The potential use of oncolytic viruses in breast cancer: historical aspects and future prospects (literature review)

Full Text

Вирусный онколизис - это относительно новый подход к терапии онкологических заболеваний, основанный на естественной способности вирусов убивать (лизировать) клетки, в которых он размножается [1]. Предположения об использовании вирусов для лечения злокачественных новообразований возникли в начале ХХ в., а в 1960-х годах впервые была показана возможность такой терапии для рака шейки матки при помощи аденовирусов [1]. На протяжении всего ХХ в. сообщалось о тематических исследованиях и небольших испытаниях разных вирусов в терапии рака. Эти исследования, проведенные с небольшим числом пациентов, использовали дикий тип вирусов и их грубую подготовку, и лишь в 1990-х годах началась работа по созданию генномодифицированных вирусов для усиления их онколитического потенциала [2]. Исследования онколитических вирусов (ОВ) в России были начаты профессором М.К.Ворошиловой в Институте полиомиелита и вирусных энцефалитов РАМН в 1960-1970-х годах, и тогда же началось первое применение непатогенных штаммов энтеровирусов в онкотерапии [3]. В 1991 г. R.Martuza и соавт. показали возможность онколитической терапии глиобластомы модифицированным вирусом простого герпеса 1-го типа (HSV1) [4]. Это исследование повлекло за собой активное развитие данного направления; была проведена работа по выявлению вирусов или их инженерных вариантов с избирательной опухолевой репликацией. В 2015 г. Talimogene laherparepvec стал первым ОВ, получившим одобрение FDA (англ. Food and Drug Administration - Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов) в США. За последние 20 лет количество работ по изучению онколитической виротерапии выросло экспоненциально, так же, как и продвижение молекулярной биологии, вирусологии, иммунологии и, в частности, генной инженерии [5]. За последние десятилетия описан ряд схем специфических взаимодействий ОВ (как РНК-, так и ДНК-содержащих) с клетками злокачественных опухолей, выявлены отдельные вирусы-кандидаты и лизируемые ими типы опухолей [1]. Механизмы противоопухолевой активности ОВ Механизмы противоопухолевой активности ОВ до конца не изучены. Большинство ОВ непосредственно убивают опухолевые клетки хозяина. На противоопухолевую активность влияют эффективность распознавания вирусами рецепторов клеток, собственно репликации вируса и элементы противовирусного ответа клетки-хозяина. Онколитический потенциал вирусов также зависит не только от типа вируса и дозы, но и от естественного и индуцированного вирусного тропизма и восприимчивости опухолевой клетки к разным формам гибели клеток (апоптоз, некроз, пироптоз и аутофагия) [5]. В нормальных клетках разные сигнальные пути действуют для обнаружения и очистки патогенных вирусных частиц. Эти пути могут стимулироваться локальным высвобождением интерферона (ИФН) или через внутриклеточные Тoll-подобные рецепторы (TLR), которые активируются вирусными элементами. TLR представляют собой рецепторы распознавания клеточной поверхности и внутриклеточного паттерна, которые активируются в ответ на повторяющиеся последовательности, так называемые патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP), которые являются общими для патогенных бактерий и вирусов. PAMP могут включать элементы вирусных капсидов, ДНК, РНК и продукты вирусного белка. Передача сигналов TLR активирует противовирусные ответы клетки-хозяина и системный врожденный иммунитет [6]. Было идентифицировано несколько нижестоящих факторов клетки-хозяина, вовлеченных в клиренс ОВ, включая ФНО-ассоциированный фактор-3 (TRAF3), ИФН-связанный фактор-3 (IRF3), IRF7 и ген 1, индуцируемый ретиноевой кислотой (RIG-I). Эти факторы активируют путь JAK-STAT (Janus-киназа-сигнальный преобразователь и активатор транскрипции), который координирует антивирусный механизм в инфицированных клетках. Противовирусный механизм усиливает локальное высвобождение ИФН, которое активирует активность PKR. PKR представляет собой внутриклеточную протеинкиназу, которая распознает двухцепочечную РНК и другие вирусные элементы [6, 7]. При активации вирусными элементами PKR прекращает синтез клеточного белка и способствует быстрой гибели клеток и вирусному клиренсу. Потеря передачи сигналов ИФН способствует росту опухоли и уклонению от иммунитета. В дополнение к своим мощным противовирусным свойствам ИФН также являются