Анастасия Сосновцева, Анастасия Липатова: «Онколитические вирусы — адъюванты для лечения рака»

Анастасия Сосновцева (н.с. лаборатории регуляции внутриклеточного протеолиза Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, к.б.н.) и Анастасия Липатова (в.н.с. лаборатории пролиферации клеток Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, к.б.н.) выступили с лекцией «Вирусы против опухоли: новые подходы в терапии рака».

Опухоль — это сложная экосистема

Анастасия Сосновцева начала доклад с рассказа о структуре и строении опухоли. Опухоли состоят не только из трансформированных клеток, но и из опухолевых стволовых клеток, иммунных клеток, опухоль-ассоциированных клеток стромы (эпителиальных клеток, клеток сосудов, адипоцитов). Помимо клеточного компонента в опухоли присутствуют внеклеточный матрикс, сосудистая сеть, снабжающая опухоль кислородом и питательными веществами, и сигнальные элементы, обеспечивающие общение между клетками, — цитокины, хемокины, внеклеточные везикулы.

Прогрессии опухоли способствует иммуносупрессивное микроокружение, которое позволяет ей избегать иммунного ответа и вырабатывать устойчивость к терапии. В состав микроокружения опухоли входят иммунные клетки: Т-регуляторные клетки, миелоидные супрессорные клетки, опухоль-ассоциированные макрофаги, которые ограничивают цитотоксические функции Т- и NK-клеток. Опухоли способны экспрессировать ингибирующие сигналы, включая иммунные чекпоинты, например, PD-L1. Такие ингибирующие сигналы способствуют истощению Т-клеток и препятствуют презентации антигена. Кроме того, опухолевое микроокружение способно подавлять активацию иммунной системы: гипоксия способствует миграции в опухоль супрессорных клеток, а закисление среды мешает инфильтрации цитотоксических Т-клеток.

Иммунный ответ на опухоль — основа иммунотерапии

Традиционные методы лечения рака — хирургия, химио- и радиотерапия — направлены на уменьшение количества опухолевых клеток, но имеют ограниченное влияние на опухолевое микроокружение. Даже после заметной редукции опухоли могут сохраняться гипоксия, стромальные барьеры, миелоидная супрессия и плохая инфильтрация T-клеток, то есть количественное уменьшение опухоли еще не означает восстановление противоопухолевого иммунного контроля. Поэтому высоким потенциалом обладает новый подход к лечению опухолей — иммунотерапия, которая позволяет активировать собственный иммунный ответ пациента для борьбы с онкозаболеванием.

Будущее противоопухолевой терапии — в комбинации трех элементов: уменьшения опухолевой массы, активации иммунитета и перепрограммирования микроокружения. Терапия онколитическими вирусами способна обеспечить все три компонента.

Сам по себе иммунный ответ на опухоль начинается с лизиса опухолевых клеток, который может произойти в результате терапии. При разрушении опухолевые клетки выделяют антигены: опухолевые поверхностные или внутриклеточные антигены, а также молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждением (DAMP). Такие сигналы привлекают иммунные клетки. Первыми на них реагируют дендритные клетки, способные презентировать антигены другим иммунным клеткам. Когда опухолевые клетки разрушаются вирусами, антигенная нагрузка увеличивается за счет молекулярных паттернов, ассоциированных с патогенами (PAMP).

Дендритные клетки начинают презентацию антигенов после миграции в лимфоузлы через главный комплекс гистосовместимости (ГКГС, или MHC) I и II класса. Этот процесс обеспечивает прайминг Т-клеток, который помимо распознавания комплекса пептид—MHC включает в себя костимуляцию и инструктирование клеток провоспалительными цитокинами. Виротерапия усиливает все три компонента прайминга Т-клеток, так как дополнительно активирует врожденный иммунитет и специализированные антигенпрезентирующие клетки.

