文：曼話

溶瘤病毒（oncolytic viruses）是一類能夠優(yōu)先感染和殺死癌細胞的病毒，有潛力改善對免疫療法或化療藥物沒有反應或耐藥的患者的臨床結果。然而，盡管這類抗癌療法已被研究數(shù)十年，迄今為止僅有一款基于單純皰疹病毒1型的溶瘤病毒（T-VEC）獲美國FDA批準上市。瘤內注射的T-VEC在治療黑素色瘤局部病變的患者中顯示了療效，但轉移性黑色素瘤很大程度上對T-VEC耐藥。

在對抗轉移性癌癥方面，溶瘤病毒一直面臨著一個巨大的障礙，即人類的免疫系統(tǒng)。當溶瘤病毒經系統(tǒng)給藥到達血液中后，免疫系統(tǒng)會快速捕獲它們。血液中的天然免疫球蛋白M (IgM)抗體和補體成分會通過調節(jié)、滅活和靶向血源性病毒，使其被先天免疫系統(tǒng)的吞噬細胞降解。

來源：Science Translational Medicine

11月25日，最新發(fā)表在Science Translational Medicine雜志上的一項研究中，來自美國埃默里大學和凱斯西儲大學的一個研究團隊稱已經找到了克服這一障礙的方法[1]。他們通過多重改造，成功使人類腺病毒（human adenovirus, HAdv）不會輕易就被先天免疫系統(tǒng)捕獲，從而使通過系統(tǒng)遞送溶瘤病毒來治療轉移性癌癥成為可能。

人類腺病毒(HAdv) 在感染和殺死各種類型的癌細胞方面非常有效。盡管這些特性使HAdv在用于開發(fā)溶瘤病毒候選療法方面極具吸引力，但系統(tǒng)遞送HAdv可引發(fā)強烈的全身炎癥反應和肝毒性，因此限制了該病毒平臺的臨床應用。研究表明，靜脈注射HAdv-C5血清型后，病毒顆粒會迅速被血液中的凝血因子X (coagulation factor X)調理。雖然凝血因子X與HAdv-C5結合可保護病毒免受補體介導的失活，但兩者的結合促進了有效的肝細胞感染，引發(fā)了肝毒性。此外，凝血因子X與HAdv-C5的結合也增強了先天免疫細胞對病毒的識別，從而促進了全身炎癥的激活。在靜脈輸注后，HAdv顆粒會迅速被吞噬細胞從血液中清除，尤其是肝臟中的Kupffer細胞（位于肝臟中的特殊巨噬細胞）。當被吞噬細胞捕獲時，HAdv通過病毒五鄰體基質蛋白（penton base protein）中的Arg-Gly-Asp (RGD)氨基酸基序與細胞中的β3整合素（β3-containing integrins）相互作用。在高劑量靜脈注射后，這種相互作用會觸發(fā)促炎IL-1α依賴性信號傳導的激活，引發(fā)急性細胞因子風暴。因此，開發(fā)一種安全有效的適合于系統(tǒng)給藥的溶瘤病毒需要多管齊下的方法來調節(jié)病毒與體液因子和組織吞噬細胞的相互作用。

埃默里大學的Dmitry Shayakhmetov博士與凱斯西儲大學的結構生物學家Phoebe Stewart博士已經合作了15年，他們的研究重點就是“改造腺病毒”。2012年，他們的團隊曾在Science雜志上發(fā)表了一篇論文，揭示腺病毒是如何與凝血因子X相互作用的[2]。

在這項新研究中，科學家們報道了一種經過多重改造后依然能夠裝配，且保留著感染和殺傷腫瘤細胞功能的新型腺病毒——Ad5-3M。研究表明，在小鼠模型中，改造后的腺病毒能夠有效抑制腫瘤生長，且未表現(xiàn)出毒性作用。

hexon HVR1和HVR7環(huán)以及五鄰體基質（penton base）RGD環(huán)發(fā)生突變的Ad5-3M病毒的高分辨冷凍電鏡結構（來源：Science Translational Medicine）

具體來說，Shayakhmetov博士及其合作伙伴首先發(fā)現(xiàn)天然IgM抗體是與主要的人類腺病毒HAdv-C5衣殼蛋白hexon的高變區(qū)1 (HVR1)結合?；诖?，利用靶向誘變，研究人員對腺病毒進行了3處修改，獲得了一種改良版的腺病毒——Ad5-3M。Ad5-3M包含3個突變，1個在hexon HVR1環(huán)的突變可阻斷病毒與IgM結合；1個在hexon HVR7環(huán)的突變可使病毒無法與凝血因子X結合，抑制凝血因子X依賴性肝細胞感染；1個penton-整合素重定向突變，使病毒不與巨噬細胞中的β3整合素相互作用，而與存在于上皮腫瘤細胞上的含其它β亞基的整合素結合。

