The role of the human papilloma virus in the development of potentially malignant diseases and squamous cell carcinomas of the oral mucosa

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

Эпидемиология вируса папилломы человека

В последние 30 лет многие исследования демонстрируют значительный вклад онкогенных типов вируса папилломы человека (ВПЧ) в патогенез предопухолевых заболеваний и злокачественных новообразований (ЗНО) слизистой оболочки рта (СОР). Во всем мире распространенность ВПЧ при раке области головы и шеи составляет от 25 до 31% [1]. Наиболее распространенными генотипами при ВПЧ-положительном плоскоклеточном раке СОР являются ВПЧ 6-го и 11-го типа низкого онкологического риска, а также ВПЧ 16-го и 18-го типа высокого онкологического риска [2].

Распространенность ВПЧ при потенциально злокачественных заболеваниях (ПЗЗ) полости рта составляет 22,5%. При стратификации предраковых заболеваний полости рта по отдельным нозологическим формам распространенность ВПЧ при лейкоплакии составила 20,2%, красном плоском лишае — 23,0%, пролиферативной веррукозной лейкоплакии — 24,7%, неуточненных ПЗЗ полости рта — 25,4% и подслизистом фиброзе полости рта — 28,6%. Однако значимых различий между образцами с признаками дисплазии и без них не было выявлено. Среди ВПЧ-положительных случаев ПЗЗ полости рта ВПЧ 16-го типа был преобладающим генотипом (48,2%), ВПЧ 18-го типа встречался в 36,2% случаях, ВПЧ 11-го — в 26,1% и ВПЧ 6-го — в 18,1%. Подобная тенденция обнаружена среди ВПЧ-положительных образцов красного плоского лишая, в которых лейкоплакии ВПЧ 11, 16, 18-го типа составляли 32,3, 40,8, и 26,5% соответственно [3].

ВПЧ — это небольшой двухцепочечный кольцевой вирус без оболочки диаметром 52–55 нм, принадлежащий к семейству Papillomaviridae. Геном содержит двухцепочечную молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая связана с клеточными гистонами и содержится в белковом капсиде без оболочки. В геноме ВПЧ выделяют 3 основных региона:

— участок генов, кодирующий ранние белки (early, E);

— участок генов, кодирующий поздние белки (late, L);

— некодирующий регуляторный участок (upstream regulatory region — URR,) который расположен между предыдущими регионами [4].

Регион Е кодируют белки E1, E2, E4, E5, E6 и E7, которые необходимы для репликации, клеточной трансформации и контроля вирусной транскрипции. E1 и E2 поддерживают вирусную ДНК в эписомальной форме и способствуют сегрегации вирусного генома во время деления клетки. Во время продуктивной инфекции E6 и E7 стимулируют развитие клеточного цикла. E1, E2, E4 и E5 экспрессируются во время амплификации вирусной ДНК, которая происходит в дифференцированных клетках в верхних слоях эпителия. Поздняя область кодирует структурные белки или белки капсида, которые участвуют в сборке вирионов. L1 кодирует основной капсидный белок, а L2 — минорный капсидный белок. Некодирующая регуляторная область, включающая начало репликации, и необходима для репликации и транскрипции вирусной ДНК [4, 5].

Различные типы ВПЧ характеризуются генотипическими вариациями в последовательностях оснований ДНК E6 и E7. Именно эти генотипические различия позволяют разделить онкогенный фенотип вируса на типы высокого и низкого онкологического риска. ВПЧ высокого онкологического риска включает 16, 18, 31, 33, 35, 45, 51, 52, 56, 58, 59-й типы, а ВПЧ низкого онкологического риска — 6, 11, 42, 43, 44-й типы [5].

Факторы риска развития инфекции вируса папилломы человека

Выделяют местные и общие факторы риска развития инфекции ВПЧ. К местным факторам риска относятся плохая гигиена полости рта, использование полных зубных протезов в сочетании с пожилым возрастом. Количественный и качественный составы бактерий в ротовой полости в образцах с языка достоверно связаны с увеличением числа копий ВПЧ [6]. Подтверждена значительная корреляция между гигиеной полости рта и вирусной нагрузкой. Улучшение уровня гигиены полости рта может значительно снизить частоту инфицирования ВПЧ [6, 7].

