Perzistentna infekcija papilomavirusima čovjeka (engl. HPV, human papillomavirus) glavni je čimbenik rizika u razvoju brojnih zloćudnih bolesti na različitim anatomskim mjestima (1,2): karcinom skvamoznih stanica vrata maternice, rodnice, vulve, penisa, anusa, rektuma i orofarinksa (Table 1). Među njima se najviše ističe rak vrata maternice koji pogađa žene, uglavnom u zemljama u razvoju, i uzrokuje više od 570.000 karcinoma godišnje. (1)
Iako je poznato da oko 200 vrsta HPV-a inficira ljude, samo je mali dio njih povezan s razvojem raka. (3) Papilomavirusi čine heterogenu skupinu virusa, koja je svrstana u porodicu Papillomaviridae. (2) Tipovi HPV-a klasificirani su u pet rodova: alfa (α), beta (β), gama (γ), mu (μ) i nu (ν), a rodovi α i β najintenzivnije su istraženi. (4) Skupina α-papilomavirusa sadrži tipove koji inficiraju epitele sluznice i koji su podijeljeni u tipove niskog rizika (engl. LR, low risk) i visokog rizika (engl. HR, high risk), na temelju njihove sposobnosti da uzrokuju rak. Infekcije LR tipovima HPV-a, od kojih su najčešći HPV-6 i HPV-11, rezultiraju benignim lezijama, dok su infekcije HR tipovima HPV-a povezane sa zloćudnim bolestima anogenitalnog područja te regije glave i vrata. Od njih, HPV-16 i HPV-18 uzrokuju približno 80% slučajeva raka vrata maternice u svijetu, dok je preostalih 20% pretežno povezano s drugim HR tipovima HPV-a, kao što su HPV-31, HPV-33, HPV-45, HPV-52 i HPV-58 (2,3) (Table 2). HPV-16 i HPV-18 su odgovorni za gotovo sve karcinome koji se mogu pripisati HPV-u u muškaraca. Zanimljivo je da je kod HPV-pozitivnih karcinoma glave i vrata, koji prvenstveno zahvaćaju orofarinks i javljaju se u tonzilama i na bazi jezika, HPV-16 najzastupljeniji, dok se ostali HR tipovi HPV-a rijetko otkrivaju. (5,6) Osim toga, HR HPV-pozitivni karcinomi tumora glave i vrata imaju bolju prognozu i preživljenje (7,8), zbog čega je utvrđivanje prisutnosti HPV-a iznimno važno za daljnje praćenje i liječenje oboljelih na ovom anatomskom sijelu. (9)
| Anatomsko sijelo karcinoma / Anatomical site of cancer | HR HPV | HPV-16 | HPV-18 | Izvor / Source** |
|---|---|---|---|---|
| Cerviks (vrat maternice) / Cervix | ~ 92% (85%; 99,7%) | 61% | 10% | de Sanjose, et al. 2010; Muñoz 2000 (10,11) |
| Vagina (rodnica) / Vagina | ~ 74,6% (74,3%; 75%) | 58,7% | 5% | Serrano, et al. 2015; Alemany, et al. 2014 (12,13) |
| Vulva (stidnica) / Vulva | ~ 31,3% (28,6%; 34%) | 68% | 4,6% | Serrano, et al. 2015; Zhang, et al. 2018 (12,14) |
| Penis / Penis | ~ 40% (46,7%; 33,1%) | ~ 64,5% (60,2%; 68,7%) | 13,4% | Hartwig, et al. 2012; Alemany, et al. 2014 (13,15) |
| Anus/ Anus* | ~ 87,0% (M 84,2%, Ž 90%) | ~ 85,0% (M 87,1%; Ž 83.4%) | ~ 5% (M 6,2%; Ž 3,6%) | Hartwig, et al. 2012; Serrano, et al. 2015 (12,15) |
| Usna šupljina / Oral cavity | ~ 24% (23,5%; 24,4%) | 68,2% | 34,1% | Kreimer, et al. 2005; Yete, et al. 2018 (16,17) |
| Orofarinks / Oropharynx | ~ 52,9% | 93,1% | 1,3% | Stein, et al. 2015 (15) |
| Larinks/ Larynx | 24% | 69,2% | 17% | Kreimer, et al. 2005 (16) |
*M, muškarci / men; Ž, žene / women; **i sur. / et al.
