人乳頭瘤病毒（human papillomavirus，HPV）與宮頸癌的發生髮展密切相關，儘早接種HPV疫苗也已成為當今社會的女性共識。不過，感染HPV的人數眾多，最終真正發展成宮頸癌的卻數目寥寥。感染了高危類型，也只有一部分會發展為癌；而感染了低危類型，也不代表一定不會發展為癌，只是相對來說風險很低。如何更精準地預測宮頸癌的發生，是困擾科學家多年的難題。
早診早篩對宮頸癌的預後尤為重要，可是從發現感染到確診為宮頸癌，往往有長達十幾年的過程，要保證十幾年內定期反覆檢查診斷，對普通人來說成本太高、太難了。
今年初，來自中國的科學家團隊首次提出了HPV在宿主細胞內分為兩種整合狀態，其中一種無害，另一種則與癌症進程緊密相關。這給宮頸癌的精準早篩帶來了希望。
撰文 | 維羅妮卡（清華大學醫學院）
1 宮頸癌：女性健康的頭號殺手
子宮頸癌（cervical cancer，簡稱宮頸癌）是最常見的婦科惡性腫瘤，在女性所有惡性腫瘤中發病率排在第四位，僅次於乳腺癌、結直腸癌和肺癌。全球每年新增宮頸癌病例約60.4萬，新增死亡病例約34.2萬。其中，近83%的新增病例和88%的死亡病例發生在中低收入國家（low- and middle-income countries）。我國每年新增宮頸癌病例數多達13.5萬，造成了沉重的疾病與經濟負擔。
宮頸癌以鱗狀細胞癌為主（80%~85%），宮頸腺癌也較為常見（15%~20%）。高發年齡為50~55歲，但近年來宮頸癌發病有逐漸年輕化的趨勢。宮頸轉化區（transformation zone），即柱狀上皮與鱗狀上皮相交接的區域，是宮頸癌的好發部位。在轉化區形成過程中，宮頸上皮化生（柱狀上皮轉化為鱗狀上皮）過度活躍，再加上外來物質（如HPV、精液組蛋白等）的刺激，造成新生的鱗狀上皮細胞存在不同程度的不成熟或分化不良，細胞核的異常有絲分裂象增加，逐漸形成宮頸上皮內病變（cervical intraepithelial lesions, CIN）。
根據2003年世界衛生組織（World Health Organization, WHO）的分類標準，宮頸癌的癌前病變可分為CIN1，CIN2和CIN3三類，分類依據是具有核異常有絲分裂象的細胞在宮頸鱗狀上皮中所占據的比例。CIN1又名極輕/輕度不典型增生（very mild/mild dysplasia），此類病變中具有核異常有絲分裂象的細胞不超過宮頸鱗狀上皮的下1/3。以此類推，CIN2（中度不典型增生）指異常細胞不超過下2/3。CIN3包括重度不典型增生和原位癌，其中重度不典型增生指異常細胞超過下2/3，但未達鱗狀上皮全層；而原位癌指異常細胞已占據上皮全層，但尚未突破鱗狀上皮下基底膜。
圖1. 宮頸癌上皮內病變發展階段。| 圖源：Ortoski, R. A. (2011). Anal cancer and screening guidelines for human papillomavirus in men. The Journal of the American Osteopathic Association, 111(3 Suppl 2), S35–S43.
