УДК 61

Патогенез канцерогенного действия вируса Эпштейн-Барр и вируса папилломы человека

Комарцова Элеонора Вадимовна – студент Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Заворитная Ольга Всеволодовна – студент Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Магоян Эльвира Мхитаровна – студент Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Павленко Екатерина Валерьевна – студент Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Бочарова Ксения Александровна – кандидат медицинских наук, доцент, заведующая кафедрой Микробиологии и вирусологии с курсом клинической иммунологии Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Аннотация: В статье рассматривается патогенез канцерогенного действия вируса Эпштейн-Барр и вируса папилломы человека. Фактором риска в развитии рака является инфицирование вирусами, обладающими различными генетическими структурами. Клинический исход инфицирования определяется результатом взаимодействия между вирусом и клетками хозяина. Кодируемые вирусами белки играют важную роль в процессах иммортализации и трансформации этих клеток. Также в процессе канцерогенеза играет роль хроническое воспаление.

Ключевые слова: канцерогенез, ВЭБ, ВПЧ, микроРНК, активные формы кислорода, воспаление.

Введение

Трансмиссивные биологические агенты, в первую очередь онковирусы, способны встраивать свой генетический материал в ДНК клетки-хозяина, что приводит к нарушениям нормальных клеточных процессов, бесконтрольному делению клеток и образованию опухолей. Было подсчитано, что около 20% всех случаев рака во всем мире вызваны персистенцией вирусной инфекции [1].

В настоящее время известно, что ВЭБ в глобальном масштабе вызывает не менее 1% новообразований, из них в результате экспрессии генов ВЭБ (EBNA-1, EBER) в 100% случаев образуется эндемическая форма Лимфомы Беркитта, в 30% случаев - ее спорадическая форма [2].

Вирусы, связанные со злокачественными опухолями, перехватывают внутриклеточную и внеклеточную сигнализацию, индуцируют геномную нестабильность, увеличивают продолжительность жизни инфицированной клетки путем ингибирования апоптоза. Все это приводит к неограниченной пролиферации клеток.

Онковирусы способствуют канцерогенезу через активацию клеточных процессов, таких как миграция, инвазия, устойчивость к апоптозу и супрессорам роста. Канцерогнез, связанный с вирусной инфекцией, является длительным процессом [3]. В нем играют роль клеточные мутации, воздействие других раковых агентов, хроническое воспаление. Онкогенные вирусы представлены во всех группах вирусов, в данной статье рассмотрены ДНК-вирусы, а именно вирус Эпштейна-Барр (ВЭБ) и вирус папилломы человека (ВПЧ).

Вирус Эпштейна-Барр

Вирус Эпштейна-Барр (ВЭБ, ВГЧ-4) - ДНК-вирус из семейства Herpesviridae. Первичная инфекция ВЭБ чаще всего встречается в детском возрасте, а затем ВЭБ сохраняется в латентной форме в основном в В-клетках памяти покоя и реже в Т-клетках, NK-клетках или эпителиальных клетках. ВЭБ ассоциирован с В-клеточными лимфопролиферативными заболеваниями (лимфома Беркитта, посттрансплантационное лимфопролиферативное расстройство), с Т-клеточными лимфопролиферативными заболеваниями и злокачественными новообразованиями эпителия (карцинома желудка, карцинома носоглотки).

Индуцированные ВЭБ злокачественные новообразования связаны с экспрессией латентных генов. У большинства иммунокомпетентных носителей ВЭБ вирус не индуцирует опухолевый процесс [1]. Новообразования развиваются при комплексном взаимодействии ВЭБ, иммуногенетических факторов, факторов внешней среды. Инфицированные ВЭБ опухолевые клетки индуцируют выраженный иммунный ответ и часто маскируются фоновым доброкачественным лимфоидным компонентом.

