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243 專 欄 人 類 乳 突 病 毒 (HPV) 疫 苗 發 展 新 知 沈 冠 印 劉 士 任 國 家 衛 生 研 究 院 感 染 症 與 疫 苗 研 究 所 前 言 子 宮 頸 癌 的 成 因, 以 人 類 乳 突 病 毒 感 染 為 主, 性 接 觸 為 其 主 要 傳 染 途 徑 經 過 多 年 的 研 究 發 現, 子 宮 頸 癌 的 發 生 與 感 染 高 致 癌 性 人 類 乳 突 病 毒 (HPV16, 18, 31, 45, 52, 58 型 等 等 ) 有 將 近 100% 的 高 度 相 關 因 此, 預 防 高 致 癌 性 人 類 乳 突 病 毒 的 感 染, 就 能 降 低 子 宮 頸 癌 的 發 生 率 根 據 衛 生 署 統 計 資 料, 子 宮 頸 癌 是 台 灣 婦 女 惡 性 腫 瘤 的 重 要 死 因, 雖 然 近 年 來 死 亡 率 慢 慢 下 降, 但 在 全 世 界 婦 女 惡 性 腫 瘤 中, 仍 占 第 3 位 根 據 世 界 衛 生 組 織 的 報 告, 在 2010 年 全 球 約 有 50 萬 人 罹 患 子 宮 頸 癌, 預 計 在 2025 年 將 增 加 到 70 萬 人, 表 示 其 對 全 球 女 性 的 健 康, 仍 是 重 大 的 威 脅 [1] 由 於 子 宮 頸 癌 癌 前 病 變 通 常 沒 有 身 體 上 的 不 適, 而 且 子 宮 頸 癌 發 展 過 程, 多 在 十 年 左 右, 使 病 人 容 易 輕 忽 而 在 診 斷 之 後, 也 容 易 被 發 現 已 經 是 侵 犯 性 的 惡 性 腫 瘤, 因 此 死 亡 率 居 高 不 下 為 了 要 控 制 疾 病 發 生 率, 並 且 降 低 疾 病 死 亡 率, 政 府 大 力 宣 導 子 宮 頸 抹 片 檢 查, 以 及 核 准 了 人 類 乳 突 病 毒 疫 苗 上 市 從 近 年 衛 生 署 統 計 資 料 顯 示, 近 十 年 子 宮 頸 癌 的 死 亡 率 已 下 降 29% 不 過,2011 年 衛 生 署 的 統 計 資 料 顯 示, 每 十 萬 人 約 有 4.1 人 罹 患 子 宮 頸 癌 死 亡, 依 然 不 可 輕 忽 [2] 子 宮 頸 癌 的 發 展 進 程 子 宮 頸 癌 的 癌 前 病 變 (cervical intraepithelial neoplastia, CIN) 大 多 發 生 於 子 宮 頸 鱗 狀 上 皮 細 胞 和 柱 狀 上 皮 細 胞 的 交 界, 由 於 細 胞 層 薄 易 受 病 毒 感 染 隨 著 病 變 的 範 圍 和 嚴 重 程 度 可 分 為 輕 度 (CIN 1) 中 度 (CIN 2) 重 度 (CIN 3) 輕 度 (CIN 1) 定 義 為 只 有 基 底 膜 以 上 三 分 之 一 內 厚 度 的 子 宮 頸 上 皮 出 現 病 變 細 胞 ; 中 度 (CIN 2) 的 定 義 為 基 底 膜 以 上 三 分 之 二 內 厚 度 的 子 宮 頸 上 皮 出 現 病 變 細 胞 ; 而 重 度 (CIN 3) 則 是 在 基 底 膜 以 上 三 分 之 二 至 整 層 中 華 民 國 101 年 10 月 第 二 十 二 卷 第 五 期

244 的 子 宮 頸 上 皮 都 出 現 病 變 細 胞 如 圖 一 [3], 在 輕 度 到 中 度 病 變, 病 毒 會 進 行 複 製 並 且 反 覆 感 染 子 宮 頸 上 皮 細 胞 也 因 為 病 毒 的 複 製, 細 胞 中 會 大 量 表 現 病 毒 外 鞘 蛋 白 L1 而 在 中 度 到 重 度 病 變, 病 毒 基 因 體 會 漸 漸 嵌 入 上 皮 細 胞 染 色 體 中, 則 以 E7 蛋 白 表 現 為 主, 並 且 降 低 抑 癌 蛋 白 Rb 促 進 細 胞 轉 型 為 惡 性 腫 瘤 人 類 乳 突 疫 苗 應 用 現 況 目 