5]。其他病毒調(diào)節(jié)蛋白如pUL69，也與HCMV誘導的細胞周期停滯相關(guān)[6]。

Cobbs等[7]用HCMV持續(xù)感染人惡性膠質(zhì)瘤細胞株，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定表達IE1蛋白并不影響細胞生長。在U87和U118惡性膠質(zhì)瘤細胞中，IE1蛋白誘導的增殖伴隨PRb和P53家族成員(包括P53、P63和P73)表達水平穩(wěn)定減少。相反，在LN229和U251惡性膠質(zhì)瘤細胞中，IE1表達伴隨P53家族蛋白表達增加，同時出現(xiàn)細胞生長停滯。說明HCMV病毒調(diào)節(jié)蛋白的作用可能依賴于腫瘤細胞的內(nèi)部環(huán)境，而HCMV持續(xù)感染腫瘤細胞(包括惡性膠質(zhì)瘤細胞和骨肉瘤細胞)會導致病毒突變體產(chǎn)生。這些HCMV突變株與野生株相比，存在DNA缺失，且IE蛋白大小不同[8]。Murphy等[9]發(fā)現(xiàn)，病毒轉(zhuǎn)化的成纖維細胞中，穩(wěn)定表達的HCMV IE2蛋白，由于其羧基端(C端)突變，細胞停滯在G1點。這些結(jié)果表明，HCMV在受感染細胞的復制周期過程中發(fā)揮作用，主要依賴于細胞內(nèi)環(huán)境與病毒蛋白的作用。

2 HCMV與腫瘤細胞的凋亡

最初Zhu等[10]關(guān)于HCMV感染與凋亡的研究顯示，在HCMV感染的人成纖維細胞(human fibroblast，HF)再次受缺乏相對分子質(zhì)量為19的E1B蛋白表達的腺病毒突變體感染后，HCMV IE1和IE2蛋白可阻斷腺病毒E1A蛋白誘導的凋亡。在宮頸癌HeLa細胞中，HCMV IE1和IE2蛋白也可抑制腺病毒E1A蛋白或腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)誘導的凋亡，但不能阻斷紫外線輻射誘導的細胞凋亡。HCMV IE1和IE2蛋白氨基端(N端)有85個共同氨基酸序列，但這些序列在抗細胞凋亡過程中并不起關(guān)鍵作用，主要依賴這2種蛋白的C端區(qū)域參與抗細胞凋亡。此外， 抗腺病毒E1A蛋白誘導細胞凋亡的效率，IE1蛋白高于IE2蛋白。這些結(jié)果表明，IE1和IE2蛋白并不能阻斷所有誘因誘導的凋亡，且兩者抑制細胞凋亡的機制可能不同。用表達HCMV IE1和IE2蛋白的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染HF細胞，發(fā)現(xiàn)P53水平提高，表明IE1和IE2蛋白的抗細胞凋亡作用可能與P53相關(guān)。Michaelis等[8]認為，HCMV IE2蛋白通過結(jié)合P53抑制其DNA轉(zhuǎn)錄，從而保護細胞免遭P53誘導的凋亡，而HCMV IE1蛋白是否影響P53的功能還需進一步研究。此外，腺病毒E1A蛋白也可誘導不表達P53的人SAOA2細胞凋亡，而IE2蛋白抑制后者凋亡。因此，IE2蛋白與P53相互作用不能充分解釋IE2蛋白阻斷E1A蛋白誘導凋亡的具體機制。

McCormick等[11]認為，HCMV直接抗凋亡主要是ul36-ul38基因編碼的不同轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的作用。HCMVul36基因編碼的蛋白與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8(caspase-8)的前體結(jié)合后抑制其激活，從而阻礙Fas介導的凋亡[12]。HCMVul37基因編碼的產(chǎn)物為Ul37x1，是病毒線粒體凋亡抑制因子，可抑制線粒體預凋亡蛋白內(nèi)源性Bcl-2家族成員Bax和Bak的修復，使Bax和Bak啟動凋亡的功能喪失[13]。在宮頸癌HeLa細胞中，HCMV Ul37x1的表達可耐受多柔比星(阿霉素)誘導的凋亡。HCMVul38基因編碼的蛋白，可抵抗缺失抗凋亡蛋白E1B表達的腺病毒突變體或毒胡蘿卜素破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣穩(wěn)態(tài)誘導的細胞凋亡[14]。在HCMV感染的U373神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞中，病毒2.7 kb非編碼RNA(β2.7)可通過穩(wěn)定線粒體呼吸鏈復合物I來抑制細胞凋亡[15]。HCMV還誘導受感染細胞相關(guān)蛋白來保護腫瘤細胞避免凋亡，包括絲氨酸/蘇氨酸激酶(serine/threonine kinase，Akt)、Bcl-2、△Np73α等[8]。