Обнаружена связь между индексом апроксимального налета (API) и присутствием ВПЧ в полости рта. Для пациентов с API от 20 до 40% было определено отношение шансов (ОШ) 2,80, а в случаях с API более 40% вероятность инфицирования ВПЧ увеличивалась до 7,78. Результаты в отношении индекса кровоточивости десен (GBI) были аналогичными с ОШ 3,01 в случаях с GBI от 20 до 40% и ОШ 6,01 для GBI >40%. Установлена связь между потерей от одного до трех зубов и наличием ВПЧ (ОШ 2,98), а также более трех удаленных зубов (ОШ 8,24) [6].

Известно, что дефекты эпителиального пласта СОР являются местом проникновения ВПЧ. Таким образом, ВПЧ проникает в базальный слой эпителия СОР. Накопление зубного налета вследствие плохой гигиены полости рта неизбежно приводит к воспалению десен, что способствует проникновению ВПЧ через поверхностные слои эпителия с последующим внедрением в базальные клетки [8].

Аналогичные результаты можно было увидеть в отношении связи между потерей зубов на протяжении всей жизни и наличием ВПЧ в полости рта у пациентов. Потеря зуба, не связанная с травмой зубов, может служить альтернативным маркером долгосрочного качества гигиены полости рта. T.C. Bui и соавт. обнаружили значительную распространенность ВПЧ полости рта у пациентов, которые уже перенесли удаление зубов по причинам, не связанным с травмой [9].

Среди общих факторов, способствующих развитию инфекции ВПЧ, выделяют большое количество сексуальных партнеров, раннее начало половой жизни и более старший возраст полового партнера [10]. Наличие типов ВПЧ высокого онкологического риска в полости рта среди мужчин и женщин связано с сексуальным поведением. Однако среди мужчин частота распространенности высокоонкогенных типов ВПЧ выше, частично данный факт объясняется большим количеством половых партнеров на протяжении всей жизни. Исследование, проведенное T.C. Bui и соавт. (2017), показало, что взвешенная распространенность многотипного (от 2 до 6 типов) ВПЧ полости рта составила 1,5% (2,5% для мужчин, 0,4% для женщин) во всей выборке и 19,7% (22,0% для мужчин, 12,1% для женщин) в группах, в которых был выявлен один положительный тип ВПЧ. При построении математической модели критериями повышенного риска развития многотипной инфекции ВПЧ полости рта, по сравнению с однотипной были мужской пол, курение, а также наличие нового полового партнера в прошлом году [11].

Одним из факторов риска, способствующих контаминации онкогенными типами ВПЧ, является оральный секс. Существует ряд исследований, показывающих связь между количеством партнеров по оральному сексу в течение всей жизни и присутствием онкогенных типов ВПЧ в СОР [12–14].

ВИЧ-положительный статус — отдельный фактор риска повышенной распространенности ВПЧ полости рта. Иммуносупрессия может быть связана с повышенной восприимчивостью к вирусной инфекции или ее репликации [15].

Механизм канцерогенеза, индуцированного вирусом папилломы человека

Возможность развития ЗНО зависит от множества факторов:

— типа вируса;

— синергетического действия с различными физическими, химическими и биологическими агентами;

— генетической конституции и механизмов иммунной защиты хозяина, каждый из которых может изменять течение инфекции ВПЧ.

В случае инфицирования ВПЧ высокого онкологического риска и при благоприятных для вируса условиях вирусный геном интегрируется в геном хозяина, что является необходимым событием для нарушения механизма апоптоза эпителиальных клеток [16].

