Dostęp Otwarty

Intensywne badania

Udział wirusów w rozwoju chorób nowotworowych

Prof. dr hab. med. Andrzej Szkaradkiewicz

kierownik Katedry i Zakładu Mikrobiologii Lekarskiej, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu

Adres do korespondencji:
Prof. Andrzej Szkaradkiewicz
Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej UM w Poznaniu
ul. Wieniawskiego 3, 61-712 Poznań
tel./faks 61-854 61 38/61-854 61 40
e-mail: szkaradkiewicza@poczta.onet.pl

Nie w pełni znamy rolę wirusów w procesach karcinogennych u ludzi, jednak kolejne badania pokazują ich coraz większą i różnorodną rolę w onkogenezie

Dane badawcze ostatnich lat dokumentują, że w etiopatogenezie chorób nowotworowych u ludzi znaczący jest udział wirusów. Niektóre z nich zostały już uznane przez Światową Organizację Zdrowia jako biologiczne czynniki rakotwórcze. Znajomość onkogenności wirusów ludzkich nie tylko więc rozszerza wiedzę, ale jest także ważna dla praktyki medycznej, szczególnie w zakresie profilaktyki oraz terapii.

Polska nadal charakteryzuje się jednym z najwyższych poziomów umieralności przedwczesnej w Unii Europejskiej. Nowotwory złośliwe są jednym z głównych jej powodów, stanowiąc pierwszą przyczynę u kobiet oraz drugą u mężczyzn.[1] Jednocześnie nowotwory złośliwe pozostają jednym z zasadniczych obciążeń zdrowotnych, społecznych i ekonomicznych w krajach wysoko uprzemysłowionych, dlatego problemy związane z tym zagrożeniem wymagają systematycznych i wielopłaszczyznowych działań w zakresie ochrony zdrowia, także z uwzględnieniem edukacji i profilaktyki.[2]

HBV i HCV

Ocenia się, że wśród przyczyn nowotworów złośliwych znaczący jest udział wirusów i dotyczy on 15-20 proc. wszystkich chorób nowotworowych.[3] Jednym z najczęstszych jest rak wątrobowokomórkowy. Jego proces rozwoju jest złożony, wieloetapowy, najczęściej związany z przewlekłymi zakażeniami wirusowymi: wirusem B zapalenia wątroby (HBV) i wirusem C zapalenia wątroby (HCV).

HBV został po raz pierwszy uwidoczniony w mikroskopie elektronowym w 1970 roku; stanowi prototypowy wirus dla rodzaju Orthohepadnavirus. W strukturze genomu tego wirusa wyróżnia się mały region HBx, odgrywający istotną rolę w onkogenezie.[4] Z kolei HCV został po raz pierwszy zidentyfikowany w 1989 roku; obecnie prototypowy wirus dla rodzaju Hepacivirus. Istotny postęp w badaniach nad HCV nastąpił dopiero w ostatnich ośmiu latach, co wiąże się z możliwościami hodowli tego wirusa w warunkach laboratoryjnych. Ocenia się, że na świecie zakażenie HBV występuje u ponad 300 mln, natomiast HCV u ponad 170 mln osób. Szacuje się, że w Polsce HBV zakażonych jest 450 tys. osób.[5] W ostatnim raporcie Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego (NIZP) w Warszawie oszacowano, że w Polsce zakażonych HCV jest 200 tys. osób.

