衣壳蛋白基因修饰型溶瘤腺病毒基因治疗载体的设计和治疗恶性肿瘤的研究

Cancer is one of the major diseases which seriously threaten to human life and health. Combining the dual advantages of gene therapy and oncolytic virotherapy, the oncolytic adenoviral gene therapy is a very promising strategy for cancer treatment. However, there are still many limitations to the further use of adenoviral vector in the human body, such as the pre-existing anti-vector immunity, in vivo liver enrichment by intravenous administration, and inadequate targeting and anti-tumor activity, etc. Therefore, some new capsid-modified methods are required for the present generation of oncolytic adenoviral vectors in gene therapy applications. In the present study, we used tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand (TRAIL) to construct novel capsid-modified oncolytic adenoviral vectors on the basis of the hexon-chimaeric adenovirus serotype 5 vectors (engineered to circumvent anti-Ad5 immunity) constructed by our group previously. The gene of fiber and a minor component of viral capsid, protein IX (pIX) were modified to regulate the biological properties and antitumor activity of oncolytic adenoviral vectors based on the structural analysis of adenovirus capsid protein and TRAIL. We aim to obtain new oncolytic adenoviral gene therapy vectors which are more targeted, secure and effective, and provide a basis for cancer treatment and the further clinical application of adenoviral vectors.

恶性肿瘤是严重威胁人类生命健康的重大疾病之一，结合基因治疗和溶瘤病毒治疗的双重优势，以溶瘤腺病毒为载体的基因治疗是一种十分具有应用前景的恶性肿瘤治疗新策略。然而目前腺病毒载体进一步应用于人体仍然存在诸多限制，如机体的预存免疫造成转基因效率下降及安全风险、静脉给药肝脏富集、靶向性和抗肿瘤活性不足等。因此，新一代溶瘤腺病毒的构建需要对腺病毒结构进行修饰以克服上述问题。本项目在课题组前期构建的可逃避机体预存免疫的六邻体嵌合型腺病毒载体的基础上，设计利用肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）特异性诱导肿瘤细胞凋亡的特点，通过对腺病毒衣壳蛋白和TRAIL结构进行分析，分别对溶瘤腺病毒的纤维蛋白和次要衣壳蛋白pⅨ进行基因修饰，以调控其生物学性质和肿瘤抑制活性，希望构建获得靶向性、安全性和抗肿瘤活性更好的新型溶瘤腺病毒基因治疗载体，为腺病毒载体的进一步临床应用和恶性肿瘤基因治疗新策略的研究提供基础。

恶性肿瘤目前已成为威胁人类健康的重大疾病之一，对于大多数恶性肿瘤临床上仍缺乏有效的治疗手段，研发针对这些恶性肿瘤有效的新型治疗药物已经迫在眉睫。随着生命科学和医学研究的深入发展，溶瘤病毒、基因治疗等生物治疗手段正逐渐成为恶性肿瘤治疗的重要突破口。结合基因治疗和溶瘤病毒治疗的双重优势，以溶瘤病毒为载体介导的基因治疗是一种十分具有应用前景的恶性肿瘤治疗策略。本项目在前期研究基础上，以具有肿瘤靶向和选择性凋亡能力的TRAIL分子分别对腺病毒的纤维蛋白和次要衣壳蛋白pⅨ进行基因修饰，成功构建了两种新型溶瘤腺病毒基因治疗载体：即pⅨ修饰型溶瘤腺病毒载体和Dual-fiber型溶瘤腺病毒载体。根据体外实验结果，我们对靶向抗肿瘤活性更为理想的pⅨ修饰型溶瘤腺病毒载体进行了深入分析。通过建立乳腺癌荷瘤小鼠模型和体内抑瘤实验，我们发现改造后的溶瘤腺病毒在通过静脉注射后能够靶向感染肿瘤细胞，病毒在肿瘤细胞内复制的同时大量表达外源基因TRAIL，三聚体形式的TRAIL一部分与pIX结合固定到子代病毒表面，一部分为游离的可溶性蛋白，随着肿瘤细胞裂解一起释放到细胞间隙中。两种形式的TRAIL都可以与相邻的肿瘤细胞表面的死亡受体结合，诱导细胞的凋亡，使治疗窗口扩大；或者进入血液循环系统中，随着血液的流动到达另一个病灶，发挥抗肿瘤活性。此外，我们还对pIX修饰型溶瘤腺病毒载体进行了优化，使其衣壳蛋白pIX连接更多的TRAIL蛋白，进一步提升其靶向性和肿瘤杀伤活性。随后，我们利用优化后的溶瘤病毒联合人参皂苷Rh2在小鼠模型上开展了白血病的治疗，结果表明优化后的载体也适用于白血病等血液恶性肿瘤的治疗。本项目的研究为溶瘤腺病毒的进一步临床应用和恶性肿瘤基因治疗新策略的研究提供基础。