人巨细胞病毒诱导癌变的机制研究新进展

癌症是世界范围内的主要致死疾病之一，至今病因和发病机制仍不甚清楚。人巨细胞病毒（human cytomegalovirus，HCMV）属于疱疹病毒，感染后可编码多种致癌基因，还可激活多条癌症相关的重要信号通路，启动相关癌症的发生与发展。对乳腺癌、胶质母细胞瘤和肌肉肉瘤等的研究结果报告为上述论断提供了重要证据。此文就HCMV感染后诱导癌变的相关分子机制和临床研究成果进行综述，以期为HCMV感染的临床预防和治疗提供新思路与新靶点。

人巨细胞病毒（human cytomegalovirus，HCMV）全球阳性率为70%~90%，现有实验和临床证据表明，该病毒感染可引起病毒-宿主间复杂的相互作用，诱发细胞和组织转化为恶性肿瘤，如乳腺、肌肉、脑等组织器官的癌症。HCMV初次感染后在宿主中呈潜伏/再激活的动态平衡状态，一般不致病或无明显临床症状，仅在免疫功能低下人群如器官移植者、艾滋病和癌症患者等体内再激活，并导致严重甚至致死性疾病。已有研究报道HCMV基因组中含有致癌基因，且HCMV蛋白和核酸可在癌变样本中表达，提示HCMV在癌症的发生与发展中起重要作用。本文就近期报道的HCMV感染导致癌变及其分子生物学机制进行综述。

HCMV既是先天性感染导致出生缺陷的主要病毒之一，还与乳腺癌、胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）、结直肠癌等癌症的发生、发展、转移高度相关。HCMV基因组全长约240 kb，有165~252个开放阅读框。在体外实验中，HCMV感染可以诱导胶质母细胞等细胞转化和致瘤；在GBM、结直肠癌和前列腺癌患者的癌症组织中，HCMV DNA已被确认存在。HCMV编码的诸多蛋白如即早期基因（immediate early gene，IE）1、IE2、US28和UL76等（表1）可干扰受感染宿主细胞的生长繁殖过程，具有致癌基因的功能；感染HCMV后可激活与癌症相关的主要信号通路，导致组织细胞的代谢功能异常、紊乱或失控。

肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）是具有自我增殖、分化、更新等特性的肿瘤细胞，在肿瘤的起始、细胞转化、肿瘤异质性以及肿瘤通过上皮间质转化（epithelial to mesenchymal transition，EMT）和转移的扩散中起着关键作用，明确HCMV在肿瘤发生中的直接作用是否通过感染CSC来实现具有重要临床价值。此外，HCMV感染的干细胞可能失去对自身生长和更新的控制，成为癌症来源；被某些HCMV毒株感染后，细胞在炎症持续和DNA修复途径改变的情况下易出现致癌性突变。干细胞标记物血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF)受体（PDGF receptor，PDGFR）α是推定的HCMV受体，用小干扰RNA预处理不同细胞敲减PDGFRα基因后，HCMV对成纤维细胞的感染几乎被完全抑制，但内皮细胞感染未受影响；而用可溶性PDGFRα-Fc融合蛋白预处理HCMV，则同时抑制了病毒对成纤维细胞和内皮细胞的感染；进一步研究表明，PDGFRα参与了HCMV对细胞的吸附和入侵过程。推测HCMV可能有利于干细胞的存活，维持并促进肿瘤的发生与发展。

将晚期基因中插入LacZ基因构建的重组小鼠巨细胞病毒（mouse cytomegalovirus，MCMV）分别脑内感染新生和刚成年小鼠6个月后，对各组小鼠的脑切片中β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-Gal）染色结果显示，约75%的小鼠中β-Gal检测呈阳性，提示大脑中潜伏感染的重组MCMV被重新激活，并且再激活的细胞为神经元和神经胶质干细胞。神经元和神经胶质干细胞是GBM的起源细胞，提示HCMV可能促进干细胞活化，从而增加其致癌潜能。Soroceanu等将小鼠编码肿瘤抑制蛋白P53的基因敲减，同时辅以PDGF和N-RasV12癌基因过表达，实验组小鼠注射MCMV IE1，对照组不注射；免疫组织化学检测该模型的细胞增殖标志物如细胞核抗原Ki67、SRY转录盒因子2（SRY-box transcription factor 2，SOX-2）、巢蛋白、胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）等的表达水平显示，与对照组相比，IE1阳性小鼠的SOX-2和巢蛋白水平显著升高，同时GFAP水平下降；进一步检测实验组小鼠IE1表达及肿瘤球生长情况，发现表达IE1的实验组细胞产生的肿瘤球远比对照组高，提示HCMV IE1有利于GBM的干细胞活性维持。Fornara等从GBM组织标本中分离培养出贴壁生长的原代GBM细胞，接种HCMV悬液感染后移入不支持贴壁生长的干细胞培养液中继续培养，同时以未感染病毒的原代GBM细胞作为对照。镜下观察显示，未感染的GBM细胞呈离散状，HCMV感染后的大量GBM细胞聚集形成细胞球，并检测到CD133、神经源性基因同源蛋白1、SOX-2、八聚体结合转录因子4和巢蛋白的表达上调。体外HCMV感染原代贴壁GBM细胞诱导神经球非贴壁生长，表现为这5种胶质瘤干细胞标志物的表达增强，并且维持HCMV-IE1表达的GBM细胞不能分化为神经元或星形细胞的表型。这些结果提示，HCMV感染后可诱导GBM细胞的表型具有可塑性，从而促进胶质瘤干细胞特征的呈现和维持，增加肿瘤的侵袭性。

