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人多瘤病毒的简介  人多瘤病毒(HPyVs)可感染大多数人群。血清学研究表明，多瘤病毒的传播发生在儿童时期，但血清阳性率在成年后继续增加。HPyVs的传播方式有：人与人之间的直接接触，与污染物的接触，或者摄入受污染的食物或水。HPyVs具有高度的物种特异性，因此缺乏可追踪研究HPyVs的动物模型，大多数临床数据来自于对临床患者的观察。此外，这类病毒表现出狭窄的组织趋向性，通常针对宿主内的特定组织。HPyVs在目标宿主细胞中建立终身持续感染，常表现为无症状感染。然而，在艾滋病毒感染或使用免疫抑制剂治疗免疫介导疾病等免疫抑制条件下，HPyVs可被重新激活，引起一系列严重的临床疾病。 人多瘤病毒的发现史 1971年，BK多瘤病毒和JC多瘤病毒分别从输尿管狭窄的肾移植病人的尿液和进展性多灶性白质脑病(PML)患者的大脑中分离出来后首次被发现，并以患者的名字命名。 2007年，卡罗林斯卡学院多瘤病毒(KIPyV)和华盛顿大学多瘤病毒(WUPyV)从鼻咽组织中分离出来，并以鉴定该病毒的研究所命名。 2008年，默克尔细胞多瘤病毒(MCPyV)从默克尔细胞癌(MCC)个体中分离出来，并鉴定为MCC的病原体。 2010年，HPyV6和HPyV7从正常的皮肤组织中分离鉴别出来，与包括皮肤疾病在内的皮肤病理有关。Trichodysplasia Spinulosa-associated多瘤病毒(TSPyV)从TS皮损中分离出来，并以其分离的TS皮损命名。 2011年，HPyV9从肾脏移植受者的血液、皮肤和尿液中分离出来。 2012年，马拉维多瘤病毒(MWPyV）/（HPyV10)从患有疣、低丙种球蛋白血症、感染和髓鞘性贫血综合征的患者的粪便样本和尖锐湿疣中分离出来。 2012年，在马拉维、冈比亚和圣路易斯儿童的粪便样本中发现了圣路易斯多瘤病毒(STLPyV)/(HPyV11)。 2013年，HPyV12从人肝脏组织和粪便中分离出来。 2014年，新泽西多瘤病毒(NJPyV)/(HPyV13)从患有血管炎和坏死斑块的胰腺移植受者的肌肉活检和皮肤病变中分离出来。 2017年，发现里昂IARC多瘤病毒(LIPyV)，从皮肤拭子和口服液中分离出来。LIPyV尚未被正式指定为人类多瘤病毒的一种，但它可能是第十四种HPyV。 HPyVs与重大人类疾病相关的症状 01 BK多瘤病毒 传播与检测： 由于BKPyV可在呼吸道、扁桃体中检测到，因此人们认为该病毒可通过口或呼吸途径传播，但也存在通过精液、输血或器官移植(异体肾移植)传播的情况。最初感染导致无症状感染或轻度呼吸道疾病，然后传播到肾脏和泌尿生殖道，引起持续性感染。BKPyV可以通过尿液或血浆样本进行qPCR检测。尿液细胞学也检测到非细胞相关颗粒和电子显微镜下感染的“诱饵细胞”中的病毒粒子。 临床疾病： 在免疫抑制的个体中，BKPyV可以重新激活，从而导致临床疾病，最常见的是多瘤病毒相关肾病(PyVAN)和出血性膀胱炎(PyVHC)。 其他BKPyV相关的临床疾病： 治疗： 02 JC多瘤病毒 传播与检测： JC多瘤病毒(JCPyV)，即HPyV2。JCPyV随尿液排出，也可在未处理污水中发现，因此推测JCPyV会经口传播。最初的感染被认为发生在扁桃体中，但在唾液中没有检测到病毒。随后，JCPyV扩散到肾脏和骨髓的B细胞，在那里建立终身持续的感染。虽然肾脏感染是无症状的，但是病毒会定期脱落，这是因为在健康个体的尿液中检测到了病毒。 临床疾病：PML 在具有完全免疫功能的健康个体中，JCPyV仍存在于肾脏中；在严重免疫抑制的个体中，JCPyV可被重新激活并通过B淋巴细胞或其他机制通过血脑屏障扩散至中枢神经系统。另一种模型提出，JCPyV可能存在于大脑中，然后在中枢神经系统中被局部重新激活。 