Trends in Cancer: 基于溶瘤病毒的癌症免疫治疗的新兴领域

背景：

    溶瘤病毒(OVs)为传统疗法耐药的癌症患者提供了新的和有前景的治疗选择。天然或基因修饰的OVs是多方面的肿瘤杀手。它们直接溶解肿瘤细胞，同时保留正常细胞，并通过释放抗原和激活肿瘤微环境中的炎症反应间接增强抗肿瘤免疫。然而，OVs对肿瘤的穿透性有限、持续时间短、宿主抗病毒免疫应答等局限性阻碍了溶瘤病毒疗法向临床的广泛转化。如果能够克服这些挑战，OVs +免疫检查点阻断(ICB)、嵌合抗原受体(CAR) T细胞或CAR自然杀伤(NK)细胞等联合疗法可能会为临床提供强大的治疗平台。

简介：

2022年11月17日，来自美国洛杉矶希望之城国家医疗中心血液与造血细胞移植科的Jianhua Yu教授课题组在Trends in Cancer（IF: 19.1）杂志上发表题为“The emerging field of oncolytic virus-based cancer immunotherapy”的文章^[1]。作者综述了在癌症治疗中介导免疫治疗的OVs，无论是单药治疗还是与其他策略联合治疗。当OVs与ICBs、化疗药物或其他策略联合应用时，实验模型的生存结局通常得到改善。在临床阶段，OVs越来越被认为是治疗各种晚期肿瘤的有前景的工具，联合治疗迄今未产生其他的可观察到的毒性。

主要结果：

用于癌症治疗的OVs概述。

病毒被用作诱导细胞死亡和/或功能障碍的实验制剂已有100多年的历史。20世纪90年代，研究人员提出了一个假设:病毒可以被用来特异性地杀死肿瘤细胞吗?因此，溶瘤病毒(OVs)得以鉴定。OVs是一种抗肿瘤药物，可选择性地在肿瘤细胞中复制，并被认为可诱导溶解和免疫原性肿瘤细胞死亡。OV疗法和基因疗法的主要区别在于后者使用的载体经过改造，使其缺乏在受感染细胞中复制的能力。OVs主要有两类:天然存在的病毒和转基因病毒。自然存在的OVs包括麻疹病毒(MV)、新城疫病毒(NDV)和呼肠孤病毒(NDV)，这些病毒的原生形式已被用于研究和临床试验。为了开发基因修饰的OVs，去除一些毒力基因以减弱病毒，或将转基因插入病毒基因组以提高抗肿瘤免疫。

将OVs作为单药治疗或与其他策略联合使用得到了临床前和临床研究的支持。OV的治疗效果取决于宿主抗病毒反应和OV诱导的抗肿瘤免疫之间的平衡，但影响这种平衡的生物学机制尚不清楚。

图1：溶瘤病毒(OVs)在肿瘤细胞中选择性复制

溶瘤病毒疗法的作用机制。

直接溶瘤活性，即直接溶解肿瘤细胞，是OVs杀伤肿瘤的初始机制。然而，OVs也可以通过间接诱导全身抗肿瘤免疫发挥作用。OV感染的肿瘤细胞释放肿瘤抗原并激活炎症反应，从而对抗肿瘤诱导的免疫抑制和逃避。

肿瘤选择性感染、复制和溶瘤。

若干因素驱动溶瘤病毒治疗中的肿瘤选择性第一种是通过病毒特异性受体进入细胞。肿瘤上SLAM/CD150和CD46受体的表达介导溶瘤MV特异性识别修饰或突变病毒表面蛋白以识别肿瘤特异性细胞受体可增强OVs进入肿瘤细胞的能力。将OV重新靶向到包括表皮生长因子受体(EGFR)在内的肿瘤相关受体上有助于OV的有效感染，从而改善病毒复制。

第二，肿瘤细胞比正常静止细胞分裂更快，代谢更高。因此，OVs利用肿瘤细胞遗传机制进行复制是有利的。通过删除非必需的病毒毒力基因和插入肿瘤特异性启动子或联合microRNAs来工程OV增强了OV在肿瘤中的复制。