эффективными супрессорами роста и трансформации. В нормальных клетках дисфункциональная передача сигналов ИФН увеличивает вероятность образования спонтанных и химически индуцированных опухолей. При этом потеря передачи сигналов ИФН в опухолевых клетках позволяет им приобретать пролиферативные возможности и увеличивать свои способности к выживанию, однако теряя способность синтезировать ИФН, реагировать на его антипролиферативное и антиангиогенное действие, подвергаться апоптозу, одновременно способствуя уклонению от врожденных иммунных реакций. Неудивительно, что компоненты сигнального пути ИФН, такие как ИФН-a, ИФН-рецептор a1 (INFRA1), IRF1, IRF7, RIG-I, STAT1 и JAK2, часто изменены посредством генетического механизма во время онкогенеза [7]. Различные вирусы могут также манипулировать разными аберрантными сигнальными факторами в опухолевых клетках, чтобы блокировать апоптоз, что дает вирусу больше времени для завершения своего жизненного цикла. После репликации большинство ОВ вызывают гибель клеток, что может напрямую уничтожать жизнеспособные опухолевые клетки, но также создает основу для инициирования системных иммунных реакций. Индукции иммунных реакций хозяина могут в значительной степени способствовать как гибели клеток, так и высвобождению «сигналов опасности» из инфицированных вирусом клеток. Например, некроз или пироптоз являются более иммуногенными формами гибели клеток, чем апоптоз [8]. Терапевтическая эффективность ОВ достигается за счет комбинации селективного уничтожения опухолевых клеток посредством прямого цитотоксического эффекта и активации противоопухолевого иммунитета. Иммунная стимуляция вызвана выделением клеточного детрита и вирусных антигенов в микроокружении опухоли. Тропность ОВ к определенным опухолям обусловлена несколькими факторами. Первым из них является проникновение в клетки через специфичные для вируса рецептор-опосредованные механизмы. Специфический рецептор для проникновения вируса часто имеет высокую степень экспрессии на опухолевых клетках. Во-вторых, быстрое деление клеток в опухоли с высокой метаболической и репликативной активностью может способствовать усилению репликации вируса. В-третьих, многие опухолевые клетки имеют недостатки в противовирусной передаче сигналов ИФН 1-го типа, следовательно, поддерживают селективную репликацию вируса, в отличие от нормальных клеток. Репликация вируса в микроокружении опухоли приводит к активации врожденного и приобретенного иммунитета [2]. Вирусы содержат минимум генетической информации, и в значительной степени их геном кодирует белки, необходимые для их собственной репликации, упаковки и распространения. Большинство вирусов так же кодируют вирулентные белки, которые функционируют для блокирования клеточных антивирусных программ, способствуя тем самым репликации вируса в нормальных клетках. Например, вирусы коровьей оспы и герпеса кодируют белки, которые могут противодействовать активности PKR, обеспечивая надежную трансляцию вирусной матричной РНК (мРНК) и уменьшая трансляцию мРНК ИФН. В клетках, инфицированных вирусом, индуцируется протеинкиназа (PKR). дцРНК-зависимая протеинкиназа (PKR) выполняет такие функции в системе ИФН, как обеспечение противовирусного действия ИФН, а также является одним из факторов ИФН-зависимого ингибирования клеточной пролиферации. Активированная протеинкиназа катализирует фосфорилирование связанного с рибосомой белка Р1 и фактора инициации белкового синтеза EIF-2, что приводит к ингибированию процесса инициации трансляции в клетке, блокируя тем самым репликацию вируса [9]. Рабдовирусы, такие как VSV (вирус везикулярного стоматита) или Maraba, экспрессируют М, или матричный белок, который играет структурную роль в сборке вируса и, кроме того, связывается с белками ядерных пор, предотвращая экспорт индуцированных клеточных мРНК, кодирующих антивирусные белки. Удаление или мутация вирусных генов, которые противодействуют клеточным антивирусным путям, приводят к созданию высоко ослабленных вирусов, которые не могут эффективно реплицироваться в нормальных клетках. В раковых клетках те же самые аттенуированные или «онколитические» вирусы могут эффективно размножаться и распространяться, потому что клеточный хозяин не имеет необходимых программ для блокирования роста вируса [10]. Особенности онколитической активности ДНК- и РНК-содержащих вирусов Перспективность использования в онкотерапии более сложно