早读｜病毒还有两副面孔？溶瘤病毒如何成为抗癌战士？

概念

溶瘤病毒

指能够特异性地在肿瘤细胞内复制，并造成细胞裂解，但又不影响正常细胞的病毒。

溶瘤病毒治疗

指在被感染的癌细胞内，利用病毒自我复制来破坏宿主细胞，利用病毒原有的直接杀伤细胞的功效达到治疗的目的。病毒通过劫持细胞的蛋白合成工厂，阻止细胞生产宿主产物，促进细胞生产病毒产物，这也可能是病毒毒性的本质; 而被感染的宿主细胞会裂解，释放出许多具有感染其他细胞能力的子病毒，从而对最初的感染具有放大和传播作用。

简介

呼肠孤病毒 (Reovirus) 

为呼肠孤病毒科环状病毒属, 双链RNA病毒, 无包膜, 双层衣壳, 二十面体, 含10分子dsRNA基因组。可存在于人类呼吸道、胃肠道, 对人类的感染轻微, 通常无症状。Norman等将表达ras丰富的胶质瘤患者的肿瘤细胞移植到免疫缺陷的小鼠身上, 然后将呼肠孤病毒注入肿瘤, 结果发现有65%～80%的小鼠接种的肿瘤减小或消失,进一步研究亦证实它在ras高表达的乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌实验中均得到相似结果。有超过80%的人类肿瘤中都有ras激活或突变, 呼肠孤病毒能专性地在有Ras信号通路激活的细胞内复制, 从而杀伤肿瘤细胞。其极具潜力成为一种非常理想的溶瘤病毒。

新城疫病毒 (Newcastle disease virus, NDV) 

NDV是一种负链RNA病毒, 属副粘病毒科, 无包膜、单链, 结构相对简单, 其复制依赖于辅助病毒 (如腺病毒) 或有特异细胞功能的细胞。多种动物细小病毒能选择性地杀伤转化细胞和肿瘤细胞,在体外和动物实验中均已证实有抗肿瘤作。有研究表明细小病毒H-1感染可促进细胞释放免疫调节信号热休克蛋白HSP72, 调动免疫系统参与杀伤肿瘤细胞。

甲型流感病毒 (Influenza virus A) 

甲型流感病毒是最常见的人类病毒, 其NS1蛋白是毒力因子,  能干扰细胞PKR介导的抗病毒反应, 保护病毒正常复制。当发生基因突变或进行人工重组, NS1缺失的流感病毒不能在正常细胞中复制, 但与其他一些溶瘤病毒一样, 能感染Ras相关的肿瘤细胞, 进行生产性复制, 杀伤肿瘤细胞。

腺病毒 (Adenovirus) 

腺病毒是一种非整合型双链DNA病毒。目前腺病毒的重组技术成熟, 改造的方向主要是通过表达调控基因的启动子、修饰病毒表面蛋白等强化病毒对肿瘤细胞的专一性, 和通过加入功能基因提高病毒溶瘤的效果、刺激免疫系统对肿瘤组织作出反应。腺病毒研究的热点有以Onyx-015为代表的E1B-55KD缺陷型腺病毒, 是目前研究最好、进展最快的溶瘤病毒之一。Onyx-015是腺病毒2型、5型的嵌合体, 利用多数肿瘤细胞都有p53基因突变或p53蛋白无能的特点, 删除人5型腺病毒早期基因转录1B (EIB) 区, 使改造后的Onyx-015可在p53突变或缺失、功能异常的肿瘤细胞内选择性复制。I/II期临床研究表明, 安全性和疗效较好, 成为少数进人Ⅲ期的临床研究的基因治疗药物之一

I型单纯疱疹病毒 (Herpes simplex virus, HSV-I) 

HSV-I是一种嗜神经性的双链DNA病毒, 可引起单纯疱疹的轻微症状,亦可引起致命的病毒性脑炎。Jarnagin WR等研究在溶瘤HSV-I中插入IL-12基因后, 在动物模型中观察到局部INF-γ水平明显提高, 不仅可以杀伤肿瘤细胞, 还能激活免疫系统清除残余的肿瘤组织。Watanabe等发现一种HSV-I突变体, 命名为HF10, 对多种肿瘤细胞具有杀伤力, 临床研究中显示, 该病毒注入乳腺癌、头颈部鳞状细胞癌患者中可有效杀死癌细胞, 而无明显副作用。

作用机制

溶瘤病毒感染瘤细胞后, 首先突破细胞的防御机制并开始复制, 最终导致细胞裂解, 并释放大量子代病毒攻击邻近瘤细胞, 再次复制裂解细胞。

病毒进入肿瘤细胞后导致肿瘤裂解的机制可能通过以下几方面来实现:

病毒直接在肿瘤细胞内复制、包装及释出导致肿瘤细胞的溶解:

病毒在肿瘤细胞内不断增殖占用了宿主细胞的原料、能量和场所, 引起肿瘤细胞被抑制和破坏, 释放的子代病毒又感染邻近的肿瘤细胞, 从而起到连续放大效应, 直到被免疫系统所识别和破坏或病毒缺乏敏感肿瘤细胞才终止。

细胞感染病毒后所引起的机体免疫反应, 包括非特异免疫如肿瘤坏死因子作用和特异免疫:

一方面肿瘤细胞MHC-I类抗原和共刺激信号B7表达不足, 不能产生有效的抗肿瘤免疫应答。病毒表达的抗原诱发MHC-I在被感染的癌细胞表面表达增多。从而诱导抗原特异性细胞毒T淋巴细胞的杀伤能力增强而大量裂解癌细胞;另一方面对细胞因子 (如TNF或IFN) 等引起的免疫反应, 受感染癌细胞的敏感性增强, 受感染细胞的裂解加速;因病毒抗原呈递到肿瘤细胞表面, 发起对病毒特异的免疫反应, 通过对病毒抗原的作用而杀死肿瘤细胞。机体针对呈现在肿瘤细胞表面的病毒抗原的免疫反应, 可以直接转变成为针对肿瘤抗原的反应, 并以此增强抗肿瘤的作用。

破坏宿主的免疫防御机制:

病毒在肿瘤细胞内复制所产生的毒性蛋白颗粒, 如腺病毒E3区基因表达产物的主要功能是破坏宿主的免疫防御机制, 与病毒复制无关。病毒感染的晚期, E3基因编码产物之一腺病毒死亡蛋白 (adenovirus death protein, ADP) 能裂解细胞并释放出子代病毒, 进一步感染细胞, 具有放大效应。Shashkova等报道过表达的腺病毒ADP与INF-α协同作用, 溶瘤腺病毒能提高病毒扩散性和对肿瘤细胞的杀伤力。

增强肿瘤细胞对放疗和化疗的敏感性:

腺病毒E1A基因的产物就是一种强有力的化学致敏剂 (chemosensitizer) , 正常细胞不受E1A的影响, 但在具有p53功能的细胞中, E1A的产物可诱发p53的高水平表达, 并以此增加化疗和放疗对DNA的损伤作用。

转基因表达:

把具有治疗作用的外源基因, 如自杀基因、细胞因子基因和病毒死亡蛋白基因等插入病毒载体, 然后再让重组病毒感染肿瘤细胞并表达所插入的治疗基因, 通过这些基因的表达, 可以发挥肿瘤抑制作用。

总之, 通过对肿瘤病毒的研究, 不仅为我们揭示了癌症的一大病因, 更重要的是加深了人类对癌症这一恶疾的了解。有理由相信, 随着肿瘤病毒研究的不断深入, 将会有更多致癌的病毒将会被发现。

完