當宮頸上皮內病變進一步發展，突破上皮下基底膜，浸潤間質，便形成了宮頸浸潤癌。從宮頸上皮內病變發展成浸潤癌是一個漫長的過程，通常需要10~15年的時間，但也有約25%的患者在5年內便發展至浸潤癌階段。
宮頸癌一般有哪些臨床表現呢？早期宮頸癌通常沒有明顯的症狀或體徵，因此容易造成漏診或誤診。隨著病變進一步發展，最常出現的症狀是陰道流血。早期多為接觸性出血，即在同房後或婦科檢查後流血；晚期多表現為不規則陰道流血，可無外因刺激。在未絕經患者中，也可以表現為經期延長和經量增多。另一個典型症狀是陰道排液增多，排出的液體通常稀薄如水樣或呈米泔狀，外觀為白色或帶有血色，有一股腥臭味，與正常的白帶有明顯不同。
當腫瘤越長越大，壓迫到周圍的組織器官或走行的神經時，還可以出現尿頻尿急（壓迫膀胱）、便秘（壓迫直腸）、下肢腫脹（壓迫下肢血管）和疼痛（壓迫神經）等非特異性症狀。早期宮頸癌以手術切除為主，中晚期宮頸癌需採取手術聯合放療、化療的綜合治療手段，且腫瘤復發率高，患者預後較差。因此，早診早篩是改善宮頸癌預後的重要途徑。
2 高危型HPV感染是宮頸癌發展的重要條件
人乳頭瘤病毒（HPV）是嗜上皮性病毒，目前已確定的分型超過120種，其中近80種與人類疾病相關，而能影響生殖道的HPV型別超過35種。
HPV病毒顆粒由一條閉合環狀雙鏈DNA和一個20面體型的衣殼構成。HPV具有嗜鱗狀上皮細胞特性，能夠通過皮膚黏膜微小的破損進入表皮基底細胞，進行複製、增殖，造成上皮細胞的異常分化和增生，引起良性增生物形成。其傳播途徑主要包括性傳播和接觸傳播，外傷或皮膚、黏膜破損是發生HPV感染的重要因素。
圖2. HPV病毒顆粒示意圖。| 圖源：
https://www.mdanderson.org/cancerwise/what-causes-cervical-cancer--6-questions--answered.h00-159543690.html
根據病毒導致癌變的可能性高低，可將HPV分為高危型和低危型。低危型HPV以6、11型為主（還包括42、43、44、81型等），與疣的產生密切相關，已知由HPV感染引起的皮膚病包括扁平疣、尋常疣、跖疣和甲周疣等。HPV-6、-11等型別能感染泌尿生殖道上皮，引起尖銳濕疣等良性病變。即使感染者沒有表現出明顯症狀（比如長疣），只要病毒還處於活躍狀態，也仍具有傳染性。這些疣雖然看著可怖，但卻是「無害的」，基本不會發生惡變，對患者整體健康的影響也極為有限。
高危型HPV以16、18型為主（還包括31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68型等），它們較少導致疣的產生，但能夠引起癌症。值得警惕的是，這一過程往往是「靜默無聲的」——在癌症真正發生以前，患者通常沒有任何症狀。高危型HPV感染主要引起的是宮頸癌，但也能導致肛門癌、陰莖癌、喉癌、陰道癌和外陰癌。因此，男性感染高危型HPV後也有發生癌症的可能，但風險低於女性。
圖3. 美國每年由HPV導致的癌症病例數。| 圖源：
https://www.cdc.gov/hpv/parents/cancer.html
根據美國疾控中心（Centers for Disease Control，CDC）統計，90%以上的宮頸癌與HPV感染直接相關。在這部分宮頸癌中，近半數是由HPV-16型感染導致的，還有20%為HPV-18型感染。其餘高危型HPV感染，在宮頸癌中所占比例較低。
HPV感染在人群中極為普遍，是美國最常見的性傳播疾病，全球每年感染HPV的人數接近1400萬。據美國CDC報道，幾乎所有未曾接種過HPV疫苗且性生活頻繁的人，在其一生中都曾感染過HPV。到目前為止，人類仍未找到能對抗HPV的特效藥物，但約90%的HPV感染都會在1~2年內被機體的免疫系統清除。
對抗HPV感染、預防宮頸癌發生的最有效途徑是接種HPV疫苗。WHO推薦的HPV疫苗接種年齡是9~14歲，在初次性生活前接種疫苗效果最佳。即使錯過了最佳接種時間，HPV疫苗仍能提供保護效果，所有年齡在9~45歲的女性均推薦接種HPV疫苗。宮頸癌是唯一病因明確、可防可控的癌症，接種HPV疫苗後，免疫有效率可達90%以上。目前，我國多個省市已實現對14歲以下幼女提供免費HPV疫苗接種，這是我國衛生健康領域非常了不起的成就，也為實現WHO設立的「在2030年以前，全球超過90%的15歲以下幼女完成HPV疫苗接種」的目標貢獻了一份力量。