生物活性脂质鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）具有刺激GBM转移扩散的作用，鞘氨醇激酶1（sphingosine kinase 1，SK1）属于丝氨酸激酶，负责将鞘氨醇转化为S1P，参与调节GBM细胞的增殖和生存信号通路。HCMV编码4种G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor， GPCR），其中US28在GBM中被检测到。Bergkamp等检测发现，在表达US28的U251细胞中加入S1P受体1（S1P receptor 1，S1P₁）拮抗剂Ex26后，细胞中信号转导及转录活化因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）3的激活程度明显降低；同样，加入SK1抑制剂也可以抑制细胞中的STAT3激活。此外，使用siRNA靶向沉默SK1和S1P₁，US28介导的STAT3激活也受到了抑制。通过二代RNA测序技术和逆转录定量PCR检测SK1/S1P₁轴参与的US28介导的STAT3靶基因细胞周期蛋白1、IL-11和Myc的转录，发现抑制SK1可以减弱US28介导的上述STAT3靶点的转录，同时降低了US28诱导的STAT3靶点C-C模体趋化因子配体2、C-X-C模体趋化因子配体8和IL-11的分泌。与感染野生型病毒相比，用US28缺陷型的HCMV感染U251细胞后，STAT3驱动的转录活性降低，提示US28具有促进HCMV诱导STAT3激活的作用，而抑制SK1或S1P₁可降低野生型HCMV感染细胞中STAT3介导的激活作用。综上所述，US28通过SK1/S1P₁轴促进了转录调控因子STAT3的激活，从而促进了GBM细胞的生长和存活。

HCMV感染后，通过抑制STAT3细胞周期蛋白D1信号通路的激活，可限制促生长细胞因子的产生并加速细胞凋亡；此外，HCMV可诱导IL-6的大量表达，进而激活IL-6受体-Janus激酶（Janus kinase，JAK）-STAT3通路，导致细胞周期蛋白D1和生存素上调。研究者采用流式细胞术分析HCMV感染的人肝癌细胞（human hepatocellular carcinoma cell，HepG2）和原代人肝细胞发现，细胞增殖标志物核抗原Ki67大量表达，提示HCMV能够刺激这2种细胞的增殖；进一步研究表明，使用抗IL-6受体中和抗体、JAK抑制剂、STAT3抑制剂或紫外线灭活的HCMV预处理HCMV感染的HepG2，则可阻断细胞增殖。这些证据表明，IL-6-JAK-STAT3轴参与HCMV感染细胞的增殖。通过肿瘤球形成实验评估HCMV感染HepG2后的干细胞特性，发现该细胞可形成肿瘤球，且HCMV感染组形成的肿瘤球比未感染组多2.5倍；阴性对照组即HCMV感染的MRC5细胞（非肝癌细胞系）不形成肿瘤球。该结果提示，HCMV感染可能诱导CSC扩增，从而影响肿瘤生长。综上，IL-6、JAK和STAT3等均具有促进癌细胞增殖和集落形成的作用，HCMV可能参与肝细胞癌的发生与发展。

