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热点追踪——溶瘤病毒的现在与未来时间:2018-05-30

5月2日制药巨头强生宣布,斥资10亿美元收购致力于溶瘤病毒免疫疗法研究的BeneVir Biopharm公司,让溶瘤病毒再次高调引起公众关注。在此我们结合近日Nature Review - cancer上发表的Oncolytic viruses as engineering platforms for combinationimmunotherapy》研究综述,小编带你窥探溶瘤病毒现今的重要地位以及未来可发挥出的无限潜力。


近期,免疫检查点抑制剂,T细胞治疗和癌症疫苗在临床上均取得了巨大的成功;目前,设计合理的联合治疗策略显得尤为重要,这可以提高疗效,使更多的病人受益。如在转移性黑色素瘤中,联合用药PD1和CTLA4,患者响应率提升了两倍。但一方面由于肿瘤的异质性,需要设计多种联合用药方案,这也使药物毒性和治疗费用翻倍。

溶瘤病毒(OVs)为此类问题提供了很好的解决方案,其可以被设计只在肿瘤中复制并杀死肿瘤细胞,同时激活自身的抗肿瘤免疫系统。在这篇综述中,作者综合分析并讨论了溶瘤病毒作为“免疫修饰平台”的前景,使病毒自身表达免疫检查点抑制剂、肿瘤抗原、细胞因子和T细胞衔接器;克服T细胞免疫肿瘤细胞的屏障,作为抗癌过程中的新协同机制。


溶瘤病毒(OVs)

OVs可以被改造或筛选,使其选择性的在癌细胞中扩增并杀死癌细胞。Ovs可在人体系统内或原位感染、转移,因此其可以在原位和迁移肿瘤位点发挥作用。目前多种OV靶向策略已被深入的研究,一个普遍的设计原则是删除病毒的毒性因子基因,通过应用癌细胞中畸变的信号通路,使其不能在正常细胞中复制,而在癌细胞中保持复制和杀伤活力。目前,已经被很好建立起来的是WNT信号通路基因,如RAS,TP53,RB1,PTEN等;还与一些其它的肿瘤相关基因和信号通路,如哺乳动物细胞中的关键性病毒防御,是由干扰素和细胞因子介导,但癌细胞使这一通路失效,这就给病毒在癌细胞中复制繁殖提供了自由的空间。被修饰的弹状病毒VSV、Maraba就是依赖这类通路的典型代表。FDA批准的第一个溶瘤病毒药物Imlygic,来源于HSV-1病毒,其被改造删除了ICP34.5和ICP47两个基因,前者会抑制细胞蛋白的翻译,后者会抑制抗原递呈。目前处于临床3期的Pexa-Vec,删除了胸腺甘酸激酶基因,使其只能在高激酶活性的细胞中复制,如肝癌。


作为免疫疗法的溶瘤病毒

OVs可以进行单剂治疗,也可联合其他免疫疗法,使机体免疫偏向于抗肿瘤而非抗病毒自身。因为与肿瘤抗原相比,MHC与病毒抗原的亲和力更高,而且在OVs治疗方案中,弹状病毒引发的免疫更倾向于免疫病毒而非癌细胞,但是研究发现,使用表达TAAs(肿瘤抗原相关蛋白)的复制缺陷型溶瘤病毒进行预处理,可以很好的解决这一问题,使免疫系统倾向于抗肿瘤。


溶瘤病毒发挥免疫作用可通过4步来阐述,1、T细胞装填;2、T细胞运输和浸润;3、规避免疫抑制;4、交战肿瘤细胞。

第一步:T细胞装填

任何的T细胞应答,首先需要将肿瘤特意性抗原递呈到含有同源TCR的T细胞,这一过程需要APCs(抗原递呈细胞)的参与。在癌症位点APC功能常常被破坏,无法递呈TAAs。如肿瘤固有的β-catenin致癌信号通路,就会抑制APCs的在肿瘤部位的募集。

使用OVs作为原位疫苗,OVs可以杀死肿瘤细胞,释放细胞内的TAAs、PAMPs和DAMPs。而且OV可以感染APCs,促进其功能成熟,并导致1型干扰素应答反应。这些炎症和抗原刺激物导致了肿瘤特异性免疫应答

第二步:T细胞运输和浸润

一旦被募集,T细胞必须运输和浸润到肿瘤位点。在人类肿瘤中与T细胞浸润相关的趋化因子有CXCL9、CXCL10、CXCL11。有研究表明,这些因子的表达水平与瘤内T细胞数量和病人的生存期有着强相关性。使用OVs促使瘤内浸润,OVs可以通过多种方式促进T细胞在肿瘤中的浸润。

首先,它可以引起1型干扰素应答,刺激T细胞募集趋化因子的产生。最近Samson等人发现了使溶瘤病毒递送到脑瘤的“窗口期”,突破了血脑屏障,调了免疫细胞趋化因子并促进了T细胞在脑瘤中的浸润。


第二,溶瘤病毒可以诱导炎症刺激因子如TNF、IL-1β等,反过来上调内皮细胞的选择素表达,促进T细胞浸润。

第三,OVs可以被设计,在具有免疫抑制性信号通路的肿瘤细胞中生长,反转信号通路成为促炎媒介。如在肿瘤固有的WNT-β-catenin信号通路有免疫抑制效应,多种OVs已经被设计出来去激活β-catenin信号通路,调节转录,且这一通路不会促发抗病毒免疫。

