宫颈癌防治用人乳头瘤病毒疫苗的研究进展

夏和霞+张炜

摘 要 高危型人乳头瘤病毒（human papillomavirus， HPV）感染与宫颈癌的发生、发展关系密切。HPV疫苗在HPV感染所致宫颈疾病防治中的作用逐渐受到重视。本文介绍宫颈癌防治用预防性和治疗性HPV疫苗的研究进展。预防性HPV疫苗中的四价HPV（HPV6/11/16/18）疫苗Gardasil、二价HPV（HPV16/18）疫苗Cervarix和九价HPV（HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58）疫苗Gardasil 9已获准上市并用于临床。治疗性HPV疫苗均尚处于研究阶段，且免疫原性与安全性仍有待提高。

关键词 宫颈癌 人乳头瘤病毒 预防性疫苗 治疗性疫苗

中图分类号：R730.3； R730.1； R737.33 文献标识码：A 文章编号：1006-1533（2016）11-0012-05

Research progress of human papillomavirus vaccine in the prevention and treatment of cervical cancer

XIA Hexia， ZHANG Wei*

（Department of Gynecology， Obstetrics and Gynecology Hospital， Fudan University， Shanghai 200011， China）

ABSTRACT Human papillomavirus （HPV） is closely related to the development of cervical cancer. The role of HPV vaccine in the prevention and treatment of cervical diseases caused by HPV infection is gradually taken into account. This review summarizes the recent research progress of preventive and therapeutic HPV vaccines in the prevention and treatment of cervical cancer. Quadrivalent HPV （HPV6/11/16/18） vaccine Gardasil， bivalent HPV （HPV16/18） vaccine Cervarix， and a new ninevalent HPV （HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58） vaccine Gardasil 9 have been listed and applied in clinic among the preventive vaccines. However， therapeutic HPV vaccines are still in the research stage and more experiments are needed to improve the immunogenicity and safety for clinical trials in humankind.

KEY WORDS cervical cancer； human papillomavirus； preventive vaccines； therapeutic vaccines

宫颈癌是常见的妇科三大恶性肿瘤之一，发病率在女性恶性肿瘤中居第2位，仅次于乳腺癌。1976年Hausen首次提出，人乳头瘤病毒（human papillomavirus， HPV）感染与宫颈癌的发生、发展关系密切。之后，越来越多的研究证实，高危型HPV的持续感染是宫颈癌发生的最主要原因[1]，致使人们开始研制HPV疫苗。HPV疫苗可分为预防性（包括嵌合型）和治疗性两类，其中预防性HPV疫苗已用于临床，治疗性HPV疫苗则还处于开发阶段。

1 HPV及其致癌机制

1.1 HPV的基因结构及其功能

HPV基因组是双链环状DNA，以共价闭合的超螺旋结构、开放的环状结构和线性分子3种形态存在。HPV基因组编码为9个开放读码框架，分为3个功能区，即早期转录区、晚期转录区和非转录区（控制区）。早期转录区又称为E区，由4 500个碱基对组成，分别编码El、E2、E3、E4、E5、E6、E7和E8这8种早期蛋白，它们具有参与病毒DNA的复制、转录、翻译调控及转化等功能。晚期转录区又称为L区，由2 500个碱基对组成，编码2种衣壳蛋白即主要衣壳蛋白L1和次要衣壳蛋白L2，它们组成病毒的衣壳，且与病毒的增殖有关。非转录区又称为上游调节区、非编码区或长调控区，由1 000个碱基对组成，位于E8和Ll之间。该区含有HPV基因组DNA的复制起始点和HPV基因表达所必需的调控元件，参与调控病毒DNA的转录和复制[2-3]。

目前已鉴别出有超过100种亚型的HPV，包括15种高危型HPV（HPV16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68、73和82）。几乎所有的宫颈癌及其癌前病变均与高危型HPV感染密切相关，其中HPV16有强致癌性，近50%的宫颈癌与HPV16感染相关[4]。

1.2 HPV的致癌机制

高危型HPV表达的E6和E7是导致宫颈上皮癌变的重要因素。HPV基因序列与宿主细胞基因组整合后可使E2失活、E6和E7过表达，从而使细胞周期失控[5]。E6可与E6相关蛋白结合形成E3泛素化酶，后者与p53蛋白结合后会使p53蛋白降解，从而使细胞周期失控、细胞永生化[6-7]。在正常情况下，抑癌因子Rb会与抑癌基因p107、p130和参与细胞周期调控的转录因子E2F蛋白形成复合物来阻止静止期细胞进入细胞周期，同时调节细胞凋亡和分化过程。而E7可与Rb结合，使上述Rb复合物解离，解除Rb的抑制作用，使静止期细胞进入细胞周期并使细胞永生化[8]。