3 HCMV與腫瘤細胞的侵襲、遷移和黏附

Cinatl等[2]研究表明，HCMV持續(xù)感染神經(jīng)母細胞瘤細胞，會增加瘤細胞向人內(nèi)皮細胞運動和黏附的能力。黏附能力的增強由受感染的腫瘤細胞表面β1α5整聯(lián)蛋白的激活來介導，激活后完整的內(nèi)皮細胞破裂，使腫瘤細胞容易遷移。檢測HCMV持續(xù)感染的神經(jīng)母細胞瘤細胞發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細胞黏附分子(neuronal cell adhesion molecule，NCAM；CD56)表達下調(diào)，腫瘤細胞的黏附和對內(nèi)皮細胞的侵襲能力增強，而腫瘤細胞相互之間的黏附性減少，這可能是轉(zhuǎn)移形成的關(guān)鍵。HCMV對NCAM表達的抑制作用可能是因為受感染細胞的P73表達受抑制，導致NCAM轉(zhuǎn)錄的啟動減少[16]。

在人前列腺癌PC-3細胞和惡性膠質(zhì)瘤細胞中，HCMV感染上調(diào)腫瘤細胞對內(nèi)皮細胞和細胞外基質(zhì)蛋白的黏附功能。該過程伴隨著β1整聯(lián)蛋白表達增強，整聯(lián)蛋白連鎖的激酶水平及局部黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)的第397位酪氨酸磷酸化水平都提高[17]。Hoever等[18]通過對一些持續(xù)受HCMV感染的神經(jīng)母細胞瘤細胞株中基因表達的基因微陣列研究發(fā)現(xiàn)，受感染的細胞中與癌細胞侵襲有關(guān)的基因表達上調(diào)。

4 HCMV與腫瘤血管生成

腫瘤血管修復貫穿整個腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程[19]。Us28蛋白是HCMV編碼的一種G蛋白耦聯(lián)趨化因子受體。Maussang等[20]研究表明，Us28蛋白與腫瘤血管形成有關(guān)。HCMV Us28可縮短小鼠成纖維細胞株NIH-3T3的細胞周期，并促進其惡性轉(zhuǎn)化。接種穩(wěn)定表達HCMV Us28的NIH-3T3細胞至裸鼠，裸鼠腫瘤發(fā)生加快，且血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)受體上調(diào)。在HCMV感染的惡性膠質(zhì)瘤細胞中，Us28可誘導VEGF產(chǎn)生。在HCMV感染的神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞中， HCMV IE1蛋白可協(xié)同細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)和活化蛋白1(activator protein 1，AP-1)激活白細胞介素8(interleukin 8，IL-8)啟動子，誘導IL-8表達，刺激血管生成。此外，HCMV感染的內(nèi)皮細胞也可通過結(jié)合整聯(lián)蛋白β1和β3及表皮生長因子受體，發(fā)揮促血管生成的作用[21]。

5 HCMV與腫瘤細胞的免疫逃逸

HCMV感染還與腫瘤細胞免疫逃逸有關(guān)。由HCMV基因編碼的Us2、Us3、Us6和Us11蛋白可減少細胞表面表達主要組織相容性復合物(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ類和Ⅱ類分子，幫助受感染的細胞逃避適應性免疫應答。HCMV編碼的UL16蛋白下調(diào)MHCⅠ類相關(guān)分子B、細胞表面UL16結(jié)合蛋白1和2。HCMV微小RNA(miR-UL112)下調(diào)自然殺傷(natural killer，NK)細胞表面MHCⅠ類相關(guān)分子B的表達。MHCⅠ類相關(guān)分子B和UL16結(jié)合蛋白都是NK細胞的活化型受體NKG2D的細胞內(nèi)配體，NKG2D在NK細胞、γσT細胞和CD8+細胞內(nèi)表達。HCMV編碼的其他蛋白如MHCⅠ類同系物UL18和UL40，可觸發(fā)NK細胞抑制性CD94/NKG2A受體，抑制NK細胞清除受感染的細胞[22]。

