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是谁火了溶瘤病毒?

发布时间:2018-04-13 08:49 |  点击次数:

病毒具有消除肿瘤的疾病的报道在20世纪初就被报道,起初研究者发现宫颈癌、伯基特淋巴瘤和霍奇金淋巴瘤病人在感染某种病毒后肿瘤出现退化的现象。在20世纪中期,开始出现通过免疫接种或病毒感染来治疗癌症的方法,并取得了一定的效果。但是由于此前没有良好的病毒改造技术和过强的免疫反应及并发症导致溶瘤病毒的临床应用几乎停滞不前。

然而,最近的研究发现溶瘤病毒能显著提高PD-1/PDL1及CAR-T细胞免疫疗法治疗效果,让溶瘤病毒再次“火”了起来!今天,百澳笑笑生就带您系统的了解下溶瘤病毒的前世今生,爱恨情仇!

 

概 述

溶瘤病毒Oncolytic virus是优先感染并杀死肿瘤细胞的一类病毒。初期,部分肿瘤细胞被溶瘤病毒特异性感染和破坏。随后,溶瘤病毒在肿瘤细胞进行复制和增殖,释放出新的感染性病毒颗粒感染和破坏其他肿瘤细胞溶瘤病毒通过直接溶解肿瘤细胞或者刺激宿主产生抗肿瘤免疫反应来发挥溶瘤的功效。

 

病毒具有抗肿瘤药物的潜力在20世纪初便被发现,但是,直到20世纪60年代才被正式的进行深入的研究和开发。目前已有多种病毒包括腺病毒,呼肠孤病毒、麻疹病毒、单纯疱疹病毒、新城疫病毒和牛痘病毒等在临床上作为溶瘤剂进行检测。自然界中的仅少数病毒可以自然的发生溶瘤如呼肠孤病毒、塞内卡病毒以及M1溶瘤病毒大多数需要进行基因改造后才能实现对肿瘤细胞的靶向感染和治疗的作用。

 

作用机制

  • 直接溶瘤

溶瘤病毒感染肿瘤细胞对其直接杀伤,这是溶瘤病毒的概念来源。溶瘤病毒通过特异性感染肿瘤细胞,在其中繁殖,直到引起肿瘤细胞溶解。而其对正常细胞不感染或感染不杀伤。

 

  • 免疫激活

随着癌症免疫疗法(如免疫检查点抑制剂)的进步,人们越来越关注溶瘤病毒作为免疫疗法的前景,如:T-VEC和PD-1单抗联合用药能显著提升对黑色素瘤的治疗效果。溶瘤病毒和免疫系统之间的相互作用有两个主要考虑因素

 

1)逃避机体的抗病毒免疫

机体的免疫系统,可以使任何病毒失活,其是阻碍溶瘤病毒发挥疗效的主要障碍之一。对于静脉注射来说,输入的病毒必须先与血液补充及中和抗体相互作用,而已经表明,通过化疗的免疫抑制和补体系统的抑制可以增强溶瘤病毒治疗。通过使用非人类常见病原体的病毒可以部分避免原有的免疫力。但是,这不能避免随后的抗体产生。病毒载体可以用聚乙二醇等聚合物包被,使其免受抗体影响,但是这也降低了病毒外壳蛋白粘附在宿主细胞上效率,影响溶瘤病毒的疗效。另一种帮助溶瘤病毒在静脉内注射后达到癌症生长的方法是将它们藏在巨噬细胞内,巨噬细胞自动迁移到组织破坏的区域,特别是在氧气水平低,癌症生长的特征的地方,并成功地用于将溶瘤病毒传递给动物前列腺癌。

 

2)利用机体的抗病毒免疫引发抗肿瘤免疫

机体的免疫系统除了灭活病毒外,也可以产生抗肿瘤免疫。溶瘤病毒感染肿瘤细胞后同样也吸引了免疫系统对肿瘤的注意力,并可能产生有效的、持久的抗肿瘤免疫。许多自发缓解癌症的病例已经被记录下来,尽管尚未完全被了解,但可能是由于突然的免疫反应或感染引起的。一些溶瘤病毒具有很强的免疫原性,可能通过感染肿瘤引发抗肿瘤免疫应答,尤其是传递细胞因子或其他免疫刺激因子的病毒。

                                

溶瘤病毒的分类

根据病毒的遗传物质不同,分为DNA类和RNA类病毒,不同种类的溶瘤病毒均有在临床实验阶段的药品,目前以溶瘤腺病毒(Adenovirus)和溶瘤疱疹病毒(Herpesviruses)研究最为深入

1. DNA类溶瘤病毒

2. RNA类溶瘤病毒

 

数据来源:From Benchtop to Bedside: A Review of Oncolytic Virotherapy,Biomedicines 

天然溶瘤病毒

  • 水泡性口炎病毒

水泡性口炎病毒(VSV)是一种弹状病毒,由负义,单链RNA基因组编码的5个基因组成在自然界中,VSV感染昆虫和家畜,引起相对局部和非致命的疾病。这种病毒的低致病性很大程度上归因于其对干扰素(一类在感染期间释放到组织和血液中的蛋白质)的敏感性。这些分子激活遗传的抗病毒防御程序,保护细胞免受感染,防止病毒传播。在2000年,Stojdl,Lichty等证明这些途径中的缺陷使癌细胞对干扰素的保护作用不响应,因此对VSV感染高度敏感。由于VSV经历快速的细胞溶解复制周期,所以感染导致恶性细胞死亡。 VSV因此非常适合于治疗应用,并且几个研究组已经证明全身施用的VSV可以被递送到肿瘤部位,在那里它复制并诱导疾病消退,通常导致持久的治愈。通过改造基质蛋白Met-51的缺失来减弱病毒,几乎消除了正常组织的所有感染,而肿瘤细胞中的复制不受影响。最近的研究表明,这种病毒具有治疗脑肿瘤的潜力,这要归功于其溶瘤性质。

