Current perspectives of virotherapy as a cancer treatment strategy

Full Text

Введение

По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2020 г. было диагностировано более 19 млн новых случаев онкологических заболеваний, примерно 10 млн случаев завершились летальным исходом. В настоящее время злокачественные опухоли остаются одной из самых распространенных причин смертности людей, уступая сердечно-сосудистым заболеваниям [40]. Существует множество методов оперативного (например, циторедуктивная операция) и консервативного (химиотерапия, лучевая и лекарственная терапия) лечения онкологических заболеваний. Однако многие методы консервативной терапии остаются токсичными для организма [7, 14, 33, 42]. К тому же при лечении традиционными способами у опухолевых клеток нередко формируется устойчивость, а заболевание может рецидивировать. Поэтому становится актуальным поиск качественно новых способов лечения онкологических заболеваний. В последние десятилетия внимание ученых привлекает виротерапия. В данном виде терапии для борьбы со злокачественными опухолями применяются онколитические вирусы.

Краткая история виротерапии

Еще в медицинской литературе начала ХХ века сообщалось о спонтанной клинической ремиссии онкологических заболеваний у людей после вакцинации или перенесенного инфекционного заболевания вирусной природы. В 1904 г. был описан клинический случай со снижением количества лейкоцитов у пациента с лейкозом после перенесенного гриппа [23]. В 1912 г. была обнаружена спонтанная регрессия опухоли шейки матки в результате введения живой антирабической вакцины. В 1940 г. были проведены первые клинические испытания с использованием вакцины против бешенства для лечения меланомы, в результате наблюдалась частичная ремиссия [22]. В то время появились первые идеи о возможном использовании некоторых вирусов для лечения онкологических заболеваний. В России подобные исследования были начаты Мариной Константиновной Ворошиловой из Института полиомиелита и вирусных энцефалитов РАМН в 1970-е гг. Под ее руководством были получены штаммы непатогенных энтеровирусов и были изучены их онколитические свойства [2].

К 2017 г. в Новосибирске в Научно-исследовательском институте экспериментальной и клинической медицины были проверены штаммы вируса болезни Ньюкасла и отобраны те, которые обладают наибольшим онколитическим эффектом. В результате контрольного эксперимента на мышах было выяснено, что опухоль после применения одного из штаммов замедлила рост в 4 раза, при этом для нормальных клеток вирус был безвреден. Клинические испытания успешно прошел препарат для лечения аденокарциномы и глиомы. В основе этого препарата — штамм болезни Ньюкасла, инфицирующий преимущественно птиц и способный к онколизу [18].

Онколитические вирусы

Некоторые вирусы (например, вирус папилломы человека, вирусы гепатита B и C) могут служить этиологическим фактором онкологических заболеваний [5, 15]. Однако существуют вирусы, обладающие способностью разрушать опухолевые клетки и активировать иммунный ответ организма.

Онколитические вирусы — это группа природных и генетически модифицировнных вирусов различных семейств (Herpesviridae, Adenoviridae, Picornaviridae, Parvoviridae, Reoviridae, Poxviridae, Paramyxoviridae, Togaviridae, Rhabdoviridae), способных распознавать специфические рецепторы опухолевых клеток, инфицировать и лизировать их [39], оказывая минимальное воздействие на здоровые клетки [32, 35], либо активировать иммунную противоопухолевую защиту организма [8].

Опухолевые клетки, как правило, характеризуются более коротким жизненным циклом и активной пролиферацией. Лишь небольшое их число пребывает в фазе покоя (G0). К основным признакам, отличающим клетки злокачественных опухолей от нормальных клеток, относятся: неограниченный потенциал репликации и, как следствие, неконтролируемый рост популяции; высокая скорость воспроизведения с большими затратами энергии организма; невосприимчивость к антипролиферативным сигналам; способность к самостоятельной миграции по всему организму и метастазированию; избегание апоптоза — запрограммированной гибели клетки; утрата дифференцировки; индукция ангиогенеза; почти полная неуязвимость для иммунных клеток собственного организма [11].

Механизмы действия онколитических вирусов

Онколиз

Существует два основных механизма действия онколитических вирусов. Первый механизм заключается в разрушении опухолевых клеток (онколиз) за счет взрывного пути, аутофагии, некроза или апоптоза. Второй механизм основан на индукции противоопухолевого иммунитета [3, 13, 33].