HCMV感染的腫瘤細胞也可能通過產(chǎn)生具有免疫抑制作用的細胞因子而逃避宿主的免疫應答。HCMVul111a編碼人IL-10同系物UL111A(cmv IL-10)，發(fā)揮免疫抑制作用。在潛伏感染期，ul111a轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)選擇性剪接，使?jié)摲鼱顟B(tài)的cmv IL-10表達；后者保留cmv IL-10的一部分免疫抑制功能，可協(xié)助HCMV在潛伏期逃避宿主免疫識別和清除[23]。此外，Kwon等[24]認為，HCMV也可通過刺激細胞免疫抑制因子——轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)的產(chǎn)生和激活來影響受感染的細胞、外周組織或機體的免疫應答，促進病毒復制，干擾宿主對腫瘤細胞的免疫應答。

6 展望

近年來，一些臨床和實驗研究發(fā)現(xiàn)，HCMV感染對腫瘤細胞的生物學行為會產(chǎn)生一系列的影響。HCMV感染與腫瘤的預防和治療已引起越來越多學者的關(guān)注。然而，HCMV誘導的腫瘤調(diào)節(jié)作用需要更系統(tǒng)的定義。首先，需要高度敏感的技術(shù)來檢測腫瘤組織細胞內(nèi)HCMV感染的效價劑量。另外，腫瘤調(diào)節(jié)作用相關(guān)機制的臨床意義需進一步明確，包括HCMV在腫瘤組織細胞環(huán)境中的腫瘤調(diào)節(jié)活性研究，以及從患者腫瘤標本中分離出的HCMV病毒株的基因型和功能研究。HCMV誘導的腫瘤微環(huán)境改變可能與其腫瘤調(diào)節(jié)作用有關(guān)。因此，不僅要研究腫瘤細胞，還要研究間質(zhì)細胞中HCMV誘導的腫瘤調(diào)節(jié)作用。

由于病毒持續(xù)復制是調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵，所以抑制HCMV復制、抑制病毒調(diào)節(jié)基因編碼的蛋白或非編碼RNA的表達可能是預防和治療HCMV持續(xù)感染腫瘤的靶目標，這將為臨床腫瘤的預防和治療提供新的思路。

[1] Halwachs-Baumann G. Recent developments in human cytomegalovirus diagnosis [J]. Expert Rev Anti Infect Ther, 2007, 5(3): 427-439.

[2] Cinatl J Jr, Cinatl J, Vogel JU, Rabenau H, Kornhuber B, Doerr HW. Modulatory effects of human cytomegalovirus infection on malignant properties of cancer cells [J]. Intervirology, 1996, 39(4): 259-269.

[3] Arcangeletti MC, Rodighiero I, Mirandola P, De Conto F, Covan S, Germini D, Razin S, Dettori G, Chezzi C. Cell-cycle-dependent localization of human cytomegalovirus UL83 phosphoprotein in the nucleolus and modulation of viral gene expression in human embryo fibroblasts in vitro [J]. J Cell Biochem, 2011, 112(1): 307-317.

[4] Hume AJ, Finkel JS, Kamil JP, Coen DM, Culbertson MR, Kalejta RF. Phosphorylation of retinoblastoma protein by viral protein with cyclin-dependent kinase function [J]. Science, 2008, 320(5877): 797-799.

[5] Song YJ, Stinski MF. Inhibition of cell division by the human cytomegalovirus IE86 protein: role of the p53 pathway or cyclin-dependent kinase 1/cyclin B1 [J]. J Virol, 2005, 79(4): 2597-2603.

[6] Castillo JP, Kowalik TF. HCMV infection: modulating the cell cycle and cell death [J]. Int Rev Immunol, 2004, 23(1-2): 113-139.

[7] Cobbs CS, Soroceanu L, Denham S, Zhang W, Kraus MH. Modulation of oncogenic phenotype in human glioma cells by cytomegalovirus IE1-mediated mitogenicity [J]. Cancer Res, 2008, 68(3): 724-730.