2 HPV疫苗

目前，HPV疫苗主要分为阻止感染的预防性HPV疫苗（包括可预防多种疾病的嵌合型HPV疫苗）和使原有感染及相关疾病消退的治疗性HPV疫苗两类。预防性HPV疫苗是以HPV的L1、L2作为基础诱导来产生特异性的抗HPV抗体、从而使机体免受HPV感染的，主要用于尚未感染HPV人群的接种；治疗性HPV疫苗是以E6、E7作为基础诱导来产生特异性的细胞免疫、从而阻止HPV感染损害延续和清除病灶的。嵌合型HPV疫苗则将不同型别、不同时期的病毒蛋白嵌合在一起，可大幅提高预防HPV感染的效能。

2.1 预防性HPV疫苗

全球已批准上市的预防性HPV疫苗共有3种，分别是默沙东公司开发的四价HPV（HPV6/11/16/18）疫苗Gardasil、葛兰素史克公司开发的二价HPV（HPV16/18）疫苗Cervarix和默沙东公司开发的九价HPV（HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58）疫苗Gardasil 9。Gardasil和Cervarix均采用重组技术表达的L1，后者经自行组装后形成病毒样颗粒。

Gardasil自酵母培养基制备，HPV6、11、16和18的L1含量分别为20、40、40和20 μg，它们被吸附在佐剂非晶形羟基磷酸铝硫酸盐上。Gardasil需在2 ～ 8 ℃下保藏，以在第0、2和6个月时分别肌内注射1针方案接种。Cervarix自粉纹夜蛾细胞制备，HPV16和18的L1含量均为20 μg，它们被吸附在“ASO4”佐剂系统上，而该新型佐剂系统可产生更高、更持久的抗体效价[9]。Cervarix亦需在2 ～ 8 ℃下保藏，以在第0、1和6个月时分别肌内注射1针方案接种。

Gardasil和Cervarix对HPV16和18感染的预防效能达99%，预防时间可能长达20年。上市后安全性监测数据显示，这两种疫苗的安全性也较好。Gardasil和Cervarix迄今已在100多个国家上市，有的国家还将它们纳入了国家免疫规划并实行免费接种，主要用于青春期女孩和年轻女性（9 ～ 26岁）。

Gardasil 9用于9 ～ 26岁的女性及9 ～ 15岁的男孩，其为0.5 ml针剂，以在第0、2和6个月时分别肌内注射1针方案接种。Gardasil 9可预防近90%的宫颈癌以及HPV相关的肛门、外阴、阴道癌和生殖器疣。一项对3 066例9 ～ 15岁男、女孩和16 ～ 26岁年轻女性进行的非劣效性免疫原性研究显示，接种Gardasil 9后产生的抗HPV反应可持续2.5年，同时耐受性好，仅见发生了注射部位局部不良反应[10]。多项大型临床研究均证实了Gardasil 9的安全性和有效性[11-12]，Gardasil 9已成为可常规接种的3种预防性HPV疫苗之一[13]。

预防性HPV疫苗的防御机制在于其所含病毒样颗粒具有与完整病毒相同的抗原空间表位，可激发机体的CD4+ T细胞介导的体液免疫应答，产生高效价的中和抗体免疫球蛋白G。该抗体的效价较自然感染所获得的抗体效价高10倍以上，从而可保护疫苗接种者不被疫苗所含的各亚型HPV感染[14]。

一项临床研究测定了人接种Gardasil 9后机体产生的抗HPV6、11、16、18、31、33、45、52和58的抗体效价，发现分别为3 817、2 889、23 061、5 271、3 942、2 672、1 489、1 274和2 263 mMU/ml[15] 。一项Ⅲ期双盲、随机临床研究在603例9 ～ 15岁女孩中比较了接种Gardasil 9和Gardasil后的免疫原性，发现这两种疫苗产生的血清抗HPV16抗体效价分别为6 739和6 887 mMU/ml、抗HPV18抗体效价分别为1 956.6和1 795 mMU/ml、抗HPV6抗体效价分别为1 679和1 565 mMU/ml、抗HPV11抗体效价分别为1 315和1 417 mMU/ml，并见9 ～ 12岁女孩的抗HPV16和18抗体效价在数值上均高于13 ～ 15岁女孩[16]。

