抗肿瘤病毒在肿瘤治疗中的研究进展

杜 娟，王爱红，史海燕，王逢会，赵菊梅

(延安大学医学院中心实验室，陕西 延安 716000)

癌症细胞不仅能够通过微环境pH值、离子浓度、蛋白种类和含量的改变抵制机体免疫系统的杀伤作用，还能够通过细胞的无限增殖、侵袭和迁移导致人体器官的衰竭，是严重威胁人类生命健康的一类疾病。2018年全球癌症统计数据显示：世界范围内每年约有1.81亿例新增癌症患者，每年因癌症死亡的人数约为950万例，2030年世界范围内癌症患者的人数预计达2100万例[1]，探寻有效的癌症治疗已是刻不容缓。

肿瘤发生的分子机制复杂，与个体遗传背景、机体免疫功能、机体所接触的生物、物理和化学因子等多种因素相关。在生物因素中，病毒分子具有“致癌”和“治癌”双重作用。自1964年疱疹病毒(EBV)被证明能够诱导人肿瘤的形成以来，研究者通过实验已经证实，包括EBV，人乳头瘤病毒(HPV)、I型人嗜T淋巴细胞白血病病毒(HTLV-1)、人乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(HCV)和卡波济肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)和多瘤病毒在内的7种病毒与癌症的发生相关[2]。病毒分子的致瘤作用已经被科学证实[3]。然而，1912年，宫颈癌患者注射狂犬病疫苗后其肿瘤组织有所消退使人们意识到病毒具有潜在的抗肿瘤作用。之后，随着研究的进行，人们发现部分病毒能够特异结合并裂解肿瘤细胞，是潜在的肿瘤治疗药物。而继2004年Rigvir在拉维托亚被批准用于黑色素瘤治疗以来，2006年我国批准了E1B-55K基因缺陷型腺病毒H101用于鳞状细胞癌头颈癌的治疗，2015年美国FDA和欧洲EMA又批准了I型单纯疱疹病毒(HSV-1)改造病毒T-VEC在晚期黑色素瘤治疗中的应用[4]，这些结果为病毒用于临床肿瘤奠定了基础。为全面了解抗肿瘤病毒及其在肿瘤治疗中的作用，本文就目前抗肿瘤病毒的作用机制及其在肿瘤治疗中的应用作一综述。

1 抗肿瘤病毒及其抗肿瘤作用机制

1.1 抗肿瘤病毒的种类

抗肿瘤病毒又称溶瘤病毒，是天然存在的或经人工改造的能够感染癌细胞并对其进行生长抑制和杀伤，而对正常细胞无杀伤作用的病毒分子。自1904年流感病毒感染引起慢性白血病患者白细胞数减少、病情好转以来，目前人们已发现包括腺病毒科(腺病毒)、弹状病毒科(水泡口炎病毒，马拉巴病毒)，小RNA病毒科(脊髓灰质病毒、柯萨奇病毒)、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)、疱疹病毒科(单纯疱疹病毒)、细小病毒科(细胞病毒H1)，呼肠病毒科(呼肠病毒)和逆转录病毒科(1型人嗜T-淋巴病毒)在内的10个病毒科中有抗肿瘤病毒的存在。作为病毒分子，抗肿瘤病毒具有潜在的感染性、毒性和致病性，同时因病毒种类的不同，抗肿瘤病毒靶向肿瘤细胞的能力也存在差异，在病毒靶向肿瘤裂解的过程中也可引起一定的毒副作用。为进一步提高抗肿瘤病毒的靶向肿瘤治疗作用，目前多采用基因工程手段对病毒分子进行改造以降低其毒性、增加其靶向杀伤肿瘤细胞的作用和多肿瘤细胞的杀伤作用。

1.2 抗肿瘤病毒靶向杀伤肿瘤细胞的作用机制

1.2.1 抗肿瘤病毒利用肿瘤细胞基因的异常表达靶向结合并杀伤肿瘤细胞 抗肿瘤病毒在感染宿主细胞时具有一定的选择性——能够靶向结合肿瘤细胞，对正常宿主细胞无感染性或感染性较低。在抗肿瘤病毒作用机制研究过程中，已有结果显示，天然抗肿瘤病毒的靶向肿瘤作用与肿瘤细胞的异常基因表达相关(肿瘤细胞形成过程中生长抑制、凋亡和免疫调节相关基因和信号通路被异常关闭，细胞增殖、侵袭和迁移相关基因和信号通路被异常激活，基因表达谱与正常细胞相比存在较大差异)——抗肿瘤病毒主要通过异常基因表达选择性地结合感染肿瘤细胞。如已有研究显示：肠孤病毒能够靶向表皮生长因子受体异常高表达的肿瘤细胞[5]，新城疫病毒能够靶向干扰素缺陷型肿瘤细胞[6]，塞卡病毒可特异感染SOX2异常表达的胶质瘤干细胞[7]，而流感病毒M1能够特异结合锌指抗病毒蛋白低表达的肿瘤细胞[8]。

