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寨卡病毒:新型溶瘤病毒对抗脑胶质瘤时间:2018-09-26

溶瘤病毒正在成为癌症的新型治疗选择,目前已经探索了多种形式的溶瘤病毒用于胶质母细胞瘤(glioblastoma,gbm),并且显示有希望的结果。


寨卡病毒zikv作为其中正在进行探索的溶瘤病毒,能够透过血脑屏障进入大脑,被认为特别适用于脑瘤的治疗。


近日,军事医学科学院领衔的一个国际研究小组成功使用减毒寨卡病毒活疫苗,靶向并杀死已经移植到小鼠体内的人胶质母细胞瘤干细胞,抑制胶质母细胞瘤的生长。该溶瘤病毒疗法有望成为致命脑癌新型治疗方案的基础。这一研究发表在美国微生物学会开放获取期刊mbio®上。



gbm是人类肿瘤中恶性程度最高的肿瘤之一,症状包括反复发作的头痛,食欲不振,视力模糊,呕吐,性格转变,癫痫发作,学习和语言能力逐渐丧失。在美国,每年造成约15,000名成人死亡。


目前尚无治愈手段,大多数患者会在确诊后2年内死亡


即使经过手术、放疗和化疗的标准治疗,随着疾病的进展,难以将健康的脑细胞与癌性胶质母细胞瘤干细胞(gsc)区分开,几乎不可能完全除去病症。gsc的存在有助于肿瘤复发和治疗抵抗,因此,迫切需要开发一种有效的杀灭gsc的方法以根除gbm



寨卡病毒对付致命脑瘤?


2015年,包括巴西在内的美洲国家以及非洲部分地区在寨卡病毒(zikv)及与其相关的脑炎爆发之后,遭受了严重的公共卫生危机。


大多数寨卡病例导致轻度发烧、皮疹、疼痛、结膜炎和头痛。但是,如果一名孕妇被感染,该病毒可以优先靶向胎儿的神经前体细胞神经干细胞,使婴儿有患小头畸形的风险。


鉴于zikv和胶质母细胞瘤都能影响大脑,该研究团队假设前者可以用来治疗后者,大概就是以毒攻毒的意思。他们认为zikv也可能特异性地感染gsc,因为这些细胞具有与神经干细胞相似的特性。


而在之前的工作中,发现zikv可以攻击并杀死在实验室培养皿和gbm小鼠模型中生长的gsc。此外,zikv在攻击分化的健康脑细胞方面效率低得多。


因此,研究人员认为,如果能够找到一种方法来专门针对gsc,那么将可能提供一种预防复发甚至治愈gbm的选择。



溶瘤寨卡病毒治疗gbm


当然,与其他溶瘤病毒一样,寨卡病毒也面临着安全性问题。为此,研究中使用得克萨斯大学开发的一种经基因修饰的减毒zikv疫苗,称为zikv-lav其在病毒基因组的3'端非翻译区(3'utr)中有10个核苷酸的缺失。并且zikv-lav的遗传稳定性和安全性已在小鼠和非人类灵长类动物中都得到了很好的表征。


脑内注射zikv-lav:极高的安全性



在剂量10,000 pfu下,研究人员分别向小鼠脑内注射zikv-lav野生型zikv以及作为阳性对照的jev-lav(乙脑疫苗,已在中国超过4亿15岁以下儿童中使用)。


正如所料,所有小鼠在25天内死于野生型zikv感染,并且表现出典型的神经症状和体重减轻;即使是临床许可的jev-lav也导致严重的神经毒性。


相比之下,zikv-lav没有引起任何神经毒性、死亡或体重减轻。有趣的是,野生型zikv和zikv-lav均显示出大脑的趋向性,并且在感染小鼠的大脑中观察到病毒rna积累直至注射后18天,而在血清或测试的其他外周器官中均未检测到病毒rna。


最近的一项研究表明,zikv感染可能导致多种动物模型的行为异常。为了进一步评估zikv-lav的神经毒力,研究中设置了4组行为测试,以检查对zikv-lav感染小鼠的潜在不良影响,包括标准旷场、尾部悬吊、高架加迷宫和旋转杆测试。


在4种行为测试期间,注射zikv-lav后,所有小鼠在观察期间保持健康,没有任何症状或行为异常(例如:腹泻、食欲不振、抑郁、不活动和自伤),并且显示出与对照组小鼠相似的焦虑水平和运动功能(p>0.05)。


溶瘤病毒疗法zikv-lav安全性极高


这些结果表明,zikv-lav对小鼠的脑内给药不会引起可检测的行为异常、神经毒力或造成其他器官的损伤,意味着溶瘤病毒疗法zikv-lav具有极高的安全性


破坏gbm形成并延长小鼠存活



zikv-lav卓越的安全性促使研究人员测试其对在gsc派生原位小鼠模型的疗效,这些gsc形成的异种移植物的基因型与表型酷似人类gbm。


对于移植387个gsc和4121个gsc的小鼠,gbm进展迅速并且都表现出神经症状并死亡。然而,当gsc与zikv-lav共同移植,肿瘤的生长和进展显著减缓,并且小鼠的中位生存期分别从30天增加到48天(387 gsc)和从31天增加到53天(4121 gsc)。


