Введение

Виды вирусов

Онколитический вирус – это вирус, который избирательно инфицирует и уничтожает раковые клетки. По мере разрушения инфицированных раковых клеток в результате онколиза, они высвобождают новые инфекционные вирусные частицы или вирионы, способствуя уничтожению оставшейся опухоли. Считается, что онколитические вирусы не только вызывают прямое разрушение опухолевых клеток, но и стимулируют противоопухолевый иммунный ответ организма-хозяина. Онколитические вирусы также способны воздействовать на микроокружение опухоли различными способами. Потенциал вирусов как противораковых агентов был впервые осознан в начале двадцатого века, хотя целенаправленные исследовательские усилия начались лишь в 1960-х годах. Ряд вирусов, включая аденовирус, реовирус, вирус кори, вирус простого герпеса, вирус болезни Ньюкасла и вакцинию, были клинически протестированы в качестве онколитических агентов. Большинство современных онколитических вирусов созданы для избирательной активности против опухолей, хотя существуют и природные примеры, такие как реовирус и сенекавирус, что привело к проведению клинических испытаний. Первым онколитическим вирусом, одобренным национальным регулирующим органом, стал генетически немодифицированный штамм энтеровируса ECHO 7 RIGVIR, который был одобрен в Латвии в 2004 году для лечения меланомы кожи; одобрение было отозвано в 2019 году. Онколитический аденовирус, генетически модифицированный аденовирус под названием H101, был одобрен в Китае в 2005 году для лечения рака головы и шеи. В 2015 году талимоген лагерпарепвек (OncoVex, T VEC), онколитический вирус герпеса, являющийся модифицированным вирусом простого герпеса, стал первым онколитическим вирусом, одобренным для использования в Соединенных Штатах и Европейском Союзе для лечения распространенной неоперабельной меланомы. 16 декабря 2022 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило надофараген фираденовек внкг (Adstiladrin, Ferring Pharmaceuticals) для взрослых пациентов с высоким риском неинвазивного рака мочевого пузыря (NMIBC), резистентного к терапии Bacillus Calmette Guérin (BCG), с карциномой in situ (CIS) с или без папиллярными опухолями.

История

Связь между регрессией рака и вирусами давно была предметом теоретических изысканий, и в начале 20-го века появились сообщения о случаях регрессии, наблюдаемых при раке шейки матки, лимфоме Беркитта и лимфоме Ходжкина после иммунизации или инфекции не связанным с заболеванием вирусом. Попытки лечения рака посредством иммунизации или вирусотерапии (намеренного заражения вирусом) начались в середине 20-го века. Поскольку технологий для создания вируса по индивидуальному заказу не существовало, все ранние усилия были направлены на поиск природных онколитических вирусов. В 1960-х годах многообещающие исследования включали использование полиовируса, аденовируса, энтеровируса ECHO RIGVIR и других.

Вирус простого герпеса

Вирус простого герпеса (ВПГ) был одним из первых вирусов, адаптированных для селективного уничтожения раковых клеток, поскольку он был хорошо изучен, легко поддавался модификации и был относительно безвреден в естественном состоянии (вызывая лишь герпес на губах), что снижало потенциальные риски. Мутант 1716 вируса простого герпеса 1 типа (ВПГ-1) лишен обеих копий гена ICP34.5 и, как следствие, утратил способность к репликации в терминально дифференцированных и не делящихся клетках, но эффективно инфицирует и вызывает лизис раковых клеток, что оказалось действенной стратегией нацеливания на опухоль. В широком спектре in vivo моделей рака вирус HSV1716 индуцировал регрессию опухолей и увеличил продолжительность жизни. В 1996 году в Европе было впервые одобрено клиническое исследование с использованием онколитического вируса HSV1716. С 1997 по 2003 год штамм HSV1716 вводили в опухоли пациентов с глиобластомой мультиформной – высокозлокачественной опухолью головного мозга, – при этом не было выявлено признаков токсичности или побочных эффектов, и некоторые пациенты демонстрировали длительную выживаемость. В других испытаниях безопасности HSV1716 применялся для лечения пациентов с меланомой и плоскоклеточным раком головы и шеи. После этого другие исследования показали, что внешнюю оболочку вариантов HSV1716 можно нацеливать на определенные типы раковых клеток и использовать для доставки в них различных дополнительных генов, например, генов, расщепляющих безвредное пролекарство внутри раковых клеток для высвобождения токсичной химиотерапии, или генов, заставляющих инфицированные раковые клетки концентрировать белок, меченный радиоактивным йодом, чтобы отдельные раковые клетки уничтожались микродозой радиации, а также вирус-индуцированным лизисом клеток. Также были разработаны другие онколитические вирусы на основе ВПГ, которые находятся на стадии клинических испытаний. Один из них, одобренный FDA для лечения распространенной меланомы, – талимоген лахерпарепвек от компании Amgen.

