Humant papillomvirus och kampen mot cancer

SCIENCE PHOTO LIBRARY/IBL
Till vänster en datorskapad bild av ett humant papillomvirus (HPV) där de blå strukturerna utgörs av kapsidproteiner.
Till höger en färgbearbetad bild tagen med transmissionselektronmikroskopi (TEM).
Humant papillomvirus
och kampen mot cancer
AV KRISTINA HAZARD
Under 1930-talet identifierades det
första djur-papillomviruset vilket
kopplades samman med utvecklandet
av hudvårtor (papillom) hos
kaniner. Några år senare kom en rapport
som visade att vårtor orsakade av detta
virus hade potential att övergå i maligna
processer. Dessa resultat initierade
tumörvirologin för papillomvirus.
På 1950-talet upptäckte man den carcinogena
potentialen även för humant
papillomvirus (HPV) hos patienter med
en ovanlig ärftlig hudsjukdom, epidermodysplasia
verruciformis (EV). I brist
på ett vävnadsodlingssystem för papillomvirus
(PV) in vitro var det inte förrän
molekylärbiologiska metoder kom
fram som de första PV-genomen kunde
klonas i bakterier.
I mitten på 1970-talet började man
spekulera kring möjligheten att HPV
skulle kunna vara en sexuellt överförbar
orsak till livmoderhalscancer (cervixcancer),
och i början av 1980-talet
stärktes dessa misstankar ytterligare i
och med identifieringen av HPV16 och
18 vilka förekommer i de flesta fall av
livmoderhalscancer. 1987 kom så den
första epidemiologiska studien som
kopplade samman HPV med utvecklandet
av cancern, och flera liknande studier
har sedan dess publicerats runt om i
världen.
HPV orsakar även könsvårtor (condyloma
acuminatum) samt vårtor på
händer och fötter. En del typer har även
kopplats samman med icke-melanom
hudcancer.
År 2006 godkändes ett profylaktiskt
vaccin som skyddar mot HPV16, 18, 6
och 11. HPV16 och 18 orsakar närmare
70 % av samtliga fall av cervixcancer
medan HPV6 och 11 står för nära 90 %
av alla fall av kondylom.
Genomets uppbyggnad
De flesta papillomvirus har sex stycken
väldefinierade icke-strukturella virala
gener: E1, E2, E4, E5, E6 och E7, samt
två stycken strukturella gener: L1 och
L2. Samtliga proteiner kodas i en följd
från den ena av strängarna i genomet.
PV-genomet delas allmänt upp i tre
delar baserade på deras position samt
potentiella funktion. Den tidiga delen
(E som i engelskans early) kodar för
virala reglerande proteiner involverade
i DNA-replikation, transkription och
transformering av infekterade celler.
Den sena delen (L eng. late) kodar för
två strukturella proteiner vilka utgör
viruskapseln. Mellan E och L finns en
region som inte kodar för några proteiner.
Detta är en kontrollregion och
innehåller bland annat replikationens
början (ORI = origin of replication)
samt ett antal kontrollsignaler för
DNA-replikation och transkription.
De olika proteiner som viruset kodar
för finns sammanfattade i tabell 1. Utav
dessa kan E6 och E7 nämnas lite ytterligare.
Dessa två proteiner kan nämligen
förlänga humana keratinocyters
livslängd vilket leder till utväxt av
immortaliserade kloner som är resistenta
mot terminal differentiering. E6-
proteinet har som främsta uppgift att
binda till och nedreglera tumörsuppressorgenen
p53 medan E7 binder till
6 LABORATORIET 4/2007

TABELL 1. Virala proteiner och deras funktion.
Protein
Funktion/egenskaper
E6 Inaktiverar tumörsuppressorproteinet p53.
Onkogent protein.
E7
E1
E2
E4
E5
L2
L1
Inaktiverar pRb. Onkogent protein.
Största proteinet i genomet. Enda proteinet med
enzymatisk aktivitet (ATPas och DNA helikas).
Viktigt för virusets replikation.
Reglerar viral transkription och replikation.
Överlappar E2 proteinet. Okänd funktion.
Uttrycks av de typer som infekterar slemhinnor,
men inte av hudtyper.
Utgör del av kapseln. Stabiliserar tomma viruspartiklar
bildade av L1.
Utgör cirka 80 % av kapseln.
Kan bilda tomma viruspartiklar.
Datorskapad modell, baserad på
röntgenkristallografi, av ett komplex
av kapsidproteinet L1. Sådana
komplex liknar HPV och bildas
spontant av L1-proteiner, vilket har
utnyttjats för att skapa vaccin mot
viruset.
tumör-suppressorproteinet retinoblastom
(pRb). Dessa båda moment påverkar
värdcellens cellcykel vilken förs in
i S-fas (mitos).