肿瘤是个复杂的系统，包含具有明显不同的分子特征、大小和基因组内容的异质癌细胞。肿瘤组织中的一些多倍体细胞能抵抗生存环境威胁，并具有去多倍化以及增殖能力。可将二倍体肿瘤细胞所需的染色体从混乱的基因组中分离出来，并通过不对称的胞质分裂方式产生后代细胞。这类细胞被称为多倍体巨型癌细胞（polyploid giant cancer cell，PGCC），具有CSC的特性、分化及再增殖能力；所有由致瘤病毒引发的肿瘤的共同特征之一是产生多倍体。近期，Herbein发现了某些HCMV毒株在体外可使上皮细胞转化为具有肿瘤形成能力的细胞，这些毒株称为高危HCMV毒株。他们将经分离得到的2种高危HCMV毒株分别称为HCMV-DB和HCMV-BL，并发现这2个毒株能够将原代人乳腺上皮细胞（human mammary epithelial cell，HMEC）转化为巨细胞病毒转化的HMEC（cytomegalovirus-transformed HMEC，CTH），产生与DNA低甲基化相关的“转录谱”，从而在培养物中出现PGCC，并能够激活CSC和EMT过程，在同样表达胚胎干细胞标记物的CTH中也检测到HCMV IE1的表达。Kumar等采用HCMV DB毒株感染HMEC以评估其感染性，结果显示，HCMV-DB的感染导致HMEC的视网膜母细胞瘤蛋白和p53蛋白失活，同时激活了端粒酶活性以及与肿瘤生长有关的信号通路，包括c-Myc、Ras、蛋白激酶B和STAT3；同时，细胞周期蛋白D1和增殖细胞核抗原Ki67的表达水平也出现上调。软琼脂培养实验进一步揭示了HCMV-DB感染的HMEC中集落形成的能力及球形细胞簇的发育，提示了细胞的转化潜能。在后续的实验中，研究者通过将CTH注射入NOD/SCID γ（NSG）小鼠，检测到小鼠长出了表达HCMV DNA（如lncRNA4.9）的肿瘤，并显示为雌激素受体、孕激素受体、人表皮生长因子受体2三阴性基底样表型；进一步提示了HCMV-DB在肿瘤发生中的潜在作用。Nehme等发现，在HCMV-DB和HCMV-BL急性感染HMEC后，可产生PGCC类型CTH，并且移植到NSG小鼠后具有致瘤性。这表明HCMV直接参与了肿瘤的发生。El Baba等和Nehme等从三阴性乳腺癌组织中成功分离并鉴定了2种HCMV毒株，分别命名为B544和B693。这2种毒株都能在MRC5细胞中复制增殖，并且在对HMEC进行急性感染后，将其转化为CTH。这些证据表明，HCMV临床分离毒株具有一定的致瘤效应，这进一步为其深入表征研究奠定了基础。

研究显示，HCMV编码多种致癌基因，HCMV感染后还可激活多种恶性肿瘤相关的重要信号通路，促使癌症的发生、发展与转移，对乳腺癌、GBM和肌肉肉瘤等的研究结果也为上述论断提供佐证。

乳腺癌是当前与肺癌和结肠癌并列的全球3大癌症，也是女性最常见的恶性肿瘤，其发病率在南美洲、非洲和亚洲呈现持续上升趋势。其病因目前尚不清楚。1项研究分析了399例浸润性乳腺癌妇女以及其他相应健康志愿者的标本，发现乳腺癌患者血清中抗HCMV IgG抗体水平高于对照组，提示了HCMV感染与乳腺癌之间的相关性。在另1项研究中，经免疫组织化学、原位杂交和PCR检测正常成人乳腺组织发现，63%（17/27）的正常成人乳腺上皮细胞中HCMV抗原阳性，同时在97%（31/32）的导管乳腺原位癌和浸润性导管癌患者上皮细胞中检测到HCMV的抗原表达。Rahbar等在乳腺癌患者的活检样本中检测到HCMV编码的IE、晚期抗原、DNA和RNA，研究中81例乳腺癌患者活检样本中77%存在HCMV IE，雌激素受体和孕激素受体的表达与HCMV感染呈负相关。

从1名30岁孕妇的宫颈拭子标本中分离的名为HCMV-DB的新毒株（Genbank登录号KT959235）感染HMEC后，细胞表现出三阴性表型。为确认HCMV-DB感染后是否促进CSC的扩增，研究人员对感染1 d的HMEC进行了球体形成实验，以评估干细胞样细胞的比例。结果显示，与使用紫外线灭活的HCMV-DB感染的HMEC和未感染的HMEC相比，HCMV-DB感染的HMEC能够形成肿瘤球，表明HCMV-DB感染可能促进了CSC的增殖。进一步的转录组学分析显示，HCMV-DB感染的HMEC在转录组水平上展现出致癌特征，包括癌基因Myc、Fos、Jun、KRas、HRas和NRas的表达上调及其他癌基因如KIT原癌基因配体、髓样细胞白血病1、间质表皮转化因子等的转录本水平上升。此外，一些肿瘤抑制基因如肿瘤蛋白73、脆性组氨酸三联体等也在低感染复数条件下表达上调。这些结果表明，HCMV-DB感染可能通过上调多个癌基因和肿瘤抑制基因影响HMEC的致癌过程。综上所述，这些发现支持了HCMV-DB毒株与乳腺癌的发生和发展之间存在密切联系。

