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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 41(7); 1998 > Article
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1998;41(7): 876-882.
Expression of Epstein-Barr Virus in Inverted Papilloma by In Situ Hybridization and Polymerase Chain Reaction.
Jung Soo Kim, Nam Jo Park, June Sik Park, Sang Sook Lee, Eun Ju Sohn, Seung Heon Shin
1Department of Otolaryngology, College of Medicine, Kyungpook University, Taegu, Korea.
2Department of Pathology, College of Medicine, Keimyung University, Taegu, Korea.
3Department of Otolaryngology, School of Medicine, Taegu Catholic University, Taegu, Korea.
반전성유두종에서 In Situ Hybridization과 중합효소연쇄반응법을 이용한 Epstein-Barr Virus의 발현
김정수1 · 박남조1 · 박준식1 · 이상숙2 · 손은주2 · 신승헌3
경북대학교 의과대학 이비인후과학교실1;계명대학교 의과대학 병리학교실2;대구가톨릭대학교 의과대학 이비인후과학교실3;
주제어: 반전성 유두종중합효소연쇄반응법In situ hybridizationEpstein-Barr virus.
ABSTRACT
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
The pathogenesis and etiology of inverted papilloma (IP) has not yet been clearly defined. The relationship between sinonasal IP and various strains of human papillomavirus (HPV) has been examined previously. Yet, there is little consensus regarding the incidence or role of HPV in IP. This study was performed to investigate the possible role of EBV in IP and to draw a relationship between histopathologic progression and EBV status.
MATERIALS AND METHODS:
This study is comprised of 19 cases of IP and 10 cases of turbinate mucosa as control. To find out the presence of EBV in paraffin block, we used PCR and ISH. Also, the author examined coexisting areas of dysplasia or malignant transformation and compared histologic findings with the results of molecular biologic studies.
RESULTS:
In PCR, the EBV genome was detected in 15 of 19 sinonasal IP (78.9%). By using ISH with the EBV oligonucleotide probe, EBV mRNA were found to be scattered throughout the epithelium in the IP with a similar incidence in PCR (13/19, 68.4.7%). One case of malignancy and all three dysplasia cases had EBV genome in PCR. In the middle turbinate mucosa which were used as control, 3/4 of the cases showed EBV genomes that are positive to PCR.
