Биологические науки / 6. Микробиология

 

Воробєй Є.С., Воронкова О.С., Вінніков А.І.

Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара

ВІРУС ПАПІЛОМИ ЛЮДИНИ ЯК ФАКТОР УТВОРЕННЯ ЗЛОЯКІСНИХ ПУХЛИН У ЛЮДИНИ

 

Вступ

Про роль вірусів у переродженні нормальної клітини у пухлинну висловлювались багато вчених ще на початку ХХ ст. Перші успішні дослідження були зроблені в 30-х роках, коли були виявлені віруси, що обумовлювали виникнення і розвиток фіброми, папіломи, раку молочної залози у тварин. Наукову вірусно-генетичну теорію про роль вірусів у розвитку пухлин обґрунтував радянський вчений Л.О. Зільбер у 1945-1961 роках. Суть його теорії полягає в тому, що нуклеїнова кислота вірусу проникає в клітину людини чи тварини й інтегрується в її геном. Така інтегрована форма називається провірусом. Наявність провірусу призводить до мутації клітини, розмноження якої вже не контролюється організмом. Вважають, що нуклеїнова кислота деяких вірусів проявляє властивості онкогену [9].

Онкогенні (опухолеродні) віруси поділяються, згідно з їх молекулярною структурою геному, на дві категорії: перша, що містить в якості генома ДНК, друга – РНК. Онкогенні ДНК-геномні віруси розподіляються на кілька груп, деякі члени яких мають властивості, що дозволяють розглядати їх як справді онкогенні. Такі віруси здатні індукувати утворення пухлин у хребетних, а також трансформувати культури клітин [16]. З ДНК-геномних вірусів розвиток пухлин у людини можуть опосередковувати віруси родин Papovaviridae, Herpesviridae і Hepadnaviridae [11]. Онкогенні РНК-віруси належать до родини Retroviridae. Вони здатні викликати карциному молочних залоз мишей, щурів, лейкоз і саркому у щурів, котів, мавп і людей [9].

Найбільш виражені онкогенні властивості у вірусу папіломи людини (ВПЛ), тому метою даної роботи є огляд даних наукових джерел, присвячених цьому вірусу – його будові, властивостям та аспектам взаємодії із клітиною господаря.

Роль вірусу папіломи у структурі захворюваності населення

ВПЛ об’єднує дуже варіабельну групу вірусів, які широко поширені і володіють значним онкогенним потенціалом. Вірус папіломи людини передається при тісному контакті з інфікованим і ураженим епітелієм. Клітинами-мішенями для ВПЛ є епітеліальні клітини шкіри і слизових оболонок. Віруси можуть чинити на епітелій продуктивний або трансформуючий вплив. При продуктивному впливі виникають доброякісні новоутворення – папіломи і кондиломи шкіри і слизових оболонок. Результатом трансформуючого впливу є дисплазії важкого ступеня, прогресуючий розвиток яких призводить до раку [13].

У всьому світі спостерігається зростання частоти виявлення папіломавірусної інфекції. Це відбувається тому, що вірус передається при статевому контакті, а в сучасних умовах має місце лібералізація статевих зв'язків, ранній початок статевого життя юнаків та дівчат, часта зміна статевих партнерів і велика їх кількість протягом життя. Тому зрозумілий не тільки біологічний та медичний інтерес до папіломавірусів, але також оцінка знань про цю групу вірусів як соціально значущих агентів, причетних до смертельних захворювань у осіб молодого віку [1].

У 1996 р. "Інформаційний бюлетень" Всесвітньої організації охорони здоров'я офіційно підтвердив, що однією з причин виникнення раку шийки матки (РШМ) є вірус папіломи людини. Щороку реєструється майже 30 млн. нових випадків генітальної папіломавірусної інфекції [21].

Рак шийки матки знаходиться на 2-му місці серед злоякісних новоутворень жіночих репродуктивних органів і 4-му в структурі онкологічної захворюваності жіночого населення, складаючи близько 12% злоякісних пухлин у жінок і 60-80% всіх форм раку геніталій [6].