Cui等研究发现，146例乳腺癌样本中有70例（47.9%）HCMV IE阳性，78例（53.4%）乳腺癌患者样本中检测到HCMV晚期抗原。此外，92.6%（62/68）的患者转移性前哨淋巴结组织中有HCMV IE和晚期抗原表达。HCMV编码的US28蛋白也在HCMV感染细胞的GPCR调节中发挥关键作用。越来越多的证据表明，HCMV在乳腺癌的发生发展中发挥重要作用，但HCMV在乳腺癌中的确切作用尚不清楚，需要进一步的深入研究。

GBM是恶性侵袭性的人类脑癌，主要发生在中枢神经系统，预后和生存率差。研究发现，HCMV感染常与GBM同时发生。Cobbs等报道，HCMV核酸和蛋白质在GBM中存在的比例很高，在27例非免疫缺陷GBM患者的手术样本中，HCMV编码的IE1-72和US28均呈阳性。特别是US28由于能够通过Gα_q、Gβγ、p38和p44/42激酶途径调控启动子活性，诱导血管内皮生长因子基因上调，因此被认为是促进GBM恶性进展和肿瘤扩散的关键因素之一。US28在HCMV感染细胞的细胞迁移和侵袭中起重要作用，US28诱导的多形性GBM侵袭性和血管生成表型是由Wnt信号和细胞增殖失调引起的；US28可通过T细胞激活性低分泌因子和单核细胞趋化蛋白1促进细胞迁移，表明US28是致癌蛋白，与GBM的进展有关。最近1项研究报道，在同基因GBM模型中，MCMV感染能显著提高肿瘤生长速度，并缩短小鼠生存期；PDGF-D是MCMV加速血管生成和肿瘤生长的关键因素。在放射治疗后，GBM患者脑内HCMV的再激活是一大健康威胁。有报道指出，50例接受放射治疗的GBM患者中，32例治疗28 d后出现病毒血症，且15例需要针对HCMV进行抗病毒治疗。这些结果表明，鉴定出的HCMV来自放射治疗后病毒的再激活，而不是GBM患者的原发性感染。有研究表明，激活的STAT3在GBM的间充质表型转变、血管生成、细胞存活以及免疫抑制和逃避过程中起关键作用，可能成为降低GBM生长的潜在治疗靶点。

肌肉肉瘤起源于肌肉组织，是相对罕见的恶性肿瘤。已有研究表明，平滑肌细胞尤其是主动脉平滑肌易被HCMV感染。1例28岁男性肝移植受者发生平滑肌肉瘤，并且肿瘤活检和PCR分析证实了HCMV DNA的存在，提示平滑肌肉瘤可因HCMV感染而发展。Price等将2日龄小鼠感染MCMV，9月龄时约43%的杂合Trp53小鼠在感染MCMV后发生多形性横纹肌肉瘤，而未感染的对照组小鼠发生率仅3%。另1项病例研究表明，1例艾滋病患者患有肺部炎性肌成纤维细胞瘤，血清学检测显示抗HCMV抗体阳性，提示HCMV可能是肺部炎性肌成纤维细胞瘤的触发因素。

HCMV感染已在多种人类恶性肿瘤患者中被检测到，并有大量研究结果显示，HCMV感染与引发GBM、乳腺癌和肌肉肉瘤等恶性肿瘤高度相关。上述证据提示，HCMV编码基因及其基因产物在恶性肿瘤中的表达在多种恶性肿瘤的启动、促进、恶化和转移中起关键作用，这为临床重新审视恶性肿瘤的诱因及可能机制提供了更广阔和新颖的视角。本文总结了HCMV感染与恶性肿瘤相关性的最新研究进展，旨在从HCMV感染的病原学角度探讨恶性肿瘤的病因和发病机制，以期通过整合现有证据，加深对HCMV致癌机制的认识，为恶性肿瘤的预防和临床诊疗提供有价值的证据。

朱嘉怡¹ 侯伟¹ 张乐谦² 张俊玲^2,3,4,5 薛莲⁵ 王琦⁵ 王明丽^2,3,4,5

¹安徽医科大学第二临床医学院，合肥 230032；²安徽医科大学中央与地方共建生物医学工程实验室，合肥 230032；³芜湖天明生物技术有限公司，芜湖 241000；⁴安徽医科大学微生物学教研室，合肥 230032；⁵安徽医科大学临床医学院，合肥 230031

通信作者：王明丽，

Email：1952987441@qq.com

引用本文：朱嘉怡, 侯伟, 张乐谦, 等. 人巨细胞病毒诱导癌变的机制研究新进展[J]. 国际生物制品学杂志, 2024, 47(5): 325-330.  

DOI: 10.3760/cma.j.cn311962-20231107-00016