前 臨 床 使 用 的 預 防 型 疫 苗 中, 四 價 疫 苗 能 預 防 高 致 癌 性 HPV16 型 和 HPV18 型 和 低 致 癌 性 與 引 起 生 殖 器 溼 疣 的 HPV6 型 和 HPV11 型 等 病 毒 的 感 染 另 外, 二 價 疫 苗 則 是 針 對 高 致 癌 性 HPV16 型 和 HPV18 型 此 兩 疫 苗 的 抗 原 皆 為 HPV 外 鞘 蛋 白 質 L1, 所 引 發 的 免 疫 保 護 效 果, 都 來 自 於 抗 體 的 中 和 反 應, 如 圖 二 所 示 此 類 預 防 型 疫 苗, 在 被 病 毒 感 染 之 前 接 種, 能 獲 得 較 大 的 抗 體 保 護 效 益 目 前 許 可 上 市 疫 苗 的 保 護 效 力, 對 HPV16 型 和 18 型 約 有 近 100% 的 保 護 效 果 然 而, 因 為 HPV16 型 與 18 型 約 占 有 全 部 子 宮 頸 癌 發 生 的 70%, 所 以 整 體 而 言 接 種 HPV 預 防 型 疫 苗, 能 預 防 70% 子 宮 頸 癌 的 發 生 由 於 目 前 預 防 型 HPV 疫 苗 並 未 證 明 可 以 使 用 在 已 經 被 HPV 感 染 的 族 群, 清 除 已 感 染 HPV 的 細 胞 因 此, 若 已 經 發 生 癌 前 病 變 的 族 群, 此 兩 種 疫 苗 皆 無 治 療 效 果 [4] 所 以 衛 生 署 建 議 施 打 的 年 齡 是 9~26 歲 女 性 病 毒 感 染 風 險 較 低 的 族 群, 以 達 到 良 好 圖 一 子 宮 頸 癌 發 展 進 程 與 病 毒 蛋 白 表 現 關 係 示 意 圖 感 染 控 制 雜 誌

245 圖 二 預 防 型 (prophylactic) 與 治 療 型 (therapeutic) HPV 疫 苗 的 作 用 原 理 族 群 保 護 力 由 於 目 前 的 預 防 型 HPV 疫 苗 只 有 70% 的 子 宮 頸 癌 保 護 力, 所 以 常 規 的 子 宮 頸 抹 片 檢 查, 並 不 能 因 為 施 打 疫 苗 而 放 棄 未 來, 如 果 能 再 配 合 HPV DNA 的 篩 檢, 以 早 期 發 現 是 否 感 染 高 致 癌 性 HPV 型 別, 將 能 在 細 胞 病 變 的 時 期 施 以 治 療 型 HPV 疫 苗, 作 為 預 防 子 宮 頸 癌 發 生 的 第 二 道 防 線 所 以, 治 療 型 HPV 疫 苗 的 開 發, 可 以 和 目 前 的 預 防 型 HPV 疫 苗 有 互 補 的 效 用 治 療 型 HPV 疫 苗 除 了 在 細 胞 病 變 時 期 預 防 子 宮 頸 癌 的 發 生, 也 能 在 子 宮 頸 癌 發 生 後, 配 合 傳 統 治 療 方 式 以 延 長 子 宮 頸 癌 患 者 的 生 命 治 療 型 HPV 疫 苗 的 開 發 策 略 由 於 上 述 各 項 因 素, 還 是 有 很 大 的 族 群 暴 露 在 病 毒 所 引 起 的 子 宮 頸 癌 風 險 下 因 此 許 多 藥 廠 還 是 積 極 投 入 研 發 治 療 型 HPV 疫 苗 造 成 子 宮 頸 上 皮 細 胞 病 變 的 主 要 原 因 是 HPV E6 和 E7 蛋 白 誘 導 細 胞 轉 型, 而 且 其 表 現 量 也 與 細 胞 病 變 的 嚴 重 度 成 正 相 關, 所 以 E6 和 E7 蛋 白 被 視 為 腫 瘤 抗 原, 也 成 為 開 發 治 療 型 HPV 疫 苗 鎖 定 的 標 的 圖 二 以 E7 蛋 白 為 例, 治 療 型 HPV 疫 苗 最 主 要 的 目 的 是 要 引 起 毒 殺 性 T 細 胞 (CD8+ cytotoxic T cells, Tc) 的 活 化, 因 為 Tc 細 胞 才 能 專 一 毒 殺 被 病 毒 感 染 的 細 胞 或 癌 細 胞 因 此, 若 能 成 功 誘 導 辨 識 E7 蛋 白 的 Tc 細 胞 活 化, 就 能 清 除 被 病 毒 感 染 或 癌 細 胞, 而 能 應 用 在 子 宮 頸 癌 癌 前 病 變 或 子 宮 頸 癌 的 治 療 治 療 型 HPV 疫 苗 的 開 發 策 略, 有 下 列 幾 種 方 法, 包 括 : 蛋 白 質 疫 苗 胜 疫 苗 DNA 中 華 民 國 101 年 10 月 第 二 十 二 卷 第 五 期