Спочатку вважали, що папіломавіруси викликають генітальну інфекцію і зараження відбувається тільки статевим шляхом, але надалі було встановлено, що ці віруси виявляються навіть у дітей. Методом полімеразної ланцюгової реакції наявність вірусу визначено у жінок без ознак інтраепітеліальної пухлини шийки матки. Також виявилося, що серед вагітних значно більше вірус-позитивних, ніж серед невагітних жінок. Зміна гормонального статусу у вагітних призводить до тимчасової імуносупресії і, отже, до посилення вірусної реплікації. Методом полімеразно-ланцюгової реакції ДНК папіломавірусу виявляється в епітелії слизової оболонки порожнини рота більш ніж у половини дітей, що народилися у ВІЛ-позитивних матерів. Інфікування дитини відбувається при проходженні через родові шляхи, інфікування також розглядається як висхідна інфекція через пошкоджені амніотичні оболонки, нарешті, можливо горизонтальне розповсюдження вірусу від батьків [19].

Проблема діагностики та лікування захворювань, асоційованих з вірусом папіломи людини в останнє десятиліття є актуальною у зв'язку з різким зростанням захворюваності, значною контагіозністю і високим онкогенним потенціалом даного збудника у різних вікових групах [5].

Властивості вірусу папіломи людини

Віруси папіломи людини вважаються агентами, які опосередковують передракові ураження геніталій і плоскоклітинний рак у чоловіків і жінок [8]. Родина Papillomaviridae включає наступні роди: Alphapapillomavirus, Betapapillomavirus, Gammapapillomavirus, Deltapapillomavirus, Epsilonpapillomavirus, Zetapapillomavirus, Etapapillomavirus, Thetapapillomavirus, Iotapapillomavirus, Kappapapillomavirus, Lambdapapillomavirus, Mupapillomavirus, Nupapillomavirus, Xipapillomavirus, Omikronpapillomavirus, Pipapillomavirus [17].

Папіломавіруси людини (human papillomaviruses, ВПЛ) складають своєрідну групу ДНК-вірусів, що характеризуються тропізмом до епітелію і викликають субклінічні форми інфекції, яка, однак, може призводити до такого серйозного наслідку, як рак шийки матки [2], тому невипадково одним з найважливіших досягнень у вивченні етіології раку прийнято вважати встановлення факту причинного зв'язку між папіломавірусною інфекцією і раком шийки матки [20].

Всі папіломавіруси людини поділяють на «шкірні» і «слизові». До першої групи відноситься більшість типів ВПЛ (близько 20), асоційованих з epidermodysplasia verruciformis (наприклад, ВПЛ-5, -8), і ще близько 15 типів, які пов'язані з іншими шкірними патологіями, зокрема бородавками (наприклад, ВПЛ-1, -2). Серед папіломавірусів, що інфікують слизові оболонки, широко відомі типи, що індукують папіломатоз ротової порожнини (наприклад, ВПЛ-7, -2), назофарингеальні неоплазії (наприклад, ВПЛ-13, -30). Однак найбільший науковий і практичний інтерес представляє група слизових ВПЛ, що переважно інфікують аногенітальну ділянку (понад 30 типів). Аногенітальні ВПЛ прийнято розділяти на віруси «низького» і «високого» онкогенного ризику. ВПЛ «низького ризику» (наприклад, ВПЛ-6, -11, -40, -42, -43, -44) зазвичай асоційовані з доброякісними екзофітним генітальними бородавками, тоді як ВПЛ «високого ризику» (ВПЛ-16, -18, -31, -33, -39, -45, -52, -56, -58) виявляються у 95-100% преінвазивних і інвазивних форм раку шийки матки [2].

В даний час умовно виділяють папіломи з екзофітним (гострі папіломи) і ендофітним зростанням (плоскі, інвертовані атипові папіломи) [8].

Вірус розмножується тільки у високодиференційованому епітелії, що зумовлює труднощі при отриманні його в культурі. За допомогою реакції гібридизації in situ показано, що у верхніх шарах шиповатого шару відбувається синтез вірусної ДНК, а в клітинах зернистого – повне складання капсидів [18].