Fylogeni
Papillomvirus grupperas inte serologiskt,
utan klassificeras genom arten
som infekteras samt identiteten av
virusgenomet i jämförelse med andra
PV-typer, se tabell 2. År 2004 introducerades
ett nytt klassificeringssystem,
och numera delas de olika typerna i
olika genus ex. Alfa-, Beta- och
Gamma-papillomvirus. Varje genus
delas vidare in i species innehållande en
eller flera genotyper. Utöver genotyper
grupperas papillomvirusen även in i
subtyper och varianter.
Till dags dato har mer än 100 olika
genotyper av humant papillomvirus
identifierats och karakteriserats, d v s
hela genomet har klonats och sekvensbestämts.
Papillomvirus kodar inte sitt eget
DNA-polymeras utan använder sig av
värdcellens enzym för replikation av
det virala genomet. Detta medför att
viruset även nyttjar korrekturläsning
samt DNA-reparationsmekanismer
efter replikation som värdcellens DNA
polymeras utför. Detta bidrar i allra
högsta grad till den stabilitet som
karakteriserar papillomvirus.
Rekombination mellan olika genotyper
har inte påvisats och därav kan man
sluta sig till att de olika typer som cirkulerar
idag bland annat har genererats
genom långsam ackumulering av mutationer.
Virusets livscykel
Papillomvirusens livscykler är nära länkat
med differentieringsprogrammet
hos värdcellen. I avseende att inducera
en persistent infektion måste viruset
infektera basalcellerna i epitelet eftersom
de är de enda som har förmåga att
TABELL 2. Klassificeringsschema för papillomvirus baserat på identitet i
L1-genens sekvens.
Klassificeringsgrupp
Sekvenslikhet i L1-proteinet
Genus < 60 %
Species 60 – 70 %
Genotyp 70 – 90 %
Subtyp 90 – 98 %
Variant 98 – 99 %
genomgå fullständig differentiering.
DNA-syntes, syntes av kapselprotein
samt ansamling av virusproteiner sker
dock uteslutande i differentierade keratinocyter.
På grund av den strikta kopplingen
till differentierade celler har den
replikativa fasen av papillomvirusens
livscykel varit svår att studera.
Virusen når troligtvis basalcellerna
antingen genom små sår, s.k. mikrotraumas,
i huden eller slemhinnan eller
via hårsäckar. Receptorn vilken förmedlar
papillomvirusens intrång i cellerna
är inte känd, men vidhäftning av
viruset till cellytan har tillskrivits ett
par möjliga receptorer, ex. heparinytproteoglykaner.
Efter vidhäftningen internaliseras
viruset från cellytan och transporteras
till endosomer. L2-proteinet förstör
sedan endosom-membranet och det
virala genomet förs med hjälp av L2 till
värdcellens kärna. Väl där replikerar
viruset till 50-100 kopior vartefter det
slår sig till ro som en stabil episom
(vilofas). Nästa steg sker i delande
basalceller i nedre delen av epidermis.
I dessa celler förhåller sig det virala
DNAt som en stabil multikopie-plasmid.
Det virala genomet delar sig i snitt
en gång per cellcykel under S-fas, i synkroni
med värdkromosomerna. Denna
typ av DNA-replikation medför en persistent
latent infektion i stamcellerna i
epidermis.
Den tredje typen av replikation sker i
de mer differentierade epitelcellerna.
Dessa celler genomgår inte längre cel-
LABORATORIET 4/2007 7

Faktaruta
Papillomvirus
●
●
●
●
●
●
Tillhör familjen Papillomaviridae.
Små virus. Viruskapseln mäter ca 55 nm i diameter och
innehåller en molekyl av det dubbelsträngade DNAt
bestående av ca 8000 baspar (att jämföras med
Herpesgruppens virus som varierar mellan 105 000 och
235 000 baspar i storlek).
Saknar hölje.
Infekterar en mängd olika arter – ex. människa, boskap,
katter, kaniner och apor.
Är artspecifika. Det finns inga kända fall där papillomavirus
från en art orskar en infektion hos en annan art.
Infekterar enbart epitelceller, antingen i slemhinnor eller
på huden.
lulär DNA-syntes, men det sker en
explosion av viral DNA-syntes vilket
resulterar i genom som är färdiga att
packas i omogna viruspartiklar.
Mekanismerna som reglerar övergången
mellan den latenta fasen till
viral DNA-replikation är inte kända.
Papillomvirus är troligtvis inte cytolytiska,
och frisläppandet av nya viruspartiklar
sker inte förrän cellerna nått
det yttersta cellagret av keratiniserade
epitel.
