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如何看清溶瘤病毒的朋友和敌人 最大化提升抗癌疗效?
  • 发布日期:2018-11-07      浏览次数:47
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      人们对使用病毒治疗癌症的兴趣可以追溯到20世纪早期,科学家观察到天然病毒感染下肿瘤消退的现象。然而,受到病毒致病性和相关毒性的影响,这种方法在当时的可行性受到限制。

      近年来,基因工程技术的进展使得溶瘤病毒(OV)的安全性和功效得到增强,促使人们拾起对溶瘤病毒疗法(OVT)的兴趣。

      2015年,Talimogene laherparepvec(T-VEC)被FDA批准的溶瘤病毒,用于恶性黑色素瘤的治疗。

      目前,许多不同的OV正在临床试验评估中,包括腺病毒(AdV)、单纯疱疹病毒(HSV)、痘苗病毒、新城疫病毒、麻疹病毒和呼肠孤病毒,已被证明具有肿瘤特异性,相对无毒,能够诱导强大的抗肿瘤免疫力。

      面临挑战

      溶瘤病毒是一类新兴的靶向抗癌疗法,旨在选择性地感染、复制和裂解肿瘤细胞,而不会对正常的健康组织造成伤害。

      除了直接的溶瘤活性外,OV还显示出作为免疫治疗剂的双重希望。病毒感染的存在和随后产生的免疫原性肿瘤细胞死亡,引发先天性和适应性免疫应答,其介导进一步的肿瘤破坏。

      宿主免疫系统的激活是OV介导的肿瘤破坏的关键环节。然而,抗病毒免疫应答可以固有地限制OV感染和传播,从而降低治疗功效和整体疗效。宿主的免疫系统既可以作为屏障,也可以作为促进剂,有时可以发挥双重作用,这取决于具体的病毒感染阶段。

      由此,溶瘤病毒疗法面临的关键挑战是:如何操纵宿主免疫系统为我们所用?具体而言,如何小化抗病毒反应和病毒清除,但同时促进抗肿瘤免疫应答介导的肿瘤破坏!

      病毒介导的肿瘤细胞死亡

      OV通过直接和间接机制介导肿瘤细胞死亡,起到直接细胞毒性剂和治疗性癌症疫苗的作用。

      这些机制与许多OV倾向于诱导肿瘤细胞死亡的免疫原性形式相关,包括免疫原性的细胞凋亡(apoptosis)、坏死(necrosis)、焦亡(Pyroptosis)和自噬(autophagy),促使抗肿瘤免疫应答的激活。

      免疫原性细胞死亡(ICD)的特征是钙网蛋白和热休克蛋白的细胞表面暴露和免疫刺激分子如ATP、尿酸和高迁移率组框1的释放。不同于正常的细胞凋亡(非免疫原性),ICD可以通过树突状细胞(DC)的激活来诱导抗肿瘤免疫应答。此外,肿瘤细胞的ICD也释放了肿瘤相关抗原(TAA),激活抗原特异性抗肿瘤免疫应答。

      OV通过两种主要机制介导破坏肿瘤细胞:(1)直接裂解感染肿瘤细胞;(2)诱导宿主抗肿瘤免疫应答(图片来源:frontiers)

      天然抗原呈递细胞

      抗原呈递细胞(APC),如DC,是先天和适应性免疫的关键介质,通过释放细胞因子和激活T细胞促进免疫应答的产生。

      APC被招募到感染和炎症部位,例如:在免疫原性肿瘤细胞死亡的部位,DC捕获在溶瘤期间释放的病毒和肿瘤抗原,并将它们呈递给T细胞,从而启动抗原特异性适应性免疫应答,其介导残留和复发肿瘤细胞的靶向破坏。

      肿瘤/病毒诱导的细胞因子

      肿瘤微环境(TME)通常具有深度免疫抑制状态。肿瘤过度表达细胞因子,如白细胞介素-10和转化生长因子-β(TGF-β),其抑制天然抗肿瘤免疫应答。肿瘤衍生的细胞因子和趋化因子还包括促进生长和血管形成的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和血管内皮生长因子等。

