【摘要】 HPV感染是宫颈癌的直接病因，HPV DNA检测是筛查宫颈癌的重要手段，而检测HPV DNA的方法和技术有多种，本文就HPV基因芯片技术在宫颈癌病理诊断中的应用进展进行综述。
【关键词】 HPV； 基因芯片； 宫颈癌
中图分类号 R730.4 文献标识码 A 文章编号 1674-6805（2016）11-0153-03
【Abstract】 Human papillomavirus（HPV） infection is the main cause of cervical cancer.HPV DNA testing is an important means screening for cervical cancer，and the detection of HPV DNA has a variety methods and techniques.In this paper，the HPV gene chip technology in cervical cancer pathological diagnosis were summarized.
【Key words】 HPV； Gene chip； Cervical cancer
First-author’s address：North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，China
doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2016.11.087
人乳头瘤病毒（human papillomavirus，HPV），属乳多空病毒科的乳头瘤空泡病毒A属，是一种主要感染人体表皮与黏膜鳞状上皮组织的球形DNA病毒，人类是其唯一自然宿主，部分类型的HPV入侵人体后会引起疣或癌症。已有研究表明HPV感染与头颈部癌症、口腔癌、宫颈癌等多种癌症的发生密切相关[1]，是宫颈癌发生的直接原因。因此，检测HPV预测和筛查宫颈癌的方法不断涌现，本文就HPV基因芯片技术在宫颈癌的应用进行综述。
1 HPV感染与宫颈癌
子宫颈癌（cervical cancer）又称宫颈癌，是发生在子宫颈上皮组织的恶性肿瘤，为女性常见的恶性肿瘤之一，其发病率仅次于乳腺癌，全球每年有超过50万女性罹患宫颈癌，且大约85%发生在发展中国家，严重威胁妇女身心健康[2]。1987年Zur Hausen提出人乳头瘤病毒与宫颈癌发病可能有关，随后Laverty在电镜中观察到宫颈癌组织中存在HPV颗粒，现已有大量研究证明HPV感染是宫颈癌的直接病因，且HPV感染与宫颈癌的预后也密切相关[3]。
HPV感染人体后，宿主产生免疫反应，由于宿主的抗体保护作用，只有很少数HPV持续性感染。而持续感染的HPV-DNA与宿主细胞DNA整合，引起宿主细胞特定基因功能改变，基因表达异常导致细胞生长失控，是HPV导致恶性肿瘤的主要机制[4]。HPV有多种基因型（也称亚型），已确定的亚型有200多个，其中约40种涉及生殖道感染[5]。高危型HPV（16，18，31，33，35，39，45，51，52，56，58，59和68）持续感染，尤其是HPV16，引发宫颈癌[3]。机体感染HPV后仅有10%～15%的患者持续感染，从而诱发宫颈疾病，致使宫颈上皮细胞发生不同程度的增生乃至形成CIN，继而发展为浸润癌[6]，该过程持续10～20年。
高危型HPV感染和宫颈癌及癌前病变因果关系的确立，明确了宫颈癌的病因，使其成为了一个可以预防和治愈的疾病[2]。人们已经认识到HPV DNA检测具有重要的临床价值。若能及早发现HPV感染就可以进行早期干预和早期治疗，从而有效地阻断宫颈病变的发展和宫颈癌的形成，降低宫颈癌的发生率和死亡率[7]。同时，对HPV基因型进行分型研究，对于了解患者病情，判断预后及指导治疗亦有重要价值。
2 基因芯片简介
