Ο ρόλος των ιών ως φορέων στη γονιδιακή θεραπεία του κακοήθους μεσοθηλιώματος

Abstract

The results of the described research projects support that the oncolytic virus VSV.IFN-β manifests remarkable anticancer effects against mesothelioma cancer cells and this is mediated not only through direct lysis of cancer cells, but also through the induction of CD8+ T-cell mediated anticancer immunity. Furthermore, immunocompetent mice that were cured and remained cancer free for more than 6 months after treatment of heterotopic subcutaneous mouse mesothelioma flank tumors with VSV.mIFN-β did not develop new flank tumors after reexposure to subcutaneous injections with the same mouse mesothelioma cells, indicating the development of anticancer “immune memory”. These results support the translation of VSV.IFN-β in clinical trials as a novel therapeutic approach for patients with malignant pleural mesothelioma. However, the efficacy of VSV.IFN-β depends on the functionality of the type I IFN pathways, an observation which was expected if one considers the exquisite sensitivity of VSV to the antiviral functions of type I IFNs. Although a large percentage of cancer cells have evolutionarily favored the deactivation of type I IFN pathways due to their antiproliferative effects in cancer growth, the presence of some cancer cells with “active” type I IFN pathways pose an inherent mechanism of resistance to the oncolytic effects of VSV. With this in mind, it is necessary to develop personalized therapeutic strategies, i.e. immunohistochemistry for biomarkers indicative of “active” or “inactive” type I IFN pathways, in order to select patients who have higher chances of responding to the oncolytic effects of VSV. One of the main reasons for the genetic engineering of VSV to express IFN-β is the improved safety of it in case of infection of normal cells by tes virus; in this case, the expression of IFN-β would be expected to enhance the antiviral response of normal cells to the virus, preventing the replication of the virus and thus cell death. Although VSV.mIFN-β did not induce significant side effects and was very well tolerated at the treatment doses administered to immunocompetent mice, neurotoxic complications were observed in the immunodeficient mice treated with VSV.hIFN-β and VSV.GFP. Other studies have also demonstrated neurotoxicity of wild-type VSV in mice. These observations have raised doubts about the safety of the administration of this virus in patients with malignant pleural mesothelioma who could become immunosuppressed in the context of their malignancy or their treatment with chemotherapy. Hence, for the therapeutic administration of this virus the use of modified, nontoxic, attenuated viral strains is necessary or one should consider the local rather than systemic administration of this virus. Another very important obstacle in the clinical application of VSV, as well as of other oncolytic viruses, is the induction of neutralizing antibodies that inactivate the virus, especially after its systemic administration. Strategies that could be applied to reduce the immunogenicity of this virus include the modification of its immunogenic viral epitopes, the coating of the virus with polymers that “hide” these epitopes and prevent their recognition by the immune system, and systemic immunosuppression. However, the latter approach could increase the risk of side effects by rendering normal cells more succeptible to viral attack, while VSV’s anticancer effect could be significantly hampered, as this is not only mediated by oncolysis of cancer cells, but also through induction of adaptive anticacer immune response. Furthermore, the intravenous administration of VSV is followed by its uptake by hepatocytes, limiting its access to the systemic circulation and thus to the tumor’s microenvironment. Thus, strategies to improve the access of systemically administered VSV to the tumor microenvironment are also important for the improvement of the efficacy of oncolytic virotherapy; one such approach is the induction of local tumor inflammation which is currently under investigation. Finally, the incorporation of oncolytic virotherapy with other clinically approved therapeutic strategies for malignant pleural mesothelioma, as well as other cancer types, is of major importance and merits further investigation, as the concurrent or successive application of such therapeutic approaches may have a synergistic effect with better results compared to the application of each therapeutic approach separately. Despite these difficulties that generally concern most types of oncolytic viruses, oncolytic virotherapy is a groundbreaking, novel therapeutic strategy which is being actively investigated in clinical trials. There are at least 15 different types of oncolytic viruses (genetically modified adenoviruses, herpesviruses, retroviruses, vaccinia, Coxsackie and measles viruses) under clinical trials for various cancer types, such as glioblastoma multiforme, pancreatic, lung, colon, renal cell and head and neck cancer. For malignant pleural mesothelioma, a phase I clinical trial is currently investigating a viral strain of the oncolytic measles virus expressing the sodium iodide symporter (MV.NIS), while VSV.hIFN-β.NIS is currently being investigated in patients with multiple myeloma, acute lymphoblastic leukemia, T-cell lymphoma and endometrial cancer (NCT03017820).