在大脑中，JCPyV感染胶质细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞，这些细胞负责产生和维持大脑中的髓鞘。这些细胞的JCPyV感染导致细胞溶解破坏，导致脱髓鞘，并导致致命的神经退行性疾病PML。PML的症状包括认知功能受损、运动功能障碍，如瘫痪、偏瘫、语言和视力障碍。此外，JCPyV在小脑神经元的复制与颗粒细胞神经病变(GCN)的发展有关，GCN可导致共济失调和进行性小脑萎缩等临床症状。GCN可与PML结合或单独发生，并与VP1的c末端突变相关。 PML是通过磁共振成像(MRI)和脑脊液(CSF)中检测JCPyV DNA来诊断的。PML的发展是快速和进行性的，导致在脑白质内脱髓鞘，进而导致多灶性病变。PML发展的危险个体包括艾滋病毒携带者和接受免疫调节治疗人群。在艾滋病毒感染者中，5%的人出现PML。 虽然高活性抗逆转录病毒疗法(HAART)的使用减轻了艾滋病毒感染者的负担，但PML仍被认为是一种界定艾滋病的疾病，在该人群中死亡率为50%。第二大高危人群是由于免疫调节疾病而接受那他珠单抗免疫调节治疗的人群，如复发缓解多发性硬化症(MS)。那他珠单抗是一种特别针对晚期抗原4 (VLA-4)， α4β1整合素的单克隆抗体，它可以阻止T细胞向大脑外渗，在那里自体反应的T细胞可以攻击髓鞘，这是MS发病的标志。在使用那他珠单抗治疗JCPyV血清阴性患者时，PML发展的发生率为1:1000，但发病率可增加到1:100，这取决于JCPyV血清状态、那他珠单抗治疗时间和之前的免疫抑制剂的使用。此外，在接受人源化单克隆抗体治疗(利妥昔单抗、法利珠单抗和英夫利昔单抗)或富马酸二甲酯和其他含富马酸酯的药物用于免疫调节治疗(如类风湿关节炎(RA)、克罗恩病和牛皮癣)的个体中也有PML的病例。然而，自2006年以来，在MS患者中有近800例那他珠单抗诱导的PML，这说明了MS患者对PML的特殊偏好。因此，那他珠单抗虽然在市场上还存在，但其含有一个黑框，警告PML可能导致的致命结果。 治疗： 03 默克尔细胞多瘤病毒 MCPyV是一种常见的皮肤多瘤病毒。虽然MCPyV存在于健康人的皮肤中，但它也被确认为默克尔细胞癌(MCC)的病原体。迄今为止，MCPyV是唯一一种与人类癌症有明确关联的多瘤病毒。MCC是一种罕见的，但具有侵袭性的皮肤癌，它发生在身体暴露在阳光下的部位，包括头部、颈部、手臂和腿部。MCC风险升高与高龄、暴露于阳光和紫外线辐射以及免疫抑制有关。与免疫抑制的联系指导了对MCC感染原因的研究，特别是考虑到MCC发展的风险在艾滋病患者中高出10倍。由于自身免疫性疾病引起的免疫抑制，如类风湿关节炎(RA)、实体器官移植和其他并发症，如慢性淋巴细胞白血病和非霍奇金淋巴瘤，也会增加MCC发展的风险。MCC在高龄人群中最为常见，平均诊断年龄为76岁(美国国家癌症数据库)。然而，HIV阳性的个体在没有暴露在阳光下的区域，如口腔或肛门-生殖器粘膜，会经历更早的MC肿瘤的发病和发展。MCC的疾病相关死亡率为46%，并且预后尤其差的艾滋病患者可能有晚期肿瘤和降低生存率。 诊断： MCC的诊断通常通过皮肤活检和病理检查进行。活检标本用能检测MCPyV T抗原的CM2B4抗体和默克尔细胞标记物角蛋白20抗体染色。此外，MCC患者可能会接受进一步的检查，如前哨淋巴结活检和/或CT扫描，以确定癌症是否转移。此外，由于MCPyV阳性肿瘤通常比MCPyV阴性肿瘤预后更好，因此建议对MCPyV癌蛋白抗体滴度进行血清学检测以确定患者的预后。因此，跟踪抗体滴度有助于MCC疾病管理和治疗风险分层。建议对MCPyV的PCR检测应与其他方法结合使用，因为PCR结果可能会由于污染而出现假阳性，也可能由于应变特异性差异而出现假阴性。 治疗： MCC的治疗选择很大程度上取决于癌症的分期、MPCyV状态和潜在的免疫抑制。在一些早期状态MCC的病例中，手术切除或Mohs显微手术可能是唯一必要的治疗过程。