Ранние белки E6 и E7 занимают ключевую роль в канцерогенезе ВПЧ-позитивных плоскоклеточных карцином полости рта [17, 18]. Ингибирование клеточного апоптоза и дерегуляция контрольной точки клеточного цикла G2/M осуществляются за счет деградации белков-супрессоров p53 под воздействием онкопротеина Е6. Белки — супрессоры опухолей p53 и p21 помогают поддерживать остановку клеточного цикла G2/M в ответ на различные вредоносные факторы (например, вирусы или повреждение ДНК вследствие воздействия ионизирующего излучения). Стресс-индуцированная стабилизация p53 запускает повышенную экспрессию белка p21, который может поддерживать остановку клеточного цикла G2/M путем прямого ингибирования комплекса «CDK1 — циклин В» [19]. Кроме того, E6 взаимодействует с другими проапоптотическими белками — Bak и прокаспазой 8, чтобы полностью предотвратить апоптоз [20], в то время как онкопротеин E7 связывается с pRb и способствует его деградации и высвобождению фактора транскрипции E2F [21]. Это приводит к дерегуляции контрольной точки клеточного цикла G1/S, активации повторного входа в S-фазу и репликации вируса. Комплекс Rb/E2F ингибирует транскрипцию нескольких генов, включая ген CDKN2A, кодирующий p16INK4a. Следовательно, расщепление членов семейства Rb белком Е7 приводит к гиперэкспрессии р16INK4a за счет высвобождения гена CDKN2A [14]. Это позволяет эпителиальным клеткам ускользать от индуцированного онкогена старения и активировать сигнальные пути выживания [14]. Суперэкспрессия p16INK4a имеет ключевое значение для выживания клеток в ВПЧ-ассоциированных опухолях, а в новообразованиях, не связанных с данным вирусом, она часто инактивируется [22]. Это делает избыточную экспрессию p16INK4a приемлемым суррогатным маркером транскрипционно активного ВПЧ при канцерогенезе [23]. Потеря регуляции клеточного цикла, хромосомная нестабильность, значительно увеличивающая риск накопления геномных изменений, ингибирование апоптотической передачи сигналов, повышение активности теломеразы напрямую связаны с экспрессией белков E6/E7 или инактивацией генов, кодирующих белки опухолевых супрессоров p53 и pRB. Белки E6 и E7 могут взаимодействовать с клеточными онкобелками, такими как ras и с-myc, что позволяет вирусу действовать на уровне факторов роста и клеточного и ядерного метаболизма, производя онкогенные клетки [24].

Исследование, проведенное N. Bano и соавт. с использованием раковых стволовых клеток плоскоклеточной карциномы полости рта, демонстрирует роль онкогенов ВПЧ в модулировании функции NF-κB и miRNAs при плоскоклеточном раке полости рта, способствуя его прогрессированию, метастазированию и исходу лечения. ВПЧ 16-го типа увеличивает популяцию стволовых клеток, их стволовые свойства, этот же вирус активирует p65, который индуцирует дифференцировку клеток опухоли. ВПЧ также делает это посредством функционального взаимодействия с белками транскрипционного фактора NF-κB, изменяя состав гомодимера NF-κB p50/50 в пользу гетеродимера p50/p65. Избирательное участие p65 и сверхэкспрессия c-Rel в ВПЧ-положительных плоскоклеточных карциномах полости рта способствовали высокой дифференцировке опухоли. С другой стороны, в отсутствие ВПЧ не происходит вовлечения p65 в функциональный комплекс NF-κB и чрезмерной экспрессии c-Rel, что в итоге приводит к формированию низкодифференцированной, инвазивной и метастатической опухоли, которая имеет неблагоприятный прогноз. Взаимодействие между активированным белком NF-κB, их трансактивацией, онкобелками ВПЧ, сверхэкспрессией MiR-155/MiR-21 и подавлением MiR-34a способствует дифференцировке опухоли. Таким образом, ВПЧ 16-го типа играет решающую роль в поддержании свойств стволовых клеток плоскоклеточного рака полости рта из-за усиленной экспрессии вирусных онкогенов (E6/E7), а его функциональное взаимодействие с белками NF-κB и специфическими miRNA приводит к высокой дифференцировке опухоли и лучшему прогнозу [25].

Вирус папилломы человека и потенциально злокачественные заболевания полости рта

На сегодняшний день существует два возможных механизма развития инфекции ВПЧ при ПЗЗ полости рта. Один из них заключается в том, что эрозии и язвы при эрозивно-язвенной форме красного плоского лишая или лейкоплакии делают СОР более восприимчивой к инфекции ВПЧ. Именно эрозивно-язвенная форма красного плоского лишая полости рта и негомогенная лейкоплакия полости рта могут быть в большей степени связаны с инфекцией ВПЧ [26, 27].

Другой механизм заключается в том, что из-за постоянного употребления стероидных препаратов при уже имеющемся красном плоском лишае иммуносупрессия приводит к усилению репликации ВПЧ [28].

Стероиды часто используются для лечения красного плоского лишая, что может уменьшить количество иммунных клеток окружения, включая лимфоциты и моноциты, и снизить уровень секреции цитокинов, таких как фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α), интерлейкин (ИЛ) 1 и ИЛ-6 [28]. Более того, некоторые цитокины, такие как ИЛ-1 и ФНО-α, могут избирательно подавлять транскрипцию ВПЧ [28]. Следовательно, внеклеточный ВПЧ может легче взаимодействовать с иммунными клетками от антигенпрезентирующих до эффекторных Т-клеток, чтобы активировать уклонение от иммунитета и способствовать дальнейшему сохранению в эпителии и завершению цикла репликации [29]. Кроме того, стойкие вирусные инфекции могут вызывать нарушение регуляции иммунитета и способствовать медленному прогрессированию инфекции до дисплазии и в конечном счете к развитию карциномы [30].

