溶瘤病毒能怎样协助免疫疗法?
肿瘤免疫疗法近年来取得显著进步,改观了多种肿瘤的治疗,不过免疫疗法应用受有效人群不够广泛等瓶颈限制。为了让免疫疗法发挥出更大潜力,学界一直致力于寻找免疫疗法的得力帮手,组成有效的组合治疗,诸多候选帮手中,溶瘤病毒最为引人注目。一篇综述对溶瘤病毒在免疫组合疗法中的应用前景等进行了阐释。(Nat Rev Cancer. 2018 Jul;18(7):419-432. doi: 10.1038/s41568-018-0009-4)
溶瘤病毒与常见靶向机理
溶瘤病毒是一类能有效感染并消灭肿瘤细胞的病毒。基于病毒的特性,溶瘤病毒疗法既可以全身应用也可局部应用,针对原发病灶和转移灶进行治疗。当肿瘤细胞在病毒的感染下破裂死亡时,新生成的病毒颗粒被释放,进一步感染周围的肿瘤细胞。不仅能对肿瘤进行直接杀伤,还有望刺激人体免疫反应,增强抗肿瘤治疗效果。
对肿瘤的特异性靶向是研发中的一大重点,目的是让溶瘤病毒有效地针对肿瘤细胞。有趣的是,肿瘤天生就很适合成为溶瘤病毒的攻击对象——当诸如RAS、TP53、RB1以及PTEN等基因变异后,肿瘤细胞的抗病毒感染能力变弱,这给了溶瘤病毒以可乘之机。
针对肿瘤细胞的这些弱点,研究者已经开发出多种能有效靶向肿瘤的病毒。譬如,水疱性口炎病毒(VSV)和马拉巴病毒(Maraba virus, MG1)等。经过改造的弹状病毒(rhabdoviruses)能依赖干扰素信号通路的缺陷,特异性地靶向肿瘤细胞。而首款获得美国FDA批准治疗黑色素瘤的溶瘤病毒,是由单纯疱疹病毒(HSV-1)改造而来。这些病毒的设计均与免疫反应有关。
另一些溶瘤病毒则能额外针对恶性肿瘤的代谢异常。比如pexastimogene devacirepvec(Pexa-Vec)自身带有一个缺陷的胸苷激酶基因,只能在具有过量胸苷激酶活性的肿瘤细胞中复制。此外,这款病毒中的B18R基因带有一个提前的终止密码子,让它的编码蛋白不容易被干扰素识别和结合。这些特性让此类病毒能有效地针对肿瘤细胞,而对正常细胞的影响被降至最低。
溶瘤病毒与免疫疗法
综述作者指出,T细胞想要触发成功的抗肿瘤反应,必须经历四个关键步骤。而溶瘤病毒能在这四个步骤中对T细胞进行协助。
T细胞致敏(T cell priming)
T细胞反应的启动,离不开对特定抗原表位的识别,而这一复杂过程离不开抗原呈递细胞。在肿瘤中,抗原呈递的过程往往受到负面影响。而溶瘤病毒可实现类似“疫苗”的作用,促进肿瘤相关抗原的呈递与识别。
局部的溶瘤病毒治疗,可通过裂解肿瘤细胞,释放大量肿瘤相关抗原,并创造一个亲免疫的细胞因子环境,便于抗原呈递细胞实现功能。这一设想已在不少实验中得到验证。一些研究者发现,脊髓灰质炎病毒(poliovirus)与弹状病毒的嵌合能导致肿瘤抗原的释放,并催生I类干扰素反应。这些刺激最终会诱导肿瘤特异的T细胞群体增生。
研究者指出,这一方法的优点在于,我们不需要对肿瘤相关抗原有事先的了解,不失为一种简便的个体化疫苗开发手段。但也要注意,此类方法未必能诱导足够的T细胞反应。研究者认为,在溶瘤病毒中加入肿瘤相关病毒载体,或能提高效果。
移动与浸润(trafficking and infiltration)
循环中的T细胞能移动到肿瘤位点进行浸润,对患者的预后有重要作用。溶瘤病毒的使用,有望增强T细胞对肿瘤的浸润,背后有多种潜在机制。
首先,病毒感染能激发潜在的I类干扰素反应,刺激趋化因子生成,从而募集T细胞。在动物模型中,无论是腺病毒、HSV-1、牛痘病毒、还是新城疫病毒(Newcastle disease virus),均能有效地增加T细胞的浸润。
此外,在临床试验中,也证实溶瘤病毒能在黑色素瘤与其他晚期肿瘤中,提高T细胞的浸润。而对于脑部肿瘤,也在一些研究中观察到有积极成效。
其次,溶瘤病毒能诱发TNF、IL-1β以及补体反应,上调内皮细胞上选择素表达,为T细胞的浸润提供关键信号。