基因芯片（gene chip）为特殊的生物芯片（biochip），是表面固定有大量基因探针的硅片、玻片、尼龙膜等，其具有高通量、高集成、微型化、平行化和自动化的特点，以及生物芯片快速、精确、低成本之生物分析检验能力，又称DNA阵列（DNA array）、DNA芯片（DNA chip）或DNA微阵列（DNA microarray）。基因芯片技术的基本原理是杂交测序。大量基因片段作为探针被高密度地固定在1 cm大小的基片上（硅片、玻片、尼龙膜等），然后将同位素、放射物或荧光等标记的被检测样本RNA、DNA或cDNA与芯片上的探针杂交，对杂交图谱进行检测记录后，通过计算机分析每个探针分子的杂交信号强度，进而了解样本中各种基因的存在或者表达的情况。1991年基因芯片的概念首次被Stephen Fodor博士提出[8]。到1996年美国Affymetrix生物公司制造出世界上第一块商业化的基因芯片后，多种类型的基因芯片制作技术层出不穷，如电压打印法、机械打点法、电定位技术等[9]。目前，常按载体上探针的长度将基因芯片分为cDNA芯片和寡核苷酸芯片两种。而基因芯片的制作方法可分为两大类，原位合成法和直接点样法。原位合成法包括显微光蚀刻法、分子印章法、压电打印法等，一般用于制备较短的探针；直接点样法包括机械打印法、喷墨点样法等，常用于制备较长探针。基因芯片技术伴随着人类基因组计划（human genome project，HGP）的实施和完成逐渐发展起来。这项技术已经成功地应用于上万个基因的同步表达和大规模基因探索，以及基因多态性筛查和基因组DNA克隆的绘图[10]。该技术为生命科学领域的研究提供了一个强有力的工具，为了解人类的各种疾病提供了一个革命性的技术平台，为提出新的假设奠定了技术基础[11]。如今，基因芯片已经广泛用于疾病的诊断、分型及疾病机制的研究[12]。
3 基因芯片技术在宫颈癌HPV检测中的应用
3.1 基因芯片HPV检测的优势
基因芯片技术的出现为宫颈癌HPV的检测及与其相关的研究提供了新的方向。相对于传统的细胞学检查、荧光原位杂交、PCR等方法，基因芯片展现出了其独特的优势。2003年，An等[13]用能同时检测16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68、69、6、11、34、40、42、43、44等22种HPV基因亚型的基因芯片，对1983例女性进行了基因型的分型检测，以研究HPV基因型与宫颈癌及癌前病变的关系，并与细胞学、组织学结果比较后认为HPV-58、52、56同HPV-16、18一样，与鳞状上皮内高度病变（HSIL）及肿瘤高度相关，且基因芯片技术HPV检测灵敏度高于传统的细胞学筛查。我国科学家用可检测18种HPV基因亚型的基因芯片检测患者标本，同时用荧光定量PCR检测HPV6、11、16和18亚型，分析检测结果得出，与荧光定量PCR技术相比，基因芯片技术可以一次同时检测多种HPV基因亚型，且灵敏度高，特异性强[14]。次年，有研究结果提示基因芯片的敏感性高于组织原位杂交[15]。
3.2 基因芯片在宫颈癌相关科学研究中的应用
HPV基因芯片表现出的快速、简便及高敏感度和强特异性受到了研究者们的青睐。越来越多国内外科研工作者运用基因芯片对宫颈癌HPV基因型进行研究，并证实基因芯片技术对HPV和宫颈癌的筛查与诊断分型，宫颈癌前病变的防治等具有应用价值[16-17]。韩国有研究表明HPV基因芯片可能对大规模流行病学研究中的HPV诊断和分型有用[18]。我国用基因芯片技术检测宫颈癌及癌前病变石蜡标本中23种HPV基因亚型，发现HPV混合感染率随着病理学级别的增高而上升，并且认为基因芯片技术对宫颈癌及癌前病变的防治等研究均具有重要意义[19]。
目前，HPV基因芯片技术已经应用于女性宫颈癌与HPV感染情况的相关研究，进一步研究HPV与癌肿类型的关系，以及流行病学调查研究。2007年Clemens等用基因芯片对122例女性进行了HPV基因型的分型检测，以研究23种HPV基因亚型的频率，并发现与单一感染相比，多重感染在宫颈上皮内瘤变（CIN）中更为普遍[20]。2008年，我国科学家用基因芯片检测宫颈癌组织的HPV基因型，发现HPV在宫颈鳞癌的感染率显著高于宫颈腺癌，而HPV基因型分布与癌肿类型似乎有关，宫颈癌的HPV基因型别多样，且均为高危型感染[21]。此后，我国女性进行流行病学调查中，常利用基因芯片快速、简便的特点对HPV基因进行分型检测[22-23]。
3.3 基因芯片技术的不断发展
同时，研究者们也在不断研制新型的HPV基因芯片，以研究和探索更多的HPV基因亚型对女性宫颈癌的影响。2004年，香港科学家谭荣安教授发明了一种基于PCR-基因芯片检测法的HPV分型检测方法，该方法将其发明的导流杂交技术与低密度基因芯片技术相结合，可同时检测21种HPV亚型，称为核酸导流杂交基因芯片技术（HybriMax）[24]。HybriMax技术检测HPV分型准确性高，对发现HSIL有较好的敏感性和特异性，与HC-Ⅱ、原位杂交检测结果相比较，其一致性良好，且能对更多基因型确切分型，是临床HPV感染分型检测的有效方法[25-26]。该技术现已应用于临床检验和医学研究中[27]。2011年，Gheit和Tommasino[28]提出了一种新的对HPV DNA检测和分型的方法，该方法将多重PCR技术与基因芯片技术相结合，集合了两种技术的优点，并且初步研究表明该方法对检测多重HPV感染极其敏感。
