抗腫瘤病毒在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

杜 娟，王愛紅，史海燕，王逢會(huì)，趙菊梅

(延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室，陜西 延安 716000)

癌癥細(xì)胞不僅能夠通過微環(huán)境pH值、離子濃度、蛋白種類和含量的改變抵制機(jī)體免疫系統(tǒng)的殺傷作用，還能夠通過細(xì)胞的無限增殖、侵襲和遷移導(dǎo)致人體器官的衰竭，是嚴(yán)重威脅人類生命健康的一類疾病。2018年全球癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：世界范圍內(nèi)每年約有1.81億例新增癌癥患者，每年因癌癥死亡的人數(shù)約為950萬例，2030年世界范圍內(nèi)癌癥患者的人數(shù)預(yù)計(jì)達(dá)2100萬例[1]，探尋有效的癌癥治療已是刻不容緩。

腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制復(fù)雜，與個(gè)體遺傳背景、機(jī)體免疫功能、機(jī)體所接觸的生物、物理和化學(xué)因子等多種因素相關(guān)。在生物因素中，病毒分子具有“致癌”和“治癌”雙重作用。自1964年皰疹病毒(EBV)被證明能夠誘導(dǎo)人腫瘤的形成以來，研究者通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，包括EBV，人乳頭瘤病毒(HPV)、I型人嗜T淋巴細(xì)胞白血病病毒(HTLV-1)、人乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(HCV)和卡波濟(jì)肉瘤相關(guān)皰疹病毒(KSHV)和多瘤病毒在內(nèi)的7種病毒與癌癥的發(fā)生相關(guān)[2]。病毒分子的致瘤作用已經(jīng)被科學(xué)證實(shí)[3]。然而，1912年，宮頸癌患者注射狂犬病疫苗后其腫瘤組織有所消退使人們意識(shí)到病毒具有潛在的抗腫瘤作用。之后，隨著研究的進(jìn)行，人們發(fā)現(xiàn)部分病毒能夠特異結(jié)合并裂解腫瘤細(xì)胞，是潛在的腫瘤治療藥物。而繼2004年Rigvir在拉維托亞被批準(zhǔn)用于黑色素瘤治療以來，2006年我國(guó)批準(zhǔn)了E1B-55K基因缺陷型腺病毒H101用于鱗狀細(xì)胞癌頭頸癌的治療，2015年美國(guó)FDA和歐洲EMA又批準(zhǔn)了I型單純皰疹病毒(HSV-1)改造病毒T-VEC在晚期黑色素瘤治療中的應(yīng)用[4]，這些結(jié)果為病毒用于臨床腫瘤奠定了基礎(chǔ)。為全面了解抗腫瘤病毒及其在腫瘤治療中的作用，本文就目前抗腫瘤病毒的作用機(jī)制及其在腫瘤治療中的應(yīng)用作一綜述。

1 抗腫瘤病毒及其抗腫瘤作用機(jī)制

1.1 抗腫瘤病毒的種類

抗腫瘤病毒又稱溶瘤病毒，是天然存在的或經(jīng)人工改造的能夠感染癌細(xì)胞并對(duì)其進(jìn)行生長(zhǎng)抑制和殺傷，而對(duì)正常細(xì)胞無殺傷作用的病毒分子。自1904年流感病毒感染引起慢性白血病患者白細(xì)胞數(shù)減少、病情好轉(zhuǎn)以來，目前人們已發(fā)現(xiàn)包括腺病毒科(腺病毒)、彈狀病毒科(水泡口炎病毒，馬拉巴病毒)，小RNA病毒科(脊髓灰質(zhì)病毒、柯薩奇病毒)、痘病毒科(粘液瘤病毒，痘苗病毒)、正黏液病毒科(M1病毒)，副黏液病毒科(新城疫病毒、麻疹病毒)、皰疹病毒科(單純皰疹病毒)、細(xì)小病毒科(細(xì)胞病毒H1)，呼腸病毒科(呼腸病毒)和逆轉(zhuǎn)錄病毒科(1型人嗜T-淋巴病毒)在內(nèi)的10個(gè)病毒科中有抗腫瘤病毒的存在。作為病毒分子，抗腫瘤病毒具有潛在的感染性、毒性和致病性，同時(shí)因病毒種類的不同，抗腫瘤病毒靶向腫瘤細(xì)胞的能力也存在差異，在病毒靶向腫瘤裂解的過程中也可引起一定的毒副作用。為進(jìn)一步提高抗腫瘤病毒的靶向腫瘤治療作用，目前多采用基因工程手段對(duì)病毒分子進(jìn)行改造以降低其毒性、增加其靶向殺傷腫瘤細(xì)胞的作用和多腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。