HPV-orsakade sjukdomar
HPV är en av de vanligast sexuellt
överförbara sjukdomsalstrarna världen
över. Virusen delas in i antingen slemhinne-
eller hudtyper beroende på vilket
epitel de vanligtvis infekterar. Slemhinnetyperna
infekterar genital hud, genitala
samt icke-genitala slemhinnor.
Dessa typer delas vidare in i högrisk
respektive lågrisktyper med avseende
på deras förmåga att inducera elakartade
infektioner. Alla slemhinnetyper kan
tillfälligt inducera cellulär proliferation,
men det är bara högrisktyperna som har
förmåga att förlänga livslängden och
därmed ge upphov till immortaliserade
cellinjer som inte längre lyder under
värdcellens differentieringssignaler.
LIVMODERHALSCANCER
(CERVIXCAN-
CER). Livmoderhalscancer är den näst
vanligaste cancertypen hos kvinnor
världen över, och den vanligaste formen
av cancer hos kvinnor i utvecklingsländer.
Ungefär 85 % av cancrarna är skiv-
epitelcancrar medan resten till största
delen består av adenocarcinom.
Etiologiskt har ett antal HPV-typer
kopplats samman med utvecklandet av
livmoderhalscancer. Exempelvis står
det två högrisktyperna HPV16 och 18
för ca 70 % av samtliga fall av cancern
i världen.
En persisterande infektion med
någon av högrisktyperna är en förutsättning
för utvecklandet av cancern, men
även andra så kallade co-faktorer krävs.
Exempel på dessa är bland annat mångfödslar,
rökning, p-pilleranvändning
samt andra sexuellt överförbara sjukdomar
så som herpes simplex typ 2 och
Chlamydia trachomatis.
GENITALA VÅRTOR (CONDYLOMA ACU-
MINATUM). Lågrisktyperna HPV6 och
11 orsakar nära 90 % av samtliga fall av
kondylom. De allra flesta av dessa
infektioner är självläkande medan
andra kräver en lokal behandling.
I undantagsfall kan infektionen dock
persistera och i vissa extrema fall även
utvecklas till så kallade jättekondylom,
Buschke-Löwensteintumörer.
ORALA CANCRAR. Det är relativt vanligt
med HPV-infektioner oralt, och HPV16
och 18 är vanliga fynd i orala carcinom.
Intressant är också det faktum att även
de två lågrisktyperna HPV6 och 11 ofta
återfinns i dessa infektioner.
Ett annat sjukdomstillstånd som
HPV orsakar oralt är respiratorisk
papillomatos. Det är en ovanlig infektion
som angriper luftvägarna och drabbar
främst små barn. De flesta av dessa
infektioner orsakas av HPV6 och 11,
och i värsta fall kan infektionen leda till
döden.
HUDINFEKTIONER. Frisk hud hyser ett
stort spektrum av olika HPV-typer och
den solbelysta pannan har visat sig
innehålla större mängder virus än andra
kroppsdelar så som armar och lår med
betydligt mindre solexponering. Även
dessa infektioner har visat sig persistera
över en längre tid.
HUDVÅRTOR. Vårtor på händer och fötter
är inget ovanligt, och orsakas till
stor del av HPV. De flesta infektionerna
läker ut spontant, medan en del kan
kvarstå på obestämd tid.
En speciell typ av vårtor uppstår nästan
uteslutande hos slaktare och kötthandlare,
och orsakas av HPV7, en
HPV-typ som normalt inte orsakar vårtor.
Individer med nedsatt immunförsvar
har en hög prevalens av HPV-orsakade
godartade lesioner och tumörer. Detta
är speciellt vanligt hos njurtransplanterade
av vilka mer än 90 % utvecklar
hudvårtor, och 40 % utvecklar hudcancer
inom 15 år efter transplantationen.
Dessa siffror representerar 50-100
gångers ökad risk jämfört med normalbefolkningen.
EPIDERMODYSPLASIA
VERRUCIFORMIS
(EV). Sambandet mellan HPV och cancer
upptäcktes på 1950-talet hos individer
med den ovanliga ärftliga sjukdomen
EV. Hudcarcinom uppstår hos
cirka en tredjedel av dessa patienter,
och de uppstår främst på solbelyst hud.
HPV5 och 8 associeras med hudcancer
med sitt ursprung i benigna lesioner hos
dessa patienter. EV-specifika HPVtyper
och/eller antikroppar mot dessa
har också påvisats hos individer med
psoriasis och andra tillstånd med snabb
epidermal cellproliferation. Sambandet
mellan HPV och dessa tillstånd är dock
oklart.