然而，在其他情况下，额外的放射治疗是必要的。在转移性MCC中，化疗可能是一个疗程，虽然在短期内反应良好，但通常出现耐药和免疫抑制，导致对肿瘤的免疫反应降低。另一种已取得成功的治疗MCC的方法包括免疫检查点抑制剂(ICIs)、程序化死亡1 (PD-1)和程序化死亡配体1 (PD-L1)抗体。在MCPyV阳性的MCC肿瘤中，PD-L1表达上调，当PD-L1被T淋巴细胞上的PD-1受体识别时，对肿瘤的免疫应答下调，导致肿瘤免疫逃避。因此，无论是以PD-1还是PD-L1为靶点，ICIs都能刺激抗肿瘤免疫反应，使免疫细胞能够识别并破坏肿瘤细胞。这种治疗方法只适用于免疫系统稳定、强健的人，因此对那些因艾滋病毒而免疫功能低下的人或对潜在的免疫介导性疾病进行免疫抑制治疗的人无效。事实上,更高水平的患者CD8+和CD3+T淋巴细胞有更好的预后,减少转移,提高存活率。 04 其他人多瘤病毒 自2000年以来，已经发现了11种(可能是12种)人类多瘤病毒。HPyVs代表广泛的分离位点、组织向性和疾病结果。由于这些病毒的相对新颖性，研究人员仍在努力了解感染周期和与感染相关的病毒发病机制。在某些情况下，还没有建立病毒的组织培养模型或感染性实验形式，因此利用了替代方法，如分子、生化或硅分析以及病毒样颗粒(VLPs)或假病毒(PsV)的利用。VLPs是由病毒衣壳蛋白表达产生的，而假病毒是由病毒衣壳蛋白和一个报告基因组成。这些颗粒类型中的每一种都显示出与天然多瘤病毒总体上相似的大小和结构，并且在感染周期早期阶段的实验研究中都是有用的。虽然许多HPyV实验模型仍在开发中，但对HPyV的临床认识和血清反应性一直是了解HPyV感染医学重要性的研究重点。 05 皮肤多瘤病毒 在13种HPyV中，已从皮肤中分离出7种HPyVs，包括MCPyV、TSPyV、HPyV6、HPyV7、HPyV9、MWPyV (HPyV10)和HPyV13，表明这些皮肤HPyVs在人群中普遍循环。如前所述，MCPyV是MCC发展过程中的一个因果因素。皮肤的其他HPyVs与其他无症状或非恶性疾病有关。 TSPyV已从TS患者中分离出来，TS的特征是刺状滤泡丘疹和角化过度的针状体，通常局限于免疫功能低下的患者的面部。TS的发展会导致皮肤增厚、毁容和面部棘突。TS患者潜在的免疫抑通常是免疫抑制治疗、器官移植或白血病的结果。大约70%的人群对TSPyV呈血清阳性，实体器官移植患者(包括肾移植受者)血清亲和率较高。有趣的是，从皮肤中获得的样本显示在一般人群中血清亲和力低。通过体格检查结合组织活检和组织病理学分析确诊为TS。可以使用VP1特异性抗体进行免疫组织化学(IHC)分析，用电子显微镜观察病毒微粒，或通过PCR分析纯化的病毒DNA。TSPyV的传播被认为是通过经口或呼吸途径发生的，病毒在扁桃体组织内的持久性已被提出。虽然TSPyV主要与TS的皮肤病理有关，但更多的研究表明TSPyV可以从血液、粪便、尿道和呼吸道样本中分离出来。一例呼吸样本来自一个患有呼吸系统疾病的免疫缺陷儿童没有面部丘疹刺，提示可能是呼吸系统疾病。用西多福韦乳膏局部治疗TS可部分解决症状性疾病。 HPyV6和HPyV7从健康人的皮肤拭子中鉴定出来。鉴于高血清阳性率，HPyV6和HPyV7感染在健康个体中可能无症状，但已经在由于免疫抑制治疗、实体器官移植、艾滋病病毒感染或无特征的免疫抑制而导致免疫抑制的个体中发现临床疾病。此外，还从扁桃体、PML患者的脑脊液、粪便和呼吸道中分离出HPyV6。已在扁桃体、尿液、粪便和呼吸道中鉴定出HPyV7。HPyV6和HPyV7可感染皮肤表皮的角化细胞，均可导致瘙痒和角化不良皮炎。此外，HPyV6还与上皮肿瘤、血管淋巴样增生和角化棘皮瘤有关。HPyV7与胸腺上皮肿瘤有关。这两种病毒都可以通过PCR和免疫组化进行诊断，因为在有特异性抗体的样本中可以检测到TAg和VP1。 HPyV9从肾移植患者中分离出来，但也从皮肤拭子中发现，20~50%的血清阳性率较低。