CONCLUSION:
The above results imply that EBV plays a role in the pathogenesis of IP and also indicate that the middle turbinate might be a site of viral persistence.
Keywords: Inverted papillomaPolymerase chain reactionIn situ hybridizationEpstein-Barr virus
서론 반전성유두종은 Schneiderian 점막이 하부의 결합조직 내로 반전하는 것이 특징적이며 발생원인에 대해서는 많은 논란이 되어왔다.1) 발생원인으로는 흡연, 알레르기, 환경적 요인, 만성적 감염 등 여러 가설들이 제시 되어왔다.2)3)4) 인체 다른 부위에서의 유두종과 바이러스의 연관성이 알려져 있으며 높은 재발률과 점막의 광범위한 부위가 침범되는 경향 및 다중심성의 임상적 특징과 함께 인유두종 바이러스(이하 HPV)의 검출과 조직 내에서 바이러스와 유사한 입자의 발견 등1)을 미루어 볼 때 바이러스와의 연관성이 가장 유력하다. 분자생물학 기법을 이용하여 인체의 다른 부위의 유두종의 발생에 관련이 있는 것으로 알려져 있는 HPV와의 연관성을 찾고자 많은 연구가 되어왔으나 아직까지 반전성유두종에서 HPV의 발생빈도나 그 역할에 대해서는 논란이 많다. 한편 HPV와 같이 DNA 바이러스로서 비강 임파종 및 비인강악성종양과 연관이 있는 것으로 알려진 Epstein-Barr virus(이하 EBV)는 동물실험에서 EBV의 주입시 종양이 유발되는 것으로 증명되어 있으며 5) McDonald 등4)이 반전성유두종에서 처음으로 PCR을 이용한 EBV의 검출을 보고한바 있으나 이후 이에 대한 검정은 없는 상태이다. 이에 저자는 포르말린에 고정하여 파라핀에 포매된 반전성유두종 조직을 대상으로 PCR과 ISH을 동시에 시행하여 EBV의 반전성유두종에서의 발현률과 이들 종양의 세포이형성 및 악성화여부와 EBV의 연관성을 규명하고자 본 연구를 실시하였다. 재료 및 방법 재료 실험군은 임상 및 병리조직검사에서 반전성유두종으로 확인 된 21례와 악성을 동반한 반전성유두종 1례 등 총 22례의 파라핀에 포매된 조직을 이용하였다. 확진 및 동반된 세포의 이형성 혹은 악성을 확인하기 위하여 조직 슬라이드를 재검하였다. 대조군은 10례의 비갑개의 점막(6례의 하비갑개 및 4례의 중비갑개)을 대상으로 하였다. 성별분포는 전체 22례 중 남자는 16례, 여자는 6례로, 남녀 비는 2.7:1이었으며, 연령분포는 27세에서 74세까지로 평균 54.1세였다. 방법 중합효소연쇄반응법 DNA 추출 조직 처리의 일반 과정인 포르말린 고정 후 파라핀에 포매된 생검조직 혹은 수술조직으로부터 박편절단기를 사용하여 10 μm 두께로 5∼6조각의 조직편을 분리하여 1.5 ml Eppendorf tube(E-tube)에 담았고, 1 ml xylene으로 탈파라핀하는 과정을 2회 거치고 다시 1 ml absolute ethanol로 pellet을 2회 세척한 후 55℃에서 30∼40분간 건조시켰다. 이후 300∼500 μl의 digestion buffer(50 mM tris-HCl pH 8.5, 1 mM EDTA, 0.5% Tween 20)에 부유한 후 200 μg/ml 농도로 proteinase K(Kodak)를 가하여 55℃ 수조에서 하룻밤 동안 소화시켰다. 