HUDCANCER. Icke-melanom hudcancer
(eng. non-melanoma skin cancer =
NMSC) är den vanligaste cancerformer
hos kaukasier, och en ökad prevalens
har setts i Europa under de senaste åren.
NMSC innefattar basalcellscancer
(BCC) och skivepitelcancer (SCC), och
den normala ration dem emellan är 1:4.
NMSC är 18-20 gånger vanligare än
8 LABORATORIET 4/2007

malignt melanom. Det finns inga kända
förstadier till BCC, medan SCC föregås
av aktiniska keratoser och/eller SCC in
situ. BCC har en relativt god prognos
medan SCC svara för ca 20 % av samtliga
dödsfall av hudcancer.
Epidemiologiskt är hudcancer kopplat
till UV-strålningen från solen. Vidare
är ljus hy samt immunstatusen hos
individen riskfaktorer. Immunosupprimerade
individer har upp till 100 gånger
ökad risk för SCC jämfört med 10
gånger ökad risk för BCC, vilket resulterar
i ett omvänt ratio av SCC och
BCC jämfört med normalbefolkningen.
Ett flertal studier har visat på förekomst
av HPV i icke-melanom hudcancer.
Världen över jobbar forskare med
att undersöka huruvida HPV har del i
cancerns utveckling, eller om viruset
helt enkelt bara utnyttjar det faktum att
den normala cellcykeln slagits ut av
tumörcellerna.
Immunologi
Papillomvirus infekterar epiteliala
basalceller, men produktionen och
uttrycket av de flesta virala proteinerna
samt packningen av virala delar sker i
de yttersta lagren av epitelet. Tidsspannet
från infektion till avknoppning av
nya viruspartiklar är ca 3 veckor, vilket
motsvarar den tid som krävs för de
basala keratinocyterna att genomgå
komplett proliferation.
Eftersom papillomvirus inte infekterar
och replikerar i antigenpresenterande
celler i epitelet, och viruset inte lyserar
värdcellen för att sprida nya viruspartiklar
finns det inte någon chans för
antigen-presenterande celler att plocka
upp och sedan presentera virala antigen
till det övriga immunförsvaret. Vidare
orsakar inte viruset någon blodburen
fas, och därför har immunsystemet
utanför epitelet små chanser att hitta
viruset. Därav följer att en HPV-infektion
inte orsakar någon inflammation,
och det avges heller ingen uppenbar
signal till immunsystemet om virusets
närvaro. Detta resulterar i persistenta,
kroniska infektioner och individen kan
förbli omedveten om infektionen under
en längre tid.
Allmänt brukar man säga att en
infektion med en genital högrisktyp
persisterar i 12-18 månader innan den
läker ut. Detta är betydligt längre än de
5-6 månader som krävs för en infektion
med en lågrisktyp.
Ett fullt fungerande immunsystem
verkar vara nödvändigt för att läka ut en
HPV-infektion i epidermis. Detta kan
enkelt illustreras med betydelsen av det
cellmedierad immunsvaret i läkningsprocessen
och kontrollen av HPVinfektioner
hos immunosupprimerade
patienter, av vilka ca 70 % utvecklar
hudvårtor.
Det humorala immunsystemet är av
vikt för neutralisation och inaktivering
av virioner, vilket hindrar att viruset
sprids inom individen vilket i sin tur
reducerar sannolikheten för en re-infektion.
En genital HPV-infektion ger upphov
till serumantikroppar hos de flest men
inte alla infekterade individer. Förekomsten
av HPV-antikroppar är långlivad,
men den bidrar inte till att en
etablerad infektion läker ut.
Virus-neutraliserande anti-L1-antikroppar
genereras mot epitoper på ytan
av viruskapseln och är typspecifika.
Vaccin
Nyligen godkändes ett profylaktiskt
vaccin bestående av tomma viruspartiklar
utan viralt DNA, så kallade viruslika
partiklar (VLPs) av högrisktyperna
HPV16 och 18 samt lågrisktyperna
HPV6 och 11. Vaccinet har testats i
flera studier och har visat sig resultera i
en väsentlig nedgång i incidensen av
HPV16 och 18-infektioner. Vaccinet
har visat sig vara aktivt i upp till 36
månader efter vaccinationstillfället.
Ytterligare ett vaccin har producerats,
men väntar fortfarande på godkännande.
Detta andra vaccin bygger
enbart på VLPs från HPV16 och 18,
men har förutom skydd mot dessa två
typer även visat på ett visst skydd mot
HPV31, 45 och 52.
Kristina Hazard är biomedicinsk
analytiker och disputerade den
4 maj vid Universitetssjukhuset
MAS, Malmö, på en avhandling
med titeln ”Cutaneous Human
Papillomaviruses”.
LABORATORIET 4/2007 9