头条腮腺炎病毒抗肿瘤作用机制研究

时间:2016-11-25 1:53:09 来源:慢性腮腺炎

本文作者为浙江大医院儿童保健部韩婷和赵正言,本文已经发表在《儿科学大查房》年第十二期。

综述目的肿瘤是导致人类死亡的重要疾病之一。据世界卫生组织(WHO)统计,癌症是各类疾病死亡的首要原因。溶瘤病毒可靶向性杀伤肿瘤细胞而不对正常细胞产生杀伤作用。近几年已开发出十余种溶瘤病毒。现对腮腺炎病毒发展及其抗肿瘤机制,以及其在肿瘤治疗中的研究现状进行综述,为溶瘤病毒应用于肿瘤治疗提供新的启示。

综述方法对近期与腮腺炎病毒抗肿瘤机制相关的文献进行检索与回顾,结合国内外相关研究,总结腮腺炎病毒的可能抗肿瘤机制。

最新进展溶瘤作用主要表现为两方面。一方面,溶瘤病毒复制增殖导致靶细胞裂解破坏,或结合其他诸如导入相关治疗基因以期提高肿瘤细胞对放射治疗和化学治疗(放化疗)的敏感性等。另一方面可通过调节免疫反应间接增强抗肿瘤效应,包括病毒(如病毒溶瘤疫苗)诱导的抗肿瘤免疫及肿瘤相关多克隆抗体的合成等。

总结腮腺炎病毒是一类很有前景的溶瘤病毒,本研究探讨了其抗肿瘤的可能机制,为日后病毒溶瘤治疗提供了新的思路。

引言

据统计,约15%的人类肿瘤的发生与病毒感染相关[1-5]。一些病毒可通过表达蛋白或携带遗传调控元件,干扰正常细胞的生长周期,导致细胞转化和肿瘤发生;另一方面,许多病毒又可特异性地感染肿瘤细胞并在细胞内复制,杀伤肿瘤细胞,这类病毒被称为溶瘤病毒(oncolyticvirus,OV)。20世纪初,患有恶性肿瘤的患者接种狂犬病疫苗后肿瘤消退,人们首次认识到可以使用病毒治疗肿瘤[6]。到了20年代,有研究者通过动物实验证实,病毒具有感染肿瘤细胞及溶解小鼠实体肿瘤的能力[7]。年,美国国立癌症研究所使用不同血清型的野生型腺病毒(adenovirus)治疗宫颈癌患者,治疗组有半数以上患者的肿瘤消退,并且野生型腺病毒无明显毒性;而接受灭活病毒治疗的对照组患者未产生任何治疗反应[8]。90年代,一些科学家制备病毒治疗性肿瘤裂解物疫苗(viraloncolysatesvaccines,VOV),用于治疗肿瘤。Cassel等[8]和Sinkovics等[9]分别用NDV73T株、甲型流感病毒PR8感染自体或异体肿瘤细胞,经溶解后制成疫苗,用于治疗宫颈癌。后来德州大学安德森癌症中心(MDAnderson)使用PR8的VOV治疗妇产科恶性肿瘤,效果良好[9]。目前,关于腺病毒(ONYX-、CV、CV)、单纯疱疹病毒(G、NV)、新城疫病毒(PV)等溶瘤病毒的抗肿瘤研究已进入临床试验阶段[10-14]。本文主要就腮腺炎病毒(mumpsvirus,MuV)的发展与抗肿瘤机制及临床治疗肿瘤的现状进行综述。

概述

MuV属于副黏病毒科(Paramyxoviride)MuV属,是引起腮腺炎的病原体,腮腺炎好发于儿童和青少年,临床以腮腺非化脓性肿胀、疼痛伴发热为主要症状。MuV基因组为不分节段的单链(负链)核糖核酸,含有大约个核苷酸,在两端序列之间按3c-NP-P-M-F-SH-HN-L-5c的顺序排列着编码7种病毒蛋白的基因。其中,SH基因的变异程度是最大的,因此一般选SH基因作为分型依据。

