溶瘤腺病毒治疗前列腺癌的临床研究综述,医学检验论文.docx
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1、溶瘤腺病毒治疗前列腺癌的临床研究综述,医学检验论文前列腺癌在欧美为男性发病率最高, 死亡率居第 2 位的恶性肿瘤。 近年来我们国家前列腺癌呈现急剧增加的趋势。 由于我们国家尚未普及以前列腺特异性抗原PSA为基础的人群筛查,约 70%患者在就诊时已处于进展期或转移性癌1. 早期局限性前列腺癌多采用根治性治疗,如根治性手术、放疗、离子植入、高能超声聚焦等。 根治性前列腺切除术被以为是治疗局限性前列腺癌最有效的手段, 但早期局限性前列腺癌术后仍有约 35%患者出现生化复发以及肿瘤转移,局部进展期前列腺癌约 50%在治疗后会出现生化复发和肿瘤转移2. 转移性前列腺癌 5 年生存率约 28%3. 转移性
2、前列腺癌患者大多使用拯救性治疗如内分泌治疗、 化疗等延长生存时间和缓解异常感觉和状态。但内分泌治疗只是在一定时间内有效,所有患者最终会发展为去势抵抗性前列腺癌。 多西他赛为基础的化疗药物可改善去势抵抗性前列腺患者的生存,但化疗耐药最终导致化疗失败4,5. 近年来,随着前列腺癌去势抵抗的机制以及对雄激素受体通路的研究进展, 开发了抑制细胞内雄激素合成的药物如阿比特龙6和非甾体抗雄激素新药恩杂鲁胺enza-lutamide7, 但这些制剂只能在一定程度上延缓疾病进展,最终会出现耐药导致疾病进展致患者死亡。 为了提高前列腺癌的治疗效果和改善患者的预后, 新的治疗手段包括溶瘤腺病毒疗法正在不断探寻求索
3、8. 溶瘤腺病毒是一种新型抗癌制剂,腺病毒经过基因改造后能够选择性地在肿瘤细胞内复制并毁坏肿瘤,而对正常细胞伤害较小。溶瘤腺病毒从基础研究进入临床试验均显示了其安全性, 病毒基因不会整合至宿主细胞的基因组, 腺病毒基因改造操作容易, 肿瘤细胞具有多个基因的突变恰恰是溶瘤腺病毒的理想靶向。另外,对病毒基因进行修饰能够加强病毒感染、复制、传播及宿主的免疫逃逸能力,进而加强溶瘤腺病毒的抗肿瘤效果, 溶瘤腺病毒联合其他治疗方式方法如化疗、放疗、基因治疗和免疫治疗等可提高疗效。因而,溶瘤腺病毒被以为是治疗肿瘤有前途的手段之一。 1 溶瘤腺病毒肿瘤选择性复制机制 腺病毒治疗肿瘤源于 20 世纪 50 年代
4、9,采用野生型腺病毒治疗肿瘤,固然显示了一定的疗效,但野生型腺病毒既能够在肿瘤细胞内复制, 可以以在正常细胞内复制并伤害正常细胞, 病毒对正常细胞的伤害导致了严重的不良反响, 因此难以在临床上推广。 随着分子生物学的不断发展以及对腺病毒构造和功能的研究,对腺病毒进行基因改造修饰,限制病毒在正常细胞内的复制, 提高病毒对肿瘤组织的特异性。 理想的治疗肿瘤的腺病毒应该具备肿瘤细胞的选择性或特异性,而正常细胞不受伤害的特点。 当前有两种方式方法能够限制腺病毒在正常细胞内的复制:一种方式方法是对病毒进行基因修饰改造,消除病毒基因编码的蛋白与正常细胞蛋白的结合, 拆除了腺病毒在正常细胞内复制的必要条件进
5、而限制了病毒在正常细胞内的复制; 另一种方式方法是在腺病毒基因内插入编码肿瘤细胞特异性蛋白的基因启动子来驱动病毒基因的表示出, 使病毒选择性地在表示出某种特异性蛋白的肿瘤细胞内复制并毁坏肿瘤10. 腺病毒的复制需要细胞周期进入 S 期, 野生型腺病毒感染细胞后,其早期蛋白 E1A 与宿主细胞的Rb 蛋白结合,激活 E2F 转录因子,迫使细胞周期进入 S 期,进而为腺病毒的复制提供了良好的环境。但是随着 E2F 的激活,p53 也被激活了。 p53 蛋白使细胞周期阻止在 G1期或诱导细胞凋亡,进而限制了病毒复制。 然而腺病毒的 E1B55KD 蛋白能够结合并使 p53 蛋白失活,最终使细胞周期进