最常見的二價HPV疫苗能夠預防2個最主要的高危型病毒：HPV-16及HPV-18，而四價HPV疫苗在此基礎上還額外覆蓋了HPV-6及HPV-11（最常見的低危型），九價HPV疫苗覆蓋的HPV型別更多。但比起追求疫苗的「價數」，儘早完成HPV疫苗接種更為重要。
3 HPV感染後，哪些人會最終發展成宮頸癌？
除接種HPV疫苗外，定期進行宮頸癌及癌前病變的篩查也是防治宮頸癌的重要手段。根據WHO的推薦，30~65歲的婦女不論是否接種HPV疫苗，均應定期進行HPV的篩查，高危婦女人群的起始年齡需相應提前。此處高危婦女人群是指愛滋病毒（HIV）感染、器官移植及長期應用糖皮質激素的婦女。HIV感染的婦女，發生宮頸癌的風險是普通婦女的6倍。
2013年，美國陰道鏡和子宮頸病理學會（American Society for Colposcopy and Cervical Pathology, ASCCP）發布了宮頸癌篩查指南，建議30~65歲的婦女應每隔5年進行一次HPV病毒檢測及宮頸細胞學篩查。兩者同時進行，方法是通過陰道內窺鏡打開陰道口，使用軟毛刷刷取宮頸脫落細胞，再將這些脫落細胞收集起來，一部分送去做PCR（查HPV病毒），一部分做細胞學檢查。取材過程在門診診室即可完成，無明顯痛苦或不適。
HPV病毒檢測包括HPV DNA及HPV mRNA檢測，是一種客觀、便捷、便宜的檢測方式，容易在中低收入國家推廣。檢測的最佳時間是月經來潮後第10~18日，檢查前48小時內需避免同房。
常用的細胞學篩查手段分為兩種：巴氏塗片和TCT檢查。巴氏塗片（Pap smear）即宮頸脫落細胞塗片，是將從子宮頸部刮取的少量上皮細胞，塗抹到載玻片上，經染色後在顯微鏡下觀察細胞形態是否正常。高危男性群體，例如HIV陽性的男同性戀人群，也建議定期進行肛門巴氏塗片篩查。巴氏塗片簡單而便宜，被廣泛應用於普查，但缺點是標本中上皮細胞常堆疊在一起，影響觀察，因而準確率不足。
圖4. 顯微鏡下的宮頸鱗狀上皮細胞。| 圖源：
https://www.the-scientist.com/news-opinion/why-some-hpv-infections-carry-more-cervical-cancer-risk-70931
TCT（Thinprep cytological test）檢查的全名為「薄層液基細胞學檢測」。細胞經固定、離心、製片、染色等多個步驟，可以獲得更加清晰的圖像。TCT準確率較高，但依賴專業的設備儀器，成本較高，因此一般建議在巴氏塗片中發現異常細胞的患者，應在一個月以後再行TCT檢查。
HPV病毒檢測及宮頸細胞學篩查，是宮頸癌「三階梯診斷」的第一步。在發現異常細胞後，第二步是建議患者行陰道鏡檢查，而第三步是進行組織病理檢查，包括陰道鏡下取材活檢、子宮頸管搔刮術（endocervical curettage, ECC）、電刀環切（loop electrosurgical excision procedure, LEEP）和冷刀錐切（cold knife conization, CKC）。
宮頸癌的發展是一個漫長的過程，通常需要10~15年的時間。這意味著感染高危型HPV的人群，需要在長達十幾年的時間裡，反覆進行宮頸癌的「三階梯診斷」。這需要耗費大量的人力和金錢，而且其中大部分患者都不會最終發展成宮頸癌。
HPV感染後，究竟哪些人會最終發展成宮頸癌？我們有沒有辦法在病毒感染之初，就做出精準的判斷呢？今年一月，華中科技大學的馬丁團隊在《細胞基因組學》（Cell Genomics）期刊上發表了一項有關HPV DNA在宿主細胞中整合狀態的研究，為回答這個問題帶來了新的思路。
4 多組學分析揭開HPV DNA整合之謎
2014年，美國俄亥俄州立大學（The Ohio State University）學者阿卡吉（Keiko Akagi）發現HPV DNA能夠整合入人類基因組，並導致染色體不穩定。研究者認為，這是宮頸癌發生髮展過程中的關鍵病因學事件：80%以上的宮頸癌患者中存在HPV基因整合。既往研究認為，HPV DNA在宿主基因組中的整合位點是隨機分布的。然而，有研究者發現，在宿主基因組中的轉錄活性區域及癌症相關基因附近，常常能檢測到HPV DNA的整合。關於整合在這些區域的HPV所發揮的作用，學界仍然存在爭議。
圖5. 美國學者阿卡吉的研究。| 圖源：Akagi, K. (2014). Genome-wide analysis of HPV integration in human cancers reveals recurrent, focal genomic instability. Genome research, 24(2), 185–199.