基因芯片技术在宫颈癌HPV感染的相关研究中发挥了重要作用，同时也提高了宫颈癌筛查和临床检测的准确性和可靠性。虽然，目前基因芯片技术仍有许多不足之处，如对样本的被检测基因型有限，成本相对较高等[24，29]。但是，随着未来基因芯片技术的不断提高和更新，宫颈癌HPV感染的相关研究将更加深入，随之将出现更加有效的宫颈癌预防及治疗方法。未来，快速、准确且低成本的基因芯片筛查方法的出现及普遍应用将为宫颈癌的防治做出巨大贡献。
参考文献
[1] Garbuglia A R.Human Papillomavirus in Head and Neck Cancer[J].Cancers （Basel），2014，6（3）：1705-1726.
[2] Aggarwal P.Cervical cancer：Can it be prevented[J].World Journal of Clinical Oncology，2014，5（4）：775.
[3] Sankaranarayanan R.HPV vaccination：the most pragmatic cervical cancer primary prevention strategy[J].International Journal of Gynecology & Obstetrics，2015，131（suppl 1）：S33-S35.
[4] Wentzensen N，Vinokurova S，von Knebel D M.Systematic review of genomic integration sites of human papillomavirus genomes in epithelial dysplasia and invasive cancer of the female lower genital tract[J].Cancer Res，2004，64（11）：3878-3884.
[5] Xu X X，Zhou J S，Yuan S H，et al.Distribution of HPV Genotype in Invasive Cervical Carcinoma and Cervical Intraepithelial Neoplasia in Zhejiang Province， Southeast China： Establishing the Baseline for Surveillance[J].Int J Environ Res Public Health，2015，12（9）：10794-10805.
[6] Steenbergen R D，de Wilde J，Wilting S M，et al.HPV-mediated transformation of the anogenital tract[J].J Clin Virol，2005，32（Suppl 1）：S25-S33.
[7] Hamada K，Shirakawa T，Gotoh A，et al.Adenovirus-mediated transfer of human papillomavirus 16 E6/E7 antisense RNA and induction of apoptosis in cervical cancer[J].Gynecol Oncol，2006，103（3）：820-830.
[8] Fodor S P，Read J L，Pirrung M C，et al.Light-directed，spatially addressable parallel chemical synthesis[J].Science，1991，251（4995）：767-773.
[9]熊伟.基因芯片技术在生命科学研究中的应用进展及前景分析[J].生命科学仪器，2010，8（2）：32-36.
[10] Ramsay G.DNA chips：state-of-the art[J].Nat Biotechnol，1998，16（1）：40-44.