организованных ДНК-вирусов, таких как адено-, герпес- и поксвирусы, связана, как это ни парадоксально, с их прямым цитотоксическим действием на клетки, причем с большей предпочтительностью лизируются быстро делящиеся клетки [1]. Большим преимуществом ДНК-вирусов является удобство в проведении их генно-инженерной модификации для: облегчения доставки; обхода механизмов резистентности опухоли; уменьшения токсичности и большей безопасности, пролонгирования длительности прямого цитотоксическго действия ОВ на опухоль за счет ухода от врожденного и адаптивного иммунитета «хозяина» и др. Анализированный аденовирус E1A/E1B (ONYX015) широко протестирован и одобрен для лечения рака головы и шеи в Китае под названием H101 [11]. Также проводились испытания аденовирусов, построенных на основе серотипа Ad11, менее подверженного быстрой нейтрализации в кровотоке [12]. Было продемонстрировано, что E1A-мутированный аденовирус Ad5/3-D24, который проникает через Ad-рецептор серотипа 3, и Ad5.pk7-D24, в котором используются гепарин-сульфатные протеогликаны, смогли уничтожить CD44+/CD24- стволовые клетки (CSC) рака молочной железы (РМЖ) [13]. Также сообщалось, что RGD-волокно, модифицированное D24 oAd, способно убивать стволовые клетки опухоли головного мозга посредством аутофагии. Спроектирован теломеразный специфический oAd, экспрессирующий связанный с фактором некроза опухолей (ФНО) лиганд, индуцирующий апоптоз [14]. В дальнейшем были опубликованы данные о том, что этот oAd преимущественно нацелен на радиорезистентные клетки пищевода, подобные стволовым. Реовирусы - двухцепочечные, безоболочечные РНК-вирусы с икосаэдрическим капсидом на внешней поверхности и внутренним ядром. Вирусная пролиферация происходит в цитоплазме инфицированной клетки. В здоровых клетках реовирус начинает транскрипцию путем производства вирусных РНК, которые нужны для репликации, при этом активируя путь PKR. Однако в раковых клетках путь PKR заблокирован. Таким образом, реовирус преимущественно направлен на RAS-мутантный рак. Этот естественный тропизм является основой для клинических исследований против множества типов рака, в том числе глиомы, меланомы, рака яичников, рака легких и колоректального рака [1]. В клеточных линиях рака яичников и легких инфицирование реовирусами приводит к сенсибилизации этих клеток к ФНО-связанному апоптозиндуцирующему лиганду (TRAIL) и усиливает апоптоз. Напротив, в клеточных линиях рака толстой кишки (C26 и НСТ116) связи с TRAIL не наблюдается, а реовирус-опосредованный апоптоз зависит от статуса ras-мутаций клеток [1]. При обработке клеток РМЖ реовирусами происходило увеличение транскрипции некоторых рецептор-ассоциированных генов, вероятно, играющих роль в вирусном онколизе (ФНО-a-индуцированный белок - TNFaI-P; TRAIL-рецептор 2; ФНО-рецептор 6), а также увеличение до 27 раз транскрипции генов, кодирующих NF-kB, STAT5 и PUMA [15]. Основным клеточным рецептором для полиовирусов является гликопротеин CD155, относящийся к суперсемейству иммуноглобулинов. Он активно экспрессируется такими опухолевыми клеточными линиями, как нейробластома, глиобластома, РМЖ, эпидермальная карцинома, рак прямой кишки и остеокарцинома. При этом ранее было установлено, что экспрессия CD155 почти не детектируется в нормальных, нетрансформированных клетках. Следовательно, опухоли, экспрессирующие CD155, являются потенциальными мишенями онколитической виротерапии с использованием полиовирусов [1]. Вирус полиомиелита продемонстрировал онколитический потенциал в доклинических исследованиях на опухолях головного мозга [16]. Эти исследования были выполнены с использованием PVS-RIPO, который был разработан для устранения нейровирулентности нативного вируса. PVS-RIPO состоит из генетически модифицированной непатогенной версии орального полиовируса Сабина 1-го типа. Внутренний сайт входа рибосомы (IRES) на полиовирусе был заменен IRES из человеческого риновируса 2-го типа (HRV2), чтобы избежать нейровирулентности. После введения вирус проникает и начинает размножаться в клетках, экспрессирующих CD155, который является молекулой адгезии онкопетальных клеток, распространенных в солидных опухолях [17]. Потенциал использования ОВ при РМЖ РМЖ - лидирующая онкопатология в структуре онкологической заболеваемости и смертности среди женщин в мире [18]. Несмотря на успехи современного лечения, у 30-40% пациенток возникает рецидив заболевания, более того, около 