美國匹茲堡大學（University of Pittsburgh）醫學院的羅伯特·菲利斯（Robert Ferris）教授提出，HPV的整合位點不同，導致的基因損傷也不同，這或許能解釋為什麼HPV病毒對不同個體造成的影響不一樣。每個人都暴露於HPV，但只有一小部分個體會罹患HPV相關的癌症。
那麼，具體到患者個體，要怎麼預測她是否會發展成癌症呢？
馬丁團隊首次提出，宮頸癌中HPV整合位點可分為轉錄型（productive）和沉默型（silent）兩種類型，並通過多組學分析和單細胞測序描述了兩種整合狀態的不同分子特徵。團隊發現，沉默型整合往往是無害的，而轉錄型整合則與腫瘤侵襲、免疫逃逸和腫瘤進展密切相關，在宮頸癌的發病機制中起著重要作用。
美國密西根大學（University of Michigan）的腫瘤學家黛安·哈珀（Diane Harper）認為，HPV基因能夠整合入人類基因組的無數個位點，帶來難以預測的結果，因此醫生們通常將每個HPV感染患者都當作潛在宮頸癌患者來對待。而馬丁團隊的研究，「對於確定哪些整合位點存在高風險，哪些位點可以被忽視（從而讓攜帶者感到安心），是非常重要的一步。」
圖6. 馬丁團隊的研究。| 圖源：Fan, J. (2023). Multi-omics characterization of silent and productive HPV integration in cervical cancer. Cell genomics, 3(1), 100211.
馬丁團隊首先確定了不同HPV基因整合位點的特徵。研究者收集了來自98位女性宮頸癌患者的腫瘤組織及鄰近正常組織樣本，進行多組學分析（multi-omics analyses）。多組學分析是如今醫學研究領域中的熱點，廣泛應用於多種疾病的研究。本項研究中用到的多組學分析手段包括高通量HPV捕獲測序（high-throughput HPV capture screening）、全外顯子測序（whole-exome sequencing）、轉錄組學測序（transcriptome sequencing）、蛋白質組學（proteomics）和磷酸蛋白組學（phosphoproteomics）。
在這98位患者中，僅有6位患者未檢測出HPV DNA整合位點，2位患者為HPV陰性。通過多組學分析，研究者發現，部分HPV整合位點能增加HPV-宿主融合DNA的轉錄水平，這些位點集中分布於人類基因組上的一些特定位置，且與某些特殊的DNA序列相關。此類位點被賦名為「轉錄型（productive）整合位點」，它們的存在預示著不良的疾病進展及預後；其他不會增加融合DNA轉錄水平的位點被稱為「沉默型（silent）整合位點」，它們均勻分布在整個人類基因組上，對臨床結局造成的影響十分有限。兩類整合位點在多組學分子特徵上也存在明顯差異。
研究團隊共發現了8個轉錄型宮頸癌組織，並對其進行了單細胞測序。測序結果說明，轉錄型整合位點能上調細胞分裂和DNA複製相關基因的表達水平，從而增加宮頸癌的侵襲性，並通過轉錄水平的調控來實現免疫逃逸。而沉默型整合位點能增強機體的免疫反應，因而攜帶此類整合位點的患者腫瘤發生機率較低。
哈珀教授稱，她要向研究團隊「脫帽致敬」，因為要在每個宮頸癌組織樣本中檢測HPV整合位點的核酸及胺基酸序列，並依照疾病嚴重性進行對比，是一項浩大的工程，她難以想像研究團隊為此付出了多少心血。「他們做了大量分析，檢測出每個位點的序列並進行解碼，從而發現哪些基因序列與疾病進展相關，哪些序列與之無關。我認為這項研究結果具有很高的創新性，讓學界了解了人類基因組中哪些HPV整合位點是值得進一步研究的。」
研究團隊證實，位於轉錄型整合位點，尤其是病毒上游調控區域（upstream regulatory region, URR）的病毒序列，能夠上調E6和E7基因的表達水平。HPV E6和E7是宮頸癌研究領域的明星基因，它們編碼的原癌蛋白是導致子宮頸上皮癌變的重要因子。E6蛋白能促進p53蛋白快速降解，導致細胞周期失控，其效應等同於p53突變。E7蛋白能使E2F和pRb復合物解離，促進細胞由G1期進入S期，使細胞周期失控而發生永生化。研究團隊的這些發現進一步證實，轉錄型整合位點與宮頸癌進展密切相關。