已有临床研究发现，接种Gardasil 9 4周后产生的血清抗HPV抗体几何平均效价不受同时接种的脑膜炎疫苗和百白破疫苗的影响，且每种疫苗的免疫应答也不会相互影响[11，17]。

至于免疫功能低下的患者可否接种预防性HPV疫苗，Wilkin等[18]对艾滋病毒男性感染者接种Gardasil后发现，没有3级或更严重的不良事件发生，且疫苗相关抗HPV抗体几乎都出现了血清学阳性转化，CD4细胞数亦未减少，即对艾滋病毒男性感染者接种Gardasil安全、有效。另一项研究发现，16 ～ 23岁艾滋病毒女性感染者普通感染了≥1种亚型HPV，但高危型HPV的血清学检查及HPV DNA检测结果常呈阴性，提示在这些患者有性行为前对其接种预防性HPV疫苗可能有益[19]。

2.2 治疗性HPV疫苗

即使预防性HPV疫苗的接种率达到50%以上，待到HPV相关疾病的发病率显著减少也需20年的时间。此外，如果没有有效措施控制HPV感染的自然进程，浸润性宫颈疾病即使在接种了预防性HPV疫苗的人群中也会持续进展。因此，必须开发治疗性HPV疫苗，以用于那些已被HPV感染的人群，降低她们的HPV相关疾病的发生率。治疗性HPV疫苗可诱发强力的细胞介导的免疫反应来控制HPV感染。

2.2.1 向宿主载入HPV抗原的方法

向宿主载入HPV抗原的方法包括利用细菌和病毒作为载体、病毒肽直接载入、HPV DNA直接载入以及基于树突状细胞的抗原提呈细胞和T细胞的激活等[20]。

2.2.1.1 活载体疫苗

利用细菌或病毒作为活载体可将HPV E6和E7的抗原传递给宿主的抗原提呈细胞，从而诱导CD8+细胞毒性细胞和CD4+ T辅助细胞靶向并攻击HPV抗原。不过，此类疫苗有内在致病潜力，在安全性上存在隐患，尤其是当宿主免疫功能低下时。对此，通过发展载体特异性抗体或预先存在的载体特异性免疫来建立疫苗耐受性，此可使疫苗具有按需失能的功能[21-22]。

2.2.1.2 细菌载体疫苗

许多种细菌都被研究作为HPV免疫的载体，其中对单细胞李斯特菌，利用溶血素O形成毒素孔侵入巨噬细胞及其能在吞噬体内逃避吞噬，可成功地将HPV抗原传递入胞质，从而激活CD8+细胞毒性细胞和CD4+ T辅助细胞介导的免疫反应。正在开发的ADXSⅡ-001是一种基于HPV16 E7抗原的灭活减毒李斯特菌载体疫苗，目前正在进行用于治疗HPV相关的口咽癌、宫颈癌和高级别宫颈上皮内瘤变患者的临床研究[21]。干酪乳杆菌和乳酸杆菌也在被尝试作为HPV免疫的细菌载体。

2.2.1.3 病毒载体疫苗

当HPV的E7融合溶血素O后，有包膜的双链DNA具有庞大的基因组和高传染性，可作为HPV免疫的病毒载体。表达HPV16和18的E6、E7抗原的病毒载体疫苗TA-HPV已在宫颈癌、外阴及阴道上皮内瘤变患者中进行了Ⅰ期和Ⅱ期临床试验，MVA-E2、MUAHPV-IL2和TG 4001（R3484）等病毒载体疫苗也进入了临床试验阶段。

2.2.1.4 肽和蛋白疫苗

自HPV抗原提取的肽可被抗原提呈细胞直接吸收，从而激活抗原特异性的T细胞免疫反应。此类疫苗安全、稳定且易于制备，但因低免疫原性而需加用有效的佐剂，以获得耐受性好并可产生强力免疫反应的HPV疫苗。目前，由卡介苗热休克蛋白和HPV16 E7抗原组成的嵌合蛋白疫苗HspE7正在高级别宫颈上皮内瘤变患者中进行Ⅱ期临床试验[22]。