К доказательствам индукции ВЭБ неопластического процесса относятся: моноклональность ДНК ВЭБ в опухолевых клетках, высокий уровень вирусной ДНК в плазме крови больного, наличие корреляции между титром антивирусных антител, уровнем свободной вирусной ДНК в плазме пациента и тяжестью болезни, повышенный титр анти ВЭБ антител, предшествующий появлению новообразования и остающийся высоким на момент постановки диагноза [1].

Согласно базе данных miRBase, ВЭБ кодирует 25 пре-микроРНК, продуцирующих не менее 44 зрелых микроРНК. Преимущество вирусно-кодируемых микроРНК не только для ВЭБ, но и для всех вирусов, кодирующих свои собственные микроРНК, заключается в способности регулировать экспрессию вирусных генов, а также экспрессию генов хозяина без производства вирусных белков, что обеспечивает иммунную невидимость инфицированных клеток [4].

Механизм ВЭБ-опосредованного канцерогенеза заключается в кодировании вирусных онкобелков. Основным онкопротеином является латентный мембранный белок 1, который представляет собой трансмембранный белок, функционально имитирующий CD40, входящий в суперсемейство рецепторов фактора некроза опухоли (TNFR). Активация этого рецептора приводит к инициированию различных сигнальных путей, что приводит к дифференцировке В-клеток в сторону В-клеток памяти, экспрессии антиапоптотических белков, и усилению клеточной пролиферации. Онкопротеин LMP2 структурно и функционально сходен с В-клеточными рецепторами (BCR), которые после фосфорилирования активируют сигнальные пути нерецепторной тирозинкиназы и тирозинкиназы селезенки и, таким образом, увеличивают выживаемость латентно инфицированных В-клеток за счет продукции цитокинов (интерлейкин 10 (ИЛ-10), и экспрессии антиапоптотических факторов [5]. Ядерный антиген ВЭБ 1 (EBNA1) является многофункциональным белком, который влияет на репликацию, транскрипцию и латентность вируса. Являясь единственным из ядерных белков, он экспрессируется как в литической, так и в латентной фазах жизненного цикла вируса. EBNA1 подавляет функцию белка промиелоцитарного лейкоза, который является белком-супрессором опухолей, регулирующим активацию р53. Таким образом, EBNA1 ингибирует активацию и передачу сигналов р21, что приводит к ингибированию апоптоза и выживаемости клеток. EBNA-LP функционирует во взаимодействии с EBNA2, и оба белка участвуют в инициировании транскрипции вирусных и клеточных белков, ответственных за иммортализацию и трансформацию В-клеток [6].

МикроРНК ВЭБ регулируют трансляцию мРНК хозяина и, таким образом, могут влиять на развитие рака. МикроРНК BART, способствующие трансформации клеток, отрицательно регулируют трансляцию белка апоптоза (PUMA) — фактора, положительно влияющего на клеточный апоптоз и обнаруженного в значительно более низких концентрациях NPC-клеток, инфицированных ВЭБ, по сравнению с неинфицированными. В передовых разработках существует опыт, в котором были проанализированы клетки карциномы и выявлено, что МикроРНК BART способствует эпителиально-мезенхимальному переходу и метастазированию за счет подавления основного опухолевых супрессоров человека [7]. Таким образом, инфицированные клетки выживают, и вирус может размножаться. ВЭБ также использует свои собственные микроРНК для стратегии уклонения от иммунного ответа. MiR-BHRF1-3 нацелен на мРНК интерферон-индуцируемого цитокина CXCL11. Целенаправленное подавление этого цитокина может служить иммуномодулирующим механизмом при ВЭБ-ассоциированных опухолях.

Дерегуляция клеточной экспрессии микроРНК является особенностью, обнаруживаемой во многих опухолях человека, включая ВЭБ-ассоциированные опухоли. Инфицирование первичных В-клеток ВЭБ приводит к подавлению экспрессии клеточной микроРНК [8].

Также в пораженных ВЭБ клетках может присутствовать ДНК данного вируса. При отсутствии какого-либо явного заболевания это может представлять собой скрытую вирусную инфекцию, возможно, из-за эффективного иммунного контроля на поверхности слизистой оболочки.