Для эффективного противоопухолевого иммунитета важна вовлеченность MHC обоих классов: MHC I класса обеспечивает прайминг цитотоксических CD8+ Т-клеток, а MHC II класса — прайминг CD4+ Т-хелперов, которые, в свою очередь, обеспечивают долговременный иммунный контроль через активацию дендритных клеток и Т-киллеров и превращение в клетки памяти.

Помимо Т-клеточного иммунитета также существует иммунный ответ, опосредованный антителами. Если антитело способно распознать антигены на поверхности опухолевых клеток, то оно способно к опсонизации — антитела «облепляют» опухолевые клетки и привлекают к ним NK-клетки, макрофаги и другие антигенпрезентирующие клетки. Кроме того, некоторые изотипы антител могут запускать систему комплемента — часть врожденного гуморального иммунитета.

Длительный иммунный ответ обеспечивается в том случае, если эффективно проходят все вышеописанные события. При этом с каждым новым циклом иммунный ответ усиливается. Виротерапия поддерживает этот цикл: после инфицирования вирусы лизируют опухолевые клетки, тем самым активируя дополнительно противовирусный иммунный ответ.

Иммунотерапия эффективна в том случае, если обеспечивает системный иммунный ответ, чтобы предотвратить возможные рецидивы и метастазы. Опухольспецифические Т-клетки отбираются из уже существующих клонов Т-клеток, поэтому такие клетки не только мигрируют в очаг опухоли, но и могут патрулировать остальной организм. Кроме того, формируется иммунологическая память: часть активированных Т-клеток переходит в клетки памяти, которые могут обеспечить долгосрочный иммунный надзор над опухолью.

Онколитические вирусы против иммуносупрессии

Из-за иммуносупрессивной архитектуры опухоли продуктивный иммунный ответ не всегда возможен. Даже если клетки лизируются, эффективной презентации антигенов не происходит, а инфильтрация Т-клеток ограничена. Онколитические вирусы способствуют возникновению локального воспаления, которое сдвигает баланс и «разогревает» опухоли, перепрограммируя иммуносупрессивное микроокружение.

Вирусы запускают врожденный противовирусный ответ, в том числе связанный с экспрессией интерферонов I типа. За счет этого вирусы привлекают иммунные клетки в опухоль и делают опухолевые клетки более видимыми для иммунной системы. Кроме того, часть онколитических вирусов могут перепрограммировать опухоль-ассоциированные иммунные клетки: так, макрофаги переходят из иммуносупрессивного M2-подобного состояния в провоспалительный фенотип M1. Если макрофаги типа М2 способствуют ангиогенезу и ремоделируют матрикс, облегчая метастазирование, то макрофаги типа М1 вырабатывают провоспалительные сигналы, поддерживают активацию T- и NK-клеток, презентируют антигены и убивают опухолевые клетки через фагоцитоз, опосредованный антителами.

Важно отметить, что не любая гибель опухолевых клеток полезна с точки зрения иммунитета. В некоторых случаях гибель клеток неиммуногенна, так как выбрасывается недостаточно антигенов и DAMP. Вирусы же поддерживают иммуногенную гибель клеток. Они способны становиться своеобразным адъювантом для иммунного ответа, благодаря чему могут быть использованы как in situ вакцина.

Вместе с тем даже успешный прайминг Т-клеток может быть прерван адаптивной резистентностью, связанной с действием иммунных чекпоинтов, которые предотвращают чрезмерную активацию иммунитета. Активированные Т-клетки экспрессируют такой ингибиторный рецептор PD-1, а опухолевые и миелоидные клетки в ответ на IFN-гамма могут усиливать экспрессию его лиганда— PD-L1. Таким образом, опухолевые клетки блокируют уже запущенный иммунный ответ. Чтобы этого не происходило, онколитические вирусы можно применять в комбинации с ингибиторами иммунных чекпоинтов — например, с антителами против PD-1 или PD-L1.