Virusni životni ciklus
Papilomavirusi su mali DNA virusi bez ovojnice, ikosaedarske simetrije. (19) Njihova je DNA dvolančana, kružna i superuvijena, veličine oko 7.900 parova baza (Figure 1). Obavijena je kapsidom koja se sastoji od dvaju strukturnih proteina; glavni protein kapside L1 (55.000 daltona) čini 80% kapside, a protein L2 (70.000 daltona) ostatak. Promjer viriona je 52–55 nm. Protein E1 neophodan je za episomalnu replikaciju virusne DNA, a protein E2 regulira transkripciju i replikaciju virusne DNA. Kod HPV-16 i HPV-18 protein E2 kontrolira aktivnost promotora za transkripciju gena E6 i E7. Produkti gena E6 i E7 glavni su transformirajući proteini HR HPV-a. (20) Protein E4 ima ulogu u destabilizaciji citokeratinske mreže te u kasnijem dijelu ciklusa pomaže u oslobađanju viriona iz stanice. Onkoprotein E5 se nalazi u staničnoj membrani i pomaže u prijenosu signala za čimbenike rasta. (21)
Virusna DNA HR HPV-a često se ugrađuje u genom domaćina (Figure 1). Ugradnja u genom domaćina jest nasumična, ali često u blizini uobičajenih lomljivih mjesta (common fragile sites) genoma, (22) pa se u nekim slučajevima virusna DNA ugrađuje unutar staničnih gena ili u blizini staničnih onkogena (npr. c-myc). (23) U dobroćudnim oštećenjima vezanima s HPV-infekcijama virusni genom postoji isključivo kao autonomno replicirajući episom. Najčešće se ugrađuju tipovi HPV-a 16, 18 i 45, iako ne uvijek. (24) Tipovi HPV-a 31 i 33 ne ugrađuju se gotovo uopće u genom domaćina, iako su vrlo učestali u raku vrata maternice. (25) Prilikom ugradnje virusne DNA HR HPV-a najčešće dolazi do loma unutar gena E1 i E2, čime se remeti aktivnost tih gena, a posljedica ugradnje je povišena i nekontrolirana ekspresija virusnih onkogena E6 i E7. (26)
HR tipovi HPV-a inficiraju epitel sluznice i vjeruje se da virus ulazi kroz mikrooštećenja i inficira bazalne stanice epitela (Figure 2). Životni ciklus virusa strogo ovisi o staničnoj diferencijaciji keratinocita, glavnih ciljnih stanica virusa. Virus nema vlastiti replikacijski mehanizam i stoga ovisi o staničnoj diobi i raslojavanju epitela domaćina, koji se odvija od bazalnih slojeva prema suprabazalnim slojevima, iskorištavajući ovaj proces za replikaciju i stvaranje novih virusa. U ovom procesu onkoproteini E6 i E7 igraju presudnu ulogu. Naime, E6 uz pomoć stanične ubikvitin-ligaze E6AP veže i razgrađuje p53, (27) dok onkoprotein E7 veže i razgrađuje pRB uz pomoć ubikvitin-ligaze Cullin-2 kompleksa. (28) Osim p53 i pRB, virusni onkoproteini dereguliraju i rad drugih bitnih staničnih proteina. Neki od najpoznatijih staničnih metaonkoproteina E6 uključuju Bak, DLG1, SCRIBBLE, obitelj MAGI proteina, prokaspaza 8 i FADD, (20,29,30) dok neke od najbitnijih staničnih metaonkoproteina E7 čine p107, p130 i PTPN14. (20,30) Kroz interakcije s ovim staničnim supstratima zajedničko djelovanje ovih dvaju onkoproteina, usmjereno na različite stanične puteve uključene u regulaciju kontrole staničnog ciklusa i apoptoze, omogućuje virusu da održava proliferaciju stanica u visokodiferenciranim suprabazalnim regijama, a time i replikaciju virusnog genoma. (19,31)
Uloga E6 i E7 u patogenezi
Normalni produktivni virusni životni ciklus HR tipova HPV-a visoko je reguliran i koordiniran proces. Međutim, u nekim slučajevima, uglavnom tijekom trajne infekcije, virusna se DNA nasumično ugrađuje u genom domaćina (Figure 1), što dovodi do stanične imortalizacije i na kraju do maligne progresije. Ishod ovog procesa je kolaps virusne replikativne sposobnosti: većina virusnih gena se gubi, dok dva glavna virusna onkogena, E6 i E7, ostaju nekontrolirano izraženi (Figure 2), pokrećući stanične cikluse, daljnji napredak prema staničnoj transformaciji i na kraju rezultirajući razvojem raka. (32,33) Zanimljivo je da se proces virusne ugradnje događa mnogo rjeđe kod orofaringealnih karcinoma nego kod raka vrata maternice. (34)