肿瘤细胞与正常细胞相比，除其基因结构存在变异外，细胞所处微环境也与正常细胞不同——肿瘤细胞为满足快速生长、侵袭和迁移的特性会降低细胞粘附相关蛋白的表达，增加低氧诱导因子、蛋白水解酶和生长因子的分泌。基于肿瘤细胞微环境的改变，在用基因工程修饰或改造抗肿瘤病毒时，通常会利用肿瘤细胞微环境的不同增加抗肿瘤病毒对肿瘤细胞的靶向结合作用。如Post等[9]通过基因重组构建了依赖于低氧诱导因子进行复制的靶向低氧微环境的抗肿瘤病毒，该病毒对生长于非低氧环境的缺乏低氧诱导因子的正常细胞无影响，但能够靶向结合生长于低氧环境中的肿瘤细胞。抗肿瘤病毒的靶向肿瘤结合作用使其能够特异性的感染并在肿瘤细胞中生长、复制，最终通过其溶瘤作用直接杀伤肿瘤细胞。

1.2.2 抗肿瘤病毒通过免疫激活间接杀伤肿瘤细胞 肿瘤细胞是机体正常细胞异常增殖形成的能够自我更新、逃避机体免疫监视的“永生”细胞。肿瘤细胞在形成过程中可通过降低免疫原性、抗原内化或变异、免疫抑制分子的产生、诱导免疫耐受和改变微环境抑制免疫细胞识别等方式逃避免疫系统的监视。抗肿瘤病毒的靶向肿瘤细胞杀伤作用一方面可使肿瘤细胞特异性抗原被释放入血激活机体免疫系统的“靶向”抗肿瘤作用，另一方面，抗肿瘤病毒作为外源生物分子在肿瘤细胞中进行生长繁殖也可形成宿主特异识别的抗原分子，诱导宿主免疫系统靶向攻击抗肿瘤病毒感染的肿瘤细胞而发挥杀伤作用。即，抗肿瘤病毒能够通过肿瘤及自身特异性抗原的释放激活机体免疫系统间接发挥肿瘤杀伤作用[8]。

1.2.3 抗肿瘤病毒通过其它方式发挥抗肿瘤作用 肿瘤细胞具有血管侵袭作用。在抗肿瘤病毒研究过程中，已有研究显示：水泡口炎病毒对机体正常血管无影响，但能够破坏结肠癌肿瘤血管系统[10]，使结肠癌组织外缘血液凝固，诱导肿瘤细胞死亡[11]。这一结果提示抗肿瘤病毒可能通过限制肿瘤内部细胞营养供应诱导肿瘤细胞发生凋亡。

2 抗肿瘤病毒的临床应用

2.1 抗肿瘤病毒作为药物在肿瘤治疗中的应用

抗肿瘤病毒的靶向肿瘤杀伤作用使其能够直接用于临床肿瘤的治疗。2015年，Amgen 公司Talimogene Laherparepvec ( T-VEC，又称为Imlygic)，即 表达人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子( GM-CSF)的HSV-1的活病毒颗粒，被美国FDA批准可用于临床肿瘤治疗，这使得病毒分子作为抗肿瘤药物用于临床肿瘤治疗有了重大突破[4]。目前，以cancer和oncolytic virus为关键词在美国国家医学图书馆(U.S. national library of medicine)对现有登记注册的临床实验研究进行搜索即可查询到90项(其中有9项研究退出、终止或结束，其它81项为正在进行的研究)抗肿瘤病毒用于肿瘤治疗的临床研究(https://clinicaltrials.gov/ct2/results?cond=cancer&term=Oncolytic+virus&cntry=&state=&city=&dist=)。