246 疫 苗 樹 突 細 胞 疫 苗 ( 一 ) 蛋 白 質 疫 苗 蛋 白 質 疫 苗 是 利 用 遺 傳 工 程 表 現 HPV 的 重 組 E7 蛋 白 而 製 成 抗 原 由 於 E7 蛋 白 能 與 抑 癌 蛋 白 Rb 結 合 而 使 其 不 活 化, 而 促 進 細 胞 轉 型 因 此, 重 組 E7 蛋 白 是 將 與 Rb 蛋 白 結 合 的 區 域 刪 除, 才 製 備 成 抗 原 不 過, 蛋 白 質 抗 原 不 容 易 引 起 Tc 細 胞 的 活 化, 因 此 需 要 適 當 的 佐 劑 才 能 提 昇 Tc 細 胞 的 增 生 過 去 陸 續 有 幾 個 產 品 被 開 發 出 來, 包 括 :fibronectin-e7 Hsp-E7 CyaA-E7, 並 陸 續 進 入 臨 床 試 驗, 但 是 尚 未 有 明 確 的 療 效 目 前, 我 們 的 研 究 團 隊 建 立 了 重 組 脂 化 蛋 白 的 技 術 平 台, 能 生 產 具 有 活 化 類 鐸 受 體 2 (toll-like receptor 2, TLR2) 的 脂 化 蛋 白, 利 用 此 技 術 製 備 出 重 組 脂 化 不 活 化 E7 蛋 白 rlipo-e7m, 能 活 化 樹 突 狀 細 胞 (Dendritic cell, DC), 免 疫 小 鼠 後 可 以 誘 發 Th1 免 疫 反 應 Tc 細 胞 活 化 腫 瘤 細 胞 植 入 後 7 天, 再 用 單 一 劑 量 的 rlipo-e7m 治 療, 結 果 可 以 完 全 清 除 腫 瘤 [5] 顯 示 rlipo-e7m 具 有 很 高 的 臨 床 應 用 價 值, 現 在 正 著 手 規 畫 臨 床 試 驗 胜 疫 苗 較 其 他 方 式 有 許 多 優 點, 包 括 有 容 易 製 備, 生 物 安 全 性 高, 生 產 成 本 低 由 於 E7 是 致 癌 蛋 白 質, 為 了 提 高 安 全 性, 胜 疫 苗 則 是 從 E7 蛋 白 分 析 出 Tc 細 胞 表 位 (epitope), 也 就 是 T 細 胞 辨 識 抗 原 的 位 置 由 於 這 些 Tc 細 胞 表 位 是 被 呈 獻 在 細 胞 表 面 的 第 一 型 主 要 組 織 相 容 性 複 合 體 (MHC class I; 人 類 為 人 類 白 細 胞 抗 原,HLA), 因 此 必 須 針 對 HLA 型 別 進 行 分 析 根 據 統 計 顯 示, 西 方 人 種 主 要 的 HLA 是 HLA-A2, 但 是 亞 洲 區 域 則 不 同, 特 別 是 HLA-A11 在 華 人 的 比 例 特 別 高 因 此, 我 們 的 研 究 團 隊 開 發 出 Tc 細 胞 表 位 的 篩 選 與 鑑 定 技 術 平 台, 並 陸 續 鑑 定 出 HPV18 型,HPV52 型 和 HPV58 型 的 HLA- A11 T 細 胞 表 位, 研 究 HPV 感 染 者 與 子 宮 頸 癌 前 病 變 患 者 的 血 液, 發 現 在 子 宮 頸 癌 前 病 變 或 癌 症 者 的 血 液 中 存 在 有 對 E6 或 E7 有 專 一 性 的 Tc 細 胞 [6] 顯 示 這 些 Tc 細 胞 表 位, 可 以 應 用 在 未 來 的 免 疫 治 療 不 過, 單 純 以 Tc 細 胞 表 位 製 成 的 胜 抗 原 的 免 疫 原 性 低, 所 以 需 要 針 對 其 免 疫 特 性 而 設 計 由 於 Tc 細 胞 的 活 化 需 要 T 輔 細 胞 (CD4+ helper T cells: Th) 的 協 助, 