1.2 抗腫瘤病毒靶向殺傷腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)制

1.2.1 抗腫瘤病毒利用腫瘤細(xì)胞基因的異常表達(dá)靶向結(jié)合并殺傷腫瘤細(xì)胞 抗腫瘤病毒在感染宿主細(xì)胞時(shí)具有一定的選擇性——能夠靶向結(jié)合腫瘤細(xì)胞，對(duì)正常宿主細(xì)胞無感染性或感染性較低。在抗腫瘤病毒作用機(jī)制研究過程中，已有結(jié)果顯示，天然抗腫瘤病毒的靶向腫瘤作用與腫瘤細(xì)胞的異常基因表達(dá)相關(guān)(腫瘤細(xì)胞形成過程中生長(zhǎng)抑制、凋亡和免疫調(diào)節(jié)相關(guān)基因和信號(hào)通路被異常關(guān)閉，細(xì)胞增殖、侵襲和遷移相關(guān)基因和信號(hào)通路被異常激活，基因表達(dá)譜與正常細(xì)胞相比存在較大差異)——抗腫瘤病毒主要通過異常基因表達(dá)選擇性地結(jié)合感染腫瘤細(xì)胞。如已有研究顯示：腸孤病毒能夠靶向表皮生長(zhǎng)因子受體異常高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞[5]，新城疫病毒能夠靶向干擾素缺陷型腫瘤細(xì)胞[6]，塞卡病毒可特異感染SOX2異常表達(dá)的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞[7]，而流感病毒M1能夠特異結(jié)合鋅指抗病毒蛋白低表達(dá)的腫瘤細(xì)胞[8]。

腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞相比，除其基因結(jié)構(gòu)存在變異外，細(xì)胞所處微環(huán)境也與正常細(xì)胞不同——腫瘤細(xì)胞為滿足快速生長(zhǎng)、侵襲和遷移的特性會(huì)降低細(xì)胞粘附相關(guān)蛋白的表達(dá)，增加低氧誘導(dǎo)因子、蛋白水解酶和生長(zhǎng)因子的分泌?；谀[瘤細(xì)胞微環(huán)境的改變，在用基因工程修飾或改造抗腫瘤病毒時(shí)，通常會(huì)利用腫瘤細(xì)胞微環(huán)境的不同增加抗腫瘤病毒對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向結(jié)合作用。如Post等[9]通過基因重組構(gòu)建了依賴于低氧誘導(dǎo)因子進(jìn)行復(fù)制的靶向低氧微環(huán)境的抗腫瘤病毒，該病毒對(duì)生長(zhǎng)于非低氧環(huán)境的缺乏低氧誘導(dǎo)因子的正常細(xì)胞無影響，但能夠靶向結(jié)合生長(zhǎng)于低氧環(huán)境中的腫瘤細(xì)胞。抗腫瘤病毒的靶向腫瘤結(jié)合作用使其能夠特異性的感染并在腫瘤細(xì)胞中生長(zhǎng)、復(fù)制，最終通過其溶瘤作用直接殺傷腫瘤細(xì)胞。

1.2.2 抗腫瘤病毒通過免疫激活間接殺傷腫瘤細(xì)胞 腫瘤細(xì)胞是機(jī)體正常細(xì)胞異常增殖形成的能夠自我更新、逃避機(jī)體免疫監(jiān)視的“永生”細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞在形成過程中可通過降低免疫原性、抗原內(nèi)化或變異、免疫抑制分子的產(chǎn)生、誘導(dǎo)免疫耐受和改變微環(huán)境抑制免疫細(xì)胞識(shí)別等方式逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視?？鼓[瘤病毒的靶向腫瘤細(xì)胞殺傷作用一方面可使腫瘤細(xì)胞特異性抗原被釋放入血激活機(jī)體免疫系統(tǒng)的“靶向”抗腫瘤作用，另一方面，抗腫瘤病毒作為外源生物分子在腫瘤細(xì)胞中進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖也可形成宿主特異識(shí)別的抗原分子，誘導(dǎo)宿主免疫系統(tǒng)靶向攻擊抗腫瘤病毒感染的腫瘤細(xì)胞而發(fā)揮殺傷作用。即，抗腫瘤病毒能夠通過腫瘤及自身特異性抗原的釋放激活機(jī)體免疫系統(tǒng)間接發(fā)揮腫瘤殺傷作用[8]。

