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病毒與癌化間的糾葛-人類皰疹病毒於癌化現象中的角色

癌化現象 ( Canceration ) 的成因除了來自細胞內基因或蛋白調控異常外,病毒感染也是造成細胞癌化的重要原因之一 [1],因此可以造成細胞癌化的病毒被稱為致癌病毒 ( oncogenic virus )。目前所熟知的致癌病毒包括人類疱疹病毒第四型 ( Epstein-Barr virus, EBV )、人類乳突病毒 ( Human papillomavirus, HPV )、B肝病毒 ( Hepatitis B virus, HBV )、C肝病毒  ( Hepatitis C virus, HCV )、人類嗜T淋巴球病毒第一型 ( human T-lymphotropic virus 1, HTLV-1 )等,而不同的病毒其致癌的分子機轉也不盡相同 [1]。來自紐約石溪大學及佛羅里達大學的團隊在2020年1月發表的研究闡明了EBV在癌化現象中所扮演的角色 [2]。

此前,該團隊在2014年已證實EBV在感染B淋巴球 ( B lymphocytes ) 後,所攜帶的致癌基因 ( oncogene ) 其表現會對B淋巴球產生複製壓力 ( replication stress )。除此之外,EBV也透過活化一個很重要的轉錄因子STAT3,進而誘導凋亡蛋白酶7 ( caspase 7 ) 的轉錄 ( 圖一 )。凋亡蛋白酶7接著促進Claspin蛋白的分解,因此原本遇到複製壓力理應活化的DNA複製檢查點無法停止DNA複製及細胞週期,進而導致B細胞的持續增生與癌化 [3]。

圖一:EBV活化了STAT3及凋亡蛋白酶7,並透過分解Claspin蛋白進而干擾B淋巴球內的DNA複製檢查點。
圖片來源:https://doi.org/10.1073/pnas.1400683111

延伸閱讀:DNA複製哨兵:Cdc7與CK1γ1共同調控Claspin並守護DNA複製

該團隊延續了前述的發現,進一步剖析其分子機制 [2]。由於先前結果顯示EBV活化的STAT3可以誘導凋亡蛋白酶7的轉錄,而凋亡蛋白酶7又可以透過其他的凋亡蛋白酶活化,例如凋亡蛋白酶8、9、10。因此團隊假設,STAT3在誘導凋亡蛋白酶7的轉錄之前,應該會先活化一個與凋亡蛋白酶相關的中間蛋白。基於此假設,團隊們先檢測了在被EBV感染的情形下,B淋巴球中的各種凋亡蛋白酶的表現,結果顯示,在經過EBV感染後,凋亡蛋白酶9的mRNA表現量增加;但若在細胞中抑制STAT3,凋亡蛋白酶9的mRNA表現量則明顯下降,因此團隊認為凋亡蛋白酶9也許跟STAT3誘導的凋亡蛋白酶7有關聯。

為了進一步驗證這個假設,團隊利用凋亡蛋白酶9的抑制劑對從人體取出的B淋巴球進行處理,結果顯示凋亡蛋白酶7的酵素活性 ( DEVDase activity; 註一 ) 降低,且DNA複製檢查點可以正常活化,證實凋亡蛋白酶9與凋亡蛋白酶7的活化有直接的關聯性。然而凋亡蛋白酶9的原功能是誘導細胞凋亡,但在本研究中,EBV藉由誘導STAT3、凋亡蛋白酶9以及凋亡蛋白酶7的表現並抑制細胞凋亡,讓團隊們更進一步檢視凋亡蛋白酶9 mRNA的同功型 ( isoform, 註二 )。凋亡蛋白酶9的同功型可分為促進細胞凋亡的凋亡蛋白酶9a以及抵抗細胞凋亡的凋亡蛋白酶9b ( 圖二 ),而團隊也觀察到了被EBV感染的B淋巴球中,凋亡蛋白酶9b的表現增加了。

圖二:凋亡蛋白酶9可藉由選擇性剪接而有數種不同的同功型,其中包括凋亡蛋白酶9a及凋亡蛋白酶9b。Caspase 9b缺少了可以催化細胞凋亡的區域,因此無法誘導細胞凋亡。
圖片來源: https://doi.org/10.1016/j.virol.2019.11.017

作者們根據這些結果得出結論,EBV在感染B淋巴球之後會先活化轉錄因子STAT3,STAT3再誘導抵抗細胞凋亡的凋亡蛋白酶9b及凋亡蛋白酶7,而凋亡蛋白酶7會再降解Claspin蛋白,一系列的過程會使DNA複製檢查點無法正常運作,導致細胞在複製壓力之下仍繼續進行DNA複製,導致細胞持續生長並癌化 ( 圖三 )。因此,團隊們認為將STAT3或凋亡蛋白酶9b的抑制劑與可以誘導複製壓力的化學藥物結合使用將有助於對抗EBV誘導的淋巴癌。此項研究不但為致癌病毒造成細胞癌化的分子機制提供了更完整的面貌,也為EBV誘導的癌症的治療方法提供了新的可能性。

圖三:EBV活化STAT3,並提高凋亡蛋白酶9以及凋亡蛋白酶7的表現,進而干擾B淋巴球內的複製檢查點。
圖片來源: https://doi.org/10.1016/j.virol.2019.11.017

註一:DEVDase assay可以用來評估凋亡蛋白酶誘導細胞凋亡的活性。
註二:基因同功型 ( gene isoform ) 是指同個基因可以透過選擇性剪接 ( alternative splicing ) 轉錄出不同的mRNA,進而產生不同功能的蛋白質。

參考文獻:

  1. Krump, N. A., & You, J. (2018). Molecular mechanisms of viral oncogenesis in humans. Nature Reviews Microbiology, 16(11), 684-698. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0064-6
  2. Koganti, S., Burgula, S., & Bhaduri-McIntosh, S. (2020). STAT3 activates the anti-apoptotic form of caspase 9 in oncovirus-infected B lymphocytes. Virology, 540, 160-164. https://doi.org/10.1016/j.virol.2019.11.017
  3. Koganti, S., Hui-Yuen, J., McAllister, S., Gardner, B., Grasser, F., Palendira, U., … & Bhaduri-McIntosh, S. (2014). STAT3 interrupts ATR-Chk1 signaling to allow oncovirus-mediated cell proliferation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(13), 4946-4951. https://doi.org/10.1073/pnas.1400683111

 

撰文|蕭皓文
審稿|蕭毅

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蕭皓文

蕭皓文

日本東京大學醫科博士班學生,研究領域為免疫學、癌症生物學、分子生物學。曾在中研院參與兩年的免疫療法研究。

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