На сьогоднішній день ідентифіковано більше 300 нових папіломавірусів, які ще не увійшли в таксономію. Ідентифіковано та введено в таксономію більше 140 різних його типів, 75 з них молекулярно клоновані і повністю секвеновані. Типування ВПЛ засноване на ДНК-гомології. Вони кваліфікуються відповідно до послідовності нуклеотидів в ДНК, де кожен тип більш ніж на 10% відрізняється від найближчого генетичного родича. Типи ВПЛ пронумеровані в порядку ідентифікації. В межах кожного типу є підтипи, які відрізняються на 2-10%, і варіанти, що відрізняються лише на 1-2% [17].

За послідовністю нуклеотидів і антигенними властивостями капсидів розрізняють близько 100 типів ВПЛ. Збудники папіломавірусної інфекції мають видову і тканинну специфічність. Вони здатні інфікувати клітини плоского епітелію і виявляти всередині них реплікативну активність. Крім того, ВПЛ виявляються на шкірі, слизових оболонках порожнини рота, кон’юнктиви, стравоходу, бронхів, гортані, прямої кишки, в статевих органах [4].

Папіломавіруси відносяться до вірусів з повільним циклом розвитку.

ВПЛ не містить ліпідів, але інактивується розчинниками жирів, стійкий до ефіру і відносно термостабільний. Вірус зберігається при температурі 50ºС протягом 30 хв [10]. Це дрібний, діаметром всього 52-55 нм, просто влаштований вірус, позбавлений суперкапсиду. Капсид складається з 72 капсомерів з ікосаедричним типом симетрії. Геном представлений кільцеподібною замкненою двохланцюговою ДНК з молекулярною масою близько 5,0×106 дальтон [4]. Розмір геному різних типів папіломавірусів становить 8000 нуклеотидних пар (геном ВПЛ-16 – 7904 пари основ) і містить 9 відкритих рамок зчитування [17].

Геном містить 9 генів, з яких 2 кодують структурні білки віріону L1 і L2, а решта (Е1-Е7) належать до так званих ранніх генів (60-70% геному) і кодують білки, необхідні для здійснення характерних для даного вірусу функцій. Гени Е6 і Е7 є ключовими при перетворенні нормальних клітин у пухлинні  і завжди виявляються в пухлинних клітинах заражених ВПЧ, в той час як інші фрагменти вірусного генома можуть бути загублені в процесі його тривалої персистенції в пухлинних клітинах [3].

Геном ВПЛ розділений на три функціонально-активних регіони: LCR (long control region), earty (E) і late (L). Область LCR бере участь у регуляції транскрипції вірусних генів. Регіон Е включає гени Е1, Е2, Е4, Е6, Е7, які кодують білки, що відповідають за процеси вірусної реплікації. Гени L1 і L2 регіону L кодують структурні білки вірусного капсиду. У нормальній клітині геном ВПЛ знаходиться в епісомальній формі, тоді як інтеграція ВПЛ-ДНК в хромосому клітини-господаря призводить до пухлинної прогресії клітин цервікального епітелію [2].

Незважаючи на досить просту організацію геному, ВПЛ являє собою особливу небезпеку, що обумовлено його вираженими онкогенними потенціями. ВПЛ здатний існувати як у вільній епісомальній, так і в інтегрованій формі. При включенні вірусної ДНК в ядерний матеріал клітини господаря говорять про інтеграцію в клітину господаря. Встановлено, що тільки інтегрована форма ВПЛ здатна до злоякісної трансформації, тому що вірусна ДНК здійснює контроль над клітинним генетичним матеріалом, що необхідно для виробництва ВПЛ-кодованих білків. Неінтегрована інфекція є продуктивною інфекцією, тому що в цьому випадку виробляються неушкоджені вірусні частинки. У разі інтеграції ДНК ВПЛ вірусні частинки не виробляються, і це називається непродуктивною ВПЛ-інфекцією. Продуктивна інфекція призводить до утворення гострих кондилом, які мають дуже низьку ймовірність розвитку в передрак або рак, а непродуктивні плоскі кондиломи, які зазвичай не видно неозброєним оком, є набагато більш небезпечним ураженням [6].