      病毒感染刺激细胞因子(IL-1、IL-6、IL-12、IL-18、IFN-γ和TNF-α)和趋化因子(RANTES、MIP-1α/β)的释放,改变TME中促炎和抗炎因子的平衡。除了直接的抗病毒和免疫调节活性外,这些化合物还介导募集具有额外效应功能的免疫细胞。病毒感染和由此产生的局部炎症增强了浸润的免疫细胞的效应功能,抵消肿瘤诱导的免疫抑制,并促进了抗肿瘤免疫的产生。

      敌人丨免疫学障碍

      病毒感染和溶瘤作用天然地激活先天性和适应性免疫应答,这些免疫应答有助于杀死肿瘤细胞。然而,宿主对病毒感染的免疫应答也会降低OVT的总体功效。

      在宿主免疫应答的过程中,不同组分的活化以及溶瘤作用的亲合力和时间,似乎与OVT总体疗效相关。

      溶瘤病毒疗法的免疫障碍(图片来源:frontiers)

      1. OV在肿瘤位点的传递受到中和抗体、补体蛋白以及肝脏和脾脏等器官中的隔离的阻碍;

      2.抗病毒反应,如I型干扰素(IFN)信号传导限制肿瘤细胞内的病毒复制;

      3. 来自先天免疫系统的细胞,如中性粒细胞、巨噬细胞、自然杀伤(NK)细胞,可能通过破坏被OV感染的肿瘤细胞而过早地终止病毒感染;

      4.肿瘤诱导的免疫抑制,例如免疫抑制性细胞因子的富集、调节性T细胞的积累、检查点调节剂的过表达,阻碍抗原特异性抗肿瘤免疫应答的产生和效应功能。

      先天性免疫

      病毒的感染触发了抗病毒蛋白的产生、细胞因子的富集以及免疫细胞向感染部位的募集。I型IFN是抗病毒蛋白,其在受感染和未感染的细胞中重编程基因表达以直接抑制病毒复制。IFN还诱导细胞周期停滞和细胞凋亡,上调主要组织相容性复合物(MHC)表达,刺激B细胞分泌抗体,并促进记忆T细胞的发育和增殖。

      APC和其他先天免疫细胞先对病毒感染做出反应,除了释放抗病毒细胞因子外,这些细胞还具有独特的机制,可以促进OVT的抗肿瘤功效。

      其中,中性粒细胞通过分泌活性氧和蛋白酶而对病原体起反应,诱导坏死细胞死亡和局部炎症。在结肠癌的异位小鼠模型中,响应OV感染的肿瘤内中性粒细胞积聚,促使肿瘤血管系统破坏和广泛的肿瘤细胞凋亡。

      NK细胞也被证明是OV诱导抗肿瘤免疫应答的关键效应物。它们特异性靶向那些缺乏MHC分子或显示病毒诱导的细胞应激标记物(如MIC-A/B)的细胞,并通过释放颗粒酶和穿孔酶诱导细胞死亡,同时激活细胞凋亡诱导受体。

      可以看出,免疫系统和OV的激动剂/拮抗剂关系不是静止的,而是随着感染和肿瘤破坏的阶段而发展。

      适应性免疫

      当病毒或TAA被呈递到适应性免疫系统的细胞,这时便激活抗原特异性细胞和体液免疫。

      细胞免疫

      适应性免疫系统的主要抗肿瘤效应细胞是CD8+ CTL(细胞毒性T细胞),已被证明是OV诱导抗肿瘤免疫的关键介质,它能识别特异性抗原并通过释放穿孔素和颗粒酶诱导细胞死亡。

      在OVT的背景下,针对病毒抗原的CTL先出现,随后出现TAA特异性CTL。APC还激活CD4+ T辅助细胞,其释放促炎细胞因子,辅助CTL杀伤功能,在抗肿瘤免疫的发展中是至关重要的。