系統(tǒng)遞送后，Ad5-3M病毒能夠逃避肝臟巨噬細胞的捕獲，且不會觸發(fā)肝毒性和炎性細胞因子激活（來源：Science Translational Medicine）

研究首次證實，通過在病毒中的IgM結合位點引入突變能夠修改人類腺病毒(HAdv)與天然IgM的結合。Ad5-3M不僅可抵抗由血液因子導致的失活，避免被捕獲到肝臟巨噬細胞中，且在靜脈給藥后未觸發(fā)肝毒性。此外，Ad5-3M系統(tǒng)給藥可導致病毒在腫瘤細胞中復制。

系統(tǒng)遞送后，Ad5-3M可抑制腫瘤生長，延長攜帶局部或擴散性腫瘤的小鼠的生存（來源：Science Translational Medicine）

抗癌療效評估顯示，高劑量的標準腺病毒被注射到小鼠中會在觸發(fā)肝損傷，且小鼠會在幾天內死亡。相比之下，改良版的腺病毒Ad5-3M能夠清除一些移植了人類肺癌細胞的小鼠身上的擴散性腫瘤。大約35%的動物出現(xiàn)了完全緩解（不再能檢測到腫瘤），且生存期延長。

科學家們認為，以上結果表明，工程改造病毒使之能夠逃避先天免疫系統(tǒng)“攻擊”，有望為開發(fā)對現(xiàn)有治療方式耐藥的人類癌癥的系統(tǒng)遞送病毒療法提供了一種可推廣的方法。

“長期以來，當溶瘤病毒通過靜脈注射遞送時，先天免疫系統(tǒng)都會快速有效地將病毒送到肝臟中。這使得大多數(shù)溶瘤病毒通過瘤內注射直接被遞送到腫瘤中，從而限制了其對轉移性腫瘤的作用。而我們的研究揭示，通過系統(tǒng)遞送足夠高劑量的改良版溶瘤病毒達到抑制腫瘤生長，且不觸發(fā)危及生命的系統(tǒng)性毒性的效果是可能的。” Shayakhmetov博士總結道。

據(jù)悉，Shayakhmetov博士在2016年已經創(chuàng)辦了一家名為AdCure Bio的公司，致力于開發(fā)安全有效的實體瘤溶瘤病毒療法，接下來，其團隊將進一步探索如何提高修改版腺病毒療法的完全緩解率。

專 家 點 評

復諾健 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學家

賈為國博士

研究亮點與不足

最新發(fā)表在Science Translational Medicine雜志上的這項研究的主要創(chuàng)新點是對于常用于溶瘤病毒的5型腺病毒的衣殼(capsid)上的Hexon 和penton蛋白同時做了3處改造，其目的是在3方面降低病毒的非特異性免疫原性：1）取消與IgM 的結合；2）取消與凝血因子X的結合；3）阻止與beta3 integrin結合并轉為與上皮腫瘤細胞高表達的其他integrin結合。這是因為IgM 與腺病毒的結合可能促進了病毒被肝內的kupffer 細胞吞噬，而凝血因子X和beta3 integrin與腺病毒結合介導了該病毒的肝毒性。經過上述改造后的腺病毒hAd5-3M在血液中的滅活率有明顯改善，并且顯示了靜脈注射在免疫缺陷小鼠上對腫瘤細胞株和PDX腫瘤的療效。這個研究似乎較好地解決了腺病毒系統(tǒng)給藥的肝毒性問題。遺憾的是，對于腺病毒的靜脈給藥這些改造可能仍然不夠。首先血液中抗腺病毒抗體的中和作用仍然沒有解決，其次到達腫瘤的腺病毒復制活性是否能夠抵抗其他免疫因素造成的病毒清除（例如T細胞、NK細胞等）還不清楚。該研究用免疫缺陷的荷瘤小鼠證明hAd5-3M 系統(tǒng)給藥的溶瘤活性顯然是不足以說明問題的，他們需要在免疫健全的小鼠或者人源化小鼠的腫瘤模型上才能證明靜脈注射的真正有效性。當然，該研究對腺病毒的衣殼蛋白進行的基因改造，無論在病毒學的基礎研究方面還是溶瘤病毒的應用前景方面都是有重大意義的。