Онкорин (H101)

Первым онколитическим вирусом, одобренным регулирующим органом, стал генетически модифицированный аденовирус H101, разработанный компанией Shanghai Sunway Biotech. В 2005 году он получил одобрение Государственного управления по контролю за продуктами и лекарствами Китая (SFDA) для лечения рака головы и шеи. H101 от Sunway и очень похожий Onyx 15 (dl1520) были сконструированы таким образом, чтобы удалить вирусный механизм защиты, взаимодействующий с нормальным геном человека p53, который часто нарушен в раковых клетках. В настоящее время он продается под торговой маркой Oncorine.

Иммунотерапия

С развитием иммунотерапии рака, в частности, ингибиторов иммунных контрольных точек, все больше внимания уделяется использованию онколитических вирусов для усиления противоопухолевого иммунитета. Существуют два основных момента, касающихся взаимодействия онколитических вирусов с иммунной системой.

Иммунитет как препятствие

Основным препятствием для успешного применения онколитических вирусов является иммунная система пациента, которая естественным образом стремится деактивировать любой вирус. Это может быть особенно серьезной проблемой при внутривенном введении, когда вирусу необходимо сначала преодолеть взаимодействие с комплементом крови и нейтрализующими антителами. Показано, что иммуносупрессия с помощью химиотерапии и ингибирование системы комплемента могут повысить эффективность терапии онколитическими вирусами. Предсуществующий иммунитет можно частично обойти, используя вирусы, которые не являются распространенными человеческими патогенами. Однако это не предотвращает последующую выработку антител. Тем не менее, некоторые исследования показали, что предварительный иммунитет к онколитическим вирусам не приводит к значительному снижению эффективности. Альтернативно, вирусный вектор можно покрыть полимером, например, полиэтиленгликолем, чтобы защитить его от антител, но это также препятствует прикреплению белков вирусной оболочки к клеткам-хозяевам. Другой способ помочь онколитическим вирусам достичь раковых опухолей после внутривенной инъекции – заключать их внутрь макрофагов (типа белых кровяных клеток). Макрофаги автоматически мигрируют в области разрушения тканей, особенно в зоны с низким содержанием кислорода, что характерно для раковых опухолей, и успешно использовались для доставки онколитических вирусов при раке предстательной железы на животных моделях.

Иммунитет как союзник

Хотя это и создает препятствие, инактивируя вирусы, иммунная система пациента также может выступать союзником в борьбе с опухолями; инфекция привлекает внимание иммунной системы к опухоли и может способствовать формированию полезного и продолжительного противоопухолевого иммунитета. Важным механизмом является высвобождение веществ при лизисе опухоли, таких как опухолеассоциированные антигены и молекулярные паттерны, связанные с опасностью (DAMPs), которые способны вызывать противоопухолевый иммунный ответ. По сути, это создает персонализированную противораковую вакцину. Зарегистрировано множество случаев спонтанной ремиссии рака. Хотя причина этого явления полностью не выяснена, предполагается, что она, вероятно, связана с внезапной иммунной реакцией или инфекцией. Для индуцирования этого феномена используются противораковые вакцины (полученные из раковых клеток или отобранных раковых антигенов) или непосредственное лечение рака кожи иммуностимулирующими факторами. Некоторые онколитические вирусы обладают высокой иммуногенностью и, инфицируя опухоль, могут вызывать противоопухолевый иммунный ответ, особенно вирусы, доставляющие цитокины или другие иммуностимулирующие факторы. Вирусы избирательно инфицируют опухолевые клетки из-за их нарушенного противовирусного ответа.