8% больных имеют первично-диссеминированный опухолевый процесс, что делает актуальным поиск эффективных режимов для терапии резистентных форм РМЖ [19, 20]. Особой проблемой является лечение распространенного тройного негативного рака ввиду отсутствия потенциальных таргетных мишеней; именно для данного подтипа перспектива противоопухолевой терапии с использованием ОВ представляется наиболее оправданной [19, 20]. ОВ показали многообещающую терапевтическую эффективность в доклинических исследованиях при РМЖ [21]. Исследование I фазы вируса простого герпеса HF10 включило 6 пациентов с кожными метастазами РМЖ. HF10 внутривенно вводился в течение 3 дней подряд. Все пациенты хорошо переносили лечение, и не было замечено существенных нежелательных реакций. HF10 продемонстрировал высокую селективность репликации в опухолевых клетках. Гистологическое исследование выявило фиброз и гибель опухолевых клеток с инфильтрацией CD8+ и CD4+ Т-клеток вокруг опухолевых островков [22]. Доклинические испытания реовирусов показали способность заражать и индуцировать онколизис на панели человеческих и мышиных линий клеток РМЖ. Также была обнаружена способность реовирусов усиливать экспрессию в клетках белка PD-L1. Предполагается, что эта экспрессия не является результатом прямого воздействия реовируса на опухолевые клетки, а скорее опосредована через систему интерлейкинов [23, 24]. Одноцентровое исследование препарата pelareorep (реолизин), представляющего собой дикий тип реовируса, с повышением дозы включало 2 больных РМЖ, получавших внутривенные увеличивающиеся дозы препарата каждые 4 нед. В одном случае был показан выраженный частичный ответ с уменьшением размера опухоли на 34% по критериям RECIST после 5 циклов лечения [25]. Вторая фаза клинических испытаний реолизина в комбинации с паклитакселом была завершена у пациентов с метастатическим РМЖ; в исследование включены 74 женщины, рандомизированные в 2 группы. Пациентки обеих групп получали паклитаксел в дозе 80 мг/м2 в 1, 8 и 15-й дни каждые 28 дней, в то время как в группе A пациентки получали еще и реолизин внутривенно в течение 1 ч в 1, 2, 8, 9, 15 и 16-й дни. При анализе результатов общей выживаемости было показано преимущество комбинации с реолизином по сравнению с монотерапией паклитакселом: 17,4 vs 10,4 мес [26]. Представляет интерес доклиническое исследование ОВ кори, вооруженного геном проапоптоза BNiP3 (rMV-BNiP3) на некоторых клеточных линиях. Культуры, обработанные вооруженными вирусами, rMV-BNiP3, показали больший процент гибели по сравнению с клетками, зараженными вирусом невооруженной кори и неинфицированными клетками. Важно, что более высокая активность вируса отмечена в клетках MDA-MB-231 (тройной негативный подтип) по сравнению с ER+ клетками MCF-7 [27]. Еще одно исследование показало эффективность некоторых вирусов (вирус везикулярного стоматита - VSV, аденовирус - Ad, реовирус - Reo и вирус простого герпеса - HSV) при неоадъювантном лечении мышиных моделей РМЖ. Опухолевые клетки 4T1-105 вводили в левый фланк 6-8-недельных мышей, через 7 дней после посева лечили пальпируемые опухоли ежедневными внутриопухолевыми инъекциями вышеуказанных вирусов (все в дозах 108). Далее опухоли удаляли на 14-е сутки и животных повторно заражали инъекцией более высокой дозы клеток. Состояние животных оценивали ежедневно, а рост опухоли контролировали с помощью цифрового штангенциркуля. Мыши, которые были живы через 100 дней после повторного заражения, исследованы на наличие опухолей в местах инъекции и в легких. При анализе результатов виротерапии ни у одного из лабораторных животных не было зафиксировано наличия видимой опухолевой ткани [28]. Заключение ОВ в настоящее время не могут рассматриваться как самостоятельный вид лечения злокачественных новообразований; их безопасность для человека не доказана до конца. Улучшенные вирусы с точки зрения эффективности и селективности воздействия на опухоль, а также оптимизированные комбинации с другими «стандартными» видами системной терапии представляются весьма перспективными, особенно у больных с развившейся лекарственной резистентностью. В последнее десятилетие появились десятки разработанных вирусов, впечатляющие своей опухолевой специфичностью. Дальнейшие исследования позволят наметить потенциальные терапевтические возможности и оценить безопасность этого нового и поистине интригующего метода лечения злокачественных новообразований.