第三,溶瘤病毒通过改造,有望针对特定的致癌信号通路。WNT-β-catenin通路具有免疫抑制的效果,且能抑制细胞的抗病毒反应。通过改造,不少溶瘤病毒能被β-catenin信号通路激活,促进肿瘤特异的病毒复制与抗肿瘤效果。
第四,溶瘤病毒能编码T细胞趋化剂,有望直接招募T细胞,而不必担心肿瘤环境中的趋化因子表达缺陷。
研究者指出,溶瘤病毒也能协助克服组织结构上的障碍,进一步帮助T细胞浸润。比如能吸引嗜中性粒细胞在肿瘤微环境中释放炎症介质(inflammatory mediators)以及带有细胞毒性和细胞外基质(ECM)降解属性的蛋白酶。
规避免疫抑制(circumventing immune suppression)
即便T细胞成功在溶瘤内取得了浸润,依旧不代表它们就能有效对肿瘤展开攻击。研究者指出,在进入到肿瘤后,T细胞依然需要克服环境中具有免疫抑制性的分子,如IL-10、TGF β、以及IDO。
在这方面,溶瘤病毒有望诱导促炎性辅助T细胞1(pro-inflammatory T helper 1),从而改变抑制性的肿瘤微环境。此外,它也有望直接杀死免疫抑制性的细胞。
其中,最受人关注的一点可能就是溶瘤病毒可将“冷肿瘤”变成“热肿瘤”。在一项研究中,研究者先移除了三阴性乳腺癌患者的肿瘤,并在原位植入了次代肿瘤。后续发现,溶瘤病毒的使用让T细胞对肿瘤抗原产生了反应,且能防止肿瘤复发。免疫检查点抑制剂的使用,还能进一步增强治疗的效果。其他的一些临床前试验也证实了溶瘤病毒与免疫检查点抑制剂联用的潜力。
在临床试验中,这一潜力再次得到验证。无论是PD-1抑制剂,还是CTLA4抑制剂,在与talimogene laherparepvec联用的情况下,均能提高患者CD8与CD4阳性T细胞的数量,提示可能带来了全身性的免疫效应。
尽管这项试验尚处于Ⅰ期,但针对晚期黑色素瘤的总体缓解率达到62%,完全缓解率达到33%。此外,免疫细胞浸润性低的患者,也同样取得了良好的效果,表明在溶瘤病毒的作用下,“冷肿瘤”对免疫检查点抑制剂产生了响应。这篇发表在《细胞》上的研究因此引起广泛关注。
除了让肿瘤从“冷”变“热”外,现有的一些研究也在尝试用溶瘤病毒递送免疫检查点抑制剂的做法。这一做法需要在溶瘤病毒中编码免疫检查点抑制剂,从而避免联合疗法带来的毒性。另外,溶瘤病毒对肿瘤细胞的特异性,能更有的放矢地在正确的地点释放药物。目前,已经有两项研究进行了初步尝试。不过,这一想法在技术与机制上还有不少问题有待解决。
肿瘤细胞参与(engagement of tumour cells)
成功的免疫疗法最后一步,在于T细胞对肿瘤细胞的识别、结合、以及攻击。为了躲避T细胞的识别,肿瘤细胞下调参与抗原呈递的通路和I类MHC。而溶瘤病毒有望对其进行一定程度的逆转。如呼肠孤病毒(reovirus)可增加Ⅰ类MHC与/或Ⅱ类MHC在肿瘤细胞与抗原呈递细胞上的表达。被HSV感染的肿瘤细胞能促进树突状细胞的成熟与Ⅱ类MHC的表达。
研究者指出,溶瘤病毒有望用一种全新的方法,促进T细胞与肿瘤细胞的结合。目前,有一类叫做双特异性T细胞结合子(BiTE)的分子,能结合CD3等激活T细胞的分子,可结合肿瘤细胞表面的抗原靶点。这类创新疗法在血液系统肿瘤的治疗中取得积极成果,但在实体瘤中的应用却可能受肿瘤微环境和/或脱靶副作用的限制。编码BiTE的溶瘤病毒有望解决这些瓶颈。
在一项早期研究中,一款能直接结合EPHA2与CD3的BiTE被整合进溶瘤病毒,能在肿瘤细胞处释放BiTE,对未被病毒感染的肿瘤细胞也产生杀伤作用。另一项研究里,结合EpCAM与CD3的BiTE也能在组织活检样本中激活T细胞。
溶瘤病毒疗法的未来
该综述最后指出了溶瘤病毒的两个潜在发展方向。其一是与T细胞疗法结合,协助T细胞在局部肿瘤微环境中的增殖、移动、实现疗效。其二是通过对免疫机制的进一步了解,开发出更好的溶瘤病毒,进一步拓展其潜力。
溶瘤病毒的发展充满机遇。应将其与现有疗法进行结合,利用前者对免疫反应的影响,对肿瘤残余病灶进行有效的清除。随着免疫系统抗肿瘤机制的不断阐明,溶瘤病毒有望为免疫疗法提供一个重要的推动。
(编译 孙轶男)