以毒攻毒｜聊聊火熱的溶瘤病毒抗癌療法

▉ 溶瘤病毒到底是個啥

首先看一下字面意思，“溶瘤病毒”-可以把腫瘤給“溶”了，意思就是病毒把腫瘤給干掉了，原本“有毒”的病毒，去干掉“有毒”的腫瘤，頗有一種以毒攻毒的意味。其實這里的病毒不是一種特定的病毒，而是可為我們所用的病毒的總稱。A病毒可殺滅腫瘤，B病毒也可殺滅腫瘤。

那么A和B都叫做溶瘤病毒。但是A和B都有相同的特征，即：都傾向于感染腫瘤細胞（注意：也會感染正常細胞，但是毒性相對于腫瘤細胞弱得多）。以前都是用自然界存在的活病毒，比如什么肝炎病毒，烏干達病毒直接上人體試驗，想想還是蠻可怕的。

目前大多數的都是轉基因病毒，比如敲除毒性基因，更安全。比如給病毒加上更加能識別腫瘤的蛋白，更有選擇性。比如給病毒轉入一些能夠刺激機體產生免疫的基因，更加有效。

看下圖，藥學速覽講一下機理：黃顏色的溶瘤病毒可以感染藍色的正常細胞和紫色的腫瘤細胞，但是不會在正常細胞內復制，正常細胞不會被傷害，但是可以選擇性的在腫瘤細胞內復制，最終造成腫瘤細胞裂解，裂解的后果是釋放的病毒再去感染其他的腫瘤細胞，同時裂解的腫瘤碎片（抗原）會引起機體免疫反應，加快對腫瘤的清除。

▉ 溶瘤病毒如火如荼

2015年FDA批準了T-VEC（一種改良型單純孢疹病毒，其失去在正常細胞中的復制能力，而只在癌細胞中大量復制，從而起到殺滅癌細胞的作用。并且在感染癌細胞后能合成并釋放出一種名為人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）的蛋白。這種蛋白能夠重新激發人體的免疫反應，調動免疫系統進一步殺滅其他癌細胞。）作為溶瘤病毒免疫療法來治療癌癥。

如今5年也過去了，我們回頭看，至今還是只有這一種溶瘤病毒免疫療法被FDA批準上市，但是溶瘤病毒的研發依然如火如荼。在這里，我們通過一個圓餅圖觀測目前在研的溶瘤病毒藥物。這個圖來源于OvirusTdb，該網站存儲和管理有關24種病毒，427種細胞系，22種模型生物的信息，并包括5927條溶瘤病毒記錄。

目前在研的溶瘤病毒藥物

我們可以在全球布局上可以看出，腺病毒的研發依舊處于統治地位，單純孢疹病毒和牛孢疹病毒也勢頭正猛，其他種類的病毒也正在布局。

目前的狀況來看，雖然進入三期臨床的溶瘤病毒藥物并不多，而且單藥的給藥方式效果并不好，但是聯藥給藥的方式卻能夠有著良好的效果，比如前幾個月美國希望之城癌癥治療中心通過溶瘤病毒遞送至實體腫瘤表達CD19靶標，聯合CAR-T療法以治療實體瘤。

所以，未來是光明的。（個人認為，這里挖個坑）。今天要給大家介紹的這篇文章發表在《Nature reviews drug discovery》，這篇文章發表在2015年，主要介紹了溶瘤病毒對癌癥治療的機理以及未來開發藥物的可行性，

在這篇文章發表之前，T-VEC還沒有上市（T-VEC于2015年10月27日上市，用于治療黑色素瘤，給藥方式為瘤內注射），但是本文為今后開發溶瘤病毒提供了前瞻性的策略。

▉ 溶瘤病毒抗腫瘤機制介紹

首先，作者提出了至今仍被人欣賞的觀點，溶瘤病毒來介導抗腫瘤活性主要通過兩個方式：1、選擇性在腫瘤細胞內復制，導致腫瘤裂解。2、通過腫瘤細胞的壞死來破壞腫瘤微環境，通過生物體的免疫系統介導，來誘導全身抗腫瘤免疫反應。

下面我們簡要介紹一下溶瘤病毒的病毒學特性，眾所周知，病毒簡單的可以分為RNA病毒和DNA病毒，文章通過兩張簡單的圖表向我們展示了目前能夠開發成溶瘤病毒的病毒。

從這里我們可以看出，腺病毒屬于雙鏈DNA病毒，他的復制大部分在宿主的細胞核內，他的病毒體幾乎是裸露的，所以我們可以在這里得出，腺病毒的改造可能比其他的病毒體被蛋白質衣殼包裹的病毒容易許多，這應該也是為什么腺病毒在研究中廣受青睞的一些原因。

由于RNA病毒的變異較為廣泛，而且對抗病毒藥物基本沒有響應，所以其體內毒性很難預測，導致開發較為緩慢。

接下來，我們來聊一聊關于溶瘤病毒的免疫機制。在談免疫機制之前，我們先需要明白Cell antiviral response elements（細胞抗病毒反應元素），我這里把element翻譯成元素，其實也就是細胞內外各種受體、因子來觸發抗病毒反應的。