因 此, 在 胜 疫 苗 的 設 計 上, 還 需 要 加 上 Th 細 胞 的 表 位 已 有 研 究 報 導 指 出, 延 長 Tc 細 胞 表 位 胜 的 合 成 長 度 而 能 包 含 Th 細 胞 表 位, 可 以 有 效 增 加 Tc 細 胞 的 數 量 以 及 其 毒 殺 能 力, 進 而 控 制 腫 瘤 的 生 長 [7] 如 圖 二 所 示, 由 於 Th 細 胞 也 同 時 被 胜 疫 苗 所 活 化, 提 供 Tc 細 胞 活 化 所 需 要 的 細 胞 激 素, 因 此 增 加 了 胜 疫 苗 的 免 疫 原 性 將 此 延 長 的 胜 疫 苗 應 用 在 子 宮 頸 癌 小 鼠 模 型 中, 能 抑 制 表 現 E7 蛋 白 腫 瘤 的 生 感 染 控 制 雜 誌

247 長 根 據 研 究 顯 示, 直 接 在 胜 上 增 加 單 棕 櫚 酸 修 飾, 就 能 增 強 Tc 細 胞 的 反 應 [8] 在 分 子 疫 苗 的 概 念 之 下, 可 以 將 許 多 佐 劑 效 用 設 計 在 胜 疫 苗 中, 使 得 胜 疫 苗 應 用 性 更 廣 ( 三 ) DNA 疫 苗 DNA 疫 苗 則 是 利 用 DNA 質 體 攜 帶 抗 原 的 基 因, 施 打 之 後 讓 細 胞 表 現 出 抗 原 而 引 起 免 疫 反 應 DNA 疫 苗 具 有 穩 定 以 及 製 備 容 易 等 優 點, 所 以 也 常 被 列 入 疫 苗 開 發 的 策 略 中 相 較 於 蛋 白 質 / 胜 疫 苗, 利 用 基 因 槍 將 DNA 疫 苗 注 射 到 肌 肉 細 胞, 能 持 續 在 細 胞 內 表 現 抗 原, 並 誘 導 Tc 細 胞 反 應 不 過,DNA 疫 苗 不 容 易 引 起 Th 細 胞 的 活 化, 而 導 致 Tc 細 胞 反 應 低 弱 於 是 有 國 外 的 研 究 團 隊 將 一 段 無 變 異 鏈 Ii (invariant chain: Ii) 與 HPV E7 製 作 成 融 合 蛋 白, 而 Ii 容 易 將 抗 原 帶 往 溶 小 體 進 行 分 解 由 於 在 溶 小 體 分 解 抗 原 所 產 生 的 表 位, 主 要 是 以 第 二 型 主 要 組 織 相 容 性 複 合 體 (MHC class II) 呈 獻 給 Th 細 胞 的 活 化 因 此, 這 一 項 DNA 疫 苗 的 設 計 能 同 時 強 化 Th 細 胞 反 應 而 幫 助 Tc 細 胞 的 活 化 [9] 雖 然 DNA 疫 苗 在 小 鼠 動 物 模 型 也 有 很 好 的 療 效, 但 是 其 安 全 性 還 有 待 確 認 ( 四 ) 樹 突 細 胞 疫 苗 樹 突 細 胞 為 一 抗 原 呈 獻 細 胞, 是 Tc 細 胞 和 Th 細 胞 活 化 不 可 缺 少 的 免 疫 細 胞 如 圖 二 所 示, 樹 突 細 胞 能 處 理 蛋 白 質 抗 原, 將 抗 原 分 解 成 許 多 特 定 的 胜 而 呈 獻 在 主 要 組 織 相 容 性 複 合 體 上,T 細 胞 接 受 到 樹 突 細 胞 抗 原 呈 獻 的 訊 號 就 會 開 始 活 化 另 一 方 面, 樹 突 細 胞 提 供 許 多 T 細 胞 活 化 所 需 要 的 細 胞 激 素, 更 能 完 整 活 化 T 細 胞 因 此 以 重 組 的 HPV E7 蛋 白 或 胜 處 理 樹 突 細 胞, 讓 攜 帶 抗 原 的 樹 突 細 胞 活 化 Tc 細 胞 而 清 除 表 現 E7 腫 瘤 細 胞 [8] 不 過, 在 臨 床 上 的 應 用 僅 能 從 病 人 自 己 的 血 球 細 胞 中 培 養 出 樹 突 細 胞, 再 注 射 回 體 內 以 減 少 排 斥 反 應 而 且, 體 外 培 養 樹 突 細 胞 的 費 用 非 常 的 昂 貴, 因 此 不 容 易 普 及 化 結 論 相 較 於 預 防 型 疫 苗, 治 療 型 疫 苗 需 要 其 他 不 同 的 設 計 策 略, 讓 