2.2 抗肿瘤病毒作为药物载体在肿瘤治疗中的应用

肿瘤化疗药物常具有杀伤作用强、靶向作用弱的特点。与传统肿瘤治疗药物相比，抗肿瘤病毒具有较强的靶向性，能够特异性结合并作用于肿瘤细胞的特点。然而，作为病毒分子，抗肿瘤病毒具潜在的感染性和毒性，用抗肿瘤病毒进行临床疾病的治疗具有潜在的风险。如果能剔除病毒的感染性和毒性，利用抗肿瘤病毒的靶向结合作用将传统药物靶向运输至肿瘤细胞则可在降低抗肿瘤病毒利用风险的同时提高传统药物的抗肿瘤效果。目前，随着基因分子生物学技术的不断发展，利用剔除核酸成分的抗肿瘤病毒外壳包装肿瘤杀伤药物已被用于临床肿瘤药物的运输中。如我国厦门大学研究人员已利用基因工程技术将功能性多肽与病毒蛋白纳米空壳组装，用于化疗药物阿霉素的靶向肿瘤运输[12]。

2.3 抗肿瘤病毒作为辅助因子在肿瘤治疗中的应用

免疫检查点阻断剂是近年来被证明能够有效作用于与实体瘤的肿瘤治疗药物。然而，因免疫检查点阻断剂对肿瘤细胞的杀伤作用依赖于肿瘤组织内浸润性T细胞的数量，而肿瘤细胞微环境中的高钾离子浓度又能抑制T细胞的分化成熟和功能发挥，使得阻断剂不能有效发挥作用。抗肿瘤病毒的靶向肿瘤结合特性、病原性和溶瘤作用使其一方面能够靶向裂解肿瘤细胞释放肿瘤细胞抗原，增强T细胞的杀伤作用，另一方面，还能作为抗原诱导宿主针对病毒靶向肿瘤细胞的免疫反应，对增强免疫检查点阻断剂依赖型T细胞浸润缺陷类肿瘤的治疗具有重要意义，可作为肿瘤免疫治疗的辅助因子[13]。目前，已有报道显示抗肿瘤病毒联合PD-1治疗肿瘤的效果较PD-1或Ipilimumab单独治疗肿瘤的效果好[14]。抗肿瘤病毒辅助或联合其它药物治疗已成为病毒治疗肿瘤的趋势[15]。

3 抗肿瘤病毒在临床肿瘤治疗应用中可能存在的问题

3.1 安全性问题

目前，除偶尔报告的死亡病例外还未见实验数据显示抗肿瘤病毒具有安全性问题。然而，作为病毒分子，抗肿瘤病毒在临床肿瘤治疗中可能具有以下风险：①脱靶效应：抗肿瘤病毒具有特异性结合肿瘤细胞的作用，然而，随着遗传操作技术的进行，基因工程改变可能使抗肿瘤病毒具有脱靶风险。②毒性和副反应：抗肿瘤病毒本身可能存在一定的毒性或副反应，并且随着其在宿主内的复制、增殖，抗肿瘤病毒可发生突变、进化和重组产生毒性相关产物引起副反应。

3.2 用药剂量和给药途径问题

与常规药物不同，抗肿瘤病毒进入机体后，一方面，其作为病原体可能引起机体的抗病毒杀伤作用而引起其实际作用浓度降低，另一方面，抗肿瘤病毒在体内能够复制、增殖，可能提高其实际作用浓度，并且，不同个体对于抗肿瘤病毒的耐受性可能存在差异。为此，明确抗肿瘤病毒的实际作用浓度较普通药物困难。

另外，不同给药途径可能对抗肿瘤病毒功能发挥及作用结果产生影响。如瘤内注射可增强抗肿瘤病毒的靶向肿瘤作用效果，降低其副反应发生的概率。血液、腹腔注射或口服则可因机体免疫功能的差异影响抗肿瘤病毒的作用效果，或引起其它副反应。故临床治疗过程中对抗肿瘤病毒给药途径的选择具有重要意义。

3.3 临床监测问题

作为病毒分子，抗肿瘤病毒在机体内的代谢有别与传统药物——除肿瘤杀伤作用外可能引起其它机体反应，如免疫反应。因此，为明确其临床治疗效果，应对其药代动力学、药效学和生物标志物进行研究，制定针对性更强的临床治疗及预后检测指标。

4 结语

抗肿瘤病毒具有肿瘤靶向结合作用，能够激活宿主免疫系统、溶解肿瘤细胞并促进肿瘤细胞抗原释放的作用，是较为理想的肿瘤药物运输体和免疫治疗促进剂，具有较好的临床应用前景。然而，作为生物因素，抗肿瘤病毒又存在药物剂量控制难、药物代谢途径复杂难控等特点，这无疑又限制了抗肿瘤病毒在临床肿瘤治疗中的应用。目前，随着多种抗肿瘤病毒的发现及基因工程技术的改进，抗肿瘤病毒与抗肿瘤药物，如免疫制剂和化疗药物的联合使用可能成为抗肿瘤病毒用于临床肿瘤治疗的主要方式。