連載9 溶瘤病毒溶瘤機制劉福生《腦膠質瘤基礎與臨床研究》

生物醫學腫瘤牛痘生物技術神外前沿 2017-05-12

本文摘自人民衛生出版社出版的《腦膠質瘤基礎與臨床研究》，作者劉福生、金貴善；《神外前沿》發佈此文，已獲出版社書面授權及作者本人許可。上圖來源於網絡。

第二節溶瘤病毒溶瘤機制

無論是天然溶瘤病毒.還是經後天修飾或改造過的溶瘤病毒.都具有細胞毒性和對腫瘤組織的趨向性.能選擇性地感腫瘤細胞並在其中進行復制.造成細胞病理效應和機體的免疫反應.最終導致腫瘤細胞的裂解死亡.儘管不同溶瘤病毒其溶瘤作用機制各異.但概括而言.都具備以下特點和共性:

1、病毒的直接溶瘤作用

病毒感後.在目的細胞內大量複製.從而導致目的細胞破裂.釋放的病毒再次感相鄰細胞從而達到連續的溶瘤作用.這一機制是病毒的直接殺傷作用.

2、激發免疫反應導致細胞死亡

免疫原性細胞死亡是病毒治療腫瘤過程中重要的殺傷腫瘤細胞機制之一.為主要的間接殺傷作用機制.具體環節雖不十分明瞭.但研究表明可能與激發宿主的固有免疫及適應性免疫反應有關.腫瘤相關抗原 (tumor¯associated antigens.TAA) 在其中可能扮演重要角色.病毒裂解細胞可能導致大量 TAA 的釋放以及炎性細胞的浸潤.從而刺激機體抗腫瘤免疫的發生.TAA 是指既存在於腫瘤組織或細胞.也存在於正常組織或細胞的抗原物質.只是其在腫瘤細胞的表達量遠遠超過正常細胞.無腫瘤特異性.雖然由於 TAA 多為正常細胞的一部分.而且其抗原性較弱.難以刺激機體產生抗腫瘤性免疫應答.但在腫瘤細胞遭受病毒攻擊發生裂解時.釋放出的大量各種 TAAs.可被樹突狀細胞 (dendritic cells.DCs) 攝取、加工處理.並通過 DC 的抗原提呈.激活細胞毒性淋巴細胞反應.從而產生抗腫瘤免疫反應.

Prestwich (2008) 等在利用呼腸孤病毒治療黑色素瘤的體內外實驗中發現: 體內.呼腸孤病毒靜脈內注射可顯著減輕黑色素瘤免疫活性荷瘤鼠中淋巴結的腫瘤轉移程度.淋巴結中腫瘤細胞數目明顯減少.用該黑色素瘤的限制性多肽酪氨酸酶相關蛋白¯2 (tyrosinase¯related protein¯2.TRP¯2.一種黑色素瘤的 TAA) 刺激荷瘤鼠的脾細胞.可產生並釋放大量干擾素 γ ( IFN¯ γ) .即發生了抗 TRP¯ 2 的免疫反應.提示病毒的注入可打破機體對自身腫瘤抗原的耐受.激發機體的抗腫瘤免疫反應.淋巴結中 IL¯2 的水平顯著增多.提示體內注射病毒可激發機體的抗腫瘤免疫反應.體外.利用感有呼腸孤病毒的人類黑色素瘤細胞與未成熟的樹突狀細胞 (dentritic cells.DCs) 共培養.結果顯示.感有病毒的腫瘤細胞以劑量依賴方式誘導 DC 成熟.成熟的 DC 轉而誘導細胞毒性淋巴細胞 (cytotoxic lymphocyte.CTL) 的激活並促進其增殖、 IFN¯ γ 分泌生成和分泌增多、產生抗腫瘤細胞毒性.並交叉激活 CD8 陽性 T 細胞的特異性抗腫瘤相關抗原 MART¯1 反應 (一種人類黑色素瘤的 TAA).上述體內外實驗結果均提示.病毒感腫瘤可激發機體的抗腫瘤特異性免疫反應.且此反應與腫瘤細胞釋放大量 TAAs、促進 DC 成熟並激活 CTL 等密切相關.

迄今為止.各種溶瘤病毒包括腺病毒、單純皰疹病毒、水皰性口炎病毒、細小病毒等的抗腫瘤作用都牽涉到機體的抗腫瘤免疫反應機制的參與.如何改造病毒.使其能更有效激發機體抗腫瘤特異性反應.也是研究策略和方向之一.如免疫刺激分子 GM¯ CSF 基因工程化的溶瘤性牛痘病毒在應用於原發性及轉移性肝癌的I/II期臨床試驗中.取得較好臨床效果.GM¯CSF基因工程化的溶瘤性單純皰疹病毒在高級別 (III級和IV級) 黑色素瘤的III期臨床治療試驗中也取得較好療效.

3、放大抗腫瘤免疫反應

病毒感後可使腫瘤細胞對細胞因子的敏感性增強.同時腫瘤細胞表面的病毒抗原與I型 MHC 抗原形成複合物後.易被 CTL 所識別.產生對腫瘤細胞的殺傷作用.這些機制均有助於放大機體的抗腫瘤免疫效應.