Міцність утвореного зв'язку, ступінь інактивації зазначених супресорних білків визначає вираженість подальшої трансформації клітини. Відзначено, чим міцніше встановлений зв'язок і вище ступінь інактивації, тим більш ймовірно переродження папіломи в злоякісне новоутворення. Папіломавіруси – єдина група вірусів, для яких доведено, що вони індукують утворення пухлин у людини в природних умовах [4].

ВПЛ та канцерогенез

Для папіломавірусів постійний зв'язок з клітиною організму-господаря –невід'ємна частина їхнього життєвого циклу, а онкогенність варіабельна. Віруси папіломи людини здатні переключатися з інфекції «непродуктивного» типу до інфекції «продуктивного» типу і навпаки. У першому випадку вірус реплікується синхронно з клітиною, не приносячи їй шкоди, у другому випадку він швидко розмножується і вбиває клітину. Папіломавіруси здатні підпорядковувати клітинну систему синтезу ДНК, а вірусні гени, що здійснюють цю функцію можуть діяти як онкогени. Онкогенність папіломавірусів обумовлена особливостями будови геному, представленого кільцевою дволанцюговою ДНК. У клітинах бородавок та інших доброякісних утворень геном вірусу стабільно існує у вигляді плазміди, що самостійно реплікується. Лише в окремих випадках (під впливом невідомих факторів) вірусний геном може вбудовуватися в хромосому господаря. При цьому змінюється оточення вірусних генів і порушується контроль експресії клітинних генів. Безконтрольний синтез білків, що регулюють клітинний цикл, «підштовхує» клітину до вступу в S-фазу клітинного циклу, сприяючи тим самим виникненню пухлинного росту [11].

Профілактика папіломавірусної інфекції

Комплекс профілактичних заходів прийнято розділяти на два блоки: первинна і вторинна профілактика [14].

Головна роль у первинній профілактиці відводиться так званим інтервенційним програмам, які спрямовані на підвищення освіти населення, зниження числа сексуальних партнерів, використання бар'єрної контрацепції, поліпшення здоров'я за рахунок використання адекватних харчових добавок, занять спортом, відмови від шкідливих звичок [14].

Первинна профілактика РШМ передбачає проведення заходів щодо осіб, які не мають ознак захворювання, з метою запобігання його подальшого розвитку. Класичним прикладом первинної профілактики будь-якого захворювання є вакцинація [7].

Одним з останніх досягнень науки стало створення вакцини проти раку шийки матки, а саме проти вірусу папіломи людини (ВПЛ) [14].

Профілактичні вакцини проти ВПЛ різних типів є методом первинної профілактики РШМ, екзофітних кондилом, захворювань вульви, піхви, пеніса і, можливо, частини анальних раків. Вони зареєстровані в цілому ряді країн, внесені в національні календарі багатьох країн, затверджені для тотальної профілактичної вакцинації дівчаток 10-11 років в країнах Євросоюзу, США, Австралії та ін. Вакцини покликані допомагати імунній системі розпізнати і зруйнувати ВПЛ на стадії контакту зі збудником, тим самим запобігти розвитку клінічних симптомів при інфікуванні і забезпечити елімінацію з організму клітин, уражених вірусом [14].

До папіломатозних вакцин відносяться Гардасіл (Нідерланди) і Церварікс (Бельгія) [12].

В даний час більш ніж в 100 країнах світу зареєстрована квадрівалентна вакцина Гардасіл (компанії MSD – "Мерк Шарп і Доум"), яка ефективна проти ВПЛ типів 16, 18, 6, 11, отже, проти РШМ, дисплазії шийки матки, вульви і піхви (CIN I-III, VIN II-III, VaІN II-III) і екзофітних генітальних кондилом [14]. Активними речовинами вакцини є імуногени (рекомбінантні антигени), білок вірусу папіломи людини в співвідношеннях: тип 6 – 20 мкг, тип 16 – 40 мкг, тип 18 – 20 мкг [12]. Ад'ювант уявляє собою 225 мкг аморфного алюмінію гідроксифосфату сульфату. При створенні цієї вакцини системою експресії стали клітини грибів [14].