About the authors

Dmitriy A Morozov

Russian Medical Academy of Continuous Professional Education of the Ministry of Health of the Russian Federation; N.N.Blokhin National Medical Research Center of Oncology of the Ministry of Health of the Russian Federation

Resident Doctor of the Department of Oncology and Palliative Medicine, Russian Medical Academy of Continuous Professional Education 2/1, Barrikadnaia st., Moscow, 125993

Irina V Kolyadina

Russian Medical Academy of Continuous Professional Education of the Ministry of Health of the Russian Federation; N.N.Blokhin National Medical Research Center of Oncology of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: rinakolyadina@yandex.ru
MD, Ph.D, Leading Researcher, Professor in the Department of Oncology and Palliative Medicine, R 2/1, Barrikadnaia st., Moscow, 125993

Irina V Poddubnaya

Russian Medical Academy of Continuous Professional Education of the Ministry of Health of the Russian Federation; N.N.Blokhin National Medical Research Center of Oncology of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: ivprectorat@inbox.ru
MD, Ph.D, Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Head of the Department of Oncology and Palliative Medicine 2/1, Barrikadnaia st., Moscow, 125993

Petr M Chumakov

V.A.Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Ph.D, Biology, Professor, Head of the Laboratory of Cell Proliferation 32, Vavilova st., Moscow, 119991, Russian Federation

Galina V Ilinskaya

V.A.Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Cand. Sci. (Biol.), Researcher in the Laboratory of Cell Proliferation 32, Vavilova st., Moscow, 119991, Russian Federation

Vagan Yu Bokhian

N.N.Blokhin National Medical Research Center of Oncology of the Ministry of Health of the Russian Federation

23, Kashirskoe h., Moscow, 115478, Russian Federation

Margarita I Sopova

I.M.Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Student of the International School of "Medicine of the Future" 8, bld. 2, Trubetskaia st., Moscow, 119991, Russian Federation *

References

Supplementary files