吳桐桐，王志蓮

宮頸癌是全球第四大常見的惡性腫瘤，也是全球女性因惡性腫瘤死亡的第四大原因[1]。據(jù)統(tǒng)計，全球每年宮頸癌新發(fā)病例中近1/3發(fā)生在中國，我國宮頸癌每年發(fā)病率高達7.5/10萬，死亡率為3.4/10萬[2]。據(jù)流行病學統(tǒng)計，我國宮頸癌的發(fā)病和死亡高峰年齡均呈年輕化趨勢，因此，在中國宮頸癌仍是重要的公共衛(wèi)生問題。盡管人乳頭瘤病毒（human papilloma virus，HPV）疫苗、宮頸癌癌前篩查、陰道鏡檢查、手術(shù)切除以及放化療顯著降低了宮頸癌病死率，但其5年生存率仍較低[3-4]，因此找出宮頸癌進展中的關(guān)鍵事件和調(diào)節(jié)分子可能是實現(xiàn)宮頸癌精準防治的關(guān)鍵。

持續(xù)的高危型人乳頭瘤病毒（high risk human papilloma virus，HR-HPV）感染是宮頸癌發(fā)生發(fā)展的高危因素，由于腫瘤的發(fā)生發(fā)展一般是多種生物因素共同作用的結(jié)果，單獨的HPV感染不足以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展，因此進一步探究宮頸癌發(fā)生發(fā)展的潛在細胞分子機制仍然是婦科腫瘤的研究熱點。自噬在介導(dǎo)病毒感染及腫瘤發(fā)生中也起著關(guān)鍵作用，有研究發(fā)現(xiàn)自噬和HPV之間相互作用密切，自噬紊亂可能有利于HPV感染及致瘤；HPV還利用細胞自噬促進受感染的宮頸上皮細胞增殖，顯著促進宮頸癌變發(fā)生[5]。缺氧是絕大多數(shù)惡性實體腫瘤的生存微環(huán)境，宮頸鱗狀細胞癌是宮頸癌最常見的病理類型，屬于實體腫瘤，缺氧是其主要的物理特征之一，而許多缺氧調(diào)控的基因受缺氧誘導(dǎo)因子1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）控制，HIF-1普遍存在于實體瘤中，只有在缺氧條件下才能穩(wěn)定表達，其可以調(diào)控糖代謝、血管生成和氧氣運輸?shù)冗^程中一些蛋白質(zhì)的形成[6]。目前自噬和缺氧在宮頸癌發(fā)生發(fā)展過程中的研究尚處于起步階段，現(xiàn)綜述宮頸癌中自噬的發(fā)生與缺氧的關(guān)系，以期為尋找治療HR-HPV相關(guān)宮頸癌的新靶點提供理論依據(jù)。

1 HPV、HIF-1α、磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）自噬通路與宮頸癌

1.1 HPV16與宮頸癌HR-HPV持續(xù)感染是宮頸癌的主要原因[7]。HR-HPV感染能夠顯著促進宮頸柱狀上皮細胞的病變并增加宮頸癌的發(fā)生風險，尤其當患者有HPV16感染時，高級別宮頸上皮內(nèi)瘤變或?qū)m頸癌的發(fā)生風險可進一步上升[8]。HR-HPV包括16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68、73型，其中16、18型易侵犯鱗柱交界區(qū)。HPV16改變了細胞中與凋亡、黏附、轉(zhuǎn)移、血管生成和代謝相關(guān)的各種基因的表達[9]。HPV16 E6和E7癌蛋白對驅(qū)動宮頸癌發(fā)生起關(guān)鍵作用。在復(fù)制病毒基因組的過程中，E6和E7可以誘導(dǎo)癌細胞的所有特征，即不受控制的細胞增殖、血管生成、侵襲、轉(zhuǎn)移和不受限制的端粒酶活性，以及逃避凋亡和生長抑制因子的活性。一些體外和異種移植研究還表明，在沒有E6和E7活性的情況下，癌細胞會衰老或發(fā)生凋亡，因此HPV16可通過E6、E7促進癌細胞增殖[10]。此外，HPV16 E6、E7癌蛋白通過與調(diào)節(jié)細胞代謝的分子[如p53、視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，pRb）、c-Myc和HIF-1α]的相互作用而有利于瓦博格效應(yīng)（Warburg effect）[11]。