단백질을 변성 제거하기 위해 phenol을 섞어 vortex하는 과정을 2회 실시 후 상층액을 얻어 7.5 M ammonium acetate와 cold absolute ethanol을 섞은 뒤 deep freezer에 하룻밤 동안 보관 후 원심분리 후 DNA pellet을 얻어 20 μl의 증류수에 용해시킨 후 PCR반응에 사용하였다. Polymerase chain reaction 과정 반응액 총량을 25 μl로 하여 1X PCR 완충액, 200 μM의 dNTPs(Promega, USA), MgCl 2 1.5 mM, primer(한국생공) 각 0.4 μM씩, 1 unit의 Taq DNA polymerase(Promega, USA)와 templet 2 μg를 증류수로 혼합하여, 94℃ 3분간 초기 변성화 과정을 거친 후 94℃ 30초, 55℃ 30초, 72℃ 45초로 40주기 후 72℃ 5분간 더 연장한 후 4℃에서 보관하는 것으로 program된 Perkin Elmer GeneAmp PCR system 2400에서 PCR을 시행했다. 각 조직에서 증폭된 DNA의 유무여부를 확인하기 위하여 내부대조군(internal control)로 β-globin을 사용하였으며 이때의 PCR과정은 94℃ 3분간 초기 변성화 과정을 거친 후 94℃ 40초, 50℃ 40초, 72℃ 1분으로 40주기 후 72℃ 7분간 더 연장한 후 4℃에서 보관하도록 program하였다. 대조군으로는 음성대조군은 증류수를 양성대조군은 EBV DNA의 존재가 확인된 비인강암 조직을 같은 방법으로 DNA을 추출하여 사용하였으며 β-globin의 양성대조군은 혈액을 이용하였다. 사용한 primer와 β-globin의 product size는 각각 150 bp와 268 bp이었으며 염기서열은 Table 1과 같다. 판독 PCR 반응 산물 10 μl을 취하여 2% agarose에 전압 130 V로 40분간 전기영동 하였다. Size marker는 Ø×174 / HaeⅢ 및 100bp ladder(Promega, USA)을 사용하였다. 완충액은 gel 제조와 전기영동에 모두 1X TAE를 상용하였다. Gel 제조과정 중 전열기가 달린 stirrer에서 끓인 후 꺼내어 DNA 염색용 ethidium bromide(0.4 μg/ml)용액을 첨가 후 plate에 부어 실온에서 약 한시간 동안 굳혔다. 그리고 자외선으로 판독 후 Polaroid 사진으로 촬영하여 결과를 남겼다. In situ hybridization 기법 유리 슬라이드를 1 M 염산에 20분 담근 후 흐르는 물에 15분동안 수세하였다. 다시 증류수로 세척한 후 건조시켰다. 아세톤에 2%로 용해한 3-aminopropyltriethoxysilane(APES, Sigma, USA)으로 2분간 처리한 후 건조시켰다. 37℃ 오븐에 하룻밤 말린 후 RNAase를 차단하기 위해 0.1% diethyl pyrocarbonate(DEPC, Sigma, USA)에 건조시켜 사용하였다. 그 후 조직절편 슬라이드를 xylene으로 파라핀을 제거하고 100% 및 95% 에탄올로 함수한 후 proteinase K(Boehringer Mannheim, Germany)로 세포질과 핵의 단백질을 제거하고 4℃ DEPC-water로 두 번 수세하였다. 0.4% paraformalehyde 및 95% 에탄올로 후고정한 후 공기에 건조시켰다. EBV mRNA을 검출을 위하여 30 bp의 oligonucleotide probe(한국생공)을 합성하여 사용하였으며 그 염기서열은 5’-AAA ACA TGC GGA CCA CCA GCT GGT ACT TGA-3’이였다. 이 probe에 DIG oligonucleotide tailing kit(Boehringer Manheim, Germany)을 이용하여 digoxigenin을 labelling하여 사용하였다. 즉 Microtube에 4 μl 완충액(potassium cacodylate, 1 M / l:Tris-HCl, 0.125 M / l:bovine serum albumin, 1.25 mg / l, pH 6.6), 4 μl CoCl 2(25 mM/l), 100 pM oligonucleotide, 1 μl digoxigenin-dUTP(1 mM/l), 1 μl dATP(10 mM/l)와 1 μl terminal transferase(50 U/μl)를 담아 얼음 위에서 혼합하였다. 37℃에서 15분간 반응시킨 후 1 μl glycogen과 200 μl EDTA(0.2 M/l, pH 8.0)의 혼합액을 가해 반응을 중지시켰다. 70% 에탄올로 수세하고 원심분리 후 진공상태에서 건조시켜 적당량의 증류수에 녹여 냉장 보관하여 사용하였다. Prehybridization은 hybrid 결합 혼합물에서 probe을 제외한 용액을 가한 후 37℃의 수조에서 2시간동안 반응시켰다. 