У 96 країнах світу зареєстрована і доступна також для щеплення бівалентна вакцина (проти 16 і 18 типів) Церварікс (компанії GSK – «ГлаксоСмітКляйн»), результати дослідження якої опубліковані після 7,3 років застосування [14]. Вакцина містить наступні компоненти: L1 протеїн вірусу папіломи людини типу 16 (ВПЛ-16L) – 20 мкг, L1 протеїн вірусу папіломи людини типу 18 (ВПЛ-18L) – 20 мкг [12]. У вигляді системи експресії антигену для цієї вакцини використовуються клітини комах. Важливою відмінністю Церваріксу є новий ад'ювант AS04 (A1 + MPL®) виробництва GSK, який забезпечує більш виражену імунну відповідь, ніж стандартний ад'ювант [14].

Вторинна профілактика розвитку РШМ припускає раннє виявлення та лікування осіб, що мають передракові зміни шийки матки з метою попередити у подальшому розвитку інвазивний рак [7].

Вторинна профілактика РШМ включає скринінг, або раннє виявлення різних форм передраку і РШМ при тотальному обстеженні уразливих груп населення. У багатьох країнах ще кілька десятиліть тому РШМ був однією з провідних причин смертності. Впровадження цитологічного методу скринінгу (Пап-тесту) в США, Європі, Австралії за останні 40-50 років дозволило знизити захворюваність раком на 80-90%. Оскільки перехід папіломавірусній інфекції в РШМ займає 10-15 років, то мета такого скринінгу – діагностувати хворобу на ранній стадії і вилікувати її ще в період передраку. Вважають, що якщо всі заходи профілактики і лікування прийняти своєчасно, то при РШМ може бути досягнуте 90% виживання [14].

У країнах, де проводять організований скринінг, у координаційному центрі наявні компютерні бази даних жінок відповідних груп, які підлягають обстеженню, пройшли його, осіб із виявленою патологією; за допомогою цих даних здійснюють спостереження за виявленими хворими. Проблему більшого охоплення скринінгом жіночого населення вирішують шляхом проведення роз’яснювальної роботи, видання популярних друкованих матеріалів, залучення засобів масової інформації. Жінкам, які не пройшли профілактичний огляд, розсилають запрошення на обстеження. Вірогідність виявлення раку у тих жінок, які пройшли скринінг, у 5 разів менша, ніж у необстежених, а смертність – у 10 разів нижча. Періодичність здійснення скринінгу і різних країнах коливається від 2 до 6 років [15].

Скринінг ефективно знижує захворюваність РШМ тільки в тому випадку, якщо він організований, охоплює більшість представників уразливого населення і включає в себе активний виклик пацієнток на обстеження. У розвинених країнах скринінг є організованою державною програмою [14].

Заключення

В останнє десятиліття спостерігається повсюдне зростання частоти виникнення урогенітальної папіломавірусної інфекції. У світі щорічно реєструється понад 30 млн. випадків аногенітальних бородавок. Ці цифри відображають лише частоту клінічних проявів папіломавірусної інфекції, а не справжні масштаби інфікованості населення, тому що не реєструються субклінічні і латентні форми інфекції. Величезна кількість молодих жінок з невираженою клінічною картиною вагінального кондиломатозу є резервуаром інфекції та становлять небезпеку для статевих партнерів і майбутньої дитини. Враховуючи витрати на проведення діагностики і лікування всіх видів папіломавірусної інфекції (вартість капіталовкладень становить 1,6-6 млрд. доларів США на рік), в США її вважають найбільш «дорогою» інфекцією після СНІДу [11].

Не викликає сумнівів, що висновок про етіологічну роль ВПЛ при раці шийки матки має не лише велике теоретичне, але також безпосереднє практичне значення. По-перше, стає актуальним формування груп ризику, до яких, насамперед, повинні потрапляти постійні носії ВПЛ-інфекції. По-друге, основні превентивні заходи повинні бути спрямовані на боротьбу з ВПЛ-інфекцією, і саме в цьому контексті слід розглядати впровадження в дану область сучасних технологій [2].

Література:

1.    Башмакова М.А. Вирусы папилломы человека и их роль в образовании опухолей / М.А. Башмакова, А.М. Савичева. – М.: Медицинская книга, 1999. – 16 с.

2.    Имянитов Е.Н. Молекулярная онкология: клинические аспекты / Е.Н. Имянитов, К.П. Хансон. – СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2007. – 212 с.