Эффективный онколиз обеспечивается способностью вирусов селективно инфицировать и разрушать опухолевые клетки. При первичном контакте вирус адсорбируется на клетке за счет взаимодействия белковых лигандов вируса со специфическими мембранными рецепторами, причем области контакта содержат различные молекулы (пептиды, гликопротеины и т. д.). Проникновение в клетку происходит чаще всего путем пиноцитоза, возможно также слияние оболочки вируса с цитоплазматической мембраной. Безоболочечные вирусы проникают в клетку путем мембранного прокола, перфорации или лизиса мембраны цитоплазматических органелл для проникновения в цитозоль. Попав в клетку, вирус подвергается депротеинизации. Высвобождается внутренний компонент (нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), нуклеокапсид или сердцевина вириона). Далее в инфицированной клетке происходит синтез вирусных белков, репликация вирусного генома и сборка вирусных частиц. На заключительной стадии возможен выход вируса из клетки с ее лизисом (взрывной путь), что характерно для продуктивного типа взаимодействия вируса с клеткой. Вышедшие вирусы способны адсорбироваться на соседних клетках опухоли [4].

Такие вирусы, как вирус паротита, рабдовирусы, вирус везикулярного стоматита, вирус кори, вызывают гибель опухолевых клеток путем индукции апоптоза. Одной из причин «избегания» апоптоза являются условия гипоксии, в которых развиваются опухолевые клетки, что ведет к уменьшению содержания белков семейства Bcl-2, способных создавать поры в стенках митохондрий, через которые в цитозоль поступают вещества, запускающие процессы клеточной гибели [16].

Другой причиной отсутствия апоптоза у опухолевых клеток является дефектный белок p53, являющийся фактором транскрипции и контролирующий механизмы апоптоза измененных или поврежденных клеток. В большинстве опухолевых клеток он нефункционален из-за мутаций в самом белке или в белках, которые контролируют его активность. Ряду вирусов требуется модификация генома для ограничения репликации в нормальных клетках, то есть таргетинг («нацеливание»). Методами генной инженерии был создан мутантный онколитический аденовирус, реплицирующийся в клетках с дефектным белком p53 и приводящий к апоптозу [10].

Вирус коровьей оспы (вирус осповакцины) VACV содержит ряд генов, продукты экспрессии которых способны изменять нормальную клетку так, что она перестает контролировать свой клеточный цикл, подвергается избыточной репликации и транскрипции и теряет способность к апоптозу. Так как клетки опухоли характеризуются высокой способностью к пролиферации, удаление таких генов не нарушает воспроизведение вирусов в этих клетках, но препятствует их репликации в здоровых клетках [30].

Вирус венесуэльского энцефаломиелита лошадей вызывает некроз опухолевых клеток, оказывая цитопатическое действие. Аутофагию индуцируют такие вирусы, как вирус Ньюкасла, реовирус, аденовирус [17].

К вирусам, вызывающим лизис опухолевых клеток, относятся парвовирусы, для репликации которых необходим белок NS1, являющийся первым неструктурным белком вируса, который также ответствен за онколитическую активность. Белок NS1 способен взаимодействовать с белками клетки, вызывая нарушение процессов жизнедеятельности, в том числе репликации и трансляции [6].

Активация противоопухолевого иммунитета

Вирусы способны запускать в организме воспалительную реакцию для активации иммунных клеток, распознающих опухолевые клетки, инфицированные вирусом. При инфицировании опухоли аденовирусом экспрессируется ген E1A и повышается чувствительность к фактору некроза опухоли (TNF)-альфа [12, 21].

Для усиления иммунного ответа, направленного на цитолиз, «создаются» вирусы, которые экспрессируют гены иммуностимулирующих факторов. Это называется армингом («вооружением») вирусов, которые выступают векторами терапевтических генов. Производится генетическая модификация вируса, в результате которой в него включаются трансгены, кодирующие цитокины, костимуляторные белки, хемокины [27, 37], а также цитотоксичный «белок смерти» дикого штамма аденовируса, который вызывает лизис клеток [25].

Введение онколитических вирусов эффективно как само по себе, так и в сочетании с интерлейкинами и цитостатиками, однако до конца механизмы разрушения опухолевых клеток, наступающего в результате инфицирования онколитическими вирусами, не выяснены [36].

Варианты применения виротерапии

Суть «кассетной виротерапии» заключается в использовании серии онколитических вирусов, не имеющих иммунных перекрестов. Разные вирусы могут запускать апоптоз, аутофагию, пироптоз и другие механизмы запрограммированной клеточной гибели, а также воспаление опухолевых клеток. Данный подход позволяет избирательно уничтожать опухолевые клетки в зависимости от локализации в организме и избегать иммунного ответа [42].

Такая модификация, как «экранирование», направлена на усиление распространения вирусов. При наличии у пациента иммунитета к вирусу он может инактивироваться антителами. Чтобы этого не происходило, рассматриваются варианты применения биоразлагаемых синтетических полимеров (например, катионный полимер, связанный с полиэтиленгликолем, поли(N-(2-гидроксипропил) метакриламидом) и ДНК-аптамером) [29].