주된 hybridization은 적당량의 hybrid 결합 혼합물을 조직절편 위에 놓은 후 37℃ 수조에서 하룻밤 반응시켰다. 이때 hybrid 결합 혼합물의 최종농도는 50% formamide(Sigma, USA), 4×SSC(0.6 M NaCl, 60 mM sodium citrate, pH 7.0), 5×Denhardt’s solution, 0.1% sodium dodecyl sulfate와 100 μg/ml salmon sperm DNA(Sigma, USA), 그리고 1 ng / μl digoxigenin-labelled probe로 구성하였다. 조직절편 위에 각각 20 μl의 hybrid 결합 혼합물을 놓고 덮개유리를 덮었다. 다음날 결합되지 않은 probe을 씻어내기 위해 2×SSC로 덮개유리를 제거한 후 1 mM / l EDTA 및 0.5×SSC로 5분간 세 번, 50% Formamide 및 2×SSC에 5분간, 0.5×SSC에 5분간 그리고 실온에서 0.5×SSC에 5분간 각각 수세한 후 blocking reagent(5% normal sheep serum)와 30분간 반응시켰다. 발색반응을 위해 antidigoxigenin Fab alkaline phosphatase(Boehringer Mannheim, Germany, 1:200)와 2시간 결합시킨 후 70% dimethyformamide(Boehringer Mannheim, Germany)에 각각 5% 농도로 녹인 nitro blue tetrazolium(NBT, Boehringer Mannheim, Germany) 및 5-bromo-4-chloro-indolyl phosphate(BCIP, Boehringer Mannheim, Germany)로 1∼8시간 동안 반응시키고 methyl green으로 대조염색 하였다. 음성 대조군으로는 동일한 조직절편을 사용하여 주된 hybridization시 hybrid 결합 혼합물에서 probe를 제외한 용액과 반응시켰으며 그 밖에는 실험군과 동일한 방법으로 실시하였다. 광학 현미경으로 관찰하여 핵에 미만성으로 암청색의 발색이 있으면 양성으로 판정하였다. 결과 조직학적 검사 PCR 및 ISH을 실시하였던 반전성유두종 19례 중 17례에서 조직현미경학적 검색을 하였다. 모든 예에서 pyknotic nuclei와 perinuclear halo의 특징을 나타내는 koilocytosis를 관찰할 수 있었으며 세포이형성이나 악성의 동반 경우는 세포이형성이 경도 즉 상피 층의 1 / 3을 차지하는 2례, 2 / 3을 차지하는 중등도가 1례, 악성을 동반한 경우가 1례였다. Polymerase chain reaction 22개의 반전성유두종 표본 중 19개에서 내부대조군으로 사용된 β-globin에 양성을 나타내었으며 대조군인 10개의 비갑개점막 모두에서 β-globin이 양성으로 온전한 genomic DNA의 존재를 확인할 수 있었다(Table 2, Fig. 1a and b). β-globin이 양성인 표본 19개를 대상으로 EBV의 검출을 위한 PCR 및 ISH을 실시하였다. EBV의 검출을 위한 PCR을 실시하였던 19개 중 15례(78.9%)에서 EBV genomic DNA가 양성으로 나타났다(Fig. 1c). 대조군으로 사용된 하비갑개점막 6개 모두에서 음성이었으나 중비갑개점막 4개 중 3개에서 양성 반응을 나타내어 비갑개점막 10개 중 3개에서 EBV genomic DNA가 양성으로 나타났다(Fig. 1d). In situ hybridization ISH을 실시하였던 19례 중 13례에서 EBV mRNA의 양성반응을 나타내었으며 대조군인 비갑개점막에서는 양성반응을 관찰할 수 없었다. 상피층에서 EBV mRNA에 양성을 나타내는 세포의 특징적 분포양상은 보이지 않았으며 양성세포에서는 핵에서 신호를 나타내었다(Fig. 2). PCR 및 ISH 검사에서의 EBV의 양성여부와 조직검사에서 악성 및 세포이형성 여부와의 관계는 악성 1례, 경도의 세포이형성 2례 및 중등도 세포이형성 1례 모두에서 PCR에서 EBV genome이 양성으로 나타났다. ISH의 결과는 세포이형성을 나타내었던 3례에서는 양성반응을 보였으나 악성 1례에서는 음성반응을 나타내었다(Table 3). 