抗 原 具 有 刺 激 樹 突 細 胞 成 熟 的 能 力, 並 且 能 被 分 解 成 專 一 性 的 表 位, 以 誘 導 Th 細 胞 與 Tc 細 胞 的 活 化 若 能 在 子 宮 頸 癌 前 病 變 初 期 誘 導 Tc 細 胞 的 活 化, 則 能 有 效 清 除 被 病 毒 感 染 的 細 胞, 就 能 更 有 效 控 制 子 宮 頸 癌 的 發 生 癌 症 治 療 佔 有 相 當 高 的 醫 療 成 本 支 出, 也 容 易 帶 給 家 庭 成 員 不 少 心 理 負 擔 所 以, 無 論 是 預 防 型 或 是 治 療 型 的 疫 苗, 都 可 以 大 大 降 低 社 會 醫 療 成 本 的 支 出 因 此, 投 入 疫 苗 研 發 與 改 良 除 了 能 控 制 疾 病 的 發 生, 更 能 提 昇 國 民 的 健 康 水 準 中 華 民 國 101 年 10 月 第 二 十 二 卷 第 五 期

248 參 考 文 獻 1. WHO/ICO Information Centre on HPV and Cervical Cancer (HPV Information Centre): Human Papillomavirus and Related Cancers in World. Summary Report 2010. 2. 行 政 院 衛 生 署 統 計 室 之 民 國 100 年 主 要 死 因 分 析, 行 政 院 衛 生 署 網 站 http://www.doh. gov.tw/ 3. Doorbar J: The papillomavirus life cycle. J Clin Virol 2005;32S:S7-15. 4. Roden R, Wu TC: How will HPV vaccines affect cervical cancer? Nat Rev Cancer 2006;6:753-63. 5. Huang CY, Chen JJ, Shen KY, et al: Recombinant lapidated HPV E7 induces a Th-1-biased immune response and protective immunity against cervical cancer in a mouse model. PloS ONE 2012;7:e40970. 6. Chen HW, Leng CH, Liu HY, et al: Identification of HLA-A11-restricted CTL epitopes derived from HPV type 18 using DNA immunization. Cancer Biol Ther 2009;8:2025-32. 7. Zwaveling S, Ferrerira Mota SC, Nouta J, et al: Established human papillomavirus type 16- expressing tumors are effectively eradicated following vaccination with long peptides. J Immunol 2002;169:350-8. 8. Song YC, Chou AH, Homhuan A, et al: Presentation of lipopeptide by dendritic cells induces anti-tumor responses via an endocytosisindependent pathway in vivo. J Leuko Biol 2011;90:323-32. 9. Wu TC: Therapeutic human papillomavirus DNA vaccination strategies to control cervical cancer. Eur J Immunol 2007;37:310-4. 感 染 控 制 雜 誌