Генотипы низкого онкологического риска, такие как ВПЧ 6-го и 11-го типа, могут вызывать доброкачественные опухоли полости рта, в то время как генотипы высокого онкологического риска, включая ВПЧ 16-го и 18-го типа, играют важную роль в прогрессировании опухоли [28]. Многие исследования также подтвердили связь между плоскоклеточным раком полости рта и инфекцией ВПЧ [31]. Недавнее исследование, основанное на всестороннем анализе генетических изменений, показало, что онкобелки ВПЧ 16-го типа, взаимодействующие с геномными изменениями хозяина, могут нарушать стабильность генома, дифференцировку эпителия, регуляцию транскрипции и противовирусный иммунный ответ при плоскоклеточном раке полости рта [32].

Клинико-морфологические особенности ВПЧ-позитивного рака полости рта

Существуют некоторые морфологические различия между ВПЧ-негативной и ВПЧ-позитивной формами плоскоклеточного рака полости рта. ВПЧ-позитивная форма развивается, как правило, в молодом возрасте. Достаточно рано происходит метастазирование в лимфатические узлы, что зачастую является главной особенностью клинического проявления данной опухоли. Поэтому крайне важно, чтобы клиницисты регулярно и внимательно обследовали своих пациентов на наличие лимфатического увеличения узла и проводили расследование или направление на обследование при подозрительных случаях соответственно. С другой стороны, отдаленные метастазы могут возникать в отдаленной перспективе — до 10 лет после первоначальной постановки диагноза, что делает долгосрочное наблюдение критически важным. Как правило, для ВПЧ-положительных опухолей характерны следующие морфологические признаки:

— дольчатая форма клеточного роста;

— инфильтрирующие лимфоциты;

— гиперхроматиновое ядро;

— скудная цитоплазма;

— высокая митотическая активность опухолевых клеток.

С точки зрения прогноза, ВПЧ-позитивный рак полости рта имеет более высокую краткосрочную выживаемость, чем ВПЧ-отрицательный. Тем не менее долгосрочное выживание в настоящее время является предметом дискуссий из-за появления поздних отдаленных метастазов, когда у пациентов сохраняются факторы риска — употребление табака и алкоголя [33].

В целом при отсутствии традиционных факторов риска, связанных с табаком и алкоголем, ВПЧ-позитивный рак полости рта более благоприятно реагирует на химиотерапию и лучевую терапию, возможно, из-за относительно интактной репарации ДНК и опухолевых супрессорных механизмов. ВПЧ-позитивную форму плоскоклеточного рака области головы и шеи, как правило, диагностируют на ранней стадии, когда опухоль имеет небольшие размеры с тенденцией к региональному метастазированию [32], тогда как ВПЧ-негативную форму заболевания выявляют на более поздней стадии и с отдаленным метастазированием [33, 34].

Профилактика и лечение вируса папилломы человека

На данный момент патогенетического лечения ВПЧ полости рта не существует, однако установлены факторы риска развития инфекции и необходимость соблюдения профилактических мер. Ограничение числа сексуальных партнеров на протяжении всей жизни, культивирование моногамных отношений, безопасные сексуальные привычки, правильное использование барьерных контрацептивов могут снизить риск передачи ВПЧ. Центр по контролю и профилактике заболеваний США отмечает, что примерно в 90% случаев инфекция ВПЧ полости рта может элиминироваться в течение примерно двух лет, не вызывая последствий. Однако если имеется контаминация высокоонкогенными типами ВПЧ в сочетании с другими факторами риска, такими как курение, злоупотребление алкоголем, постоянная механическая травматизация СОР, плохая гигиена полости рта, то персистенция вируса может приводить к развитию интерэпителиальной неоплазии [35].

Одним из эффективных методов профилактики инфекции ВПЧ является вакцинация. В настоящее время доступны три вакцины: Церварикс (против ВПЧ 16-го и 18-го типа), Гардасил (против ВПЧ 6, 11, 16, 18-го типа) и Гардасил 9 (против 7 типов высокого онкологического риска — ВПЧ 16, 18, 31, 33, 45, 52, 58-го типа и 2 типов низкого онкологического риска — ВПЧ 6-го и 11-го типа) [36].