Иногда вирусы используются как векторы для доставки дополнительных иммуномодуляторных молекул. Таким способом можно доставлять GM-CSF — фактор, необходимый для активации антигенпрезентирующих клеток; IL-12 — цитокин, способствующий активации NK-клеток и цитотоксических Т-клеток; ингибиторы иммунных чекпоинтов и др.

Онколитические вирусы в клинике

Выступление Анастасии Липатовой было посвящено клиническим случаям успешного применения онколитических вирусов. Осознанному применению вирусов в клинической практике предшествовали сотни эмпирических наблюдений, когда вирусная инфекция способствовала регрессии опухолей разной гистологической принадлежности.

Докладчица рассказала о клиническом случае, когда внутривенное введение модифицированного вируса кори MV-NIS привело к полной ремиссии у пациентки с диссеминированной миеломой. Этот вирус использует для проникновения в клетки рецептор CD46, экспрессия которого повышена на опухолевых клетках при множественной миеломе примерно в 100 раз по сравнению с нормой. Регрессия опухоли началась уже через 36 ч после введения вируса, а титр вируса в крови определялся в течение 20 дней. Но стоит отметить, что значимое уменьшение опухолевого объема требует высоких доз вирусов. В этом случае доза составляла 10¹¹ вирусных частиц, терапевтический эффект наблюдался несмотря на частичную инактивацию нейтрализующими антителами к кори.

Другой клинический случай был связан с применением T-VEC — модифицированного вируса простого герпеса, который также является первым одобренным FDA иммунотерапевтическим препаратом на основе репликативно-компетентного вируса для лечения рака. Для повышения безопасности вируса его геном был модифицирован таким образом, чтобы снизить его способность заражать нервную ткань, а также чтобы заставить вирус экспрессировать GM-CSF. Локальное внутриопухолевое введение T-VEC обеспечивает градиент экспрессии GM-CSF, который и способствует миграции иммунных клеток в опухоль. Например, пациенту с карциномой Меркеля — нейроэндокринной опухолью — вводили T-VEC в подкожные метастазы раз в две недели. Через 10 недель наблюдалась полная регрессия опухолевых узлов, куда вводился препарат, а через год — всех узлов, даже тех, куда препарат не вводили. Это означает, что у пациента сформировался длительный системный противоопухолевый ответ. Аналогичный результат наблюдался у пациента, который перенес транспланацию сердца и почки и имел рецидив меланомы. Уже через 11 циклов внутриопухолевого введения T-VEC врачам удалось добиться полной регрессии всех очагов, включая те, куда препарат не вводился.

Эффективными онколитическими агентами являются различные ксеновирусы — вирусы животных, не способные вызывать стойкую инфекцию у человека. В исследовании, проведенном в США, четырем пациентам с глиобластомой вводили вирус болезни Ньюкасла, парвовирус и вирус осповакцины внутриартериально раз в две-три недели. Такая терапия значительно увеличила продолжительность жизни пациентов: после постановки диагноза «глиобластома» продолжительность жизни составляет в среднем 15-20 месяцев, а в данном исследовании пациенты после терапии смесью вирусов прожили от 4 до14 лет на момент публикации исследования. Стоит отметить, что онколитические вирусы здесь применялись совместно с поддерживающей химио-, радио- или иммунотерапией.

Еще один интересный случай связан с применением комбинации опухоль-инфильтрирующих Т-лимфоцитов (TIL) и генетически модифицированного аденовируса. В опухоли часто содержатся TIL, которые уже имеют специфические для ее распознавания рецепторы, но ничего с ней не делают из-за иммуносупрессивного микроокружения. После частичной резекции опухоли или аспирационной биопсии выделяли TIL, активировали их и размножали in vitro; затем возвращали в организм пациента. В исследовании пациентам помимо инфузии TIL вводили аденовирус, экспрессирующий IL-2 и TNF-α. При такой комбинированной терапии, без предварительной химиотерапии или последующего введения IL-2, отмечалась полная регрессия метастатической меланомы слизистой оболочки.

