《自然》子刊：沙眼衣原体与HPV可诱发独特致癌程序，共同导致宫颈癌发生

转载于：奇点网2022-03-23

《自然》子刊：沙眼衣原体或加速HPV致癌！科学家发现，沙眼衣原体与HPV可诱发独特致癌程序，共同导致宫颈癌发生丨文章查阅下载

人乳头瘤病毒（HPV）能引发宫颈癌，其与人类已共存近百万年[1]，是女性生殖道的“常客”。世界上80%的女性在一生中会与HPV相遇，但只有2%的携带者最终发展成宫颈癌[2]。这暗示着HPV致癌是需要一定条件。

研究发现[3, 4]，越来越多宫颈癌患者中同时出现HPV和一种致病菌——沙眼衣原体，性传播感染中排名前四的病菌[5]。病毒和细菌“合谋”加快疾病发生和发展已不少见[6]，HPV和沙眼衣原体是否会加速宫颈癌发展呢？

图1：HPV 16 电镜图（左）和衣原体包涵体荧光染色图（右）。左图来源Guan et al，Structure， 2017）；右图来源Chlamydia Research Group，University of Nebraska

我们知道，HPV可将致癌基因HPV E6E7整合到宿主细胞，并且在90%的宫颈癌患者中能发现这一现象[7]。E6和E7基因是癌变过程的启动因素，高危型HPV的E6和E7蛋白在宫颈癌组织内的持续表达，是致癌的关键分子[8]。可是，沙眼衣原体是如何作用仍是未解之谜。

近期，由德国维尔茨堡大学Cindrilla Chumduri领导的研究团队，通过体外模拟生命功能的类器官，发现HPV和沙眼衣原体共感染的致癌分子机制：HPV E6E7和沙眼衣原体共感染能引发宿主细胞独特的重编程，二者从相反的方向影响细胞和基因组稳定性，从而促进肿瘤的形成[9]。该研究发表在《自然·通讯》上。 相关文章查阅下载

类器官也叫做人工3D组织模型，是利用干细胞直接诱导成与来源组织或器官高度相似的三维组织模型，能近似表征细胞与细胞之间、细胞与周围环境之间的空间关系和互作。2017年，类器官被《自然-方法》评为2017年生命科学领域的年度技术[10]。

图2：外宫颈类器官构建流程图

工欲善其事，必先利其器。

研究者们首先升级改造已有的类器官模型。宫颈可分为两部分：外宫颈（与阴道连通的复层鳞状上皮）和内宫颈（与子宫连通的柱状上皮）。以往研究已成功从人体外宫颈干细胞中培养出类器官（记为hCEcto）[11, 12]。在此基础上，研究者通过病毒转导，将HPV E6E7基因整合到外宫颈干细胞，构建出能模拟HPV感染特性的类器官（记为hCEcto E6E7）。

图3：实验验证HPV16 E6E7基因成功导入并在类器官中转录。左图：HPV16 E6E7基因成功转导到供体细胞基因组；右图：HPV16 E6E7基因在供体细胞内成功转录

经实验验证，遗传改造后的类器官产生了与宫颈上皮内瘤变（CIN）相似的表型。与未经改造模型相比，转导了HPV E6E7基因的模型具有更大直径，更强的成形能力，即更类似CIN的特征。并且，改造后的类器官能有效表达HPV E6E7基因。这说明，遗传改造后的类器官能模拟宫颈HPV感染，为研究HPV的作用机制开辟新途径。

外宫颈类器官是否能模拟沙眼衣原体的共感染？

沙眼衣原体具有双相生命周期：在细胞外是孢子样具高度传染性的细胞，称为原体（EB）；进入细胞后，转化为无侵染性、可复制的细胞，称为始体（RB）。当用沙眼衣原体去感染类器官，在有无HPV E6E7基因的模型中均能看到这两种形态的沙眼衣原体，并且能检测到沙眼衣原体在不断增殖。

在高清透射电子显微镜下，还可以观测到沙眼衣原体的另外两种形态（图4）：中间体（IB）和异常体（AB）。通过计数统计发现，沙眼衣原体的这几种形态在有无HPV E6E7基因的模型中有明显差异：具有感染力的原体在HPV E6E7模型中显著减少，并且始体和异常体显著增加。这表明，HPV E6E7基因增加了异常体的形成，同时抑制了始体到原体的再分化，减缓沙眼衣原体的生命周期发展速度，使各个状态能更持久地存在。

图4：沙眼衣原体感染外宫颈干细胞（2D组织）。左图是未整合HPV E6E7基因的干细胞；右图是整合了HPV E6E7基因的干细胞。RB：reticulate bodies；EB：elementary bodies；IB：intermediate stage；AB：aberrant bodies