Τα συμπεράσματα της παραπάνω έρευνας είναι ότι ο ογκολυτικός ιός VSV.IFN-β έδειξε εντυπωσιακή αντικαρκινική δράση έναντι μεσοθηλιακών καρκινικών κυττάρων μέσω κυτταρόλυσής τους σε in vitro πειραματικά μοντέλα, καθώς και σε ορθοτοπικά και ετεροτοπικά μοντέλα μεσοθηλιώματος σε ανοσοεπαρκή ποντίκια, όπου η αντικαρκινική δράση αποδόθηκε όχι μόνο στη λύση των καρκινικών κυττάρων, αλλά και στην έκλυση αντικαρκινικής ανοσιακής αντίδρασης μέσω CD8+ T-λεμφοκυττάρων. Επιπλέον, παρατηρήθηκε ανοσιακή «μνήμη» έναντι των μεσοθηλιακών κυττάρων, καθότι η επανέκθεση ανοσοεπαρκών ποντικιών που είχαν ήδη θεραπευτεί με τη χορήγηση του VSV.mIFN-β σε υποδόρια ένεση με μεσοθηλιακά κύτταρα ποντικιού κατέληξε σε απόρριψη της εμφύτευσης των κυττάρων (δεν αναπτύχθηκαν όγκοι). Τα αποτελέσματα αυτά υποστηρίζουν την περαιτέρω μελέτη του ιού VSV.IFN-β στη θεραπεία του κακοήθους μεσοθηλιώματος με ανάλογες κλινικές μελέτες σε ασθενείς. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητα του ογκολυτικού ιού VSV.IFN-β εξαρτάται από τη λειτουργικότητα των «μονοπατιών» των ιντερφερονών τύπου Ι, κάτι που ήταν αναμενόμενο αν ληφθεί υπόψη η υψηλή ευαισθησία του ιού VSV στην αντιική δράση των ιντερφερονών τύπου Ι. Αν και τα περισσότερα καρκινικά κύτταρα έχουν απενεργοποιήσει τα «μονοπάτια» ιντερφερονών τύπου Ι λόγω της αποπτωτικής τους δράσης που αντίκειται στoν πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων, υφίσταται ετερογένεια των κυτταρικών πληθυσμών που προβάλλει έναν εγγενή μηχανισμό μερικής αντίστασης την ογκολυτική αντικαρκινική δράση αυτού του ιού. Σε αυτά τα πλαίσια είναι απαραίτητη η ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπευτικών στρατηγικών, όπως π.χ. η ανοσοϊστοχημεία για την έκφραση ενζύμων-βιοχημικών δεικτών που υποδηλώνουν λειτουργικότητα των «μονοπατιών» ιντερφερονών τύπου Ι, ώστε να μπορούν να επιλεγούν οι ασθενείς που έχουν υψηλότερες πιθανότητες ευαισθησίας στην ογκολυτική δράση του VSV. Ενας βασικός λόγος της ενσωμάτωσης του γονιδίου της IFN-β στον ιό VSV είναι η αύξηση της ασφάλειάς του στην περίπτωση ιικής προσβολής φυσιολογικών κυττάρων; στην περίπτωση αυτή η έκφραση της IFN-β αναμένεται να ενισχύσει την αντιική απάντηση των φυσιολογικών κυττάρων, αποτρέποντας τον πολλαπλασιαμό του ιού και συνεπώς τον κυτταρικό θάνατο. Αν και ο ιός VSV.mIFN-β δεν προκάλεσε παρενέργειες και ήταν πολύ καλά ανεκτός στις θεραπευτικές δόσεις που χορηγήθηκαν σε ανοσοεπαρκή ποντίκια, παρατηρήθηκαν νευροτοξικές επιπλοκές στα ανοσοανεπαρκή ποντίκια των παραπάνω μελετών με τη χρήση του VSV.hIFN-β και VSV.GFP. ‘Αλλες μελέτες έχουν επίσης καταδείξει την νευροτοξικότητα του wild-type VSV σε ποντίκια. Αυτά τα δεδομένα έχουν προκαλέσει αμφιβολίες για την ασφαλή χορήγηση του ιού σε ασθενείς με κακοήθες μεσοθηλίωμα που μπορεί να υποστούν ανοσοκαταστολή με τη χορήγηση χημειοθεραπειών. Συνεπώς, για τη θεραπευτική χορήγηση αυτού του ιού πρέπει να χρησιμοποιούνται τροποποιημένα, μη τοξικά ιικά strain του VSV (attenuated strains) ή να ακολουθούνται τοπικές μέθοδοι χορήγησης (π.