1.2 HIF-1α與宮頸癌越來越多的研究表明，低氧是腫瘤微環(huán)境的重要標志，腫瘤細胞的快速生成常需要消耗大量的ATP，造成局部缺氧。腫瘤低氧微環(huán)境能促進腫瘤遠處轉(zhuǎn)移，促進腫瘤新生血管生成，減少細胞凋亡，影響細胞周期。HIF-1由α和β兩個亞單位組成（HIF-1α和HIF-1β），HIF-1β亞基在細胞質(zhì)中穩(wěn)定表達，HIF-1α是一種氧分壓感受器，同時也是主要的缺氧應(yīng)激轉(zhuǎn)錄因子。常氧狀態(tài)下HIF-1α易受泛素蛋白酶體系的降解，而缺氧時HIF-1α降解受抑制，導(dǎo)致其不斷積累，使癌細胞不斷適應(yīng)低氧微環(huán)境，為癌細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程提供條件[12]。因此，正常氧飽和度下的細胞中基本檢測不到HIF-1α亞基，而在缺氧狀態(tài)下，HIF-1α亞基的降解被抑制，α和β亞基形成有活性的HIF-1，轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)調(diào)節(jié)多種蛋白的表達，如轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin，TF）、己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）、含Jumonji結(jié)構(gòu)域（JMD1A）、鈣黏蛋白（cadherin，CDH）、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1（glucose transporter 1，GLUT1）、重組人果糖二磷酸醛縮酶C （fructose-bisphosphate aldolase C，ALDO-C）、乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase-A，LDH-A）、丙酮酸激酶M2型（pyruvate kinase-M2，PKM2）、碳酸酐酶Ⅸ（carbonic anhydrase-Ⅸ，CAⅨ）和果糖-2,6-二磷酸酶4（PFKFB 4），這些蛋白介導(dǎo)腫瘤微環(huán)境的形成及癌癥的發(fā)生發(fā)展，如遺傳不穩(wěn)定性、葡萄糖代謝、pH值的調(diào)節(jié)及腫瘤血管生成、腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[11]。與HR-HPV相關(guān)的不同類型的癌癥中也能觀察到這些蛋白，包括HPV16相關(guān)宮頸癌[13]。在宮頸癌患者中，HIF-1α高表達不僅是缺氧的內(nèi)在生物學標志，而且是腫瘤侵襲性、惡性進展和預(yù)后的獨立指標[14]。有研究表明，HIF-1α的過度表達會使接受宮頸癌根治性放療的患者對放療的反應(yīng)性減弱，預(yù)后不良。雖然針對HIF-1α的小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）已廣泛應(yīng)用于腫瘤的治療，以克服缺氧相關(guān)耐藥，但其臨床效果仍需進一步研究和驗證，尤其是在宮頸癌中[15]。

1.3 PI3K/Akt自噬通路與宮頸癌目前宮頸癌發(fā)生發(fā)展的分子機制尚未完全闡明。自噬普遍存在于大部分真核細胞中，維持體內(nèi)代謝平衡，促進細胞在應(yīng)激反應(yīng)中存活。近年研究發(fā)現(xiàn)，自噬失調(diào)與宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展和治療有關(guān)[16]。PI3K/Akt通路是一條經(jīng)典的自噬通路，PI3K是細胞中的脂質(zhì)激酶家族，可被多種細胞因子激活，如表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor，IGF） 和受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK），并轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇三磷酸（phosphatidylinositol，PIP3）。PIP3作為第二信使與Akt的PH域結(jié)合，Akt蛋白結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致Akt在細胞膜上聚集，激活的PI3K-Akt復(fù)合物進一步激活其下游分子哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），從而抑制自噬[17]。有研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌患者的組織提取液中PI3K/Akt/mTOR蛋白水平明顯高于健康人和宮頸上皮內(nèi)瘤變患者，且宮頸癌患者的組織提取液中PI3K/Akt/mTOR的基因和蛋白表達水平隨腫瘤惡性程度的增加而升高。一些微小RNA（microRNA，miRNA），如miR-338和miR-149，可以通過這一信號通路調(diào)控宮頸癌的發(fā)生發(fā)展[18]。另有研究表明，PI3K信號的長時間激活使宮頸癌患者對化療耐藥，預(yù)后不良[19]。因此，PI3K/Akt信號通路可能是宮頸癌潛在的治療靶點。