免疫学染色显示,387 gsc小鼠出现典型胶质母细胞瘤,而在zikv-lav处理的小鼠中,仅有少部分(2/8)观察到可见肿瘤并且尺寸显著减小。


免疫荧光染色显示,在zikv-lav处理的小鼠的肿瘤组织中,干细胞标志物sox2 和olig2 的比例显著降低,并且能清楚地检测到zikv e蛋白。此外,还检测到了比对照小鼠更广泛的肿瘤细胞凋亡。初步表明,zikv-lav能促进gsc的凋亡。


zikv-lav抑制gsc肿瘤生长和延长gbm小鼠存活


大量gbm细胞中显示杀肿瘤活性



为了进一步确定zikv-lav的离体杀肿瘤活性,研究人员从387 gsc小鼠中分离大量gbm细胞,并对其进行zikv-lav感染。


感染后第3天的免疫染色结果显示,zikv-lav优先感染大量olig2 (干细胞标记)肿瘤细胞。实时定量pcr(rt-qpcr)分析显示,zikv-lav在大量肿瘤细胞中有效复制,且在感染后第3天达到峰值。细胞活力测定显示,zikv-lav感染对gbm大量细胞发挥直接溶瘤作用


zikv-lav在大量gbm细胞中具有杀肿瘤活性


优先感染并杀死gsc



之前的研究发现,野生型zikv对gsc具有特异性趋向性,但对分化的胶质母细胞瘤细胞(dgc)没有特异性趋向性。


为了验证zikv-lav疫苗病毒是否保留了这种独特的表型,研究人员进一步表征了zikv-lav在gsc和dgc中的体外溶瘤活性。结果发现,大约60%的sox2 387 gsc和70%的sox2 4121 gsc被zikv-lav感染。相反,只有约20%的gfap (代表分化细胞) dgc被相应的zikv-lav感染。


感染后3天内,zikv-lav基因组rna在387 gsc和4121 gsc组中的积累,而在dgc组中未观察到病毒rna水平的显著增加。此外,zikv-lav感染gsc后诱导广泛的细胞凋亡,并且以剂量响应方式抑制gsc生长并抑制gsc肿瘤形成。


zikv-lav优先感染并杀死gsc,破坏肿瘤形成


上述结果证明:zikv-lav保留了类似于野生型zikv对gsc的嗜性杀肿瘤的能力。


溶瘤机制:引发gsc的抗病毒免疫和炎症



为了揭示zikv-lav的潜在溶瘤机制,研究人员使用转录组测序(rna-seq)分析了zikv感染的4121 gsc小鼠中的全局转录组学反应。


结果显示:zikv感染引发强抗病毒免疫和炎症反应,包括干扰素(ifn)、nf-κb和肿瘤坏死因子(tnf)信号传导途径。与细胞分化、增殖或细胞死亡有关信号通路的相对基因表达水平,在zikv感染后显著上调。 


zikv感染显著上调γ干扰素(ifn-γ)诱导蛋白10(ip-10)和rantes以及下调gsc中的mcp-1。这些结果表明,特异性细胞因子反应和干扰素信号传导共同促成zikv在gsc中的溶瘤作用。


差异表达基因


特异性细胞因子反应



展望


这项研究显示出了减毒寨卡病毒根除胶质母细胞瘤的希望,这恰好与目前手术后化疗或放疗的常规治疗手段形成互补。


当然,这项研究还处于极早期阶段。通讯作者之一秦成峰表示:“有朝一日,胶质母细胞瘤患者可能会在手术中同时接种寨卡疫苗,让病毒沿着gsc进行捕获并消灭它们。”


纽约州曼哈塞特的北岸大学医院的michael schulder博士认为,这项研究很有希望,但只是初步研究。许多针对胶质母细胞瘤的新疗法在体内看起来很有前景,但最后会失败。


但他坦然,这种做法“非常巧妙”,利用无害形式的寨卡病毒优先感染胶质母细胞瘤干细胞以防发生免疫反应,可能是对抗这种毁灭性疾病的明智策略。


下一步,研究作者希望与医生合作开发相关试验以评估疗法在患者中安全性,并且通过对寨卡病毒进行基因改造,使其成为更强大的胶质母细胞瘤细胞杀手!


参考出处:

  1. doi: 10.1128/mbio.01683-18

  2. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180918082105.htm

  3. https://www.newsweek.com/glioblastoma-zika-virus-could-destroy-brain-cancer-killed-john-mccain-1125530

  4. https://medicalxpress.com/news/2018-09-team-zika-vaccine-brain-cancer.html



(本文转自医麦客)

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