Клиническое значение имеет сочетание виротерапии с традиционными методами лечения злокачественных опухолей. В частности, в эксперименте на крысах была исследована способность GLV-1h68 (инженерного вируса осповакцины) сдерживать развитие саркомы конечности в сочетании с хирургической резекцией и лучевой терапией [41].

Препараты, применяемые в виротерапии

К настоящему времени создано множество препаратов на основе онколитических вирусов. В 2015 г. Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (Food and Drug Administration, FDA) было одобрено применение талимогена лагерпарепвека (Talimogene laherparepvec, TVEC) — препарата, содержащего генетически модифицированную форму вируса простого герпеса первого типа [24, 38]. Делеция определенных генов в геноме вируса привела к избирательной репликации в опухолевых клетках. В геном HSV-1 был введен трансген человеческого гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (GM-CSF), являющегося иммуномодулирующим цитокином, который способствует развитию и продлению клеточного и гуморального иммунитета. Была усилена презентация вирусных и опухолевых антигенов, что активирует иммунную систему и повышает эффективность в борьбе с опухолевыми клетками [19, 28]. Терапия с использованием TVEC включает в себя введение раствора непосредственно в злокачественную опухоль. Американскими учеными было проведено клиническое испытание: из 80 пациентов с меланомой 3 и 4 стадии, которым вводили препарат в течение трех лет, у 31 пациента (38,75%) наблюдался полный локальный ответ. У группы с меланомой стадии 3B частота полного локального ответа составила 68%, 3C — 26%, 4 стадии — 6%. У 18% пациентов наблюдался частичный локальный ответ. Примерно у четверти пациентов были побочные симптомы, схожие с гриппом. Пять человек прекратили участие в эксперименте из-за развившегося герпеса и прочих осложнений, связанных с инфекциями. Большинство пациентов перенесли лечение хорошо [9, 20].

В 2018 г. были опубликованы результаты клинических испытаний онколитического дикого штамма аденовируса DNX-2401 (Delta-24-RGD; tasadenoturev) фазы I на 37 пациентах с рецидивирующей злокачественной глиомой. Селективность к опухолям обусловлена делецией пары из 24 оснований в гене E1A, в результате которой вирус не может реплицироваться в нормальных клетках. Пациенты группы A получили однократную внутриопухолевую инъекцию DNX-2401, 20% пациентов прожили более трех лет после лечения. Пациентам группы B была проведена внутриопухолевая инъекция через имплантированный катетер. Через 2 недели последовала трепанация черепа с полной резекцией глиомы и введением второй дозы вируса в несколько участков. В результате виротерапии повысилась общая выживаемость пациентов [31].

В 2005 г. Государственное управление по контролю за продуктами питания и лекарствами Китая одобрило препарат Oncorine (H101) для терапии плоскоклеточного рака головы и шеи. Основу препарата составляет генетически модифицированный аденовирус человека 5 типа (HAdV-C5), у которого были удалены области E1B-55KD и E3 для индукции избирательной репликации в клетках с дефектом p53 [26].

В мае 2022 г. в Национальном медицинском исследовательском центре онкологии им. Н.Н. Петрова начались клинические испытания лекарственного препарата, предназначенного для терапии опухоли молочной железы. Средство создано на основе инактивированного рекомбинантного вируса осповакцины VV-GMCSF-Lact [1].

Заключение

Опухолевые клетки проявляют большую чувствительность к инфекциям, вызываемым вирусами, по сравнению с нормальными клетками из-за увеличения содержания рецепторов, к которым тропны вирусы, а также из-за неспособности к синтезу противовирусного белка интерферона. Наибольший результат достигается при совмещении виротерапии с другими способами лечения.

Виротерапия обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами лечения: локальное воздействие на опухоль, избирательное уничтожение опухолевых клеток макроорганизма, усиление эффекта химиотерапии и лучевой терапии, активация иммунного ответа, профилактика развития метастазов и рецидивов.

Однако лечение онкологических заболеваний онколитическими вирусами имеет ряд трудностей и рисков: нейтрализация вирусов иммунными механизмами, развитие инфекционного процесса, возможность поглощения вирусов нецелевыми органами (например, при внутривенном введении или внутриартериальной доставке), развитие осложнений (индивидуальная непереносимость).

Таким образом, виротерапия — перспективное направление в лечении онкологических заболеваний, требующее дальнейшей разработки и усовершенствования методик онкологической вирусологии.

About the authors

Lyubov D. Vlasova

Samara State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: ldv555555@gmail.com

Student of Institute of Preventive Medicine

Россия, Samara

References

Supplementary files