6、入 S 期,进而使腺病毒能够在宿主细胞内复制。 为了阻止腺病毒在正常细胞内的复制,对腺病毒进行基因修饰改造,消除腺病毒 E1B55KD,丧失了其与细胞 p53 蛋白结合的能力,p53 蛋白可正常发挥作用阻止细胞周期进展,限制了病毒在正常细胞内复制。 同样,对腺病毒E1A 区与 Rb 蛋白结合位点基因施行消除或替换突变,消除 E1A 与 Rb 蛋白的结合能力,不能激活 E2F转录因子,防止了细胞进入 S 期,限制了病毒复制。 经过这样修饰过的 E1A 或/和 E1B 突变腺病毒即便感染正常细胞由于不能改变细胞周期, 缺乏腺病毒复制的必要条件,因此不能在正常细胞内复制,避免了病毒对正常细胞的伤害,
7、 进而提高了腺病毒治疗肿瘤的安全性。 但是,对腺病毒的 E1A 或/和 E1B 基因进行修饰对肿瘤细胞是不重要的, 由于大多数肿瘤包括前列腺癌, 具有广泛的细胞周期调控因子的基因突变,包括 Rb、p16、Bcl-2、p53、p27 等,致使细胞周期失控,有利于腺病毒复制。 因而,前列腺癌适于溶瘤腺病毒治疗。 另一种战略是在腺病毒基因上插入组织或肿瘤特异性的启动子来控制病毒的复制11. 正常前列腺和前列腺癌组织细胞表示出雄激素和雄激素受体调控的前列腺特异性抗原PSA、人类腺激肽释放酶 2hK2和 probasin 蛋白,以及雄激素受体非依靠的前列腺特异性膜抗原PSMA,骨特异性蛋白和骨钙素OC。
8、 前 列 腺 癌 还 高 表 达 人 端 粒 酶 逆 转 录 酶hTERT。 在腺病毒基因组通常是 E1A 和 E1B 区插入前列腺或前列腺癌特异性表示出的基因启动子,则病毒只在前列腺或前列腺癌组织内复制, 而在正常细胞和非前列腺细胞内不能复制, 具有肿瘤高度选择性复制的特点。 前列腺特异性启动子研究最多的是 PSA 基因启动子,PSA 具有前列腺高度特异性, 无论是正常前列腺组织还是前列腺癌均表示出PSA, 通常利用 PSA 的组织特异性将治疗基因直接导入前列腺组织,PSA 基因加强子核心区域包含与AR 高度亲和力的雄激素应答元件 ARE,ARE 促进 PSA 的基因表示出,雄激素和雄激素受
9、体调节 PSA启动子的活性。 因而,在腺病毒的 E1A 或/和 E1B 基因部分插入前列腺特异性启动子/加强子PSE来驱动腺病毒的表示出和复制, 使得腺病毒能够在表示出雄激素受体的前列腺细胞内复制, 而不表示出雄激素受体的非前列腺组织细胞由于前列腺特异性启动子处于沉默状态,不能驱动腺病毒复制,进而使腺病毒的复制限制在前列腺细胞内, 提高腺病毒对靶细胞的特异性。 2 溶瘤腺病毒治疗前列腺癌的临床前研究 2.1 细胞周期依靠性复制选择性溶瘤腺病毒 以p53,Rb 转导途径异常的肿瘤为靶向 最早报道的复制选择性溶瘤腺病毒是 dl1520又叫做 ONYX-015, 该病毒具有 E1B55KD 缺失,能
10、选择性地在 p53 基因突变的肿瘤细胞内复制并毁坏肿瘤细胞,而在正常细胞内不能复制12. 另一方面,E1A 区 Rb 结合位点突变的腺病毒 dl922-94713和2413不能结合并失活 Rb 蛋白,因此在 Rb 转导途径正常的细胞如正常细胞内不能复制,然而在 Rb转导途径异常的细胞如肿瘤细胞内能够复制。 由于E1A 或 E1B 单一突变的腺病毒被报道在正常细胞内仍有一定程度的复制14,15,我们先前报道了 E1A和 E1B 双突变的溶瘤腺病毒 AxdAdB-3 治疗前列腺癌的研究16, 该病毒既有 E1B55KD 缺失也有 E1A区 Rb 结合位点的突变, 消除了腺病毒与细胞 p53和 Rb
