Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm vi sinh Human papillomavirus (HPV) là loại virus có cấu trúc DNA thuộc họ Papovaviridae, thuộc nhánh Papillomavirus [32]. Papillomavirus được chia làm 16 nhóm chính: Alpha, Beta, Gamma, Delta, Epsilon, Zeta, Eta, Theta, Iota, Kappa, Lambda, Mu, Nu, Xi, Omikron, Pi. Trong đó, nhóm Alpha chứa khoảng 70 type, là nguyên nhân chính gây nên ung thư cổ tử cung ở người. Trong đó, hai type nổi bật nhất là HPV 16 và HPV 18, các nhóm còn lại chủ yếu gây nhiễm ở da và niêm mạc.
Khoảng 30 type gây nhiễm trùng ở hệ thống sinh dục, tùy vào khả năng gây ung thư của chúng, mà được phân ra nhóm nguy cơ thấp hay nguy cơ cao [66]. Hans-Ulrich Bernard (2010) dựa vào bộ khuếch đại gen phụ của papillomavirus và sự sắp xếp nhiều chuỗi nucleotide L1 đã mô tả được 19 nhóm papillomavirus với 189 type papillomavirus, trong đó có 120 type được phân lập từ người, 64 type phân lập từ động vật có vú, 3 type phân lập từ chim và 2 type phân lập từ loài bò sát. Ngoài ra, tác giả cũng mô tả thêm một bản mở rộng phân loại họ Papillomaviridae, với 29 chi được hình thành từ 189 type papillomavirus và ông đề nghị bổ sung tiếp đầu ngữ “dyo” vào tên nhóm mới của papillomavirus theo bảng chữ cái Hylap như: dyodelta. Như vậy, có khoảng trên 200 type papillomavirus đã được tìm thấy [73].2 Cấu trúc gen và chức năng các gen của HPV Bộ gen của HPV gồm 2 sợi DNA đối xứng, xoắn ốc, không có vỏ bao bọc, cuộn lại trong một vỏ protein gồm 72 đơn vị capsomer.
Mỗi đơn vị là một pentamer của protein cấu trúc L1 (trọng lượng phân tử 54 - 58 kDa) kết hợp với một protein cấu trúc L2 (trọng lượng phân tử 68 - 76 kDa). Bộ gen của HPV có từ 7800 - 8000 cặp base, chứa khoảng 6 gen sớm (từ E1 - E7) và 2 gen muộn (L1, L2) là những gen cấu trúc, quyết định cho sự phiên mã và dịch mã trong quá trình nhân lên của virus. 4 Các gen này đều nằm trên sợi DNA bổ sung, chỉ có một chuỗi trong bộ gen DNA chuỗi kép, được sử dụng làm khuôn mẫu để phiên mã và chuỗi mã hóa này chứa ba vùng gen, gồm khoảng mười khung đọc mở (ORF). Nhiều protein virus được biểu thị từ các mRNA [7], [84], [96].1 Cấu trúc phân tử của HPV “Nguồn: Ethel - Michele de Villiers, 2004” [66] Khác với các loại virus khác, HPV không thể phát triển trong thực nghiệm và không có xét nghiệm huyết thanh nào có thể phát hiện chúng, nên sự nhận diện và định type HPV căn cứ vào sự có mặt acid nucleic của virus trong mẫu bệnh phẩm [32], [84].
Cấu trúc phân tử của HPV được phân làm vùng gen sớm E (early region), mã hóa protein trước khi nhân đôi DNA, vùng gen muộn L (late region) mã hóa vỏ bọc của virus và vùng không mã hóa hay vùng điều hòa ngược (URR: upstreeam regulatory region). Vùng gen sớm và vùng gen muộn có những cấu trúc đọc mở (ORF) cho việc dịch các protein chức năng [84]. Vùng gen sớm (E) chứa tối đa bảy ORF, mã hóa protein điều hòa của virus và vùng gen muộn (L) mã hóa hai protein capsid của virus. Mỗi ORF ở khu vực đầu được chỉ định là E, theo sau là một chữ số, biểu thị độ dài của ORF.