 

  • M1 Oncolytic virus 

M1病毒是一种从中国海南岛分离得到的天然病毒,动物实验表明,经尾静脉注射的M1病毒能显著富集在肿瘤组织并抑制肿瘤生长,正常器官则不受影响。很多肿瘤细胞内缺少一种抗病毒蛋白——ZAP,这导致M1病毒感染并精确杀死这些肿瘤细胞,而正常细胞中的ZAP含量较高,足够抵抗M1病毒而不被杀伤。这是由我国科学家颜光美教授发现的,目前该溶瘤病毒计划进入了临床一期。

 

工程溶瘤病毒 

1. 病毒定向诱导进化改造, 通过使用大量随机生成的重组前体病毒,经过定向选择产生特异性针对肿瘤细胞的新的病毒变体或血清型由同源重组方法获得随机病毒候选库,然后通过一系列预先设计的筛选或诱导条件(如:更高的肿瘤特异性或侵染活性等),获得具有初步靶向性的溶瘤病毒,再通过临床前模型或筛选条件进一步进行筛选获得具有所需治疗特性的溶瘤病毒,定向进化被成功的被应用于重组腺病毒的筛选,并获得了ColoAd1、Ad11p和Ad3等溶瘤腺病毒。

 

2. 病毒毒性衰减改造, 通过基因改造技术删除某个或某些病毒基因或基因区域,以消除其对正常细胞的影响,仅在肿瘤细胞中行使功能,从而使病毒更安全且更具肿瘤特异性。癌细胞和病毒感染后细胞会出现类似信号通路的改变,特别是在一些周期基因调控方面的信号通路的改变。胸腺嘧啶核苷激酶和核糖核苷酸还原酶在细胞中负责DNA合成,只在正在活跃复制的细胞中表达。这些酶也存在于某些病毒(如HSV,牛痘)的基因组中,并且允许病毒在静止(非复制)细胞中复制,所以如果它们通过突变失活,病毒将只能在增殖细胞中复制如癌细胞。

 

3. 溶瘤病毒基因改造,基因改造包括两个方向:转导靶向和非转导靶向 。

1)转导靶向,该方向涉及修饰病毒外壳蛋白以靶向肿瘤细胞,同时减少进入非肿瘤细胞。这种肿瘤选择性改造的方法主要运用于腺病毒(Adenovirus)和单纯疱疹病毒I型 (HSV-1)。

2)非转导靶向,该方向主要是对病毒基因组进行改造,将病毒基因组的关键部分置于肿瘤特异性启动子的控制之下,使其只能在癌细胞中复制或转录。特异性启动子应该在肿瘤中有活性,但在大多数正常组织,特别是肝脏中是无活性的(肝脏是最暴露于血液病毒的器官)。许多此类启动子已经被发现和研究并将其用于癌症的治疗研究中,如:hTERT启动子。同样, miRNA在健康组织和肿瘤之间的存在表达差异,利用微小RNA(miRNA)人工靶位点或miRNA反应元件(MRE)也可以很好地调节病毒复制,使一些溶瘤病毒仅在肿瘤细胞中复制等。

实验研究证明,使用双重靶向(转导和非转导靶向)比使用单独靶向具有更好的治疗效果和更高的安全性。
 

单纯疱疹病毒(HSV)是最早被选择攻击癌细胞的病毒之一,且在自然状态下相对无害(仅仅导致唇疱疹),对人的风险较小。单纯疱疹病毒1型(HSV-1)突变体1716缺少ICP34.5基因的两个拷贝,因此不能在终末分化和未分化的细胞中复制,但会非常有效地感染并导致肿瘤细胞的裂解,是一种有效的肿瘤靶向策略。在广泛的体内癌症模型中,HSV1716病毒已经诱导了肿瘤消退并延长了病人的生存时间。1996年,欧洲首次批准使用溶瘤病毒HSV1716进行临床试验。 从1997年到2003年,HSV1716菌株被注射到多形性胶质母细胞瘤患者的肿瘤中,肿瘤消退并且没有发现明显的毒性或副作用。 此外,HSV1716在对黑色素瘤和头颈部鳞状细胞癌患者的治疗也有良好的效果。 其他研究已经表明,HSV1716可以治疗特定类型的肿瘤,并且可以将多种外源基因递送至肿瘤细胞内,通过微剂量辐射和病毒诱导细胞裂解来杀死肿瘤细胞。基于HSV的溶瘤病毒也已经陆续进入临床测试或上市,如Amgen开发的T-VEC,已经成功上市用于治疗黑色素瘤。

 

Oncorine(H101) ,我国第一个批准的溶瘤病毒是上海三维(sunway)生物技术公司研发的H101基因修饰溶瘤腺病毒, 其在2005年获得CFDA批准上市,用于治疗头颈部肿瘤。H101溶瘤腺病毒是经过基因重组技术得到的E1B敲除的腺病毒。其在p53基因缺乏或异常的肿瘤中能特异性复制并产生复制依赖性细胞毒作用,而对正常人体细胞无明显的细胞毒作用。但与单独化疗相比,H101联合化疗的短期应答率大约增加了一倍。当直接注射到肿瘤中,并且当任何由此产生的发热不被抑制时,它似乎效果最好,全身治疗(例如通过静脉输注通过输液)对于治疗转移性疾病是有益的。


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