11、 蛋白结合的能力, 进一步限制了其在正常细胞内的复制, 研究结果表示清楚 AxdAdB-3 比 E1A 或E1B 单一突变体 dl922-947,AxE1AdB具有更强的肿瘤杀伤效果,对正常细胞几乎没有毒性。我们采用人前列腺癌细胞株 DU145 成功建立了 SCID 小鼠原位前列腺癌模型, 肿瘤内注射 AxdAdB-3 抑制了小鼠前列腺肿瘤生长,延长了小鼠生存时间16.另一种限制病毒在正常细胞内复制的方式方法是删除腺病毒的E1B19kD抗凋亡蛋白 ,可降低正常细胞对死亡受体诱导的信号转导和凋亡, 进而降低了腺病毒对正常细胞的伤害,Ad 是 E1A 的 Rb 结合位点突变的腺病毒而且缺失抗凋亡蛋
12、白 E1B19kD,而且保存了 E3 区,用于前列腺癌的临床前研究,病毒复制能力及溶瘤效果与野生型腺病毒类似, 由于腺病毒保存了完好的 E3 区,E3 能够抑制宿主免疫反响,减少病毒被去除,因而其抗肿瘤效果更进一步加强17 .腺病毒感染能力与细胞表示清楚腺病毒受体CAR的表示出密切相关,肿瘤细胞缺乏 CAR 的表示出会降低病毒感染效率和溶瘤效果, 为了加强溶瘤腺病毒的感染能力, 在腺病毒的纤维部分链接精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸Arg-Gly-Asp,RGD肽链,能够特异性地与细胞外表的整合素 v 3 或 v 5 结合,即整合素依靠的感染。Suzuki 等18重组了 Ad5-D24RGD,包含 E
13、1A的 Rb 结合位点突变,同时,在病毒纤维部分链接了RGD 肽链, 与不含 RGD 肽链的 Ad5-D24 等同于24 病毒相比,Ad5-D24RGD 显着性增 强了对LNCaP 细胞的感染能力及杀伤效果。 我们的研究结果同样显示了腺病毒介导的细胞杀伤效果与细胞的腺病毒受体CAR的表示出水平呈正相关。 前列腺癌细胞株DU145高表示出 CAR,显示了对腺病毒的易感性和强大的细胞杀伤效果,而PC3 低表示出 CAR,显示了相对弱的细胞杀伤效果16. 因而 ,我们在 Ax-dAdB-3 纤维部分连接 RGD 肽链,重组了 AxdAdB3/F-RGD, 讨论了其对前列腺癌的治疗效果, 结果表示清楚
14、,AxdAdB3/F-RGD 无论是对 CAR 阳性还是阴性细胞株均显示了强大的细胞杀伤效果, 其抑制 PC3小鼠皮下肿瘤模型生长的效果显着性高于 AxdAdB-3 组。 由于病毒复制致使肿瘤裂解、坏死,而肿瘤组织坏死不利于病毒向邻近组织进一步扩散,另外,病毒注入有机体内激发了宿主细胞的免疫系统, 进而去除病毒,降低了治疗效果。 为了克制这些缺点,研究者重组了溶瘤腺病毒 ORCA-010 Ad5-D24RGD-T1,该病毒包含 E1A 与 Rb 结合位点的突变 ,同时在病毒纤维部分插入 RGD 肽链,还有 E3/19K 基因的突变促进宿主细胞裂解和病毒释放, 体内体外实验 显 示 ORCA-0
15、10 比 第 一 代 溶 瘤 腺 病 毒 Ad5-D24RGD 或 ONYX-015 具有更强的抑制前列腺癌的效果19. 2.2 组织特异性启动子调控的复制选择性溶瘤腺 病毒以表示出 PSA 和 PSMA 的肿瘤为靶向腺病毒治疗肿瘤面临的挑战之一是病毒对靶器官的特异性。 一种战略是前述的对腺病毒进行基因修饰来完成的。 另一种战略是在腺病毒基因上连接肿瘤特异性的启动子来控制病毒的复制。 前列腺或前列腺癌细胞特异性表示出某种受体, 如 PSA、hK2、probasin、PSMA、OC 和 hTERT. 在腺病毒的 E1A 或/和 E1B 基因插入前列腺特异性的启动子PSE来调控 E1A 和 E1B