HPyV10、MWPyV和墨西哥多瘤病毒(MXPyV)分别为同一病毒的不同分离株，序列一致性为95%~99%。HPyV10是从一名WHIM综合征患者的尖锐湿疣样本中鉴定出来的，WHIM综合征的特征是不受控制的人类乳头瘤病毒(HPV)感染。此外，已从粪便样本中分离出HPyV10、MWPyV和MXPyV，根据VP1酶联免疫吸附试验，血清阳性率为75%。有趣的是，最近发现的LIPyV是从皮肤拭子和口腔液体中分离出来的，其血清阳性率为5%，与NJPyV相似。已在腹泻猫的粪便中检测到LIPyV，表明可能是猫源性和宿主跳跃传播方式。 06 其他组织的多瘤病毒 KIPyV和WUPyV最初是从患有急性呼吸道疾病的儿童的呼吸道样本中分离出来的。血清流行病学研究表明，传播发生在儿童时期，或导致轻度呼吸道疾病，或无症状，并且是可能发生在扁桃体的持续性感染。ELISA检测VP1抗体，血清流行病学研究显示，70%的人群对KIPyV呈血清阳性，80%的人群对WUPyV呈血清阳性。呼吸道分泌物中KI和WU的流行率在免疫抑制的个体中较高，如艾滋病病毒感染者。此外，还从一名接受造血干细胞移植的患者的呼吸和粪便样本中分离出了KIPyV。从粪便样本中分离出STLPyV，可在70%的人群中检测到。STLPyV的TAg有一个唯一的剪接变体，称为229T。此外，STLPyV表现出与MWPyV密切相关的遗传嵌合体。HPyV12可从切除的肝脏组织中分离出来，但也可在直肠组织和粪便样本中发现，血清阳性率为20%。NJPyV从一名视网膜脱落失明和患有血管炎肌病的胰腺移植受者中分离出来，血清阳性率为5%。NJPyV的高度序列一致性表明，该病毒可能从鼩鼱传播到人类，但这仍有待证实。 多瘤病毒科的HPyVs在结构、基因组组成和结构方面具有显著的相似性。除此之外，它们在病毒感染周期的总体模式上也有许多相似之处，包括病毒的附着、入侵、运输和暂时调控的基因表达。然而，每一种病毒的感染周期所需的特定的细胞因子是不同的。此外，多瘤病毒在人类宿主中表现出广泛的组织趋向性，包括皮肤、肾脏和脑细胞，但通常局限在那些具有潜在免疫抑制的人中引起感染。 病毒结构 人多瘤病毒根据直径为约40~45nm的无包膜蛋白衣壳来分类。病毒衣壳由2~3种结构蛋白组成，即病毒蛋白1 (VP1)、VP2和VP3。VP1是一种五聚体蛋白，在病毒衣壳内部与VP2或VP3结合。VP1是唯一在表面外表达的衣壳蛋白，是病毒的附着蛋白。多瘤病毒衣壳由360个VP1分子组成，排列成72个五聚体。五聚体VP1蛋白通过c端延伸与邻近的VP1五聚体结合，其中72个五聚体被组织成60个六聚体和12个五聚体，从而形成一个球形的、具有T=7d倾斜二十面体结构的衣壳。所有人类多瘤病毒的VP1五聚体都表现出由反平行β股构成的VP1单体的β圆筒凝胶卷结构，其连接环是许多含HPyV唾液酸受体的结合位点。病毒粒子衣壳被五聚体内和五聚体间的二硫键和钙离子稳定，而组装完全发生在细胞核中，那里的钙离子浓度受到高度调控。N端VP1五聚体面向病毒粒子的内部，与少量衣壳蛋白VP2或VP3结合，并与基因组DNA相互作用。 图1 无包膜人多瘤病毒的二十面体结构。 A：高分辨结构的BKPyV由低温电子显微镜(EM)在3.8 Å显示。B：BKPyV病毒内部与VP1 五邻体(灰色)，VP2(蓝色)和VP3(绿色)和包装的dsDNA(黄色，粉红色)的视图。C：从结构上看(B)，VP2/VP3与包裹在细胞组蛋白中的dsDNA相互作用。 基因组 包裹在病毒衣壳内的是大约5000 bp大小的环状双链(ds) DNA基因组，由细胞组蛋白包裹。简单的基因组是由5 - 6蛋白编码基因导致蛋白质相对有限,但多瘤病毒基因组结构和组织中相当保守的HPyVs。多瘤病毒基因组以双向方式分为三个区域，早期和晚期由非编码控制区(NCCR)或调控区(RR)分隔。