1.2.3 抗腫瘤病毒通過其它方式發(fā)揮抗腫瘤作用 腫瘤細(xì)胞具有血管侵襲作用。在抗腫瘤病毒研究過程中，已有研究顯示：水泡口炎病毒對(duì)機(jī)體正常血管無影響，但能夠破壞結(jié)腸癌腫瘤血管系統(tǒng)[10]，使結(jié)腸癌組織外緣血液凝固，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡[11]。這一結(jié)果提示抗腫瘤病毒可能通過限制腫瘤內(nèi)部細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡。

2 抗腫瘤病毒的臨床應(yīng)用

2.1 抗腫瘤病毒作為藥物在腫瘤治療中的應(yīng)用

抗腫瘤病毒的靶向腫瘤殺傷作用使其能夠直接用于臨床腫瘤的治療。2015年，Amgen 公司Talimogene Laherparepvec ( T-VEC，又稱為Imlygic)，即 表達(dá)人粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子( GM-CSF)的HSV-1的活病毒顆粒，被美國(guó)FDA批準(zhǔn)可用于臨床腫瘤治療，這使得病毒分子作為抗腫瘤藥物用于臨床腫瘤治療有了重大突破[4]。目前，以cancer和oncolytic virus為關(guān)鍵詞在美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書館(U.S. national library of medicine)對(duì)現(xiàn)有登記注冊(cè)的臨床實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行搜索即可查詢到90項(xiàng)(其中有9項(xiàng)研究退出、終止或結(jié)束，其它81項(xiàng)為正在進(jìn)行的研究)抗腫瘤病毒用于腫瘤治療的臨床研究(https://clinicaltrials.gov/ct2/results?cond=cancer&term=Oncolytic+virus&cntry=&state=&city=&dist=)。

2.2 抗腫瘤病毒作為藥物載體在腫瘤治療中的應(yīng)用

腫瘤化療藥物常具有殺傷作用強(qiáng)、靶向作用弱的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)腫瘤治療藥物相比，抗腫瘤病毒具有較強(qiáng)的靶向性，能夠特異性結(jié)合并作用于腫瘤細(xì)胞的特點(diǎn)。然而，作為病毒分子，抗腫瘤病毒具潛在的感染性和毒性，用抗腫瘤病毒進(jìn)行臨床疾病的治療具有潛在的風(fēng)險(xiǎn)。如果能剔除病毒的感染性和毒性，利用抗腫瘤病毒的靶向結(jié)合作用將傳統(tǒng)藥物靶向運(yùn)輸至腫瘤細(xì)胞則可在降低抗腫瘤病毒利用風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)提高傳統(tǒng)藥物的抗腫瘤效果。目前，隨著基因分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用剔除核酸成分的抗腫瘤病毒外殼包裝腫瘤殺傷藥物已被用于臨床腫瘤藥物的運(yùn)輸中。如我國(guó)廈門大學(xué)研究人員已利用基因工程技術(shù)將功能性多肽與病毒蛋白納米空殼組裝，用于化療藥物阿霉素的靶向腫瘤運(yùn)輸[12]。

2.3 抗腫瘤病毒作為輔助因子在腫瘤治療中的應(yīng)用

免疫檢查點(diǎn)阻斷劑是近年來被證明能夠有效作用于與實(shí)體瘤的腫瘤治療藥物。然而，因免疫檢查點(diǎn)阻斷劑對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用依賴于腫瘤組織內(nèi)浸潤(rùn)性T細(xì)胞的數(shù)量，而腫瘤細(xì)胞微環(huán)境中的高鉀離子濃度又能抑制T細(xì)胞的分化成熟和功能發(fā)揮，使得阻斷劑不能有效發(fā)揮作用?？鼓[瘤病毒的靶向腫瘤結(jié)合特性、病原性和溶瘤作用使其一方面能夠靶向裂解腫瘤細(xì)胞釋放腫瘤細(xì)胞抗原，增強(qiáng)T細(xì)胞的殺傷作用，另一方面，還能作為抗原誘導(dǎo)宿主針對(duì)病毒靶向腫瘤細(xì)胞的免疫反應(yīng)，對(duì)增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)阻斷劑依賴型T細(xì)胞浸潤(rùn)缺陷類腫瘤的治療具有重要意義，可作為腫瘤免疫治療的輔助因子[13]。目前，已有報(bào)道顯示抗腫瘤病毒聯(lián)合PD-1治療腫瘤的效果較PD-1或Ipilimumab單獨(dú)治療腫瘤的效果好[14]?？鼓[瘤病毒輔助或聯(lián)合其它藥物治療已成為病毒治療腫瘤的趨勢(shì)[15]。