16、 的功能,使腺病毒的复制限制在前列腺或前列腺癌细胞内,提高腺病毒对靶细胞特异性复制的能力, 构建高度组织特异性的复制选择性腺病毒。 最早报道的前列腺组织特异性复制的溶瘤腺病毒是 CN706,该病毒是在腺病毒的 E1A 区插入 PSA基因的加强子PSE,由 PSA 调控 E1A 基因表示出,使得该病毒只能在产生 PSA 的细胞内复制,具有前列腺特异性靶向性,CN706 在产生 PSA 的前列腺癌细胞株LNCaP内的复制能力与 CN702缺乏 PSE类似,而在不产生 PSA 的前列腺癌细胞株DU145内的复制能力比 CN702 下降了 2000 倍, 体内实验同样显示:CN706 显着性抑制了 L
17、NCaP 建立的小鼠皮下肿瘤,10 只荷瘤小鼠中 5 只在治疗后肿瘤消退,而 CN706 对 DU145 皮下肿瘤模型无治疗效果,显示了 CN706 对产生 PSA 的前列腺肿瘤具有高度选择性复制及溶瘤效果,临床上超过 95%前列腺癌都产生 PSA,因此 CN706 合适前列腺癌治疗20. hK2和 PSA 都是人类激肽释放酶基因家族的相关成员,hK2 基 因 近 侧 启 动 子 区 域 有 雄 激 素 应 答 元 件ARE,hK2 加强子/启动子在 PSA 阳性的 LNCaP细胞是活化的,但在 PSA 阴性的细胞失活,Yu 等21在腺病毒的 E1A 区插入 PSA 基因加强子PSE,调控 E
18、1A 基因, 同时在 E1B 区插入 hK2 加强子/启动子,调控 E1B 基因,构建了腺病毒 CV764,该病毒选择性地在 PSA 阳性的 LNCaP 细胞内复制, 其对LNCaP 的溶瘤效果 比 PC3 PSA 阴 性 细 胞 高 出10 000 倍,显示了对表示出 PSA 前列腺癌的高度特异性。 固然 CN706 和 CV764 显示了对前列腺癌的特异性复制和溶瘤效果, 但对转移性前列腺癌模型的治疗效果不佳。因而,Yu 等22构建了溶瘤腺病毒 CV787,该病毒在 E1A 部分插入大鼠 probasin 启动子,同时在 E1B 区插入 PSE,与 CN706 和 CV764 不同的是,C
19、V787 保存了腺病毒的 E3 区, 显示了对转移性前列腺癌的治疗效果小鼠尾静脉注射治疗 LNCaP 建立的皮下肿瘤模型。转移性前列腺癌最常见的转移部位为骨转移。 骨钙素OC是一个非胶原骨基质蛋白,在前列腺癌组织和骨转移灶组织都高表示出。有学者重组了复制型腺病毒 Ad-OC-E1a,在 E1A 部分插入 OC 基因的启动子, 调控腺病毒的 E1A 基因,将腺病毒限制在表示出 OC 转录活性的细胞内复制,该病毒无论是对产生 PSA 的前列腺癌细胞株 LNCaP、C4-2、 ARCaP,还是对不产生 PSA 的细胞株 PC3 和DU145 都有杀伤效果 ,Ad-OC-E1a 还对骨细胞和前列腺间质
20、细胞的生长有抑制作用, 静脉注射病毒显着性抑制了前列腺癌骨转移性肿瘤的生长。 该作者以为 Ad-OC-E1a 的抗肿瘤效果优于 先前报道的PSE 调控的前列腺癌特异性复制型腺病毒 Ad-PSE-E1aCN70623. 另有研究报道在腺病毒的 E1A 和E4 区 插 入 PSE 增 强 子 , 构 建 了 溶 瘤 腺 病 毒AdE4PSESE1a, 能够特异性地在 PSA/PSMA 阳性的细胞内复制,由于 E4 在腺病毒的感染、复制和细胞杀伤效果方面发挥着重要作用,PAdE4PSESE1a 显示了与野生型腺病毒类似的复制能力和细胞杀伤效果24. 研究报道约 80%人类癌组织端粒酶活性增高,而端粒
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