Онколитические вирусы также применяются для лечения рака молочной железы, который занимает лидирующие позиции по смертности среди женщин. В сочетании с иммунотерапией и гормональной терапией применение смеси нескольких немодифицированных вирусов способствовало уменьшению размера опухоли через шесть месяцев. А в конце 2024 года Беата Халасси, вирусолог из Хорватии, самостоятельно при согласии врачей использовала для лечения тройного негативного рака молочной железы два онколитических штамма — вакцинный штамм кори и слабо-патогенный вирус везикулярного стоматита. После нескольких локальных инъекций (внутриопухолевых и подкожных) удалось добиться уменьшения объема опухоли и предотвратить инвазию в ткани кожи и мышцы, что позволило провести полную хирургическую резекцию. Рецидивов не наблюдалось в течение 45 месяцев после операции.

 Фото: Парк «Зарядье»

Онколитические вирусы в России

В Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН был разработан поливалентный онколитический препарат «Энтеромикс», который содержит четыре штамма энтеровирусов разных серотипов, проникающих в опухолевые клетки через разные рецепторы. В настоящий момент он проходит клинические испытания 1 фазы в НМИЦ радиологии.

В доклинических испытаниях один из компонентов — рекомбинантный полиовирус 3 типа — на модели подкожного ксенографта глиобластомы в иммунодефицитных мышах показал высокую эффективность. Введение вируса обеспечило полную регрессию опухоли, причем после лечения большая часть животных выжила.

Исследуются также «вооруженные» иммуномодулирующими белками штаммы вируса осповакцины (полученного в СССР биоварианта штамма Листер). Этот штамм отличается высоким тропизмом к опухоли, а удаление из него гена тимидинкиназы обеспечивает дополнительную специфичность его репликации в опухолевых клетках. В экспериментах на животных было показано, что в течение 120 ч вирус эффективно размножается в опухоли, способствуя ее уничтожению.

Чтобы «вооружить» этот вирус, исследователи ввели в его геном экспрессионную кассету, содержащую нуклеотидную последовательность флагеллина Б бактерии Vibrio vulnificus, которая принадлежит к тому же семейству, что и возбудитель холеры. Экспрессия флагеллина способствует активной стимуляции иммунитета. На мышиной модели меланомы B16 было показано, что пролиферация опухолевых клеток существенно снижается после применения такого «вооруженного» вируса, что позволяет активировать иммунный надзор. В то же время на модели рака молочной железы 4T1 эффективность препарата не была подтверждена.

Для этой модели эффективнее оказалось «вооружить» вирус другими белками — интерлейкином 15 и альфа-субъединицей его рецептора. Интерлейкин 15 структурно похож на IL-2 и способствует пролиферации и активации как NK-клеток, так и цитотоксических Т-клеток. Сама по себе экспрессия цитокинов обеспечивает их наличие только в кратковременной перспективе, а дополнительное присутствие рецепторного белка позволяет стабилизировать такой белковый комплекс. Комбинированная терапия двумя «вооруженными» штаммами вызвала существенную инфильтрацию опухоли лимфоцитами, что значительно повысило выживаемость животных и снизило объем опухолей, но не привело к полному терапевтическому ответу.

Другая комбинация показала более многообещающие результаты: помимо штамма, экспрессирующего рецептор к интерлейкину 15, в схему был добавлен штамм, экспрессирующий тимидинкиназу вируса простого герпеса. При совместном использовании с ацикловиром выживаемость животных существенно возрастала, в том числе наблюдались случаи полного излечения агрессивного тройного негативного рака молочной железы. В скором времени исследователи планируют начать клинические испытания данного препарата.

Другие лекции блока «Онкология: хорошие новости»

Аполлинария Боголюбова-Кузнецова: «Клеточные продукты — это баланс между эффективностью и безопасностью»

Платон Лопухов: «Рак шейки матки — трагедия, которую можно предотвратить»