2.2.1.5 DNA疫苗

DNA疫苗是将胞质DNA编码的HPV抗原直接注入宿主细胞，通过转染促进其在宿主细胞中的表达，从而激活细胞介导的免疫反应（伴或不伴相关的体液免疫反应）。裸DNA很容易制备，可避免细菌和病毒载体固有的风险，不会产生抗体，因此也不会产生疫苗耐受。PnGVL4a-CRT/E7就是一种正在进行Ⅱ期临床试验、以期用于治疗高级别宫颈上皮内瘤变的HPV DNA疫苗[23]。

2.2.1.6 树突状细胞疫苗

树突状细胞是体内专司抗原提呈的细胞，其参与的免疫反应包括经由主要组织相容性复合物-Ⅰ和Ⅱ通路介导的T细胞免疫反应。带有HPV抗原或肽、或可编码HPV抗原的DNA的“脉冲”树突状细胞能为带有HPV抗原表位的主要组织相容性复合物-Ⅰ和Ⅱ类分子装载。当再次使用这些树突状细胞时，即可引起对HPV抗原的特异性的强力免疫反应。基于HPV16和18 E7抗原的树突状细胞疫苗的安全性和免疫原性已在Ⅰ期临床试验中得到证实，即将进入Ⅱ期临床试验阶段[24]。

2.2.2 改善HPV DNA疫苗效能的方法

由于治疗性HPV DNA疫苗转染宿主细胞的效率低、没有在体内扩增和扩散到周围细胞的能力，因此免疫原性低，同时外源性DNA插入到宿主细胞基因组后也可能引起抑癌基因失活和（或）原癌基因激活，故应通过改变疫苗传递途径、加用佐剂、微粒包裹疫苗和优化编码子等方法予以改善。

2.2.2.1 改变疫苗传递途径

目前正在尝试多种传递方法以提高HPV DNA疫苗的效能，包括基因枪、微胶囊和电穿孔等。基因枪转染是在高速度下用包裹HPV DNA的金颗粒轰击组织转染细胞，而电穿孔则是将宿主细胞暴露在足够高的电场中，使细胞膜通透性瞬时增加，从而促进细胞对HPV DNA疫苗的摄取，提高细胞免疫反应的强度。一项研究比较了使用电穿孔、基因枪和肌内注射3种方法传递HPV DNA疫苗的优劣，结果显示与肌内注射法相比，使用电穿孔和基因枪方法的抗肿瘤活性最高，而使用电穿孔法产生的HPV E7特异性细胞毒性CD8+ T细胞数量最多[25]。

2.2.2.2 加用佐剂

HPV E7 DNA疫苗联合白介素-2或白介素-5治疗的抗肿瘤作用较单用疫苗好，而白介素-2的佐剂效果又优于白介素-5。一项小鼠实验显示，在HPV E7 DNA疫苗联合白介素-2治疗的基础上再注射T细胞表面共刺激分子4-1BB受体，则不仅可提高肿瘤治愈率，而且能延长肿瘤免疫记忆时间[26]。此外，将高度优化的CpG基序插入到质粒骨架中，然后用电穿孔法将HPV DNA疫苗传递给小鼠，结果显示小鼠的γ-干扰素和颗粒酶B表达增加，CD8+ T淋巴细胞免疫应答增强，抗肿瘤作用良好。使用结核分枝杆菌的热休克蛋白70和α-神经酰胺作为佐剂也可使HPV16 E7 DNA疫苗的E7特异性CD8+ T淋巴细胞的免疫应答增强、抗肿瘤作用显著提高[27]。

2.2.2.3 微粒包裹疫苗

用可生物降解的聚合物微粒ZYC101a包裹HPV16和l8的编码E6、E7的质粒DNA片段，然后经注射给予2 ～ 3级宫颈上皮内瘤变患者，6个月后再施行宫颈锥切术，结果发现与安慰剂组相比，年龄<25岁患者的瘤变明显消退，且治疗的耐受性和安全性均良好[28]。

2.2.2.4 优化密码子

优化密码子可有效改善HPV DNA疫苗的效能，使之具有高免疫原性。动物实验证实，密码子优化的HPV DNA疫苗可诱导产生强力的细胞免疫和体液免疫反应。

3 结语

综上所述，预防性HPV疫苗的安全性和有效性已得到临床的认可，但可预防的亚型HPV感染有限，免疫保护的持续时间也未得到明确，且只有在女性有性生活前接种才能发挥最大效能，这些亟需予以解决。治疗性HPV疫苗具有更为广阔的临床应用前景，但目前还需进一步研究以提高其安全性和免疫原性。

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