另外,MuV和鸡新城域疫病毒(NDV)同是副黏病毒科MuV属成员,两者的诸多生物学特征相似。近年的实验证明,NDV能选择性地杀伤人和动物的肿瘤细胞,如人宫颈癌(KB8-5-11)、人成神经纤维瘤(IMR32)、人膀胱癌(HCU29T)、人Wilm肿瘤(WilmG)和人骨肉瘤(KHOS)细胞等,而对正常人的细胞无明显影响[15]。NDV减毒疫苗株在体内外均对肿瘤具有较强的抑制作用[16]。同属副黏病毒科的麻疹病毒也被认为具有潜在的治疗肿瘤能力。另据最新报告,麻疹疫苗可治疗癌症,这是首次将一种现有的病毒减毒活疫苗作为抗癌剂[17]。70年代初,Asada[18]使用mMuV野生分离株治疗90例晚期肿瘤患者,其中79例获得好和非常好的疗效,而且未造成病毒感染[18]。另据报告,MuV对兔胶质瘤有溶解作用[19]。

腮腺炎病毒抗肿瘤机制

一般来说,溶瘤病毒治疗(oncolyticviraltherapy)分为两个方面。一方面包括直接的溶瘤病毒复制增殖导致靶细胞裂解破坏,或结合其他诸如导入相关治疗基因以期提高肿瘤细胞对放射治疗和化学治疗(放化疗)的敏感性等。另一方面可通过调节免疫反应间接增强抗肿瘤效应,包括病毒诱导的抗肿瘤免疫(如病毒溶瘤疫苗)及肿瘤相关多克隆抗体诱导的抗肿瘤免疫等。但机体的免疫反应始终是一柄双刃剑,既可通过诱导T细胞反应对抗肿瘤抗原,从而增强病毒的抗肿瘤效应,又可阻碍病毒在体内的增殖和扩散,从而减弱以至抵消病毒的抗肿瘤效应。因此,如何增强其溶瘤作用及通过机体的免疫反应增强其抗肿瘤效应,减弱与消除其对抗病毒的作用,是科学家们考虑与研究的重点之一。

直接溶瘤作用

病毒在增殖过程中可阻断宿主细胞核酸和蛋白质的合成,使细胞的新陈代谢功能紊乱,最终导致细胞病变或死亡。另外,病毒感染还常引起细胞溶酶体膜的通透性增加,使其中的水解酶得以释放,进而引起细胞自溶。病毒可随着子代病毒的不断产生继续感染临近细胞,并通过复制过程不断放大破坏细胞作用,直到特异性免疫的建立或易感细胞的缺乏,这种放大作用才会受到抑制。MuVS79在HeLa、SPC-A1、ACHN和HT细胞中的增殖能力远大于在几种正常细胞中[20]。SPC-A1是肺部肿瘤患者的上皮样细胞,MuV在其中的增殖滴度为×PFU/mL,而其在正常人胚肺细胞中几乎不能增殖。MuVS79在肿瘤细胞中的增殖能力远大于在正常细胞中,其引起肿瘤细胞凋亡的原因可能包括:

①病毒选择性进入细胞。MuV侵入宿主细胞的分子机制:MuV表面黏附的糖蛋白(HN)特异性识别细胞表面唾液酸受体,同时激活F融合蛋白,进而促使细胞膜发生融合,HN既促进F蛋白融合,又使肿瘤细胞唾液酸受体含量增加,这是病毒选择性进入细胞的机制之一;

②MuV作用于肿瘤细胞特定表面受体和信号传递途径,引起核染色体断裂,对肿瘤细胞产生细胞毒作用,致使肿瘤细胞发生凋亡;