基因组的早期区域编码早期病毒蛋白、非结构蛋白、大T抗原(LTAg)、小T抗原(STAg)，以及在某些情况下的中间T抗原(MT)、替代T (ALT)和选择性剪接的T蛋白，这些蛋白由单个mRNA转录物的替代剪接编码。晚期病毒基因包括病毒结构蛋白VP1、VP2和VP3 (MCPyV除外)。JCPyV和BKPyV编码另一种蛋白，失知性蛋白，主要表达于受感染细胞的细胞质中，是感染性子代释放到上清中所必需的。JCPyV agnoprotein已被证明在通过核膜的出口中发挥作用。NCCR显示了多瘤病毒的基因组多样性，包含了早期和晚期基因的启动子、复制的起源(ORI)、LTAg的结合域以及启动子和增强子。在病毒活跃复制期间，HPyV NCCRs在宿主内发生重排，产生插入、缺失和重复。多瘤病毒的NCCR重排通常与病毒复制增强、组织趋向性扩大以及病毒发病机制有关。NCCRs重排的病毒株一般只在病毒血症或致病状态下发现。许多HPyVs，包括BKPyV、JCPyV和MCPyV也被证明可以编码LTAg的互补microRNAs (miRNAs)。这些miRNAs可与LTAg mRNA结合，调控早期基因表达，并参与病毒免疫逃避。 图2 人类多瘤病毒基因组总图 dsDNA基因组大小为5000bp，由非编码控制区(non-coding control region, NCCR)分隔成早期和晚期区域。NCCR包含复制的起源(ORI)，复制是通过标签的几种功能驱动的，包括解除病毒dsDNA基因组的解旋酶活性。早期区域编码T抗原蛋白，包括大T抗原(LTAg)、小T抗原(STAg)和其它T抗原的剪接变异(虚线表示，HPyV不同)。未见图的是中间的T抗原和截断的T抗原，存在于一些HPyVs中。晚期区域编码结构蛋白病毒蛋白1 (VP1)、VP2和VP3 (MCPyV缺失)。一些HPyVs，包括JCPyV和BKPyV也编码非结构蛋白未知蛋白。 感染周期 尽管在组织趋向性和对宿主细胞的广泛影响方面存在差异，但目前关于人类多瘤病毒的信息表明，它们对宿主细胞的感染遵循相同的一般模式。HPyVs与宿主细胞表面受体结合，大多数HPyVs被证明是碳水化合物唾液酸受体。多瘤病毒的碳水化合物受体的性质不同，但可以包括α2,3-、α2,6-或α2,8-链唾液酸或替代受体，如糖胺聚糖。事实上，许多HPyVs附着在神经节苷上表达的唾液酸受体上，神经节苷是一种糖磷脂，由膜上富含脂质区域的神经酰胺和含有唾液酸残基的细胞外糖基组成。神经节苷脂的使用导致脂质介导的小窝或脂质链介导的一些HPyVs的内化过程。然而，JCPyV需要一个独特的唾液酸受体α2,6-链乳糖四糖c (LSTc)，也需要一个二级受体，受体的5-羟色胺家族(5-HT)在2亚家族和网格蛋白介导的内吞作用病毒内化。BKPyV也被证明通过小窝和网格蛋白独立的机制进入特定的细胞类型。 图3 人类多瘤病毒生命周期概图 展望 人类多瘤病毒是一组不同的人类病原体，通常在健康个体中引起无症状感染，并在人群中以不同的频率持续处于无症状状态。然而，在免疫功能低下的个体中，HPyVs可导致严重的疾病，从皮肤癌到同种异体排斥反应，再到致命的神经退行性疾病。hpyv有许多共性，包括病毒粒子的结构、基因组和蛋白质编码区域的组织、特定宿主细胞转录因子的结合位点、病毒复制的保守机制和病毒粒子组装。对于最近发现的多瘤病毒，我们所知甚少。多瘤病毒也有导致严重疾病的倾向，可能代表其他物种的病毒进入人群。因此，对多瘤病毒的进一步研究将继续为了解这些疾病机制提供线索。最后，由于多瘤病毒的物种特异性，缺乏动物模型。动物模型的发展将彻底改变多瘤病毒领域，并为在体内探索病毒感染和发病机制提供了巨大的机会。 参考文献 Melissa S. Maginnis, Human Polyomaviruses☆, Reference Module in Life Sciences, Elsevier, 2020. |
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