한편 PCR의 결과와 ISH의 결과의 비교에서는 PCR 및 ISH에서 양성을 나타내었던 경우가 11례, 음성을 보였던 경우가 2례로 13례(68.4%)에서 PCR의 결과와 ISH의 결과가 일치하였으며 4례에서는 PCR에 양성이었으나 ISH에 음성을 나타내었고, 2례에서는 PCR에서 음성을 보였으나 ISH 검사에서 양성을 나타내었다(Table 4). 고찰 비강과 부비동에 발생하는 반전성유두종은 상피세포가 기질 내로 반전하는 양성 상피종양으로 재발률이 높고 주위조직으로 침습하여 파괴하며 악성종양을 동반하는 등의 임상양상을 가지는 질환이다. 비강 및 부비동의 점막을 형성하는 Schneiderian membrane은 embryonic olfactory ectoderm의 함입에 의해 생성되며 반전성유두종은 이러한 막에서 발생하게 된다. 조직학 특징은 squamous metaplasia, 상피의 극세포증(acanthosis)과 증식(hyperplasia), 상피세포의 하부기질 내로의 반전성 성장, 분리된 상피세포 군(isolated epithelial island) 등이다.6) 각화증은 드물고 상피세포의 일부분에서부터 전 층을 포함하는 세포이형성까지 다양한 정도의 세포이형성을 나타낼 수 있다. 발생원인은 확실히 밝혀져 있지 않으며 비용종의 증식, 알레르기나 기타 감염질환에 의한 만성염증, 흡연, 외부의 발암성물질 등으로 설명하고있다. Hyams 등7)은 149명의 환자 중 9명에서만 알레르기 증상을 가지고 있어 반전성유두종 환자에서 알레르기 증상의 과거력이 드물다 하였으며 또한 알레르기성 부비동염은 보다 광범위하게 양측에서 발생한다는 사실로 반전성유두종이 알레르기와 알레르기에 의한 비용종으로부터 발생한다는 가설은 더 이상 받아들이기 어렵다.1) 만성염증이나 반복적인 부비동염에 의한다는 가설도 종양이 커짐에 따라 자연 배출공이 막힘으로 이차적으로 부비동염이 생기는 것으로 알려져 있다.1) 외부의 발암성 물질에 의한 발생가능성은 직접적인 개연성은 아직 밝혀져 있지 않다. 한편 다중심성의 보고 7)와 높은 재발률은 바이러스에 의한 발생 가능성을 시사한다. 근자의 분자생물학의 놀라운 발전으로 조직에서 특정 유전자의 염기서열, 즉 DNA나 RNA의 염기서열을 찾을 수 있게 됨으로써 바이러스의 연관성이 의심되는 조직에서 EBV나 HPV를 보다 쉽게 검출할 수 있게 되었다. PCR은 조직 속의 DNA 바이러스의 검출에 민감도가 매우 높은 검사법으로 포르말린 고정 후에 파라핀에 포매된 조직에서도 민감도가 높다. 분자생물학의 또 다른 기법으로 조직에서 특정 유전자 산물의 국소적 편재(spatial distribution)를 알 수 있는 방법으로는 면역조직화학법과 ISH이 있다. 이중 ISH은 그 유전정보를 전달하는 mRNA을 찾아내는 방법으로, 면역조직화학법에 비해 probe를 만들기가 간편할 뿐 아니라 민감도나 특이도가 더 높은 방법이다. 1987년에 Respler 등8)은 Southern blot hybridization을 사용하여 처음으로 HPV와 반전성유두종과의 연관성에 관한 증거를 제시하였다. 그러나 반전성유두종에서의 HPV에 대한 검출빈도는 보고자마다 매우 다양하여 반전성유두종에서 HPV의 발견빈도나 그 역할에 대한 의견이 분분한 실정이다. PCR 혹은 ISH을 사용하여 HPV을 검출을 시도하였던 Judd 등,2) Tang 등9) 및 Sarker 등10)은 반전성유두종에서 HPV을 검출하는 데 실패하였으며 검출에 성공하였던 저자들6)11-15)의 보고에서도 그 결과가 6%에서 89% 까지 매우 다양하여 HPV와 반전성유두종과의 연관성을 의심하게 한다. 1995년 McDonald 등4)은 반전성유두종에서 처음으로 PCR을 이용하여 EBV의 검출을 시도하여 20례 중 13례(65%)에서 EBV의 검출을 보고한 바 있다. 저자의 경우에는 PCR을 실시하여 19례 중 15례(78.9%)에서 EBV을 검출하여 높은 검출률을 나타내어 반전성유두종의 발생에서 EBV의 연관 가능성을 제시할 수 있었다. 