Вирус везикулярного стоматита

Вирус везикулярного стоматита (VSV) представляет собой рабдовирус, состоящий из 5 генов, кодируемых одноцепочечным РНК-геномом с отрицательным смыслом. В природе VSV инфицирует насекомых, а также сельскохозяйственных животных, вызывая у них относительно локализованное и нелетальное заболевание. Низкая патогенность этого вируса во многом обусловлена его чувствительностью к интерферонам – классу белков, высвобождаемых в ткани и кровь во время инфекции. Эти молекулы активируют генетические антивирусные защитные программы, которые защищают клетки от инфекции и предотвращают распространение вируса. Однако в 2000 году Stojdl, Lichty и др. показали, что дефекты в этих путях делают раковые клетки невосприимчивыми к защитному действию интерферонов и, следовательно, высокочувствительными к инфицированию VSV. Поскольку VSV проходит быстрый цикл цитолитического размножения, инфицирование приводит к гибели злокачественных клеток и примерно 1000-кратному увеличению количества вируса в течение 24 часов. Таким образом, VSV обладает высокой пригодностью для терапевтического применения, и несколько групп продемонстрировали, что системно вводимый VSV может быть доставлен к опухоли, где он размножается и вызывает регрессию заболевания, часто приводя к стойкой ремиссии. Ослабление вируса путем создания делеции Met 51 в матриксном белке практически полностью устраняет инфицирование нормальных тканей, в то время как репликация в опухолевых клетках не нарушается.

Полиовирус

Полиовирус является естественным инвазивным нейротропным вирусом, что делает его очевидным выбором для селективной репликации в опухолях, происходящих из нейронных клеток. Полиовирус имеет геном одноцепочечной РНК с положительной полярностью, трансляция которого зависит от специфичного для ткани внутреннего участка инициации рибосомы (IRES) в 5'-нетранслируемой области вирусного генома, который активен в клетках нейронного происхождения и обеспечивает трансляцию вирусного генома без 5'-кэпа. Громье и соавторы (2000) заменили нормальный IRES полиовируса на IRES риновируса, изменив тем самым тканевую специфичность. Полученный вирус PV1(RIPO) оказался способен избирательно уничтожать злокачественные клетки глиомы, не затрагивая нормальные нейронные клетки.

Реовирус

Реовирусы обычно инфицируют дыхательную и кишечную системы млекопитающих (название происходит от аббревиатуры – респираторно-энтериальный сиротский вирус). Большинство людей к взрослому возрасту сталкиваются с реовирусом, однако инфекция обычно не вызывает симптомов. Онколитический потенциал реовирусов был установлен после того, как было обнаружено, что они хорошо размножаются в различных раковых клеточных линиях, вызывая лизис этих клеток. Reolysin – это лекарственная форма реовируса, предназначенная для лечения различных видов рака, в отношении которой проводятся клинические испытания.

Сенекавирус

Senecavirus, также известный как Seneca Valley Virus, — это природный дикий тип онколитического пикорнавируса, впервые обнаруженный в 2001 году как контаминант клеточной культуры в компании Genetic Therapy, Inc. Исходный изолят SVV 001 разрабатывается компанией Neotropix, Inc. в качестве противоракового препарата под названием NTX 010 для лечения раковых заболеваний с нейроэндокринными характеристиками, включая мелкоклеточный рак легкого и различные солидные опухоли у детей.

RIGVIR

RIGVIR – это препарат, одобренный Государственным агентством лекарственных средств Латвийской Республики в 2004 году. Он также был одобрен в Грузии и Армении. Это вирус ECHO 7 дикого типа, относящийся к группе эховирусов. Потенциальное использование эховирусов в качестве онколитических вирусов для лечения рака было открыто латвийским ученым Айной Муцениеце в 1960-х и 1970-х годах. По состоянию на 2017 год не было достаточных доказательств эффективности RIGVIR в качестве средства для лечения рака. 19 марта 2019 года производитель ECHO 7, SIA LATIMA, объявил о прекращении продаж препарата в Латвии, ссылаясь на финансовые и стратегические причины, а также на недостаточную прибыльность. Однако спустя несколько дней в расследовательской телепередаче было показано, что Государственное агентство лекарственных средств провело лабораторные исследования образцов препарата и обнаружило, что содержание вируса ECHO 7 значительно ниже заявленного производителем. По словам директора лаборатории агентства, "это все равно, что купить то, что вы считаете лимонным соком, а получить воду с лимонным вкусом". В марте 2019 года распространение ECHO 7 в Латвии было остановлено. По запросу ряда пациентов медицинским учреждениям и врачам было разрешено продолжать применение препарата, несмотря на приостановку действия регистрационного удостоверения.

