科學家發現寨卡病毒減毒活疫苗可用於治療惡性腦瘤

導 讀

膠質母細胞瘤是人類腫瘤中惡性程度最高的腫瘤之一，患者平均生存期只有14個月左右，常規的治療後患者複發率幾乎達到100％。近日，軍事醫學研究院秦成峰研究員與國家生物醫學分析中心滿江紅研究員、美國德克薩斯大學史佩勇教授聯合攻關等聯合攻關，成功將寨卡病毒疫苗株開發為新型溶瘤病毒，為膠質母細胞瘤的臨床治療開闢了新的方向。相關研究以Treatment of Human Glioblastoma with a Live Attenuated Zika VirusVaccine Candidate」為題於2018年9月18日在線發表於美國微生物學會權威期刊mBio上。

研究背景

膠質母細胞瘤（Glioblastoma，GBM）是一種惡性腦瘤，是人類腫瘤中惡性程度最高的腫瘤之一。現有手術和放化療等治療方法的效果有限，患者平均生存期只有14個月左右，患者複發率幾乎達到100%。新近的研究發現，膠質母細胞瘤幹細胞（GSCs）即使在聯合治療後也隱藏在附近的腦組織中，可能是患者複發的關鍵所在。如何特異殺傷GSC成為攻克GBM的瓶頸之一。

寨卡病毒雖然惡名遠揚，但它可以特異殺傷膠質瘤幹細胞，或許能用於膠質母細胞瘤的治療。軍事醫學研究院秦成峰團隊和德克薩斯大學史佩勇團隊等早在2017年時就發現，寨卡病毒可以特異地感染和殺傷神經前體細胞和神經幹細胞。鑒於神經前體細胞和膠質瘤幹細胞的某些生物學特徵的相似性，研究人員意識到寨卡病毒或許能夠特異殺傷膠質瘤幹細胞，用於膠質母細胞瘤的治療。為了確保在患者身上使用寨卡病毒攻擊癌細胞的安全性，軍事醫學研究院秦成峰團隊和德克薩斯大學史佩勇團隊合作，通過基因工程的方法，研發了不同類型的寨卡減毒活疫苗（ZIKV-LAV）。這些疫苗的神經毒力與野生毒株相比明顯降低，在小鼠和恆河猴模型中均非常安全，並且在保護小鼠和非人類靈長類動物免受感染方面很有效。

結果速覽

1、減毒寨卡病毒疫苗株的體內安全性分析。研究者首先證實了ZIKV-LAV腦內注射CD-1小鼠、BALB/c裸鼠等多種小鼠模型中是安全的，不會導致任何神經癥狀和行為學異常，神經毒力比目前廣泛使用的乙腦疫苗還要低（圖1）。

FIG1 Characterization of the safety profile of ZIKV-LAV upon intracerebral administration in mice

2、減毒寨卡病毒疫苗株的溶瘤效果分析。研究人員在體內外模型中評估了寨卡疫苗株對膠質瘤幹細胞的溶瘤活性。正在細胞水平的體外模型研究結果發現，寨卡疫苗株可高效感染膠質瘤幹細胞，並快速誘導大量細胞死亡，阻止腫瘤球形成。更重要的是，寨卡疫苗株僅對膠質瘤幹細胞表現出較高的殺傷效果，對分化後的膠質瘤細胞感染率非常低，能夠有效避免「誤傷」正常腦細胞（圖2）。

FIG2 ZIKV-LAV preferentially infects and kills GSCs and impairs tumorsphere formation

3、減毒寨卡病毒疫苗株體內的溶瘤效果分析。進一步的，研究人員建立了基於病人來源的膠質瘤幹細胞的小鼠模型，並通過模擬腫瘤複發的程序進行治療。結果發現，與對照組小鼠相比，治療組小鼠腦內膠質瘤幹細胞數量大幅減少，同一時間點膠質瘤幹細胞比例僅為對照組一半左右更為重要的是，寨卡疫苗治療組小鼠不僅腦內腫瘤發生時間明顯延後，而且生存周期顯著延長，顯示出了優越的臨床轉化應用前景（圖3，圖4）。

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FIG 3 ZIKV-LAV inhibited GSC tumor growth and prolonged animal survival

FIG 4 ZIKV-LAV has tumoricidal activity in glioblastoma bulk cells.FIG4 ZIKV-LAV preferentially infects and kills GSCs and impairs tumorsphere formation

4、寨卡病毒疫苗株的溶瘤機制研究分析。病毒感染前後的膠質瘤幹細胞的轉錄組分析發現，寨卡病毒感染膠質瘤幹細胞可以同時激活細胞凋亡相關蛋白、炎症因子、I型干擾素相關基因等多種關鍵信號分子的表達，這表明寨卡疫苗的抑瘤作用可能是通過不同信號通路協同作用實現的（圖5，6）。

FIG 5 Relative expression of DEGs from the cell cycle, p53 signaling, apoptosis, and PI3K-Akt signaling pathways in ZIKV-infected GSCs.