В 2018 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США расширило утвержденный возрастной диапазон кандидатов на профилактическую вакцину против ВПЧ, включив в него мужчин и женщин моложе 45 лет. Кроме США, такие страны, как Канада, Австралия, Аргентина и некоторые европейские страны бесплатно предоставляют вакцину против ВПЧ как девочкам, так и мальчикам. Эпидемиологические данные показывают, что профилактическая вакцинация против ВПЧ снижает распространенность оральной инфекции ВПЧ на 88–93%. Учитывая медленное внедрение и длительный латентный период, ожидается, что вакцинация снизит заболеваемость раком полости рта и ротоглотки к 2060 г. [37].

Исследование, проведенное A.K. Chaturvedi и соавт., показало, что распространенность ВПЧ 6, 11, 16, 18-го типа в полости рта была значительно снижена у вакцинированных молодых людей в возрасте от 18 до 33 лет по сравнению с невакцинированными (0,11 против 1,61%), что составляет по оценкам 88,2%. Примечательно, что распространенность оральных инфекций ВПЧ 6, 11, 16, 18-го типа была значительно снижена у вакцинированных мужчин по сравнению с невакцинированными (0,00 против 2,13%). С учетом внедрения вакцины распространенность ВПЧ 6, 11, 16, 18-го типа полости рта составила 17,0% в целом, 25,0% для женщин и 6,9% для мужчин [38].

В настоящее время ведутся исследования, направленные на создание патогенетической терапии ВПЧ-инфекции. S. Domingos-Pereira и соавт. в эксперименте на мышах использовали синтезированную терапевтическую вакцину на основе длинного пептида E7 ВПЧ (E7LP) с инкапсулированным агонистом TLR9 CpG в сочетании с химиотерапией карбоплатином/паклитакселом (C + P) для лечения ВПЧ-ассоциированных ЗНО. При сравнении C + P + E7LP, C + P + интравагинальный CpG или E7LP + интравагинальный CpG вакцина значительно увеличивала выживаемость. Показано, что добавление CpG в значительной степени привело к увеличению E7-специфических CD8+ T-клеток [39]. S. Yete и соавт. сообщили, что в модели плоскоклеточного рака полости рта вакцина слитого белка HPV-16mE6Delta/mE7/TBhsp70Delta не только подавляла опухоль, но также вызывала гибель опухоли и обеспечивала защиту от карциномы [40]. В недавнем исследовании M.C. Yang и соавт. синтезировали длиннопептидную терапевтическую вакцину ВПЧ E7 без использования адъюванта, направленную против ВПЧ-ассоциированных ЗНО. Результаты показали, что эта вакцина может вызывать как местный, так и мощный системный Т-клеточный ответ CD8+ и противоопухолевые эффекты. Кроме того, результаты показали, что эта вакцина более эффективна при раке слизистой оболочки щеки, чем при подкожных опухолях [41]. Таким образом, иммунотерапия, нацеленная на онкопротеины E6 и E7 ВПЧ 16-го типа, может быть эффективным способом профилактики и лечения заболеваний, связанных с ВПЧ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Онкогенные типы ВПЧ играют важную роль в патогенезе ПЗЗ и ВПЧ-ассоциированных ЗНО полости рта на стадии как начала заболевания, так и последующей прогрессии. Инфекция ВПЧ, с одной стороны, индуцирует процесс онкогенеза при опухолевых процессах, с другой — является благоприятным прогностическим фактором для лечения данной патологии. Дальнейшее изучение ВПЧ при ПЗЗ и ЗНО СОР позволит найти маркеры прогноза развития и патогенетической терапии этих заболеваний.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ADDITIONAL INFO

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Authors contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

About the authors

Dmitry E. Mikhalev

Siberian State Medical University

Author for correspondence.
Email: dm199412@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0647-3576

Postgraduate Student

Russian Federation, Tomsk

Olga D. Baydik

Siberian State Medical University

Email: olgabajdik@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4748-4175

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Tomsk

Marat R. Mukhamedov

Siberian State Medical University; Cancer Research Institute of Tomsk National Research Medical Center of Russian Academy of Science

Email: muhamedov@oncology.tomsk.ru
ORCID iD: 0000-0003-1555-050X

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Tomsk; Tomsk

Georgy O. Aleksandrov

Siberian State Medical University

Email: go.alexandrov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1531-1528
Russian Federation, Tomsk

References

Supplementary files