4、提高腫瘤細胞對放化療的敏感性

多項研究證實.溶瘤病毒聯合放療或化療.具有協同作用.可提高放化療療效.但具體機制還有待進一步研究.

Heise 等 (1997) 將 ONYX¯015 溶瘤性腺病毒與化療藥物順鉑 (Cisplatin) 和 5¯氟尿嘧啶 (5¯Flu¯ orouracil) 聯合應用於人類腫瘤異種移植鼠模型的治療中發現聯合用藥要比病毒或化療藥的單獨使用效果顯著.Ottolino¯Perry等 (2015) 利用溶瘤性牛痘病毒聯合伊立替康 (結腸癌化療藥) 在體內外治療結腸癌的實驗中也顯示二者具有協同作用.McKenzie 等 (2015) 在篩選與溶瘤病毒起協同作用的小分子藥物時.將溶瘤性黏液瘤病毒與各種化療藥物聯合用於治療腦腫瘤起始細胞製備的膠質瘤模型.發現了多種藥物與黏液瘤病毒具有協同作用.其中以阿西替尼 (Axitinib.一種 VEGFR 抑制劑)、羅非昔布 (Rofecoxib.一種環氧酶即 Cyclooxygenase¯2 抑制劑) 和培美曲塞 (Pemetrexed.一種抗葉酸類抗癌藥) 這三種化療藥的協同作用最為顯著.

溶瘤病毒聯合放療的治療性實驗中.Dai 等 (2014) 發現溶瘤性牛痘病毒 GLV¯1h151 (一種重組復制缺陷型溶瘤性牛痘病毒.來源於 Lister 株) 與放療聯合應用在體內外對前列腺癌具有協同抵抗作用.體外通過細胞凋亡機制殺傷前列腺癌細胞.體內使荷瘤鼠腫瘤體積縮小.相比與任何一種單獨方法的使用.治療效果顯著提高.Kyula 等利用溶瘤性牛痘病毒 GLV¯1h68 (一種基因重組複製缺陷型牛痘病毒.來源於 Lister 株) 聯合放療治療黑色素瘤.體內外實驗結果顯示.二者的聯合應用僅對原癌基因 B¯ RAF 的 V600D 和 V600E 突變體黑色素瘤具有顯著的協同抵抗作用.可明顯提高細胞毒性並促進細胞凋亡.體內延緩腫瘤生長、延長荷瘤鼠生存期.進一步的研究發現.放療並沒有增強病毒在腫瘤細胞中的複製能力.協同抗腫瘤作用的原因可能在於聯合治療使 B¯RAF (為 MAPK 激酶激酶.即 MKKK 家族成員.可依次激活 MAP 激酶即 MKK.繼而激活 MAPK) 發生變異的腫瘤細胞內 JNK、 p38 和 ERK (MAPK 家族成員) 的磷酸化程度減弱、活性受抑制.實驗中觀察到.JNK 通路的抑制可增強細胞對病毒介導的細胞死亡的敏感性.病毒感可激活 MAPK 信號通路.使 TNF¯ α 分泌增多.促進細胞增殖.而放療可抑制病毒感所致的 MAPK 活性升高.從而減少 TNF¯ α 的分泌.抑制細胞增殖.MAPK 是指絲裂原活化蛋白激酶 ( mitogen¯ activated protein kinase) .共四個亞族.JNK、 p38 和 ERK 包括其中.多項研究證實.MAPK 通過磷酸化激活.參與細胞增殖的調控.JNK 家族是對各種應激原誘導的信號轉導的關鍵分子.參與細胞對輻射、滲透壓及溫度等應激反應.p38 在介導炎症及細胞增殖、分化和凋亡中起重要作用.該項研究提示.溶瘤性牛痘病毒與放療的協同抗腫瘤作用機制涉及細胞內信號傳導通路活性的改變.其他機制還有待深入研究.

5、具有治療作用的外源基因的表達

基因工程改造過的溶瘤病毒可作為基因載體攜帶外源抗腫瘤基因.病毒感細胞後.一方面.通過溶瘤病毒直接的溶瘤作用.另一方面.外源基因的表達可參與調控細胞功能.實現抗腫瘤作用.如自殺基因的表達結合前藥系統可殺傷腫瘤細胞.p53 基因的表達促進細胞凋亡等.

6、破壞腫瘤微環境

溶瘤病毒治療可造成腫瘤內部的炎症性 “危險” 環境.如促炎症細胞因子、 Toll樣受體 (Toll¯like receptor.TLR) 配體.以及固有免疫細胞的釋放等.而且.病毒造成的細胞裂解.可釋放大量的腫瘤相關抗原 (tumor¯ associated antigens.TAA) 到腫瘤微環境.瘤內感的溶瘤病毒不僅對腫瘤細胞產生巨大影響.也破壞了腫瘤微環境的免疫穩態和內部結構.腫瘤的微環境中成纖維細胞的存在可能是病毒感腫瘤細胞的障礙.通過溶瘤病毒表達膠原酶和基質修飾酶可以突破這些屏障.腫瘤微環境的破壞.有助於提高病毒的擴散能力.增強溶瘤病毒療效.

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