대조군으로 사용된 비갑개 점막의 PCR의 결과는 하비갑개에서는 전례에서 음성이었으나 중비갑개에서는 4례 중 3례에서 양성반응을 나타내었다. 이것은 중비갑개의 점막이 EBV의 잠재적 감염병소가 될 수 있으며 이러한 만성적, 잠재적 무증상감염은 이 부위에서의 종양발생의 가능성을 반영하는 것으로 생각되며 향후 충분한 숫자의 정상인 및 반전성유두종 환자의 중비갑개을 사용한 추가적 연구가 필요하다고 사료된다. 저자는 반전성유두종에서 EBV을 검출하기 위한 또 다른 방법으로 ISH을 실시하였으며 그 결과는 19례 중 13례 즉 68.4%에서 양성반응을 나타내어 PCR의 결과와 유사하였다. ISH에서 viral mRNA가 국소적으로 발견된 경우가 많았으며 상피층에서의 특이적 분포양상은 발견할 수 없었고 세포의 핵에서 신호를 나타내었다. 국소적으로 EBV의 검출은 EBV mRNA가 소수로 존재하며 반전성유두종내에서 바이러스의 증식을 거의 일으키지 않는다는 사실을 의미하는 것으로 생각된다. PCR과 ISH의 결과의 비교에서 전체적으로 비슷한 검출률을 나타내었으나 PCR에 양성이었던 4례에서 ISH에 음성을 나타냈고 ISH에 양성이었던 2례에서 PCR에 음성으로 총 6례에서 PCR과 ISH의 결과가 일치하지 않았다. EBV의 검출에서 ISH와 PCR의 예민도를 비교 분석한 보고는 없으며 HPV의 검출에서의 예민도의 비교 분석은 McLachlin 등16)과 Judd 등2)은 HPV DNA의 검출률에 있어 PCR과 ISH의 예민도가 비슷하다고 하였으나 Levi 등17)과 Furuta 등11)은 PCR이 ISH보다 예민도가 높은 것으로 보고하였다. ISH에서 RNA probe는 세포 당 10에서 50 viral copy를 검출 할 수 있고 DNA probe는 50에서 100 viral copy가 있어야 검출할 수 있으며6) 이론적으로 PCR은 대상 DNA가 한 copy만 있어도 검출 가능하다. PCR이 국소적으로 바이러스의 감염으로 viral copy의 수가 적은 경우 ISH보다 바이러스의 검출에 보다 우위를 나타낼 수 있겠으나 ISH의 장점은 조직의 형태를 유지하므로 양성반응이 일어나는 부위를 정확히 알 수 있다. 단점으로는 처리과정이 PCR보다 오랜 시간이 요구된다는 것이다. 반전성유두종의 임상적 특징 중의 하나인 악성화는 악성으로의 변환을 예측할 수 있는 믿을 만한 조직학적 기준은 없는 상태이며 세포이형성을 가졌거나 유사분열이 많은 반전성유두종에서도 악성으로의 변환을 나타내지 않았다는 보고가 있다.18) 바이러스가 종양을 형성하는 명확한 기전은 밝혀져 있지 않으나 실험 동물에서 EBV을 주입시 종양을 유발하는 것이 알려져 있어 5) 명백한 종양유발 가능성을 시사한다. 저자의 경우에 EBV 검출여부와의 세포이형성과의 연관성에 대한 조사에서는 경도, 중등도 세포이형성을 나타내었던 3예와 악성 1예 모두에서 PCR에서 양성을 나타내었다. 이는 그 수가 적어 결론 지을 수는 없으나 EBV와 세포이형성 및 악성과의 연관성의 가능성을 시사하는 결과라 생각되며 이에 대한 보다 많은 연구가 필요하다고 생각된다. 이상의 임상적 및 실험적 결과로 볼 때 반전성유두종은 EBV가 유발할 수 있는 종양의 하나가 될 수 있으며 바이러스 원인발생의 개념은 세포의 이형성과 악성화로의 변환을 설명 가능하게 한다. 결론적으로 저자는 비강 및 부비동의 반전성유두종의 발생원인에 EBV가 연관이 있을 수 있슴을 제시하였으며 추가적으로 재발 및 악성화와의 연관성에 대한 보다 체계적인 조사가 필요하다고 생각된다. 결론 반전성유두종은 EBV가 유발할 수 있는 종양중의 하나로 포함되어야 하며 중비갑개의 EBV의 높은 발현률은 중비갑개 및 중비도의 점막이 EBV의 잠재적 감염병소가 될 수 있음을 나타낸다. 이러한 만성적, 잠재적 무증상감염은 이러한 부위에서의 종양발생의 가능성을 반영한다고 생각된다. 세포이형성 및 악성동반과 EBV의 연관성은 샘플의 숫자가 적어 결론을 내리기는 어려우나 PCR 결과에서 조직학적으로 세포이형성과 악성을 동반하였던 4예에서 전부 양성반응을 나타내어 이들의 연관성을 시사한다고 생각된다.
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