③正常细胞与肿瘤细胞存在某些基因表达上的差异,一些肿瘤细胞ras癌基因处于不正常激活状态。当某些病毒感染正常细胞时,病毒早期基因转录可激活双链RNA进而激活蛋白激酶(PKR),PKR可抑制其他病毒基因的转录,使病毒不能有效复制,而当细胞中ras癌基因处于激活状态时可抑制PKR,因而有些病毒仅能在ras癌基因激活的肿瘤细胞中增殖。有研究者在所研究的4株肿瘤细胞中发现,人成纤维肉瘤(HT)细胞表达N-ras[21]。Lorence等[21]发现,转染N-ras癌基因的具有致癌性的HT细胞对NDV的敏感性比不表达N-ras的正常成纤维细胞高多倍。另一项研究表明[22],将流行性腮腺炎的活病毒注入癌症患者静脉内可使肿瘤缩小,对晚期癌症有一定效果。最初考虑这一疗法是在年流行性腮腺炎大暴发时,医护人员观察到患腮腺炎成人病例几乎全部并发睾丸炎,于是考虑MuV容易侵犯发育分裂旺盛的细胞,对癌细胞也许有感受性。在给恶性肿瘤患者引用患腮腺炎儿童的唾液后,观察到患者恢复强健而无任何不良反应;约8年前,此观察结果被带到大阪大学微生物研究所。该研究所以制造流感活疫苗同样的方法制造弱毒腮腺炎疫苗,获得成功。经过多次动物实验,去年9月开始应用于临床。予在东大阪中央病院住院的53例癌症患者注射弱毒腮腺炎疫苗,静脉注射10~30mL,分3次,每日1次,连续注射3d,多数患者在1~2d内出血症状消失,2~3d后腹水开始减少,胃癌患者27例中的7例,直肠癌9例中2例,卵巢癌3例中2例,共53例中14例的治疗效果明显。在国立大阪病院,12例患者中的7例亦获得一定治疗效果。注射病毒后2h,25%的患者发热,但未见其他明显不良反应。

机体免疫反应的抗肿瘤作用

作为病原体,MuV像其他病毒一样,也能发出“危险”信号而激活天然免疫系统:①活化补体的级联反应;②激活巨噬细胞;③招募激活自然杀伤(NK)细胞、CD4+CD11c-DC前体细胞、γδT细胞;④产生各种细胞因子。最终激活机体获得性免疫,产生抗原特异性的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)和B细胞(产生中和抗体)。也有一些研究显示,机体的针对肿瘤细胞表面病毒抗原的免疫反应可以直接转变成为针对肿瘤抗原的反应,抗肿瘤作用以此增强[23]。Toda等[24]在同一只小鼠的左右两腹侧接种结肠癌细胞,在左侧的瘤体内注射MuV,右侧不作处理作为对照。发现左侧肿瘤很快消退,而对照侧肿瘤同样很快消退,并进一步检测到小鼠体内存在针对结肠癌细胞表面特异抗原的CD8+的CTL,研究者认为这可能是由抗病毒免疫向抗肿瘤特异性免疫转变所致。但是,溶瘤病毒也会产生多种分子而抑制天然免疫和获得性免疫应答,进而逃逸宿主免疫应答的清除作用[25]:①抑制能导致炎症反应活化的“危险信号”;②产生免疫调节蛋白,如溶瘤性单纯疱疹病毒(oncolyticherpessimplexvirus,HSV)通过其包膜上的糖蛋白C结合、封闭补体C3b、C5分子,或者借助表达的ICP45封闭内质网抗原肽的结合位点,影响转运体(TAP)对病毒抗原的转运,从而逃逸主要组织相容性复合体(MHC)分子对病毒抗原的提呈;③由于肿瘤对免疫的“颠覆”机制,肿瘤微环境常处于局部免疫抑制状态,可能允许病毒的复制[26-30]。

可使用MuV等溶瘤病毒感染体外培养的肿瘤细胞,通过病毒复制而抑制或杀死肿瘤细胞。然而,在机体内病毒与宿主的相互作用机制很复杂,免疫反应是调节病毒增殖的主要因素,其作用具有双重性。总之,免疫反应可能是溶瘤病毒的克星,也可能辅佐其发挥抗肿瘤作用。因此,免疫系统的角色正成为溶瘤病毒疗法的研究热点。