Вирус леса Семилик

Вирус леса Семлики (SFV) – это вирус, который естественным образом инфицирует клетки центральной нервной системы и вызывает энцефалит. Генетически модифицированная форма была предклинически протестирована в качестве онколитического вируса против агрессивной опухоли головного мозга – глиобластомы. SFV был генетически модифицирован с использованием последовательностей-мишеней для микроРНК, чтобы он реплицировался только в опухолевых клетках мозга, а не в нормальных клетках мозга. Модифицированный вирус снижал рост опухоли и продлевал выживаемость мышей с опухолями головного мозга. Также было установлено, что модифицированный вирус эффективно уничтожает клеточные линии глиобластомы человека. Коксакивирус A21 разрабатывается компанией Viralytics под торговым названием Cavatak. Коксакивирус A21 принадлежит к виду Enterovirus C. Вирус гриппа А – один из первых вирусов, о котором анекдотически сообщалось, что он вызывает регрессию рака. Это послужило стимулом для доклинической разработки генетически модифицированных онколитических вирусов гриппа А. Муринный респировирус, который в научной литературе часто называют вирусом Сендай, продемонстрировал некоторые онколитические свойства, которые описаны в разделе «Муринный респировирус как онколитический агент».

Направленная эволюция

Инновационный подход к разработке лекарственных средств, называемый "направленной эволюцией", включает создание новых вирусных вариантов или серотипов, специально направленных против опухолевых клеток, путем последовательных раундов целенаправленного отбора, использующих большие популяции случайно сгенерированных рекомбинантных вирусных предшественников. Повышенное биоразнообразие, созданное на начальном этапе гомологичной рекомбинации, обеспечивает обширный случайный пул вирусных кандидатов, которые затем подвергаются серии этапов отбора, направленных на достижение заранее заданного результата (например, повышение опухолевой специфической активности) без необходимости предварительных знаний о вирусных механизмах, ответственных за этот результат. Полученный пул онколитических вирусов затем может быть дополнительно проверен в доклинических моделях для выбора онколитического вируса с желаемыми терапевтическими характеристиками. Направленная эволюция была применена к человеческому аденовирусу, одному из многих вирусов, разрабатываемых в качестве онколитических агентов, для создания высокоселективной и эффективной онколитической вакцины. В результате этого процесса был создан ColoAd1 (новый химерный представитель группы B аденовирусов). Этот гибрид аденовирусных серотипов Ad11p и Ad3 демонстрирует значительно более высокую эффективность и избирательность к опухолям, чем контрольные вирусы (включая Ad5, Ad11p и Ad3), и было подтверждено, что он производит примерно на два лога больше вирусного потомства на свежевыделенной ткани опухоли толстой кишки человека, чем на соответствующей нормальной ткани. Вирусный ген, функция которого заключается в изменении определенного пути, не является необходимым в клетках с дефектным путем, но необходим в клетках с активным путем. Ферменты тимидинкиназа и рибонуклеотидредуктаза, присутствующие в клетках, отвечают за синтез ДНК и экспрессируются только в активно реплицирующихся клетках. Эти ферменты также присутствуют в геномах некоторых вирусов (например, HSV, вакциния) и позволяют вирусу реплицироваться в покоящихся (не реплицирующихся) клетках, поэтому, если они инактивированы мутацией, вирус сможет реплицироваться только в пролиферирующих клетках, таких как раковые клетки.

Нацеливание на опухоль

Существует два основных подхода к формированию опухолевой селективности: трансдукционный и не трансдукционный таргетинг. Трансдукционный таргетинг предполагает модификацию белков вирусной оболочки для нацеливания на опухолевые клетки, при этом снижая проникновение в здоровые клетки. Этот подход к селективности в отношении опухолей в основном изучался на аденовирусах и HSV-1, хотя он вполне применим и к другим вирусам.

Гены репортера

Как в лаборатории, так и в клинике полезно иметь простой способ идентификации клеток, инфицированных экспериментальным вирусом. Этого можно достичь, оснастив вирус "репортерными генами", которые обычно отсутствуют в вирусных геномах и кодируют легко идентифицируемые белковые маркеры. Одним из примеров таких белков является GFP (зеленый флуоресцентный белок), который, присутствуя в инфицированных клетках, при стимуляции синим светом будет излучать флуоресцентное зеленое свечение. Преимущество этого метода заключается в том, что его можно использовать на живых клетках, а у пациентов с поверхностными инфицированными поражениями он позволяет быстро и неинвазивно подтвердить вирусную инфекцию. Другой пример визуального маркера, полезного в живых клетках, – это люцифераза, фермент светлячка, который в присутствии люциферина излучает свет, обнаруживаемый специализированными камерами. Тумороселективность онколитических вирусов обеспечивает экспрессию "генов-самоубийц" только в раковых клетках, однако "эффект облучения" на окружающие опухолевые клетки был описан для нескольких систем генов-самоубийц.

