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Se desconoce la causa exacta de la mayoría de los tipos de cáncer de vagina. Sin embargo, los científicos han determinado que se relaciona con varias afecciones descritas en Factores de riesgo para el cáncer de vagina. Se está llevando a cabo investigación para conocer más sobre la forma cómo estos factores de riesgo provocan que las células de la vagina se conviertan en cáncer.

La investigación ha mostrado que las células normales producen sustancias llamadas productos de genes supresores de tumores que les impiden crecer demasiado rápido y convertirse en cáncer. Los tipos de VPH (virus de papiloma humano) de alto riesgo (como el 16 y 18) producen dos proteínas (E6 y E7) que pueden cambiar la manera en que funcionan los productos conocidos de genes supresores de tumores.

Las mujeres que estuvieron expuestas al dietilestilbestrol (DES) cuando estaban en el útero materno (es decir, sus madres tomaron DES durante el embarazo) tienen un mayor riesgo de padecer carcinoma de células claras. El DES también aumenta la probabilidad de manifestar adenosis vaginal (células glandulares en el revestimiento de la vagina en lugar de las células escamosas habituales). La mayoría de las mujeres con adenosis nunca presenta carcinoma de células claras de vagina. Aun así, las mujeres que tienen un tipo raro de adenosis (llamado adenosis tuboendometrial atípica) presentan un mayor riesgo de padecer este cáncer.