Поскольку интеграция ДНК ВПЧ обнаруживается в большинстве инвазивных видов рака, она рассматривается как этап, способствующий вирусному канцерогенезу. Однако экспериментальные данные противоречивы, и эта тема до сих пор является дискуссионной.

Вирус папилломы человека

Вирусы папилломы человека (ВПЧ), двухцепочечные ДНК-опухолевые вирусы, относятся к семейству Papillomaviridae. ВПЧ инфицируют эпителиальные клетки кожи или слизистой оболочки и могут вызывать доброкачественные пролиферации, такие как папилломы или бородавки. ВПЧ являются наиболее частыми вирусными агентами, участвующими в онкогенезе, связанном с инфекционными агентами, и вызывают почти 100% случаев рака шейки матки, участвуют в онкогенезе в других аногенитальных областях, таких как вульва, половой член или анальная область, а также в развитии рака головы и шеи [9].

Канцерогенез ВПЧ связан с воспалением, которое является основным кофактором в инициации злокачественной трансформации. Цитокины и факторы роста, высвобождаемые при воспалении, могут быть вовлечены в генетические изменения. Хроническое воспаление нарушает гомеостаз клеток, воздействуя на клеточную ДНК и, следовательно, на нормальный рост клеток.

Гистопатологический анализ тяжелых поражений, индуцированных ВПЧ, показал увеличение воспалительного инфильтрата [9]. Персистирующая инфекция способствует хроническому воспалению, которое также может вызвать дисбаланс между прооксидантами и антиоксидантами. Воспалительный процесс приводит к высвобождению провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин ИЛ-1, ИЛ-6, фактор некроза опухоли альфа и интерферон гамма, которые активируют сигнальные пути, опосредованные протеинкиназой, что приводит к образованию АФК.

Вирусные онкогены Е5, Е6 и Е7 участвуют в развитии хронического воспаления, связанного с раком шейки матки. Эти онкогены приводят к увеличению экспрессии циклооксигеназы ЦОГ-2 и, как следствие, к высокому количеству простагландинов с неблагоприятным воздействием на ткани шейки матки [10]. Высвобождаемые простагландины могут быть вовлечены в стимуляцию клеточной пролиферации, ангиогенеза и ингибирования апоптоза, которые являются важнейшими механизмами канцерогенеза. Притянутые воспалительные клетки высвобождают АФК, что приводит к повреждению ДНК, которое лежит в основе злокачественной трансформации.

Геном ВПЧ состоит из генов E1–E7, двух капсидных белков L1 и L2. Вирусные белки Е6 и Е7 являются основными онкобелками в ВПЧ, и их гиперэкспрессия способствует развитию опухоли. При ВПЧ наличие Е5 в геноме вируса коррелирует с риском развития рака и взаимодействует с основными вирусными онкобелками Е6 и Е7. Белок Е6 инактивирует функцию опухолевого супрессора р53, в то время как белок Е7 связывается с белком ретинобластомы и, таким образом, активирует прогрессию клеточного цикла. Вирус может встраиваться в геном хозяина и усиливать злокачественное прогрессирование [10].

В процессе изучения влияния онкобелков ВПЧ на экспрессию клеточных микроРНК было обнаружено, что модуляция клеточной экспрессии микроРНК является основной онкогенной активностью этих белков, и установлено несколько пар мРНК–микроРНК в качестве потенциальных драйверов канцерогенеза ВПЧ. Экспрессия одного из кластеров, регулируемых транскрипционными факторами семейства E2F (транскрипционные факторы высших эукариот) и, следовательно, ВПЧ E7, управляется онкобелками ВПЧ, что приводит к прогрессированию клеточного цикла и способствует развитию опухоли.

Принято считать, что ВПЧ не кодируют собственные микроРНК; однако, в ходе эксперимента были успешно выявлены четыре микроРНК и выдвинуты предположения об их роли в регуляции клеточного цикла, иммунных функциях, клеточной адгезии и миграции, развитии и раке [11].