Vùng thứ ba của bộ gen đã được gọi là vùng điều khiển dài (LCR), vùng 5 điều hòa ngược dòng (URR) hoặc vùng không mã hóa (NCR). Vùng gen này chứa nguồn gốc của sự sao chép DNA, cũng như các trình tự kiểm soát phiên mã của virus [84], [96]. - Vùng gen sớm (E1, E2, E4, E5, E6, E7) biểu hiện sớm trong đời sống virus, có đặc điểm là có tính đặc hiệu mô cao, quan trọng nhất là các gen E6, E7 có vai trò chính trong việc gây ung thư ở tế bào ký chủ. + Gen E1: là một trong hai vùng ổn định nhất của bộ gen HPV.
Chức năng chính của E1 là mã hóa cho protein gắn đặc hiệu vào DNA. E1 có hoạt động tháo xoắn không phụ thuộc ATP, rất cần thiết cho sự sao chép của virus. + Gen E2: là gen mã hóa chủ yếu cho các yếu tố phiên mã của tế bào. Ngoài ra, E2 còn tương tác với E1, giúp E1 dễ dàng gắn vào điểm khởi động sao chép và có thể bắt đầu sao chép tăng cường hơn.
Các thí nghiệm cho thấy ở nồng độ thấp, E2 tăng cường sự phiên mã, nhưng ở nồng độ cao, nó lại ức chế sự phiên mã. Sự chèn DNA virus vào bộ gen của vật chủ thường làm gián đoạn gen E2, ảnh hưởng tới khả năng ức chế sự biểu hiện protein E6, E7. + Gen E4: là gen mã hóa cho protein E4, có vai trò giúp sự trưởng thành và phóng thích HPV ra khỏi tế bào mà không làm ly giải tế bào chủ + Gen E5: là gen mã hóa cho protein E5, để xâm nhập và tồn tại trong tế bào chủ, HPV sẽ rất cần đến sản phẩm protein E5 do gen này sản xuất, protein E5 tác động ngay trong giai đoạn đầu của sự xâm nhiễm, chúng tạo ra các phức hợp với các thụ thể của yếu tố tăng trưởng và biệt hóa, từ đó, kích thích sự phát triển của tế bào. Mặt khác, protein E5 còn có vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự chết theo chương trình của tế bào, khi có sự sai hỏng DNA do chính virus gây ra.
+ Gen E6: là gen mã hóa cho protein E6. Protein E6 gồm 151 acid amin, hình thành cấu trúc Cys-X-X-Cys gắn với phân tử điều hòa, có vai trò cực kỳ quan trọng trong vai trò gây biến chuyển ác tính tế bào nhiễm HPV, nhất là nhiễm những type virus HPV được xếp vào nhóm nguy cơ cao gây ung thư. Chức năng chủ yếu này cũng là chức năng nguy hiểm nhất đối với tế bào vật chủ, vì một số khả năng sau [84]: 6. Liên kết hoặc không liên kết với protein E7, điều này có khả năng kích thích tế bào vật chủ phân bào mạnh mẽ và sự phân chia này là mãi mãi, tức là tế bào vật chủ sẽ trở thành những tế bào bất tử.
Gắn kết với protein p53, một protein ức chế sinh u của tế bào vật chủ, làm tăng sự phân giải p53 bởi hệ thống enzyme của tế bào và làm giảm khả năng ức chế sinh khối u của protein này. Liên kết với gen trong quá trình bất tử hóa. Thực nghiệm trên chuột cho thấy liên kết với gen kích thích sự phát triển tế bào NIH 3T3. Tế bào trở nên bất tử, đồng thời, kích thích hoạt động của chất hoạt hóa E2 của Adenovirus.
+ Gen E7: là gen mã hóa cho protein E7, gồm 98 acid amin và hình thành nên 2 cấu trúc gắn kẽm. Gen E7 có vai trò không kém phần quan trọng trong việc gây ung thư ở tế bào vật chủ, mặc dù kích thước gen này nhỏ hơn gen E6. Gen E7 tương đồng ở cấu trúc gắn kèm với E6, đều là cấu trúc Cys-X-X-Cys, góp phần liên kết chặt chẽ với E6 hơn, hỗ trợ nhau tác động lên sự bất tử tế bào vật chủ. Nếu gen E6 có chức năng cản trở quá trình tự sửa sai của tế bào vật chủ, thông qua liên kết với p53, thì gen E7 thực hiện vai trò này thông qua liên kết với pRb, cũng là một protein ức chế sinh khối u, liên kết này có ái lực cao gấp 10 lần ở những type HPV thuộc nhóm nguy cơ cao (so với nhóm nguy cơ thấp).