Wirusy te mogą wywoływać przewlekłe aktywne zapalenia wątroby, jednocześnie indukując regenerację miąższu i jego przebudowę w kierunku marskości. Procesy te są bardzo dynamiczne, a w efekcie nasilonego „obrotu komórkowego”, jak również karcinogennego oddziaływania HBx lub białek HCV (białko rdzeniowe – Pc i białka niestrukturalne – NS3-NS5), może występować transformacja nowotworowa hepatocytów i w konsekwencji – pierwotny rak wątrobowokomórkowy.[6] Powyższe dane zostały uwiarygodnione w badaniach klinicznych, a także na modelu doświadczalnym u myszy. Są to badania ostatnich 10 lat, ale trzeba przypomnieć o polskim wkładzie w poznanie mechanizmu chorobotwórczego oddziaływania HBV i dokonaniach w skali światowej zespołów profesorów Adama Nowosławskiego i Kazimierza Madalińskiego z NIZP w Warszawie.[7,8] HBV i HCV są aktualnie uznanymi przez Światową Organizację Zdrowia czynnikami ryzyka raka wątrobowokomórkowego.[3] Potencjał onkogenny obu wirusów jest wysoki. Szacuje się, że zakażenie HBV 100-krotnie zwiększa ryzyko rozwoju raka wątrobowokomórkowego, natomiast infekcja HCV – 20-krotnie. Należy dodać, że w części przypadków przebieg kliniczny jest bezobjawowy, a nowotwór wykrywa się przypadkowo. Do zakażenia obu wirusami dochodzi głównie tzw. drogą pozajelitową (przezskórną, poprzez naruszenie ciągłości tkanki skóry, błon śluzowych, przez użycie zanieczyszczonych, źle sterylizowanych sprzętów medycznych, a także niemedycznych, np. igieł do tatuażu, przyrządów kosmetycznych, akupunktury), drogą kontaktów seksualnych (w USA kontakty płciowe stanowią 60 proc. wszystkich zakażeń HBV; ryzyko dwukrotnie wyższe dla kobiet) oraz drogą transmisji zakażona matka-płód. Przełomowe znaczenie dla zapobiegania zakażeniom HBV miało wprowadzenie w 1994 roku szczepień ochronnych anty-HBV w Polsce, podobnie jak na całym świecie.[5] Obecnie Światowa Organizacja Zdrowia rozważa możliwość masowych szczepień przeciwko HBV, zmierzających do wykorzenienia wirusa, podobnie jak to uczyniono z wirusem ospy prawdziwej. Niestety, nadal brak jest skutecznej szczepionki przeciwko zakażeniom HCV.

HPV

Innymi wirusami o aktywności karcinogennej są wirusy brodawczaka ludzkiego – wirusy papilloma (HPV). W 2008 roku niemiecki lekarz prof. Harald zur Hausen otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za udokumentowanie związku raka szyjki macicy z zakażeniem HPV.[9] Dziś wiadomo, że rak szyjki macicy jest nowotworem, któremu można skutecznie zapobiegać (dostępne są już bezpieczne i skuteczne szczepionki) i którego można leczyć. Polska jest krajem średnio wysokiego ryzyka zachorowania i zgonu na raka szyjki macicy. Jak wskazują badania epidemiologiczne, konieczna jest jednak intensyfikacja profilaktyki w Polsce i innych krajach Unii Europejskiej.[10]

Aktualnie wśród HPV wyróżnia się dwa główne rodzaje: Alphapapillomavirus, związany z zakażeniami płciowymi (częsty u aktywnych seksualnie osób) i Betapapillomavirus (HPV5,8), związany z zakażeniami skóry i nieczerniakowym rakiem skóry (stanowiącym 20-30 proc. raków skóry). Potencjał onkogenny HPV jest już dokładnie przebadany. Wśród 40 typów należących do rodzaju Alphapapillomavirus, 12 typów ma wysoki potencjał onkogenny (głównie HPV16 i HPV18, w co najmniej 85 proc. przypadków związane z rakiem szyjki macicy; a ponadto: HPV31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59). U osób aktywnych seksualnie, uprawiających seks oralny, infekcja HPV może dotyczyć także błon śluzowych jamy ustnej, czego efektem klinicznym są coraz częściej stwierdzane zachorowania na raka jamy ustnej i gardła. Szacuje się, że obecnie HPV jest przyczyną co najmniej 60 proc. przypadków raka gardła (głównie związanego z HPV16). Wyliczono także, iż jeśli jeden ze stałych partnerów w związku jest zakażony HPV, ryzyko infekcji u drugiego wynosi 20 proc. w ciągu pół roku. Warto przypomnieć, że docelowymi komórkami dla HPV są komórki nabłonkowe warstw rozrodczych skóry i błon śluzowych. Dobrze udokumentowano, że wraz z replikacją genomu HPV w komórkach są produkowane wirusowe białka E6 i E7 – tzw. onkoproteiny. Białka te, produkowane przez typy HPV o wysokim potencjale onkogennym, mogą bardzo skutecznie unieśmiertelniać komórki, prowadząc do ich transformacji nowotworowej.[11] W raku szyjki macicy dla oceny przebiegu procesu karcinogennego przyjęto już w 1967 roku tzw. CIN, określający dysplazję małego, średniego i dużego stopnia (w tym ostatnim przypadku – odpowiadającą rakowi przedinwazyjnemu).