χ. τοπικά) που περιορίζουν τη συστηματική κυκλοφορία του ιού. ‘Eνα ακόμα σημαντικό εμπόδιο για τη θεραπευτική εφαρμογή του VSV καθώς και άλλων ογκολυτικών ιών είναι η παραγωγή ουδετεροποιητικών αντισωμάτων που απενεργοποιούν τον ιό, ιδιαίτερα μετά από συστηματική του χορήγηση (ενδοφλεβίως). Στρατηγικές που μπορούν να εφαρμοστούν για τη μείωση της ανοσογονικότητας των ιών περιλαμβάνουν την τροποποίηση των αντιγόνων/επιτόπων του ιού, η κάλυψη των ιών με πολυμερή που «κρύβουν» τα ιικά αντιγόνα, και η ανοσοκαταστολή. Ωστόσο, η εφαρμογή ανοσοκαταστολής για τη χορήγηση του VSV αυξάνει τον κίνδυνο τοξικών παρενεργειών του ιού με προσβολή των φυσιολογικών κυττάρων, ενώ ταυτόχρονα αναμένεται να μειώσει την αντικαρκινική αποτελεσματικότητα του ιού δεδομένου ότι ο VSV δε δρα μόνο προκαλλώντας ογκόλυση, αλλά και επάγοντας ειδική αντικαρκινική ανοσιακή αντίδραση. ‘Επιπλέον, η συστηματική, ενδοφλέβια χορήγηση του VSV οδηγεί στην κύρια πρόσληψή του από τα ηπατικά κύτταρα, περιορίζοντας την πρόσβαση του στη συστηματική κυκλοφορία και συνεπώς στο μικροπεριβάλλον του όγκου. Συνεπώς, μέθοδοι βελτίωσης της πρόσβασης του VSV στο μικροπεριβάλλον του όγκου με την επαγωγή τοπικής φλεγμονής στον όγκο αποτελούν πεδίο έρευνας για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της ογκολυτικής ιοθεραπείας. Τέλος, η ενσωμάτωση της ογκολυτικής ιοθεραπείας με τις υπόλοιπες ενδεδειγμένες αντικαρκινικές θεραπείες για το μεσοθηλίωμα, καθώς και άλλων τύπων καρκίνου, χρήζει περαιτέρω προσοχής και έρευνας, καθώς η ταυτόχρονη ή διαδοχική εφαρμογή αυτών των θεραπειών μπορεί να δράσει συνεργιστικά με καλύτερα αποτελέσματα από ό,τι η εφαρμογή κάθε θεραπευτικής στρατηγικής ξεχωριστά. Παρά τις παραπάνω δυσκολίες που αφορούν γενικά τα περισσότερα είδη ογκολυτικών ιών, η ογκολυτική ιοθεραπεία είναι μία καινοτόμος θεραπευτική στρατηγική που βρίσκεται ύπο έντονη έρευνα. Υπάρχουν τουλάχιστον 15 ήδη ογκολυτικων ιών (γενετικά τροποποιημένοι αδενοϊοί, ερπητοϊοί, ιοί δαμαλίτιδας, ρεοϊοί, ιοί Coxsackie, ιοί ιλαράς) που βρίσκονται ύπο κλινική μελέτη για διάφορους τύπους καρκίνου, όπως το γλοιοβλάστωμα, ο καρκίνος παγκρέατος, πνεύμονα, νεφρών, κεφαλής και τραχήλου, παχέως εντέρου. Για το κακόηθες μεσοθηλίωμα, έχει ήδη ξεκινήσει μία κλινική μελέτη φάσης Ι που χρησιμοποιεί τον ογκολυτικό ιό ιλαράς (measles virus, MV) που εκφράζει το γονίδιο του υποδοχέα ιωδίου (sodium iodide symporter, MV.NIS), ενώ ο ανάλογα τροποποιημένος ιός VSV.hIFN-β.NIS βρίσκεται ύπο κλινική μελέτη σε ασθενείς με πολλαπλό μυέλωμα, οξεία λεμφογενή λευχαιμία, T-cell λέμφωμα, και καρκίνο του ενδομητρίου (NCT03017820).