這些靶點、受體、因子包括：PKR（蛋白激酶R）、TLRs（Toll樣受體）、RIG-1（維甲酸誘導基因1）, danger-associated molecular pattern signals(DAMPs)、heat shock proteins(HSPs), pathogen-associated molecular patterns(PAMPs)。關于這些受體靶點以及細胞因子的各自作用可以查閱相關文獻。

下面我們就開始重磅部分了！坐好小板凳。

溶瘤病毒利用癌癥免疫逃逸的途徑

這段文字可能有些枯燥，覺得太枯燥可直接跳至下一段科普版。

病毒感染后，大多數正常細胞會激活抗病毒途徑，從而遏制病毒感染。可以通過激活Toll樣受體（TLR）的病毒病原體相關分子模式（PAMP）或通過視黃酸誘導基因1（RIG-1）檢測病毒核酸來觸發抗病毒機制。

一旦檢測到病毒，通過多個I型干擾素（IFN）元件（Janus激酶（JAK），信號轉導和轉錄激活因子（STAT）和干擾素調節因子9（IRF9））的信號級聯會導致程序化的轉錄途徑限制了病毒的傳播，并且可以使感染的細胞進行凋亡或壞死。

由對病毒感染的先天免疫應答誘導的局部IFN產生也可能通過IFN受體（IFNR）促進抗病毒活性。TLR通過髓樣分化初級反應蛋白MYD88，含TIR域的銜接子誘導IFNβ（TRIF），IRF7，IRF3和核因子-κB（NF-κB）發出信號，從而誘導促炎性細胞因子和I型IFN的產生。

I型IFN通過JAK–STAT信號通路進行信號傳導，從而導致細胞周期調節劑（例如蛋白激酶R（PKR）和IRF7）的上調，它們通過與病毒顆粒結合并觸發I型IFN轉錄途徑來限制病毒的傳播，促進感染細胞的流產凋亡和細胞因子的產生，從而提醒免疫系統存在病毒感染。

然而，在癌細胞中，該過程被破壞。癌細胞可能會下調先天信號通路中的關鍵信號成分，包括RIG-1，IRF7和IRF3。這限制了通過TLR和RIG-1對病毒顆粒的檢測，從而使癌細胞更易于病毒復制。此外，癌細胞可能下調I型IFN信號通路的關鍵組成部分，從而限制I型IFN的促凋亡和細胞周期調控作用。

科普版

看完這一段話，如果不太了解信號通路的人，估計會徹底懵逼了，如果把所有的信號通路都看懂，幾天是不能完成的事情，其實只要把病毒在細胞中做了些啥搞懂就行了啊！

其實整個原理很簡單，介紹一下：病毒找到了正常細胞，悄摸摸的進去了，細胞覺得不對，自己不是那么回事兒了，感覺有東西搞進來了啊，完事啟動TLR和RIG-1去找病毒，找到后JAK-STAT通路開始干活了，通過這個通路形成自身的程序化轉錄，不讓病毒用自身的模板，

完事兒如果還沒防住病毒，咋辦，自己整死自己也不能讓病毒活著再繁殖——啟動自身凋亡，完事還產生細胞因子，提醒周圍免疫環境，進來病毒了哈，注意點，加緊巡邏。

但是對于癌細胞來說，癌細胞還忙著繁殖呢，顧得上你這小東西呢么，所以他下調了JAT-STAT信號通路，下調了TLR和RIG-1，這些因子都被下調了，那病毒的復制和繁殖受到的限制就少多了啊，病毒一看，這地方好啊，繁殖復制都這么舒服，擱這呆著好啊，所以病毒在腫瘤部位存留較多。

但是溶瘤病毒怎么能夠根除體內的腫瘤呢？這個問題要回到咱們開頭說的了，在開頭我們講過，溶瘤病毒介導抗腫瘤活性的第二個方法：通過腫瘤細胞的壞死來破壞腫瘤微環境，通過生物體的免疫系統介導，來誘導全身抗腫瘤免疫反應。

當腫瘤細胞被溶瘤病毒“融化”掉以后，我們可以看到因為腫瘤細胞不是啟動程序化凋亡死掉的，而是壞死死掉的，所以在死掉的過程中還會釋放細胞因子或者產生與腫瘤相關的抗原來促進適應性免疫活動。

病毒天然誘導宿主抗病毒免疫反應的能力可能會通過中和抗病毒抗體和/或細胞毒性T細胞介導的免疫反應來清除病毒。病毒中和影響腫瘤免疫誘導的程度是復雜的，并且可能受許多變量影響，最顯著的是病毒和腫瘤微環境的特征。

但是溶瘤病毒發揮作用也有諸多限制，比如基質細胞（例如與癌癥相關的成纖維細胞）可能被溶瘤病毒感染，但不允許病毒復制。因此，成纖維細胞成為了充當溶瘤病毒的誘餌庫，減少傳染性病毒粒子向癌細胞的傳遞。