EBV

Badania nad własnościami onkogennymi ludzkich wirusów zapoczątkowało odkrycie 50 lat temu przez zespół dr. Anthony’ego Epsteina nowego herpeswirusa człowieka (później nazwanego wirusem Epsteina-Barr – EBV), zidentyfikowanego w mikroskopie elektronowym w preparatach z chłoniaka, endemicznie występującego u dzieci w Afryce, guza opisanego po raz pierwszy przez brytyjskiego chirurga pracującego w Ugandzie, dr. Burkitta (stąd nazwa chłoniak Burkitta).[12]

EBV jest aktualnie uznanym przez Światową Organizację Zdrowia czynnikiem karcinogennym.[3] Podobnie jak inne herpeswirusy, ma zdolność przetrwałego utajonego (o niskim poziomie aktywności biologicznej) zakażania komórek i wówczas nie ulega całkowitej eliminacji z organizmu człowieka. EBV zakaża głównie limfocyty B i komórki nabłonkowe. W odróżnieniu od innych herpeswirusów, EBV koduje białka związane z jego utajonym (latentnym) zakażeniem, przy czym przynajmniej dwa z nich należą do tzw. onkoprotein. Są to: EBNA-2, będące transaktywatorem transkrypcji o kluczowej roli w unieśmiertelnianiu komórek oraz latentne białko błonowe – LMP-1, promujące rozwój nowotworu. Wiadomo, że EBV stanowi czynnik przyczynowy rozmaitych chorób na różnych obszarach geograficznych. W strefie umiarkowanej wschodniej i zachodniej półkuli wywołuje mononukleozę zakaźną (w Polsce rocznie rejestruje się około 700 nowych zachorowań), endemicznie w południowej Azji i Chinach należy do czynników przyczynowych raka jamy nosowo-gardłowej (głównie wśród ludności pochodzenia chińskiego), a w Afryce u dzieci może wywoływać chłoniaka Burkitta. Oczywiście istnieje wiele uwarunkowań tych procesów o profilu nowotworowym, przede wszystkim genetycznych, klimatycznych i środowiskowych. W rozwoju chłoniaka Burkitta uznaje się dziś współudział zarażenia pasożytem zarodźcem sierpowym – Plasmodium falciparum, wywołującym malarię.[13] Z kolei, w raku nosowo-gardłowym akceptuje się trzy łącznie oddziałujące czynniki przyczynowe: szczególny defekt genetyczny występujący w populacji chińskiej (sprzyjający przewlekłemu zakażeniu EBV), zakażenie EBV oraz czynniki dietetyczne, a w szczególności spożywanie solonych ryb.[14] Aktualne badania wskazują także na możliwość udziału EBV w rozwoju rozpowszechnionych u ludzi na świecie nowotworów, tj. ziarnicy złośliwej (choroba Hodgkina), a także w raku żołądka, raku piersi, oraz, jak sugerują nasze badania[15] – w raku migdałka podniebiennego. Niestety, powszechne występowanie wirusa i jego zdolność do wywoływania zakażeń bezobjawowych, jak również brak skutecznej szczepionki utrudniają zapobieganie i kontrolę epidemiologiczną. Wydaje się, że najkorzystniejsze w tej sytuacji może być przebycie zachorowania na mononukleozę zakaźną, co w efekcie indukuje czynną odporność nabytą anty-EBV na całe życie.

Polski udział w badaniach związku etiopatogenetycznego EBV z rakiem migdałka podniebiennego

W 1998 roku zespół prof. Kanji Hirai z Zakładu Wirusologii Nowotworów Uniwersytetu Medycznego w Tokio wykazał, że EBV występuje w tkance migdałków podniebiennych u około 28 proc. osób zdrowych (Arch. Virol. 1998;143(4):803-813).

Te dane były tak inspirujące, że zainicjowały współpracę między Zakładem Mikrobiologii Lekarskiej (kierownik: prof. Andrzej Szkaradkiewicz) i Kliniką Otolaryngologii i Onkologii Laryngologicznej (kierownik: prof. Witold Szyfter) Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu w zakresie udziału EBV i HPV w patogenezie raka migdałka podniebiennego (PTC).

W dotychczasowych badaniach obecność DNA EBV w PTC z histopatologicznym rozpoznaniem raka płaskonabłonkowego stwierdziliśmy u około 70 proc. chorych, podczas gdy DNA HPV wykrywaliśmy jedynie sporadycznie.

Większość analizowanych chorych (około 80 proc.) była palaczami tytoniu, a ponad 40 proc. badanych osób podawało nadużywanie alkoholu.

Uzyskane wyniki mogą wskazywać na związek etiopatogenetyczny EBV z rakiem migdałka podniebiennego, co jest przedmiotem dalszych badań.