第四:OVs可以被设计编码T细胞趋化因子,提供了一个直接的方案解决肿瘤细胞中基因和表观层面上的相关基因的缺陷。

一旦免疫细胞到达TME(肿瘤微环境),他们必须要克服机体细胞和细胞外基质(ECM)组成的复杂网络。OVs可以吸引中性粒细胞,后者可通过炎症因子和宿主激酶导致肿瘤微环境的改变。为了增强这个效果,OVs可以被设计表达ECM编辑器。Ilkow等人的研究表明,在癌症驱使的TGF-β影响下,肿瘤抗病毒基因表达受损,VSV可以选择性的在癌症相关纤母细胞(CAFs)中复制并杀死细胞。由于CAFs是肿瘤结缔组织,肿瘤免疫抑制的基质成分,所以这表明通过OVs可以促进T细胞的浸润。

第三步:规避免疫抑制

浸润到肿瘤中的T细胞仍然需要和肿瘤微环境中(TME)的免疫抑制细胞及其他抑制因子战斗。典型的抑制包括肿瘤相关的巨噬细胞(TAMs)和MDSCs,两者可以分泌强有力的免疫抑制因子,如IL-10,TGF-β,IDO和精氨酸酶。这些因子抑制了大多重要的免疫过程,包括树突状细胞成熟,抗原递呈,炎症因子合成与细胞溶解因子功能。OVs可以中和免疫抑制效果,通过诱导强力的促炎T helper 1(TH1)细胞极化免疫应答,显著的改变TME。这种由OV感染引起的TME重置,包含了许多促炎因子的诱导。而且据前人总结,OV可以复制并杀死免疫抑制细胞,如上述提到的VSV摧毁CAF。OVs也可以反转免疫抑制细胞成为促炎细胞状态(如使用小儿麻痹细胞感染巨噬细胞)。

利用OVS让惰性肿瘤再次对免疫检查点敏感

人类演化出免疫检查点网络来限制免疫诱导的病理反应,可能尤其针对病毒感染。因此,在OV介导的溶瘤过程中,干扰素产物和募集的T细胞最终会靶向免疫检查点抑制剂,限制炎症反应。因此在OVs的使用过程中引入免疫检查点抑制剂(ICIs,如PD1、CTLA4)能够显著的提升效果,延长病人的生存期。之前的研究表明,即使病人在治疗前有着低水平的免疫细胞浸润和阴性IFNγ信号,也能很好的对OVs联合ICIs治疗产生很好的应答,这表明OV治疗使免疫惰性细胞对免疫检查点敏感。同时,联合治疗的毒性较低,与单试剂治疗方案相当。

使用OVs递送免疫检查点抑制剂

在迁移性黑色素瘤中,联合PD1和CTLA4可以增加疗效,但毒性也倍增。解决这一问题的一个策略是在OVs中编码ICIs,减少了联合治疗的需求。利用牛痘病毒骨架,Kleinpeter及同事发现,肿瘤细胞和微环境中的其他组分被感染后,可以复制生产经改造后表达PD1的病毒,疗效好于两者的单独治疗。目前的挑战是确定OV可以到达每个解剖学意义上的位点,行使功能。

第四步:交战肿瘤细胞

免疫治疗成功的最后一步是T细胞识别、交战并溶解肿瘤细胞。为了避免被识别,肿瘤细胞会下调一些组分,包括下调抗原形成和递呈通路,如TAP1、LMP2、LMP7和tap相关蛋白。肿瘤细胞也会通过β2微管蛋白或单个MHC等位基因的缺失,下调1型MHC。而OV可以反转这些效果。如通过诱导1型白介素,reovirus可以增加1、2型MHC在肿瘤细胞和APCs中的表达。即使是在抗原递呈基因缺陷型细胞中,OVs也可以增加NK细胞和中性粒细胞的浸润,两者可分别通过抗原和MHC机制来杀死肿瘤细胞。


未来展望

  • OVs和T细胞免疫治疗

目前,市面上有多种过继性免疫T细胞治疗(ACT)产品,治疗过程为从患者体内取出T细胞进行改造扩增,回输到病人体内。低分化的细胞使最理想的选择,但是在体外扩增时往往会导致T细胞的终端分化,目前有团队在研究可保护T细胞不分化的方式。然而,比较现实的方案应该是想办法攻克T细胞发挥作用时遇到的各种屏障。OVs可以调节免疫系统和肿瘤微环境,使ACT疗法中的T细胞能够更好增值,持续的在体内运输并发挥作用。在一些临床前和临床研究中,OVs联合ACT治疗,只需要更少的T细胞却能更有效的发挥作用。同时OVs不仅可作为辅剂,同时可以导致TAAs的释放,引起更全面的T细胞应答。

  • 构建更好的OVS

为了更好的实现上述潜在的OVs策略,需要提高目前OVs的系统递送能力,以及增加其在TME的传播和持久性。另一方面,更好的理解我们的免疫系统与病毒病原和肿瘤的反应机制,可以让我们更好的设计多种抗肿瘤OV载体。另外,我们需要评估实现不同免疫治疗效果的最适OV平台。如溶瘤病毒疫苗策略中,选用基因组简单能够促炎反应的病毒更好,能够迅速的在TME和第二淋巴组织中传播并发挥作用;但相反的,如果将OV作为载体来递送免疫分子到TME,更复杂和低复制水平的病毒更好。为更好的实现OVs潜在的潜在功能,OVs也需要设计去调节转录基因的时空表达。如当大量的OV感染和传播过程完成后再表达ICIs、BiTEs、MiTes,可以避免不成熟的免疫应答我们相信随着基因改造技术的发展,溶瘤病毒的靶向性和特异性将进一步提高,安全性也将更有保证,其必将给肿瘤的治疗带来新的希望!


参考文献: 

1. Oncolytic viruses as engineering platforms for combination immunotherapy,Nature Reviews Cancer (2018)doi:10.1038/s41568-018-0009-4


本文转自复百澳生物

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