第三，肿瘤细胞的免疫反应功能失调。抗病毒I型干扰素(IFN)信号传导的缺陷可阻断病毒清除。然而，健康细胞，包括免疫细胞和非免疫细胞，产生IFN元件[例如Janus激酶(JAK)/信号转导和转录激活因子(STAT)]，诱导程序性转录通路，从而限制病毒复制。因此，OVs不会损害健康细胞。肿瘤细胞溶解后，OVs向周围扩散，放大溶瘤作用。OV选择性裂解潜能取决于病毒类型、剂量、自然或诱导的病毒嗜性，以及肿瘤细胞对各种形式的细胞死亡(如凋亡、坏死、焦亡和自噬)的易感性。然而，过度增强的溶瘤潜能可能增加正常健康细胞发生脱靶和非预期毒性作用的风险。

诱导全身抗肿瘤反应。

病毒复制后，OVs诱导的肿瘤细胞免疫原性死亡(以释放危险相关分子模式信号(DAMPs)和肿瘤相关抗原(TAAs)为特征)可直接清除存活的肿瘤，并为全身免疫应答奠定基础。全身固有和肿瘤特异性适应性抗肿瘤反应的诱导进一步根除肿瘤细胞。固有免疫系统的激活可能是OVs的阻碍和帮助。它能减少病毒的持久性，但对产生记忆免疫细胞是必需的。溶瘤细胞死亡后，受感染的肿瘤细胞释放TAAs，促进适应性免疫应答，以清除未注射或未暴露于病毒的远处部位的肿瘤。此外，它们还可以释放细胞因子[如I型IFNs、肿瘤坏死因子α (TNF-α)和白细胞介素-12 (IL-12)]、细胞DAMPs和病毒病原体相关分子模式(PAMPs)，促进抗原呈递细胞(APCs)的成熟，从而激活抗原和/或病毒特异性CD8⁺ T细胞应答。初始CD8⁺ T细胞一旦被激活，就会成为细胞毒性效应细胞，并转运到肿瘤部位，介导抗肿瘤免疫。

图2：溶瘤病毒(OVs)增强免疫应答

将免疫“冷”肿瘤微环境重塑为“热”环境。

TME是癌变和非癌变细胞成分发展的复杂生态位，根据促炎细胞因子的产生和免疫细胞浸润水平，它可以被定义为免疫“冷”或“热”。“冷”TME的典型特征是炎症免疫细胞少，局部免疫抑制，预后差，对免疫治疗反应不足。相比之下，“热”TME与活化免疫细胞的较高应答率相关，免疫系统更容易识别和攻击OV感染的肿瘤。基于OV的免疫疗法通过杀死肿瘤细胞、释放抗原和招募固有效应细胞到肿瘤部位，将免疫原性“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤。然而，在极少数情况下，基于OV的免疫治疗也可产生过度炎症并导致不良免疫事件，如自身免疫性疾病，可能损害组织或器官。在接受表达B7.1的痘苗病毒(VACV)的12例黑色素瘤患者中，有2例出现白癜风。

将OVs与免疫检查点阻断剂(ICBs)相结合的疗法取得了令人印象深刻的临床疗效。在T-VEC联合抗程序性细胞死亡蛋白1 (PD-1)抗体(帕博利珠单抗)的1b期临床试验中，转移性黑色素瘤患者的总缓解率和完全缓解率分别为62%和33%。

图3：溶瘤病毒(OVs)对肿瘤免疫微环境的从“冷”到“热”的重构

工程创新溶瘤病毒的策略。

产生减毒的OVs。

大多数临床相关的OVs使用减毒载体或天然存在的毒性较低的病毒变体，以预防急性和长期毒性。T-VEC是一种以HSV-1为基础的减毒病毒。HSV-1基因产物ICP34.5可阻止非分裂细胞内I型IFN应答并拮抗蛋白激酶R信号通路，从而引起神经毒力和潜伏感染。由于ICP34.5在T-VEC中缺失，病毒无法在神经元内生长或介导潜伏感染。H101是一种E1B缺失的腺病毒(Ad)，已在中国被批准用于鼻咽肿瘤患者。在一项纳入160名晚期头颈部或食管鳞状细胞癌参与者的随机3期试验中，接受顺铂/5-氟尿嘧啶(5-FU)和H101治疗的患者的缓解率为78.8%，而仅接受顺铂/5-FU治疗的患者的缓解率为39.6%。对胶质母细胞瘤(GBM)的溶瘤NDV-PV701治疗是自然存在的特定病毒的毒性较低变体的另一个示例。