扎根溶瘤病毒多年

溶瘤病毒這類“以毒攻毒”的抗癌療法真正引起科學界的關注是在上世紀90年代初。我在加拿大UBC做博士后研究時，就開始了溶瘤病毒的研究。自1994年發(fā)表了第一篇文章以來，我一直在大學從事溶瘤病毒的研究?；谶@些研究基礎，2015年，我與合作伙伴在加拿大共同成立了專注于溶瘤病毒療法開發(fā)的生物技術公司復諾?。╒iroGin），公司不久前剛剛完成了6000多萬美金的C輪融資。目前，我們的第一個產品VG161在澳大利亞和中國均已進入臨床I期試驗。VG161是以減毒骨架為基礎的HSV-1病毒，攜帶IL12、IL15、IL15 alpha受體亞基，以及PD-L1 阻斷多肽四個基因。公司的第二代產品是基于不減毒的骨架，通過轉錄翻譯雙重調控的方法保障了病毒的腫瘤特異性，在高度安全性的同時，具有很強的溶瘤活性。在這個骨架上，我們的產品管線有攜帶各種外源因子的病毒，未來幾代的產品將在明年陸續(xù)進入臨床階段。

新一代溶瘤病毒開發(fā)

目前，在我看來，溶瘤病毒領域的關鍵障礙并不是靜脈注射。因為其實現(xiàn)有的腫瘤外科和介入影像學技術已經使得瘤內注射在臨床上不是一個主要的障礙了。更重要的是，T-VEC和其他一些正在開展臨床試驗的溶瘤病毒都已經證明，局部病毒注射是可以產生全身效應，造成遠端腫瘤消失的。在此前提下，我認為溶瘤病毒的最終目的是將病毒誘導的機體的抗病毒免疫反應變?yōu)槌志玫目鼓[瘤免疫反應。為了達到這個目的，新一代溶瘤病毒開發(fā)的主要目標是：1）在保證安全的前提下，具有足夠的溶瘤活性，從而能夠釋放足夠多的腫瘤抗原，實現(xiàn)在強烈的免疫激活背景上的抗原擴散（antigen spread），使得機體的免疫系統(tǒng)對腫瘤抗原產生免疫反應；2）溶瘤病毒在瘤內的生存時間不長，因此必須在有限的時間內，在腫瘤內產生一個“微型”的細胞因子風暴，因此攜帶什么樣的外源因子能夠與病毒感染本身誘導產生的多個免疫相關因子起到協(xié)同的作用是需要認真研究的；3）除了放療之外，目前常規(guī)的抗腫瘤方法都是系統(tǒng)給藥的，它們對全身免疫系統(tǒng)的影響是不一樣的。有的可能有助于溶瘤病毒所誘導的抗腫瘤免疫反應，有的則可能會拮抗溶瘤病毒療法。如何將溶瘤病毒所改變的腫瘤微環(huán)境與這些療法有機地結合起來達到最大的療效是一個需要摸索的方向。

未來3-5年展望

總體來說，我認為，溶瘤病毒領域目前處于臨床突破的前夕。從1990年代開始的第一波溶瘤病毒，目前除了T-VEC和中國的H101之外，其它候選療法都在臨床III期以內，少有單藥使用明顯有效的。因此這一代的溶瘤病毒的主要出路在于和其他免疫治療藥物的聯(lián)用。而T-VEC之后的新一代溶瘤病毒在病毒的溶瘤活性，刺激抗腫瘤免疫的能力方面都有了明顯的提高。這一代病毒目前大都剛剛在I期或者II期臨床階段，因此需要待以時日才能見分曉。我樂觀地估計在未來3-5年會有幾個單藥有效率高于T-VEC的新品種脫穎而出。與此同時，溶瘤病毒與其他藥物的聯(lián)用，特別是由于能夠大幅提高免疫哨卡抑制劑的療效，在此方面也將呈現(xiàn)一波熱潮。

參考資料：

1# Svetlana Atasheva et al. Systemic cancer therapy with engineered adenovirus that evades innate immunity. Science Translational Medicine (2020).

2# Konstantin Doronin et al. Coagulation Factor X Activates Innate Immunity to Human Species C Adenovirus. Science(2020).

3# Engineered 'stealth bomber' virus could be new weapon against metastatic cancer（來源：Emory University）

4# Cancer-killing virus escapes immune destruction and fights metastatic lung tumors in mice（來源：FierceBiotech）

來源：醫(yī)藥魔方Pro