3.    Инфекции в акушерстве и гинекологии: практическое руководство / под ред. проф. В.К. Чайки. – Донецк: ООО «Альматео», 2006. – 640 с.

4.    Исаков В.А. Использование циклоферона в терапии папилломавирусной инфекции. Рекомендации для врачей / В.А. Исаков, Д.К. Ермоленко, Ф.Р. Кутуева [и др.]. – СПб.: ООО «Тактик-Студио», 2007. – 64 с.

5.    Киселев В.И. Вирусы папилломы человека в развитии рака шейки матки / В.И. Киселев. – М.: Димитрейд График Групп, 2004.  – 180 с.

6.    Козаченко В.П. Диагностика и лечение эпителиальных диплазий и преинвазивной кациромы шейки маки. Заболевания шейки матки, влагалища и вульвы: клинические лекции / В.П. Козаченко; под ред. проф. В.Н. Прилепской. – М.: МЕДпресс, 2000. – С. 139-152.

7.    Кулаков В.И. Профилактика рака шейки матки: руководство для врачей /В.И. Кулаков, Й. Паавонен, В.Н. Прилепская. – М.: МЕДпресс-информ, 2008. – 56 с.

8.    Лихачев В.К. Практическая гинекология: руководство для врачей / В.К. Лихачев. – М.: ООО "Медицинское информационное агенство", 2007. – 664 с.

9.    Люта В.А. Мікробіологія / В.А. Люта, О.В. Кононов. – К.: Медицина, 2008. – 456с.

10.                 Перинатальные инфекции: практич. пособие / под ред. А.Я. Сенчука, З.М. Дубоссарской. – М.: МИА, 2005. – 318 с.

11.                 Поздеев О.К. Медицинская микробиология: учебник для вузов / О.К. Поздеев; под редакцией акад. РАМН В.И. Покровського. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. – 765 с.

12.                 Полушкина Н.Н. Диагностический справочник иммунолога /Н.Н. Полушкина. – СПб.: Издательство:  Астрель, Полиграфиздат, 2010. – 480 с.

13.                 Роговская С.И. Папилломавирусная инфекция у женщин и патология шейки матки: руководство для практикующего врача / С.И. Роговская. –  М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. – 144 с.

14.                 Роговская С.И. Практическая кольпоскопия /С.И. Роговская. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. – 232 с.

15.                 Севідов В.В. Онкологія: підручник /В.В. Севідов, Н.М. Карасевич; за ред. В.П. Баштана. – К.: ВСВ «Медицина», 2011. – 232 с.

16.                 Сейтц И.Ф. Молекулярная онкология: руководство для врачей / И.Ф. Сейтц, П.Г. Князев. - Л.: Медицина, 1986. - 352 с.

17.                 Фоляк Е.В. Папилломавирусная инфекция урогенитального тракта женщин (эпидемиология, клинико-патогенетические особенности, методы диагностики, лечение, профилактика): информационно-методическое пособие / Е.В. Фоляк, Т.М. Соколова, К.Ю. Макаров и [др.]. – Новосибирск: Вектор-Бест, 2010. – 88 с.

18.                 Цветкова Г.М. Патоморфология болезней кожи: руководство для врачей / Г.М. Цветкова, В.В. Мордовцева, А.М. Вавилов [и др.]. – М.: Медицина, 2003. – 496 с.

19.                 Шувалова Е.П. Инфекционные болезни / Е.П. Шувалова. – М.: Медицина, 2005. – 696с.

20.                 Bosch F.X. The causal relation between human papillomavirus and cervical cancer / F.X. Bosch, A. Lorincz, N. Munoz [et al]. – J. Clin. Pathol., 2002. – Vol. 55. – P. 244-265.

21.                 Paz-Combes G. Teatment (Rx) of recurrent human papilloma virus (ВПЛ) infection of the uterine cervix (UC) with recombinant infection alpha 2b (INF) and as immune prevention of cervical carcinoma (CC) / G. Paz-Combes, M. Zaitman, A. Cirac [et al]. – Proc. Annu. Meet. Am. Soc. Clin. Oncol. 1997. – Vol. 16. – Р. 78-95.