      体液免疫

      机体暴露于病毒颗粒引发体液免疫应答,活化的B细胞分泌抗体,其中这些中和或调理抗体抑制病毒功能并促进病毒感染的清除。

      应对丨策略

      策略一:减少早期的病毒清除

      为了发挥治疗效果,OV必须持续足够长的时间并诱导足够的溶瘤作用,以刺激产生持久的适应性抗肿瘤免疫力。

      然而,病毒是外来病原体并且自然地引发宿主免疫应答,介导它们的清除。在引入身体后,病毒颗粒会被中和抗体包裹,并以补体依赖的方式消除。先天免疫细胞和病毒抗原特异性T细胞的浸润能破坏受感染的肿瘤细胞,但也可能在达到完全治疗效果之前终止OV感染。

      这意味着,对早期免疫应答的瞬时抑制具有改善向肿瘤部位的OV递送、延长病毒感染和增强OVT的总体疗效的潜力。

      低剂量化疗或TGF-β治疗

      抑制早期瘤内免疫细胞的浸润,已经在神经胶质瘤的几个小鼠模型中显示出增强OV复制、降低OV清除率、提高抗肿瘤效果的结果。

      免疫抑制化疗药物预处理

      如环磷酰胺,已被证明可通过消除抗病毒抗体和破坏补体功能来改善病毒传递、促进复制,并增强溶瘤活性。

      病毒包衣修饰聚合物

      如结合聚乙二醇和N- [2-羟丙基]甲基丙烯酰胺(HPMA)或脂质包封,保护OV免于中和血清因子的清除,并防止新的抗病毒抗体产生。

      细胞载体

      OV可以隐藏在细胞载体内并被运输到肿瘤部位。针对恶性脑肿瘤,间充质干细胞(MSC)和神经干细胞(NSC)作为OV载体显示出有希望的临床前潜力。MSC和NSC均具有原发性肿瘤及其转移的天然趋向性,被认为具有免疫特权。

      Plus 组蛋白去乙酰化酶抑制剂

      组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂是一类新兴的抗肿瘤药,主要通过抑制IFN激活基因的诱导来增强OVT的疗效。HDAC抑制剂已被证明可增强病毒复制,减少早期肿瘤内免疫细胞募集,并增强多种肿瘤中OV的溶瘤活性。

      作为转录的表观遗传修饰因子,HDAC抑制剂也改变细胞的基因表达谱,有利于诱导肿瘤细胞的生长停滞和凋亡,拮抗肿瘤血管生成,并通过增加MIC-A/B、MHC和共刺激分子的表达来增强肿瘤细胞的免疫原性。

      策略二:增强抗肿瘤免疫应答

      在OV介导的肿瘤破坏过程中及其后,宜乘胜击,通过增强宿主抗肿瘤免疫应答,进一步破坏残留或复发的肿瘤细胞。这可以通过减轻肿瘤诱导的免疫抑制、增强肿瘤细胞免疫原性或直接激活宿主免疫应答来实现。

      武装OV

      通过基因改造OV使其表达炎性因子,促进局部炎症发展,既可抵消TME的免疫抑制性质,又可以募集和激活效应免疫细胞。

      联合疗法

      1. Plus 化疗

      联合诱导细胞应激或DNA损伤的化合物,如化疗,可以刺激NK细胞活化配体的表达并激发肿瘤ICD,从而增强肿瘤细胞免疫原性。

      2. Plus 免疫检查点抑制剂

      CTLA-4、PD-1/L1抗体可通过改善T细胞功能,恢复抗肿瘤细胞免疫应答,但是目前在患者中的响应率不高。有证据表明,OV联合免疫检查点抑制剂能诱导相对强大的抗原特异性抗肿瘤免疫应答。

      3. Plus CAR-T细胞疗法

      CAR-T细胞能结合肿瘤细胞表面的TAA,诱导抗肿瘤免疫应答,但是目前在实体瘤中疗效不佳。OV与CAR-T联合的临床前研究表明,两种疗法能以独立地/附加地的作用控制肿瘤生长。

      结语

      理论上,OV的抗肿瘤作用可以通过减轻早期免疫应答以允许OV复制、溶瘤和扩散,然后刺激宿主免疫系统以破坏任何残留的肿瘤细胞来化。

      我们对溶瘤病毒的引起的抗病毒/抗肿瘤免疫应答过程的理解仍有待进一步加强,游刃有余地对这其中每一个过程进行把控将会极大地促进溶瘤病毒疗法的发展。(生物谷)

       

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