用转基因武装OVs。

OV携带外源转基因的能力使其成为临床开发的有吸引力的载体。Ad基因组相对容易修改，可以插入高达10 kb的转基因，而不会破坏病毒的感染能力。HSV基因组为转基因插入提供了充足的空间(约25kb)。因此，许多oAd和oHSVs已被设计用于表达TAAs[如人类黑色素瘤相关抗原A3 (MAGE-A3/癌胚抗原(CEA)]、免疫激活分子(如CD40L/4- 1bbl)和免疫抗抑制分子[如抗PD-1/细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (CTLA-4)/CD47]，以治疗各种癌症。

用细胞因子/趋化因子武装OVs。

细胞因子是一大类可溶性蛋白、肽或糖蛋白，通过控制增殖、分化、生存和效应功能来调节固有和适应性免疫系统。趋化因子是细胞因子中最大的亚家族，对免疫细胞具有趋化作用。然而，在临床中，超生理剂量的细胞因子/趋化因子的全身给药往往是有毒的。

相比之下，表达细胞因子或趋化因子的OVs更安全，因为病毒载量和细胞因子浓度均可通过局部注射控制。含有细胞因子或趋化因子的OVs在临床前研究和临床试验中显示出潜在的抗肿瘤特性。携带IL-12的oHSV (oHSV-IL-12)可显著提高TME中IL-12水平，并诱导效应T细胞、NK细胞和APCs向肿瘤浸润，从而增强抗肿瘤疗效。临床前已证明oHSV- il -12单药或联合治疗的安全性。

图4：溶瘤病毒(OVs)作为肿瘤联合治疗的基础

递送溶瘤病毒的投药途径。

    递送OVs的合适给药途径对以OVs为基础的癌症免疫治疗的成功至关重要。OVs局部注射到单个肿瘤部位，如瘤内给药(IT)，可以直接靶向肿瘤局部。然而，其在转移性肿瘤中的应用有限。全身注射(如静脉给药)在逻辑上简单，并且对转移病灶有效，但OVs在到达肿瘤之前在循环系统中很快被清除。细胞载体，包括转化的肿瘤细胞、免疫细胞和干细胞，已被用作OVs的全身递送载体。腹腔内给药(IP)、皮下给药(SC)、颅内给药(IC)、肌内给药(IM)、鼻内给药、膀胱内给药(IVE)、雾化给药和吸入给药均在临床前和临床中使用。在临床前研究中，选择一种递送方法主要取决于研究项目的目的。在临床环境中，必须优先考虑安全性。

结论和展望：

对免疫系统、病毒病原体和肿瘤细胞之间的分子相互作用的深入了解将有助于我们设计更好的抗肿瘤OVs。为给定的免疫治疗作用选择最合适的OV载体也是重要的。例如，HSV、Ads和VACV等病毒复制较慢，因此可以维持转基因生产，它们可以可靠地将免疫调节剂递送到TME中，并将“冷的”免疫抑制TME变为“热的”炎性TME。随着OV的进展，需要进一步研究以最大限度地降低抗病毒活性，同时最大限度地提高抗肿瘤活性。这反过来应该有助于设计更有效和更安全的联合疗法。

综上所述，基于OV的病毒治疗是一种新兴的癌症免疫治疗形式。其成功面临的挑战包括但不限于OV持久性不足、TME中病毒复制和传播有限、单药治疗的疗效低以及全身性治疗的安全性。因此，深入了解OVs、免疫细胞、肿瘤细胞和TME其他组成部分之间的相互作用，可能有助于开发更多创新性的OVs，最终改善患者的临床结局。

原文链接：

https://www.cell.com/trends/cancer/fulltext/S2405-8033(22)00223-0?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2405803322002230%3Fshowall%3Dtrue

参考文献：

[1] Ma R, Li Z, Chiocca EA, Caligiuri MA, Yu J. The emerging field of oncolytic virus-based cancer immunotherapy. Trends Cancer. 2022 Nov 17:S2405-8033(22)00223-0. doi: 10.1016/j.trecan.2022.10.003. Epub ahead of print. PMID: 36402738.

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