有了类器官，接下来就是放开手脚挖掘背后的分子机理。研究者对不同条件下的细胞进行转录组分析，发现HPV E6E7和沙眼衣原体能以不同的方式上调或下调宿主基因转录水平，引起细胞产生与CIN类似的转录谱。这些基因涉及细胞免疫应答，例如，两者都能独立上调肿瘤坏死因子（TNF）调控的免疫应答。

令人惊讶的是，沙眼衣原体的共感染能抑制HPV E6E7引起的宿主基因转录水平变化。在被HPV E6E7影响的3456个基因转录本中，28%的基因转录本表达量的改变能被沙眼衣原体抑制。这其中包含控制基因表达的转录因子（TF），最为突出的是E2F转录因子家族：HPV E6E7显著上调E2F的表达水平，但沙眼衣原体感染后抑制E2F转录。

基因调控通路研究发现，沙眼衣原体感染会抑制E2F1转录，其调控的目标基因涉及碱基错配修复（MMR）。沙眼衣原体不仅可以在转录阶段和翻译后抑制MMR，并且能抑制HPV E6E7引起的MMR水平上调。

进一步研究还发现，沙眼衣原体感染会下调肿瘤抑制因子p53（TP53）基因的转录和p53蛋白的表达。

综上，在宿主细胞加速增生的背景下，沙眼衣原体引发DNA损伤，以及对碱基错配修复通路的抑制，提升了宿主基因组突变活力。

与宫颈高度相似的类器官模型。Credit: Team Chumduri

虽然研究没有模拟游离状态的HPV，该研究揭示了HPV E6E7和沙眼衣原体共感染对细胞和基因组稳定性都有不良影响，促进癌变的发展。沙眼衣原体这个致癌“帮凶”从猜测到被证实。

研究开发出来的类器官模型潜力巨大，为今后的机理研究开辟新路径。实验室常见动物小鼠、兔子和猪通常是多胎生殖，难以模拟单胎为主的人类生殖系统；灵长类动物模型又相对昂贵。

未来，这套系统借助单细胞和空间组学技术，可以更高清晰度解析细胞之间的互作，为研究组织组织癌变提供新的研究机遇[13, 14]。

参考资料： 1. Chen, Z., et al., Niche adaptation and viral transmission of human papillomaviruses from archaic hominins to modern humans. PLOS Pathogens, 2018. 14(11): p. e1007352.

2. Burchell, A.N., et al., Chapter 6: Epidemiology and transmission dynamics of genital HPV infection. Vaccine, 2006. 24 Suppl 3: p. S3/52-61.

3. Koskela, P., et al., Chlamydia trachomatis infection as a risk factor for invasive cervical cancer. Int J Cancer, 2000. 85(1): p. 35-9.

4. Ssedyabane, F., et al., HPV-Chlamydial Coinfection, Prevalence, and Association with Cervical Intraepithelial Lesions: A Pilot Study at Mbarara Regional Referral Hospital. Journal of cancer epidemiology, 2019. 2019: p. 9092565-9092565.

5. Solomon, A.W. and D.C.W. Mabey, Chlamydia (Trachoma and Sexually Transmitted Infections), in International Encyclopedia of Public Health, H.K. Heggenhougen, Editor. 2008, Academic Press: Oxford. p. 672-683.

6. Griffiths, E.C., et al., The nature and consequences of coinfection in humans. The Journal of infection, 2011. 63(3): p. 200-206.

7. Pett, M. and N. Coleman, Integration of high-risk human papillomavirus: a key event in cervical carcinogenesis? J Pathol, 2007. 212(4): p. 356-67.

8. Tomaić, V., Functional Roles of E6 and E7 Oncoproteins in HPV-Induced Malignancies at Diverse Anatomical Sites. Cancers, 2016. 8(10): p. 95.

9. Koster, S., et al., Modelling Chlamydia and HPV co-infection in patient-derived ectocervix organoids reveals distinct cellular reprogramming. Nature Communications, 2022. 13(1): p. 1030.

10. Method of the Year 2017: Organoids. Nature Methods, 2018. 15(1): p. 1-1.

11. Chumduri, C., et al., Opposing Wnt signals regulate cervical squamocolumnar homeostasis and emergence of metaplasia. Nat Cell Biol, 2021. 23(2): p. 184-197.

12. Lõhmussaar, K., et al., Patient-derived organoids model cervical tissue dynamics and viral oncogenesis in cervical cancer. Cell Stem Cell, 2021. 28(8): p. 1380-1396.e6.

13. Guo, Q., et al., Single-cell transcriptomic landscape identifies the expansion of peripheral blood monocytes as an indicator of HIV-1-TB co-infection. Cell Insight, 2022. 1(1): p. 100005.

14. Marx, V., Method of the Year: spatially resolved transcriptomics. Nature Methods, 2021. 18(1): p. 9-14.