Studije raka vrata maternice na transgenom mišjem modelu pokazale su da je E7 povećao proliferaciju i broj kopija centrosoma i inducirao progresiju multifokalnih mikroinvazivnih karcinoma vrata maternice, dok je E6 povećao broj kopija centrosoma i eliminirao uočljivi protein p53, ali nije proizveo neoplaziju ili rak. Važan je podatak da je kombinacija obaju onkoproteina rezultirala povećanim brojem centrosoma i velikim, jako invazivnim karcinomima. (37) Slična su zapažanja zabilježena i na mišjim modelima pločastih stanica raka glave i vrata (engl. HNSCC, head and neck squamous cell carcinoma). U njima se pokazalo da je E7 glavni transformirajući onkoprotein, dok se čini da E6 vjerojatnije igra sekundarnu ulogu, gdje više doprinosi u kasnijim stadijima malignosti. (38) Na temelju tih studija razvijen je model karcinogeneze izazvane HPV-om. Stoga se ova dva onkoproteina smatraju izvrsnim ciljevima za terapijsku intervenciju, a razumijevanje molekularnih mehanizama koji leže u osnovi njihovih funkcija presudno je za razvoj takvih antivirusnih terapija.
Infekcije HR HPV-a u regiji glave i vrata
Većina tumora glave i vrata povezanih s infekcijom HR HPV javlja se u orofarinksu, poglavito tonzilama, dok je manji broj u usnoj šupljini i larinksu. (39–42) Kripte tonzila su obložene specijaliziranim pločastim i isprepletenim epitelom koji je infiltriran limfoidnim tkivom i bazalnim stanicama. (42) Prisutnost bazaloidnih stanica sugerira osjetljivost na HPV-infekciju, a smatra se da je ovo i preferencijalna zona koja olakšava virusu izbjegavanje imunološkog odgovora. Jednako je važno da ovo tkivo ne održava polarizaciju i površinsko sazrijevanje koje se nalazi u slojevitom pločastom epitelu. Dakle, u ovom bazaloidnom tkivu, zbog smanjenja polarizacije epitela te nedostatka barijere i bazalnih stanica, dolazi do povećanja mogućnosti za trajnu infekciju. Velika većina karcinoma povezanih s HPV-om na područjima bazaloidnih stanica pozitivna je na HPV-16, s vrlo malim udjelom ostalih tipova HPV-a poput HPV tipova 18, 31 i 33, (3,43–46) a razlozi za to još nisu jasni. Zanimljivo je da je vrijeme između početne infekcije i razvoja bolesti kod karcinoma glave i vrata znatno kraće nego kod anogenitalnih karcinoma. (47) Sve to ukazuje na složenu interakciju virusa i replikacijskog okruženja u području tonzila.
Otprilike 70% karcinoma vrata maternice uzrokuju HPV-16 i HPV-18 (tablica 2), a mnoge stanične mete onkoproteina E6 i E7 zajedničke su za oba tipa virusa, dok razlike leže samo u stupnju interakcije. Suprotno tomu, gotovo ništa nije poznato o njihovim staničnim supstratima u orofarinksu, koji mogu biti vrlo različiti zbog složenosti tkiva i okolnog okruženja. Potrebne su biokemijske i mehaničke studije virusnih onkogena i njihovih interakcijskih partnera u stanicama orofarinksa kako bi se razjasnile potencijalne razlike, kako u produktivnom životnom ciklusu virusa, tako i u malignosti izazvanoj ovim virusom. (30)
Zaključak
Zanimljivo je da isti tip virusa, HPV-16, može pokazivati različita svojstva ovisno o mjestu zaraze. Svakako, čini se da je njegova aktivnost koja izaziva rak mnogo veća u tkivima s transformacijskom zonom, poput vrata maternice, anusa ili tonzila, nego u onima gdje nije jasno predilekcijsko mjesto zaraze. (48) Stoga, iako smo stekli veće razumijevanje o načinu funkcioniranja virusnih onkoproteina, još uvijek treba mnogo naučiti o njihovim aktivnostima u različitim vrstama tkiva i njihovom okolišu.