FIG 6 Specific cytokine responses in ZIKV-infected GSCs.

結 語

將寨卡病毒疫苗株開發為新型溶瘤病毒，為膠質母細胞瘤的臨床治療開闢了新的方向。目前，該疫苗正在按照溶瘤病毒申報註冊要求進行生產工藝研究。下一步研究人員計劃與臨床醫生合作測試該疫苗對膠質母細胞瘤患者治療的有效性和安全性。

本研究得到國家重點研發計劃(2016YFD0500304)、國家自然科學基金、牛頓高級學者等基金的支持。軍事醫學研究院微生物流行病研究所陳奇博士、葉青博士，國家生物分析中心吳瑾博士，中國醫學科學院蘇州系統生物學研究所馬烽博士為論文並列第一作者，軍事醫學研究院秦成峰研究員、國家生物醫學分析中心滿江紅研究員，美國德克薩斯大學史佩勇教授為論文的並列通訊作者。軍事腦科學研究所吳海濤研究員為本文做出重要貢獻。

ABSTRACT

Glioblastoma (GBM) is the deadliest type of brain tumor, and glioma stem cells (GSCs) contribute totumor recurrence and therapeutic resistance. Thus, an oncolytic virus targeting GSCs may be useful for improving GBM treatment. Because Zika virus (ZIKV) hasan oncolytic tropism for infecting GSCs, we investigated the safety and efficacy of a live attenuated ZIKV vaccine candidate (ZIKV-LAV) for the treatment of human GBM in a GSC-derived orthotopic model. Intracere bralinjection of ZIKV-LAV into mice caused no neurological symptoms or behavioral abnormalities. The neurovirulence of ZIKV-LAV was more attenuated than that of the licensed Japanese encephalitis virus LAV 14-14-2, underlining the superior safety of ZIKV-LAV for potential GBM treatment. Importantly, ZIKV-LAV significantly reduced intracerebral tumor growth and prolonged animal survivalby selectively killing GSCs within the tumor. Mechanistically, ZIKV infection elicited antiviral immunity, inflammation, and GSC apoptosis. Together, these results further support the clinical development of ZIKV-LAV for GBM therapy.

【IMPORTANCE】Glioblastoma (GBM), the deadliest type of brain tumor, is currently incurable because of its high recurrence rate after traditional treatments, including surgery to remove the main part of the tumor and radiation and chemo therapy to target residual tumor cells. These treatments fail mainly due to the presence of a cell subpopulation called glioma stem cells (GSCs), which are resistant to radiation and chemo therapy and capable of self-renewal and tumorigenicity. Because Zika virus (ZIKV) has an oncolytic tropism for infecting GSCs, we tested a live attenuated ZIKV vaccine candidate (ZIKV-LAV) for the treatment of human GBM in a human GSC-derived orthotopic model. Our results showed that ZIKV-LAV retained good efficacy against glioblastoma by selectively killing GSCs within the tumor. In addition, ZIKV-LAV exhibited an excellent safety profile upon intracerebralin jection into the treated animals. The good balance between the safety of ZIKV-LAV and its efficacy against human GSCs suggests that it is a potential candidate for combination with the current treatment regimen for GBM therapy.

參考文獻：

1. Qi Chen, Jin Wu,Qing Ye, Feng Ma, Qian Zhu, Yan Wu, Chao Shan, Xuping Xie, Dapei Li, XiaoyanZhan, Chunfeng Li, Xiao-Feng Li, Xiaoling Qin, Tongyang Zhao, Haitao Wu,Pei-Yong Shi, Jianghong Man, Cheng-Feng Qin. Treatment of Human Glioblastomawith a Live Attenuated Zika Virus Vaccine Candidate.

DOI:10.1128/mBio.01683-18

https://mbio.asm.org/content/9/5/e01683-18

2. China Daily：Zikavaccine shows promise for treating deadly brain cancer寨卡疫苗有望治療致命腦癌

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

3. Virologica中國病毒學英文版：秦成峰/滿江紅/史佩勇合作組發現寨卡減毒活疫苗可治療惡性腦瘤 | mBio

本期編輯：Annabella

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