此外，研究團隊還開發了預測模型，利用患者病變組織中的HPV基因組特徵，來預測轉錄型HPV整合位點存在的可能性，從而判斷宮頸癌癌前病變進展的風險。他們通過ROC（受試者操作特徵，receiver-operating characteristic）曲線計算得出，該模型的準確率高於85%。不過，也有專家指出，任何臨床工具都需要在大樣本群體中經過驗證，才能在臨床推廣，而此項研究中涉及的患者數目有限。
當然，對於未來科學家們尋找HPV相關宮頸癌的生物標記物及危險因素而言，馬丁團隊的研究結果意義非凡。但它也有自己的局限，還有待後續的研究跟進。
例如，哈珀教授就提出，將感染HPV的女性按照患宮頸癌風險分層的意義有限，因為到目前為止，手術仍是去除CIN3病變或癌組織的唯一方法。即使根據患者是否具有轉錄型HPV位點進行了風險分層，篩出了最可能發展成宮頸癌的那部分患者，我們能做的也十分有限。在病變發展成CIN3或宮頸癌之前，現有的醫學手段無法遏制這一發展進程。醫生唯一能做的，也只是等待其發展成CIN3病變或宮頸癌，再通過手術去除。或許有讀者會問，那能不能提前進行手術呢？但手術畢竟是有創傷、有風險的，在病變早期，患者無明顯症狀，此時是沒有手術指征的，因為手術帶來的創傷和風險大於獲益。
如果在未來，研究者能找出早期逆轉宮頸癌進程的方法，風險分層的實用意義便會大大提升。此外，該研究的對象僅限於已確診宮頸癌的女性患者，未來研究者或許需要進一步納入宮頸癌癌前病變的患者，來驗證該結論是否仍成立。
儘管如此，該項研究找出的信號通路在未來可能有很大的應用潛力。其他研究者可以據此進行藥物研發，以阻止轉錄型HPV整合的發生，或防止轉錄型整合位點引發癌症。這為解開HPV相關癌症的謎團提供了一塊新的地圖。
「大多數帶有CIN3癌前病變的患者，一輩子也不會發展成宮頸癌。我們尚未弄清楚是什麼讓有些CIN3病變永遠維持在CIN3，而有些進展成了癌症。這項研究至少給了我們一個可能的答案。」
參考文獻
[1] 沈鏗等.《婦產科學》，人民衛生出版社，2015年8月第3版
[2] 張健中等.《皮膚性病學》，人民衛生出版社，2015年6月第1版
[3] Fan, J. (2023). Multi-omics characterization of silent and productive HPV integration in cervical cancer. Cell genomics, 3(1), 100211.
[4] Akagi, K. (2014). Genome-wide analysis of HPV integration in human cancers reveals recurrent, focal genomic instability. Genome research, 24(2), 185–199.
[5] Burmeister, C. A. (2022). Cervical cancer therapies: Current challenges and future perspectives. Tumour virus research, 13, 200238.
[5] Robitzski D. (2023). Why Some HPV Infections Carry More Cervical Cancer Risk. https://www.the-scientist.com/news-opinion/why-some-hpv-infections-carry-more-cervical-cancer-risk-70931
[6] https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/cervical-cancer
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