Заключение

Канцерогенные инфекции являются причиной 15% опухолей во всем мире. Опухоли, связанные с онковирусами, широко изучаются с целью выявления новых диагностических и прогностических маркеров и мишеней для лечения. Роль вирусных агентов в канцерогенезе изучена не до конца. А также остаются открытыми вопросы, касающиеся профилактики и лечения опухолей. В канцерогенезе играет роль микроРНК вирусов. Однако регуляция микроРНК является взаимной, и на жизненный цикл вируса также могут влиять клеточные микроРНК. Также в канцерогенезе принимает участие воспаление, приводящее к образованию АФК. В этом обзоре мы фокусируемся на онкогенезе, опосредованном ВЭБ и ВПЧ. МикроРНК могут стать инструментом для ранней диагностики вирус-ассоциированных опухолей и их неинвазивного лечения. Необходимы дополнительные исследования для более точного понимания путей микроРНК и АФК в том числе тех, которые связаны с вирусом.

Список литературы

1. Шестакова И. В., Ющук Н. Д. // Роль вируса Эпштейна Барр в онкогенезе // Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова, №3, 2014.
2. Гончарова Е. В., Сенюта Н. Б., Смирнова К. В., Щербак Л. Н., Гурцевич В. Э. // Вирус Эпштейна-Барр (ВЭБ) в России: инфицированность населения и анализ вариантов гена LMP1 у больных ВЭБ-ассоциированными патологиями и здоровых лиц. / Вопросы вирусологии 60(2): 11-17, 2015.
3. Алиева Е. И., Антонова А. О., М. Д. Верховская // Вирусный канцерогенез. Обзор литературы по проблеме / Вестник Челябинского государственного университета. Образование и здравоохранение. №4 (16), 2021.
4. Попкова М. И., Уткин О. В. // Генетическое разнообразие вируса Эпштейна-Барр: современный взгляд на проблему // Журнал микробиологии, эпидемиологии и ммунобиологии, 99(1), 2022.
5. Сергеева Н.С., Маршутина Н.В., Солохина М.П., Алентов И.И., Поляков А.П., Геворков А.Р., Пирогов С.С., Хомяков В.М., Каприн А.Д. // Ассоциированные с вирусом Эпштейна—Барр солидные злокачественные новообразования. / Онкология. Журнал им. П.А. Герцена; 7(5):80‑89, 2018.
6. Шестакова И. В., Ющук Н. Д. // Эпштейна–Барр-вирусная инфекция у взрослых: вопросы патогенеза, клиники и диагностики // Медицинский научно-практический портал - ISSN 2687-1181.
7. Шубин В.П., Шелыгин Ю.А., Сушков О. И., Цуканова А. С. // Роль эпителиально-мезенхимального перехода в развитии колоректального рака / Журнал Колопроктология №2 (64), 2018.
8. Малашенкова И. К., Дидковский Н. А., Сарсания Ж. Ш., Жарова М. А., Литвиненко Е. Н., Щепеткова И. Н., Чистова Л. И., Пичужкина О. В., Гусева Т. С., Паршина О. В. // Клинические формы хронической Эпштейн-Барр-вирусной инфекции: вопросы диагностики и лечения // Медицинский научно-практический портал - ISSN 2687-1181.
9. Волгарева Г.М. // Папилломовирусный канцерогенез. Основные достижения и некоторые проблемы. Часть 1. Общие представления о папилломавирусах. Формы рака, ассоциированные с вирусами папилломы человека / Российский биотерапевтический журнал, т. 19. - № 1. – 2020.
10. Саакян К. С., Давыдов А. И. // Клиническая оценка результатов иммуногистохимического исследования опухолей яичников для прогнозирования исходов хирургического вмешательства / Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии, – т. 14 №4 – 2015.
11. С. В. Цыренжапова // Исследование экспрессионного профиля микроРНК при меланоме и меланоцитарных новообразованиях кожи // 5.22. – Клеточная биология (медицинские науки), 2021.