干扰作用

有许多病毒能产生干扰素,如果某些人类肿瘤的病原是病毒,则当肿瘤细胞再感染另一种病毒时,另一种病毒可以干扰致瘤病毒或癌变细胞的生长。干扰素治疗已知或未知病毒病原的鼠肿瘤,已被肯定具有良好作用。在动物中,已知有多种肿瘤系由病毒引起[31-35]。很早知晓人类的良性肿瘤亦是由病毒引起的,其中最常见的有寻常性疣、尖锐湿疣、传染性软疣和喉乳头状瘤。对于人类恶性肿瘤中携带的病毒、或类似病毒的颗粒,例如C型及有关的颗粒、类疱疹病毒、人疱疹病毒2型、Reo病毒3型等,虽然还不能证明它们就是肿瘤的病原体[36-39],但至少有一些人类肿瘤是由病毒引起的,特别是白血病,而重复感染的病毒可能干扰致瘤病毒,其中由感染所产生的干扰素可能有类似的性质。

细胞荷载溶瘤病毒

使用溶瘤病毒治疗时,通常都是通过瘤内直接注射的方式给药,这样才能使病毒直接感染并最终裂解肿瘤细胞。Reid等[40]曾试图通过静脉注射的给药方式,以期达到系统治疗的效果。这一方法最大的障碍为,克服机体免疫系统对病毒的清除作用,以达到足够的治疗浓度[41,42]。由于人体免疫系统的干涉,静脉注射的病毒往往被免疫系统排除殆尽,且组织间质压力也阻碍了病毒颗粒的扩散[43,44],因此溶瘤病毒给药途径目前基本局限于局部给药,主要为瘤体内注射,对相当一部分实体瘤治疗时存在给药困难。机体受病毒感染时,血循环中的细胞可以对病毒进行包装,提供保护并携带病毒在体内播散,从而使其逃避免疫系统的攻击。这一现象为设计将溶瘤病毒通过血循环输送至肿瘤病灶提供了研究思路。具体的方法:用细胞包装溶瘤病毒、保护其免受吞噬细胞或抗体的清除,随后将其准确地输送至肿瘤病灶局部,输送至肿瘤病灶的溶瘤病毒继而可以感染并裂解肿瘤细胞(见图1)[45]。

理想的荷载溶瘤病毒的载体细胞应当能够识别一种或几种肿瘤细胞相关、高度特异性的标志,从而能够聚积在肿瘤病灶。同时,这种细胞载体不会滞留在正常的组织或器官中,以避免在这些组织或器官中释放病毒和造成损伤[46-48]。溶瘤病毒的细胞载体按照其在肿瘤病灶的定位方式不同分为3类(见图2)[45]:肿瘤细胞靶向性、肿瘤基质靶向性和肿瘤解剖学定位靶向性[49]。

问题

利用MuV治疗肿瘤,可以追溯到数十年甚至百年以前,但最近相关研究发展地非常迅速。作为一种治疗方法,它也有不足之处,关于溶瘤病毒的安全性需进行更全面的研究,特别是体内分布和感染、免疫系统的反应、病毒变异和传染性等;需在保证安全的前提下,研制溶瘤效率更高的病毒。尽管临床研究未发现明显的器官损害和毒性,但关于NDV的减毒株PVT01[50-52],正在进行的?期临床试验中,静脉注射该病毒后,发现最常见的不良反应为发热、寒战、恶心、呕吐和疲乏等,有肝脏或肺转移者分别有一过性的转氨酶升高及缺氧表现。因此,提高溶瘤病毒安全性尚有许多工作需要完成。

总结

(内容图表有略,具体请见全文)

(《儿科学大查房》原创作品,未经书面授权,其他







































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