2 HPV16、HIF-1α和PI3K/Akt自噬通路在宮頸癌中的相互關(guān)系

2.1 HPV16感染增強了宮頸癌中HIF-1α的表達宮頸癌細胞中HPV16與HIF-1α是相互作用的，共同促進宮頸癌的進展。一方面，宮頸癌細胞的低氧微環(huán)境能強烈下調(diào)HPV16 E6和E7癌蛋白的表達，使其進入可逆性增殖停滯期，這種休眠狀態(tài)有助于HPV16陽性宮頸癌細胞的免疫逃逸和治療抵抗。另一方面，HPV16感染宮頸上皮細胞后，能增強HIF-1α的表達[20]。HPV16 E6和E7癌蛋白通過多種途徑調(diào)節(jié)HIF-1α。p53通過雙微體基因2（bimicrosomal gene 2）介導(dǎo)HIF-1α的泛素化降解，而E6癌蛋白可通過促進p53的泛素化降解來提高HIF-1α的水平，進一步激活其下游的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），促進宮頸癌的血管生成[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌低氧微環(huán)境下，E6癌蛋白通過作用于HIF-1α和細胞周期調(diào)節(jié)因子的上游效應(yīng)器——絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）/細胞外信號調(diào)控蛋白激酶1/2（ERK1/2）增強HIF-1α蛋白的活性，形成一種具有更強遷移潛能的耐缺氧表型[22]。E6癌蛋白還可以阻礙HIF-1α與抗腫瘤血管三結(jié)構(gòu)域單鏈抗體（VH/L）結(jié)合，導(dǎo)致HIF-1α積累，從而促進宮頸癌細胞的Warburg效應(yīng)[23]。HPV16 E6和E7癌蛋白還可以通過抑制Ras家族糖尿病相關(guān)基因（RRAD）的表達上調(diào)磷酸化K基因結(jié)合核因子（pSer536）在細胞核中的表達水平，進一步上調(diào)HIF-1α的表達[24]。也有證據(jù)表明，E6和E7可通過HIF-1α/VEGF途徑提高VEGF和其他血管生成因子（如白細胞介素8）的表達，促進宮頸癌中的血管生成。因此推測，調(diào)節(jié)感染HPV16患者的HIF-1α表達或許能延緩宮頸癌的進展[25]。

2.2 HPV16通過PI3K/Akt通路抑制細胞自噬目前研究顯示，自噬受抑制可促進HPV生命周期和腫瘤進展[5]。HPV是一種雙鏈DNA病毒，具有環(huán)狀基因組，編碼復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)化必需的早期基因E1、E2、E4、E5、E6和E7，以及編碼病毒衣殼蛋白的晚期基因L1和L2。HPV16顆粒與基底層角質(zhì)形成細胞表面的硫酸乙酰肝素蛋白多糖（heparan sulfate proteoglycans，HSPG）結(jié)合觸發(fā)L2衣殼蛋白的構(gòu)象變化，導(dǎo)致L2氨基末端一個裂解位點暴露，其蛋白水解促進了病毒衣殼與角質(zhì)形成細胞膜上的次級受體的進一步相互作用。在這種結(jié)合之后，HPV16通常被內(nèi)吞作用內(nèi)化。而HPV16顆粒的結(jié)合和內(nèi)化都是與宿主自噬密切相關(guān)的過程。HPV16感染宮頸上皮細胞與激活mTOR通路抑制自噬有關(guān)。尤其是與HPSG結(jié)合時，HPV16與存在于靶細胞質(zhì)膜上的表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）相互作用，使Akt磷酸化，人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN）失活，最終導(dǎo)致mTOR磷酸化和激活。一旦激活，mTOR可促進mTOR復(fù)合物1（mTOR complex 1，MTORC1）、底物4E-BP1[elongation initiation factor (EIF)-4E binding protein 1，4E-BP1]和核糖體蛋白S6激酶1（ribosomal protein S6 kinase 1，S6K1）的磷酸化和激活，同時其去磷酸化UNC-51樣自噬激活激酶1（UNC-51-like kinase 1，ULK1），從而抑制自噬。可見，HPV16通過PI3K/Akt/mTOR通路減少宿主的自噬反應(yīng)，利用其結(jié)合和內(nèi)化促進的分子事件保護進入的病毒粒子免受快速降解，從而延長HPV16在受感染細胞內(nèi)的壽命[26]。因此，需要更多的研究來闡明自噬與病毒感染和腫瘤發(fā)展的關(guān)系，徹底了解這些分子機制對開發(fā)新的抗病毒藥物和靶向治癌療法至關(guān)重要。