[11] Dudda-Subramanya R，Lucchese G，Kanduc D，et al.Clinical applications of DNA microarray analysis[J].J Exp Ther Oncol，2003，3（6）：297-304.
[12] Bednár M.DNA microarray technology and application[J].Med Sci Monit，2000，6（4）：796-800.
[13] An H J，Cho N H，Lee S Y，et al.Correlation of cervical carcinoma and precancerous lesions with human papillomavirus （HPV） genotypes detected with the HPV DNA chip microarray method[J].Cancer，2003，97（7）：1672-1680.
[14]黄庆，府伟灵，周玉，等.基因芯片对人乳头瘤病毒的快速检测和分型[J].中华医院感染学杂志，2005，15（4）：476-478.
[15]吕亚莉，钟梅，赵坡.应用基因芯片诊断宫颈石蜡组织样本中人乳头状瘤病毒感染及其临床意义[J].中华病理学杂志，2006，35（12）：719-721.
[16]骆春艳，路晓，王晓建.在宫颈癌筛查中应用基因芯片技术检测高危型人乳头瘤病毒的临床价值评析[J].中西医结合心血管病电子杂志，2014，2（6）：17.
[17]解晶，张仙森，阮荣华.评价基因芯片技术测定HPV对宫颈损害的作用[J].中国实验诊断学，2008，12（6）：748-750.
[18] Oh T J，Kim C J，Woo S K，et al.Development and clinical evaluation of a highly sensitive DNA microarray for detection and genotyping of human papillomaviruses[J].J Clin Microbiol，2004，42（7）：3272-3280.
[19]范文生，李亚里，杨怡卓，等.基因芯片技术检测宫颈病变中HPV感染的临床研究[J].中华医院感染学杂志，2009，19（7）：745-747.
[20] Tempfer C，Grimm C，Harwanegg C，et al.Frequency of 23 human papillomavirus types using DNA microarray in women with and without cytological anomalies[J].Anticancer Res，2007，27（3B）：1721-1726.
[21]崔金环，杨光，苏锡康，等.基因芯片技术检测宫颈癌组织的人乳头瘤病毒基因型[J].中国妇幼保健，2008，23（29）：4198-4200.
[22] Li C，Wu M，Wang J，et al.A population-based study on the risks of cervical lesion and human papillomavirus infection among women in Beijing，People’s Republic of China[J].Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，2010，19（10）：2655-2664.
[23]张元，李世宁，邓正华，等.富顺地区HPV感染的分子流行病学研究[J].现代预防医学，2014，40（7）：1158-1160.
[24]任佳玢，隋龙.导流杂交基因芯片、实时定量PCR检测人乳头瘤病毒的临床价值[J].中国实用妇科与产科杂志，2011，27（3）：205-208.
[25]陶萍萍，卞美璐，欧华，等.导流杂交基因芯片技术在人乳头状瘤病毒检测中应用的研究[J].中华妇产科杂志，2006，54（1）：43-47.
[26]王丽蔓，刘琼珊，吴淑卿，等.应用导流杂交基因芯片对粤东地区农村妇女进行HPV感染的筛查[J].医学信息（下旬刊），2013，26（8）：117.
[27]亚力坤·穆罕默德，玛依努尔·尼牙孜，韩莉莉，等.患宫颈病变的维、汉族妇女高危型HPV分型比较研究[J].中国妇产科临床杂志，2014，15（1）：6-9.
[28] Gheit T，Tommasino M.Detection of high-risk mucosal human papillomavirus DNA in human specimens by a novel and sensitive multiplex PCR method combined with DNA microarray[J].Methods Mol Biol，2011，665（1）：195-212.
[29]朴今万，金仁顺，朴东明，等.基因芯片检测宫颈上皮内瘤变和浸润性鳞癌中HPV基因型别[J].中国妇幼保健，2009，24（5）：662-664.
（收稿日期：2015-12-09） （编辑：何玉勤）