3 抗腫瘤病毒在臨床腫瘤治療應(yīng)用中可能存在的問題

3.1 安全性問題

目前，除偶爾報(bào)告的死亡病例外還未見實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示抗腫瘤病毒具有安全性問題。然而，作為病毒分子，抗腫瘤病毒在臨床腫瘤治療中可能具有以下風(fēng)險(xiǎn)：①脫靶效應(yīng)：抗腫瘤病毒具有特異性結(jié)合腫瘤細(xì)胞的作用，然而，隨著遺傳操作技術(shù)的進(jìn)行，基因工程改變可能使抗腫瘤病毒具有脫靶風(fēng)險(xiǎn)。②毒性和副反應(yīng)：抗腫瘤病毒本身可能存在一定的毒性或副反應(yīng)，并且隨著其在宿主內(nèi)的復(fù)制、增殖，抗腫瘤病毒可發(fā)生突變、進(jìn)化和重組產(chǎn)生毒性相關(guān)產(chǎn)物引起副反應(yīng)。

3.2 用藥劑量和給藥途徑問題

與常規(guī)藥物不同，抗腫瘤病毒進(jìn)入機(jī)體后，一方面，其作為病原體可能引起機(jī)體的抗病毒殺傷作用而引起其實(shí)際作用濃度降低，另一方面，抗腫瘤病毒在體內(nèi)能夠復(fù)制、增殖，可能提高其實(shí)際作用濃度，并且，不同個(gè)體對(duì)于抗腫瘤病毒的耐受性可能存在差異。為此，明確抗腫瘤病毒的實(shí)際作用濃度較普通藥物困難。

另外，不同給藥途徑可能對(duì)抗腫瘤病毒功能發(fā)揮及作用結(jié)果產(chǎn)生影響。如瘤內(nèi)注射可增強(qiáng)抗腫瘤病毒的靶向腫瘤作用效果，降低其副反應(yīng)發(fā)生的概率。血液、腹腔注射或口服則可因機(jī)體免疫功能的差異影響抗腫瘤病毒的作用效果，或引起其它副反應(yīng)。故臨床治療過程中對(duì)抗腫瘤病毒給藥途徑的選擇具有重要意義。

3.3 臨床監(jiān)測(cè)問題

作為病毒分子，抗腫瘤病毒在機(jī)體內(nèi)的代謝有別與傳統(tǒng)藥物——除腫瘤殺傷作用外可能引起其它機(jī)體反應(yīng)，如免疫反應(yīng)。因此，為明確其臨床治療效果，應(yīng)對(duì)其藥代動(dòng)力學(xué)、藥效學(xué)和生物標(biāo)志物進(jìn)行研究，制定針對(duì)性更強(qiáng)的臨床治療及預(yù)后檢測(cè)指標(biāo)。

4 結(jié)語

抗腫瘤病毒具有腫瘤靶向結(jié)合作用，能夠激活宿主免疫系統(tǒng)、溶解腫瘤細(xì)胞并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞抗原釋放的作用，是較為理想的腫瘤藥物運(yùn)輸體和免疫治療促進(jìn)劑，具有較好的臨床應(yīng)用前景。然而，作為生物因素，抗腫瘤病毒又存在藥物劑量控制難、藥物代謝途徑復(fù)雜難控等特點(diǎn)，這無疑又限制了抗腫瘤病毒在臨床腫瘤治療中的應(yīng)用。目前，隨著多種抗腫瘤病毒的發(fā)現(xiàn)及基因工程技術(shù)的改進(jìn)，抗腫瘤病毒與抗腫瘤藥物，如免疫制劑和化療藥物的聯(lián)合使用可能成為抗腫瘤病毒用于臨床腫瘤治療的主要方式。