2.3 HIF-1α介導(dǎo)的促腫瘤生長作用可能受其上游PI3K/Akt自噬通路調(diào)節(jié)腫瘤細胞中的自噬對防止能量危機和維持饑餓期間的核苷酸儲備是必要的，通過三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)維持能量穩(wěn)態(tài)和核苷酸水平[27]。HIF-1α是由低氧誘導(dǎo)表達的一個重要的調(diào)節(jié)腫瘤生長、代謝的轉(zhuǎn)錄因子，其除了通過泛素-蛋白酶體途徑降解，還可以通過細胞自噬途徑降解。已證實在一些腫瘤中，HIF-1α通過PI3K/Akt信號通路促進腫瘤生長。PI3K/Akt信號通路通過激活mTOR下游效應(yīng)分子p70S6K1調(diào)控VEGF和HIF-1α的表達，促進肝癌的血管生成；B7-H3通過PI3K/Akt/mTOR途徑上調(diào)HIF-1α，促進口腔鱗癌中的糖酵解[28]；鹽誘導(dǎo)激酶2（salt-induced kinase 2，SIK2）通過激活PI3K/Akt信號通路上調(diào)HIF-1α的表達，直接上調(diào)主要糖酵解基因的轉(zhuǎn)錄，進而促進卵巢癌的發(fā)展[29]。Akt還通過激活下游mTOR基因表達誘導(dǎo)Warburg效應(yīng)，導(dǎo)致HIF-1α的積累[30]。有研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌中的核因子90通過PI3K/Akt信號通路調(diào)節(jié)HIF-1α/VEGF的表達，促進宮頸癌血管生成[31]。因此，探討宮頸癌中PI3K/Akt信號通路及HIF-1α的表達意義，有助于為治療宮頸癌的新靶點提供理論依據(jù)。

3 HPV16通過PI3K/Akt信號通路增強HIF-1α的表達，促進宮頸癌的進展

HPV16陽性宮頸癌細胞中PI3K/Akt/mTOR信號通路、HPV16 E6/E7癌蛋白之間存在復(fù)雜的相互作用，這些都依賴于細胞的代謝和氧合狀態(tài)[4]。細胞內(nèi)的缺氧環(huán)境使HIF-1α蛋白穩(wěn)定表達，激活下游的DNA損傷反應(yīng)調(diào)節(jié)基因1（REDD1），抑制mTORC1，使HPV16陽性宮頸癌細胞逃避mTORC1信號引起的衰老。有研究表明缺氧條件下，HPV16的AA亞系變異體和E6癌蛋白的E-G350變異體可激活PI3K/Akt通路，抑制自噬，正向調(diào)節(jié)GLUT1、GLUT4的表達和葡萄糖攝取來獲得營養(yǎng)[32]。E6癌蛋白中存在E-A126（R8Q）、E-G131（R10G）、E-G350（L83V）和E-T245（R48W）突變的HPV16變異體，它們激活Wnt信號通路，Wnt/β連環(huán)蛋白途徑調(diào)節(jié)RTK的激活，從而激活PI3K/Akt通路抑制自噬，導(dǎo)致HIF-1α蛋白的積累，引發(fā)Warburg效應(yīng)，使細胞質(zhì)內(nèi)丙酮酸增加，進入TCA循環(huán)并轉(zhuǎn)化為能量[33]。由此可見，在缺氧條件下HPV16通過介導(dǎo)PI3K/Akt途徑獲得營養(yǎng)[34]。在HPV16相關(guān)宮頸癌中，HPV16 E6和E7癌蛋白通過PI3K/Akt信號通路抑制細胞自噬，導(dǎo)致HIF-1α積累，從而誘導(dǎo)VEGF表達、巨噬細胞移動抑制因子（macrophage migration inhibition factor，MIF）分泌和幾種糖酵解酶的表達，如PKM2、LDH 和單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白4（monocarboxylate transporters 4，MCT4）[35]。而作為免疫系統(tǒng)抑制因子的MIF分泌的增加，以及通過Warburg效應(yīng)產(chǎn)生的乳酸，可能導(dǎo)致親腫瘤微環(huán)境的發(fā)生。VEGF的表達與低度宮頸上皮內(nèi)瘤變和宮頸早期浸潤癌有關(guān)[14]。由此推測，HPV16可以誘導(dǎo)宮頸癌細胞中HIF-1α蛋白的積累，促進宮頸癌進展，這可能是通過PI3K/Akt自噬通路實現(xiàn)的。

4 結(jié)語與展望

在HPV16相關(guān)宮頸癌中，HPV16可以通過PI3K/Akt通路抑制自噬，誘導(dǎo)HIF-1α蛋白積聚，進而誘導(dǎo)MIF分泌、幾種糖酵解酶及VEGF的表達，促進宮頸癌的進展，提示HIF-1α及其上游PI3K/Akt信號通路可作為治療HPV16相關(guān)宮頸癌的潛在靶點。然而自噬與宮頸癌的發(fā)生發(fā)展關(guān)系非常復(fù)雜，PI3K/Akt信號通路在宮頸癌中調(diào)節(jié)自噬的作用取決于腫瘤階段、組織類型以及致癌基因突變等眾多因素，因此深入研究自噬在宮頸癌發(fā)生發(fā)展中的具體作用機制有很高的研究價值。相信在不久的將來，以自噬為靶點的分子生物治療的研究可以獲得突破，為宮頸癌的靶向治療提供一個新的靶點。