[8] Michaelis M, Doerr HW, Cinatl J Jr. The story of human cytomegalovirus and cancer: Increasing evidence and open questions [J]. Neoplasia, 2009, 11(1): 1-9 .

[9] Murphy EA, Streblow DN, Nelson JA, Stinski MF. The human cytomegalovirus IE86 protein can block cell cycle progression after inducing transition into the S phase of permissive cells [J]. J Virol, 2000, 74(15): 7108-7118.

[10] Zhu H, Shen Y, Shenk T. Human cytomegalovirus IE1 and IE2 proteins block apoptosis [J]. J Virol, 1995, 69(12): 7960-7970.

[11] McCormick AL. Control of apoptosis by human cytomegalovirus [J]. Curr Top Microbiol Immunol, 2008, 325: 281-295.

[12] McCormick AL, Skaletskaya A, Barry PA, Mocarski ES, Goldmacher VS. Differential function and expression of the viral inhibitor of caspase 8-induced apoptosis (vICA) and the viral mitochondria-localized inhibitor of apoptosis (vMIA) cell death suppressors conserved in primate and rodent cytomegaloviruses [J]. Virology, 2003, 316(2): 221-233.

[13] Norris KL, Youle RJ. Cytomegalovirus proteins vMIA and m38.5 link mitochondrial morphogenesis to Bcl-2 family proteins [J]. J Virol, 2008, 82(13): 6232-6243.

[14] Terhune S, Torigoi E, Moorman N, Silva M, Qian Z, Shenk T, Yu D. Human cytomegalovirus UL38 protein blocks apoptosis [J]. J Virol, 2007, 81(7): 3109-3123.

[15] Reeves MB, Davies AA, McSharry BP, Wilkinson GW, Sinclair JH. Complex I binding by a virally encoded RNA regulates mitochondria-induced cell death [J]. Science, 2007, 316(5829): 1345-1348.

[16] Blaheta RA, Beecken WD, Engl T, Jonas D, Oppermann E, Hundemer M, Doerr HW, Scholz M, Cinatl J Jr. Human cytomegalovirus infection of tumor cells downregulates NCAM (CD56): a novel mechanism for virus-induced tumor invasiveness [J]. Neoplasia, 2004, 6(4): 323-331.

[17] Blaheta RA, Weich E, Marian D, Bereiter-Hahn J, Jones J, Jonas D, Michaelis M, Doerr HW, Cinatl J Jr. Human cytomegalovirus infection alters PC3 prostate carcinoma cell adhesion to endothelial cells and extracellular matrix [J]. Neoplasia, 2006, 8(10): 807-816.

[18] Hoever G, Vogel JU, Lukashenko P, Hofmann WK, Komor M, Doerr HW, Cinatl J Jr. Impact of persistent cytomegalovirus infection on human neuroblastoma cell gene expression [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 326(2): 395-401.

[19] Soroceanu L, Cobbs CS. Is HCMV a tumor promoter [J]? Virus Res, 2011, 157(2): 193-203.

[20] Maussang D, Verzijl D, van Walsum M, Leurs R, Holl J, Pleskoff O, Michel D, van Dongen GA, Smit MJ. Human cytomegalovirus-encoded chemokine receptor US28 promotes tumorigenesis [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103(35): 13068-13073.

[21] Bentz GL,Yurochko AD. Human CMV infection of endothelial cells induces an angiogenic response through viral binding to EGF receptor and beta1 and beta3 integrins [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105(14): 5531-5536.

[22] Powers C, DeFilippis V, Malouli D, Früh K. Cytomegalovirus immune evasion [J]. Curr Top Microbiol Immunol, 2008, 325: 333-359.

[23] Jenkins C, Garcia W, Godwin MJ, Spencer JV, Stern JL, Abendroth A, Slobedman B. Immunomodulatory properties of a viral homolog of human interleukin-10 expressed by human cytomegalovirus during the latent phase of infection [J]. J Virol, 2008, 82(7): 3736-3750.

[24] Kwon YJ, Kim DJ, Kim JH, Park CG, Cha CY, Hwang ES. Human cytomegalovirus (HCMV) infection in osteosarcoma cell line suppresses GMCSF production by induction of TGF-beta [J]. Microbiol Immunol, 2004,48(3):195-199.