Супрессия ангиогенеза

Ангиогенез (образование кровеносных сосудов) является важной частью формирования крупных опухолевых масс. Ангиогенез может быть ингибирован экспрессией нескольких генов, которые могут быть доставлены в раковые клетки с помощью вирусных векторов, что приводит к подавлению ангиогенеза и кислородному голоданию в опухоли. Инфицирование клеток вирусами, содержащими гены для синтеза ангиостатина и эндостатина, ингибировало рост опухоли у мышей. Повышенная противоопухолевая активность была продемонстрирована в рекомбинантном вирусе вакцинии, кодирующем антиангиогенные терапевтические антитела, и в варианте HSV1716, экспрессирующем ингибитор ангиогенеза.

Радиойод

Добавление гена симпортера йодида натрия (NIS) в вирусный геном приводит к экспрессии NIS и накоплению йода в инфицированных опухолевых клетках. В сочетании с радиойодной терапией это позволяет осуществлять локальную радиотерапию опухоли, подобно тому, как это делается при лечении рака щитовидной железы. Радиойод также может быть использован для визуализации репликации вируса в организме с помощью гамма-камеры.

Утвержденные терапевтические средства

Талимоген лагерпарепвек (OncoVEX GM CSF), также известный как T-VEC, разработанный компанией Amgen, успешно завершил клинические испытания фазы III при распространенной меланоме в марте 2013 года. В октябре 2015 года FDA США одобрило T-VEC под торговым названием Imlygic для лечения меланомы у пациентов с неоперабельными опухолями, став первым одобренным онколитическим препаратом в западном мире. Препарат основан на вирусе простого герпеса (ВПГ-1). Также он был протестирован в исследовании фазы I при раке поджелудочной железы и в исследовании фазы III при раке головы и шеи в сочетании с химиотерапией цисплатином и лучевой терапией. Тесерпатурев (G47∆), также известный как Delytact от Daiichi Sankyo, является первой онколитической вирусной терапией, одобренной Министерством здравоохранения, труда и благосостояния Японии (MHLW). Delytact – это генетически модифицированный онколитический вирус простого герпеса 1 типа (ВПГ-1), одобренный для лечения злокачественной глиомы в Японии.

Онколитические вирусы в сочетании с существующими методами лечения рака

Именно в сочетании с традиционными методами лечения рака онколитические вирусы чаще всего демонстрируют наибольший потенциал, так как комбинированная терапия действует синергически, не вызывая очевидных негативных последствий.

Клинические испытания

Onyx 015 (dl1520) проходил испытания в сочетании с химиотерапией, прежде чем был прекращен в начале 2000-х годов. Комбинированное лечение давало более выраженный эффект, чем каждый из методов лечения по отдельности, но результаты не были полностью однозначными. Вирус вакцинии GL ONC1 изучался в клиническом исследовании в сочетании с химио- и лучевой терапией в качестве стандартной терапии для пациентов с впервые диагностированным раком головы и шеи. Вирусы герпеса, аденовирусы, реовирусы и вирус мышиной лейкемии также проходят клинические испытания в составе комбинированных терапий.

Предклинические исследования

Чен и др. (2001) использовали CV706, аденовирус, специфичный для простаты, в сочетании с лучевой терапией рака простаты у мышей. Комбинированное лечение привело к синергическому увеличению гибели клеток, а также к значительному увеличению размера вирусного выхода (числа вирусных частиц, высвобождаемых при лизисе каждой клетки). Изменений в вирусной специфичности не наблюдалось. В доклинических исследованиях также продемонстрировано, что SEPREHVIR (HSV 1716) проявляет синергизм при использовании в комбинации с несколькими химиотерапевтическими препаратами для лечения рака. Показано, что антиангиогенный препарат бевацизумаб (анти-VEGF антитело) снижает воспалительный ответ на онколитический вирус простого герпеса и повышает эффективность вирусотерапии у мышей. Модифицированный онколитический вирус вакцинии, кодирующий одноцепочечное анти-VEGF антитело (аналогичное бевацизумабу), продемонстрировал значительно более высокую противоопухолевую активность по сравнению с исходным вирусом в моделях на животных.

В художественной литературе

В научной фантастике концепция онколитического вируса впервые была представлена публике в романе Джека Уильямсона «Остров дракона», опубликованном в 1951 году, хотя воображаемый вирус Уильямсона был основан на бактериофаге, а не на вирусе, поражающем млекопитающих. «Остров дракона» также известен как источник термина «генетическая инженерия». Сюжет голливудского фильма «Я — легенда» основан на предпосылке, что всемирная эпидемия была вызвана вирусным средством для лечения рака.