另一種機制是癌細胞對凋亡的敏感性，這可能是由病毒感染或其他因素引起的。如果細胞凋亡速度過快，這將減少病毒復制和繁殖的時間，并減少腫瘤中活性病毒的量，最終限制腫瘤內活性劑量。

溶瘤病毒誘導局部和全身抗腫瘤免疫

這段要邊看上圖邊讀文字

溶瘤病毒的治療功效取決于直接的癌細胞裂解作用和抗腫瘤免疫應答的間接激活作用。溶瘤病毒感染后，癌細胞會發起由內質網（ER）和遺傳毒性應激組成的抗病毒反應。這種反應導致活性氧（ROS）的上調和抗病毒細胞因子產生的開始。

ROS和細胞因子，特別是I型干擾素（IFN），從被感染的癌細胞中釋放出來并刺激免疫細胞（抗原呈遞細胞，CD8 + T細胞和自然殺傷（NK）細胞）。隨后，溶瘤病毒引起溶瘤，釋放病毒后代，病原體相關分子模式（PAMP），危險相關分子模式信號（DAMPs）和腫瘤相關抗原（TAA），包括新抗原。

病毒后代的釋放傳播了溶瘤病毒的感染。PAMP（由病毒顆粒組成）和DAMP（由宿主細胞蛋白組成）通過觸發諸如Toll樣受體（TLR）的激活受體來刺激免疫系統。

在由此產生的免疫刺激環境中，TAA和新抗原被抗原呈遞細胞釋放并吸收。這些事件共同導致針對病毒感染的癌細胞的免疫反應的產生，以及針對未感染癌細胞上展示的TAA /新抗原的從頭免疫反應。

▉ 溶瘤病毒成藥策略介紹

溶瘤病毒靶向癌細胞的策略

1：溶瘤病毒對癌細胞異常表達的細胞表面蛋白具有天然趨向性（tropism）。對于這種情況，我們直接通過病毒對不同類型的癌細胞的選擇使用不同類型的病毒作為載體即可。

2：設計為直接靶向癌細胞表達的獨特細胞表面受體。腺病毒Ad5/3-Δ24，其經過修飾可與在卵巢癌細胞上高表達的整聯蛋白結合。在經過修飾以后在高表達特定的信號使其對癌細胞表面的受體高度親和，從而做到靶向癌細胞。

不同病毒進入癌癥細胞的方式

減輕病毒的發病機理

因為溶瘤病毒療法作為活病毒給藥，導致機體發生免疫原性反應與個人的免疫系統相關，可能會產生不同的效果，雖然臨床試驗中很少有報道嚴重的不良事件，但是以活病毒給藥還是要重視其風險性。

工程化減毒溶瘤病毒的一個例子是基于HSV-1的T-VEC。已知HSV-1會引起神經毒力和潛伏感染。毒性由病毒基因產物ICP34.5介導。ICP34.5在T?VEC中被刪除，這意味著它不應在神經元內生長或介導潛伏感染。迄今為止，還沒有任何關于T-VEC或其他減毒HSV-1載體潛在感染的報道。

增加抗腫瘤的免疫原性（最大程度刺激機體對腫瘤的免疫反應）

例如，促炎性細胞因子和/或T細胞共刺激分子的病毒表達可以增強抗腫瘤免疫反應。對于諸如HSV-1，腺病毒和牛痘病毒等病毒，已經很好地描述了這種策略。小鼠HSV-1研究表明，只有將GM-CSF（一種促進樹突狀細胞蓄積和成熟的細胞因子）設計到病毒基因組中，才能排斥對側未注射的腫瘤。

▉ 總結

溶瘤病毒在某些方面與標準藥物不同。它們是活病毒，經臨床給藥后會繁殖。這可能導致有效劑量可變。目前，關于將病毒劑量與體內復制潛力和治療反應相關的數據很少。在相關的臨床前模型和臨床試驗中，有關病毒復制和臨床反應的進一步研究對于建立安全有效的劑量指導方針很重要。

溶瘤病毒不會因細胞代謝或與循環蛋白結合而被清除；相反，它們會遭受宿主抗病毒免疫反應。在這方面，需要考慮多個因素，包括預先存在的中和抗體滴度，病毒特異性記憶T細胞反應，通過血凝素結合而使某些病毒喪失能力的可能性以及某些病毒逃避免疫檢測的先天能力。

此外，許多腫瘤微環境具有高度的免疫抑制作用，這可能會限制宿主的免疫反應。進一步研究評估既存的抗病毒免疫力和誘導針對病毒載體和腫瘤相關抗原的治療后免疫應答的方法，對于更好地了解癌癥患者溶瘤病毒如何清除和控制的動態將是重要的。

參考文獻：

https://www.nature.com/articles/nrd4663

注：封面圖片來源于http://www.mittrchina.com/news/4371

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