KSHV

Inny wirus, podobnie jak EBV sklasyfikowany w obrębie tej samej podrodziny herpeswirusów, to zidentyfikowany w 1994 roku przez zespół Changa[16] – ludzki herpeswirus 8 (HHV8, sklasyfikowany w obrębie rodzaju Rhadinovirus), związany z mięsakiem Kaposiego (stąd również nazwa KSHV). Nowotwór ten wywodzi się głównie z komórek śródbłonka naczyniowego i występuje u ponad 35 proc. chorych z AIDS. Zakażenie HIV zwiększa bowiem ryzyko infekcji KSHV, szczególnie u mężczyzn homoseksualnych. Rozwojowi mięsaka Kaposiego sprzyja również immunosupresja farmakologiczna, stosowana u biorców przeszczepów; najczęściej obserwuje się występowanie tego nowotworu po transplantacji nerek. Aktualnie dobrze już udokumentowano na podstawie badań molekularnych, że KSHV jest czynnikiem przyczynowym mięsaka Kaposiego. Wirus ten ma blisko 12 tzw. genów pirackich, większość z nich dobrze scharakteryzowanych, będących homologami ludzkich genów, kodujących białka umożliwiające przetrwałe zakażenie komórek śródbłonkowych oraz okresowo częściową tzw. poronną aktywność KSHV.[17] W następstwie długotrwałej infekcji w komórkach dochodzi do akumulacji kodowanej przez wirusa ponad 200 kDa onkoproteiny – LANA. Onkoproteina ta wywiera dramatyczny wpływ na komórki, stymulując ich proliferację i promując transformację nowotworową.

HIV

Ludzki wirus upośledzenia odporności – HIV-1, jako czynnik przyczynowy zespołu nabytego upośledzenia odporności (AIDS) po raz pierwszy opisali w 1983 roku wirusolodzy francuscy z Instytutu Pasteura w Paryżu – Luc Montagnier i Francoise Barré-Sinoussi, za co zostali wyróżnieni Nagrodą Nobla w 2008 roku.[18] W trakcie 30 lat badań nad HIV/AIDS poznano w bardzo szerokim zakresie HIV-1 i później odkryty HIV-2 oraz patogenezę ich zakażeń. HIV wchodzi w skład rodziny retrowirusów i aktualnie należy do wyodrębnionego rodzaju Lentivirus. Zakażenia HIV i w konsekwencji zachorowania na AIDS stwierdzono już we wszystkich krajach na świecie (z wyjątkiem niektórych państw wysp Pacyfiku), przy czym liczbę zakażonych HIV szacuje się obecnie na 60 mln osób (w Polsce – ponad 12 tys.). Wirus ten jest przenoszony prawie wyłącznie przez kontakty seksualne (zakażenie HIV może nastąpić nawet po jednorazowym stosunku z nosicielem wirusa), preparaty krwi, zanieczyszczone igły i strzykawki używane wśród narkomanów oraz drogą transmisji zakażenia matka-płód. Zakażeniu ulegają pomocnicze limfocyty T CD4 oraz monocyty (makrofagi), w tym wyspecjalizowane komórki mikrogleju, komórki dendrytyczne oraz Langerhansa. W wyniku efektu cytopatycznego dochodzi do drastycznego ubytku limfocytów T CD4 (osoby zakażone HIV tracą rocznie 60 × 106/l komórek T CD4), korelującego z rozwojem immunosupresji, której klinicznym wyrazem jest AIDS. Aktualnie uznaje się, że HIV nie tylko wywołuje AIDS, ale stanowi także czynnik ryzyka niektórych chorób nowotworowych, najczęściej mięsaka Kaposiego (przy współudziale HHV8) oraz heterogennej grupy złośliwych chłoniaków nieziarniczych – NHL, głównie wywodzących się z komórek B.[19] Szacuje się, że zakażenie HIV 60-krotnie zwiększa ryzyko rozwoju NHL. Dobrze znane jest już wtórne występowanie onkogenezy komórek B indukowane różnymi ko-patogenami wirusowymi, w następstwie rozwijającej się immunosupresji, pierwotnie związanej z zakażeniem HIV. Badania ostatnich lat wniosły nowe dane, także w zakresie bezpośredniego udziału HIV w patogenezie NHL. Wskazuje się, że HIV promuje poliklonalną proliferację komórek B i może bezpośrednio prowadzić do ich transformacji nowotworowej. Ponadto, dokumentuje się onkogenną rolę 14 kDa wirusowego białka Tat, będącego silnym transaktywatorem transkrypcji. W wyniku oddziaływania Tat może więc dochodzić do hiperaktywacji transkrypcji, co wspomaga indukcję transformacji nowotworowej komórek. Obecnie HIV jest uznanym przez Światową Organizację Zdrowia czynnikiem ryzyka mięsaka Kaposiego i NHL.[3]