Điều này làm giải phóng số lượng lớn yếu tố phiên mã E2F tự do, kích thích quá trình phiên mã, kéo dài đời sống tế bào [84]. - Vùng gen muộn L, gồm protein chính L1 và một protein phụ L2, mã hóa protein vỏ bọc chủ yếu và thứ yếu của virus. Sự biểu hiện gen ở vùng này muộn hơn ở vùng sớm và có thể tìm thấy trong các tế bào keratin trưởng thành ở lớp trên cùng của biểu mô lát. Gen L1 và L2 là 2 vùng gen cấu trúc.
Vùng L1 mã hóa cho protein L1, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên nang của Virus. Protein L1 có trọng lượng phân tử 56 - 60 kDa, được phosphoryl hóa yếu và không gắn với DNA. Protein L2 có trọng lượng phân tử 60 - 69 kDa, được phosphoryl hóa cao và có khả năng gắn DNA [84].3 Quá trình lây nhiễm Human papillomavirus 1.1 Nguồn lây HPV gây nhiễm trùng đặc hiệu ở biểu mô các vùng da và niêm mạc trên cơ thể, bao gồm bộ phận sinh dục nam và nữ, đường hô hấp trên, đường tiêu hóa và các vị trí ở da. Mỗi type HPV có khả năng gây bệnh khác nhau như HPV 1 thường được tìm thấy trên mặt lưng của ngón bàn tay hoặc ở lòng bàn chân, trong khi HPV 16 lại đặc biệt gây nhiễm trùng ở niêm mạc CTC [35].
Hiện nay, HPV đang được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm vì tính chất gây bệnh nghiêm trọng của nó. Các nghiên cứu dịch tễ học, huyết thanh học, mô bệnh học và đặc biệt là sinh học phân tử, đã khẳng định HPV là virus gây ung thư ở người. Đến nay, các nghiên cứu dịch tễ học có quy mô lớn cho thấy 100% các type HPV thuộc nhóm nguy cơ cao có liên quan với ung thư cổ tử cung (UTCTC). Ngược lại, các type HPV thuộc nhóm nguy cơ thấp hiếm khi được tìm thấy ở các phụ nữ bệnh UTCTC [72].2 Đường lây truyền HPV Đường lây truyền chủ yếu của HPV là qua đường tình dục ở người phụ nữ tuổi còn trẻ [75], [86].
Mặt khác, HPV còn lây truyền qua đường quan hệ tình dục ở những người nam đồng tính, lưỡng tính và dị tính [93]. Do đó, HPV thường cũng được tìm thấy trong đường sinh dục của cả nam và nữ, có và không có biểu hiện tổn thương lâm sàng [50]. Ngoài ra, HPV còn có khả năng lây truyền cho con ở các thai phụ bị nhiễm HPV trong khi sinh con qua ngã âm đạo. Có 32% trẻ được sinh ra từ mẹ bị nhiễm HPV, có sự hiện diện HPV trong khoang miệng của trẻ [124].
HPV rất đề kháng với nhiệt và khi bị làm khô. Do đó, ngoài lây truyền qua đường tình dục, HPV còn rất dễ lây nhiễm qua các cách khác như tiếp xúc mật thiết giữa da với da, hoặc dùng chung quần áo lót của người bị lây nhiễm HPV nhiều ngày trước đó [136].4 Phân loại genotype của Human papillomavirus 1.1 Phân loại genotype theo khả năng tác động của HPV trên tế bào đích Nhiễm trùng papillomavirus ở người (HPV) rất phổ biến và DNA của virus có thể được tìm thấy từ các mẫu da, niêm mạc miệng và bộ phận sinh dục ở người [107].
