МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2012, том 46, № 5, с. 712-725
= ОБЗОРЫ
УДК 578.5
ОНКОЛИТИЧЕСКИЕ ЭНТЕРОВИРУСЫ
© 2012 г. П. М. Чумаков1, 2, 3, В. В. Морозова1, 4, И. В. Бабкин1, 4, И. К. Байков1, 4,
С. В. Нетесов1, 5, Н. В. Тикунова1, 4*
Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 630090 Россия 2Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, Москва, 119991 Россия 3Lerner Research Institute, Cleveland Clinic Foundation, Cleveland OH 44195 USA 4Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук,
Новосибирск, 630090 Россия
5Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор", Кольцово, Новосибирская обл., 630559 Россия
Поступила в редакцию и принята к печати 17.02.2012 г.
Расширение знаний в области молекулярной биологии вирусов и их взаимодействия с клеткой позволяет использовать вирусы в качестве инструмента для борьбы с онкологическими заболеваниями, поскольку клетки злокачественных опухолей, как правило, приобретают повышенную чувствительность к вирусам. Вместе с тем, для применения вирусного онколиза в терапии злокачественных заболеваний необходимо обеспечить максимально возможную безопасность онколитических вирусов для больного и его окружения. Энтерови-русы человека рассматриваются в качестве одного из наиболее удобных исходных объектов для создания онколитических вирусов, так как многие представители энтеровирусов либо полностью непатогенны для человека, либо вызывают малоопасные заболевания. Развитие методов генетической инженерии позволяет создавать высокоаттенуированные энтеровирусы, обладающие повышенной безопасностью и селективностью. В данном обзоре основные представители рода энтеровирусов — вирусы ECHO, Коксаки и вакцинные штаммы полиовирусов — рассмотрены в качестве перспективных исходных объектов для создания эффективных онколитических вариантов. Описаны уже созданные и апробированные онколити-ческие варианты энтеровирусов, рассмотрены перспективы их применения в онкотерапии и проблемы, связанные с совершенствованием и практическим использованием.
Ключевые слова: онколитические энтеровирусы, вирусная онкотерапия, вирусы Коксаки, вирусы ЕСНО, полиовирусы.
ONCOLYTIC ENTEROVIRUSES, by P. M. Chumakov12 3, V. V. Morozova14, I. V. Babkin1,4, I. K. Baykov14, S. V. Netesov1,5, N. V. Tikunova1, ^Novosibirsk State University, Novosibirsk, 630090 Russia; *e-mail: Tikunova@ niboch.nsc.ru; 2Engelgardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119991 Russia; 3Lerner Research Institute, Cleveland Clinic Foundation, Cleveland OH 44195 USA; 4Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 630090 Russia; 5State Research Center of Virology and Biotechnology "Vector", Koltsovo, Novosibirsk region, 630559 Russia). Increasing information concerning molecular biology of viruses and virus-cell interactions makes it possible to use viruses as a tool in effort to treat cancer diseases. As a rule, tumor cells are highly sensitive to viruses that may be used in cancer therapy. Therewith, applications of viral oncolysis in treatment of cancer diseases assume maximum possible safety of used viruses for patient and environment. Human enteroviruses are one of the most convenient sources to generate oncolytic viruses. Many of enteroviruses are non-pathogenic for humans or cause mild disease. Progress in genetic engineering permits to develop attenuated enterovirus variants with high safety and selectivity. This review focuses on the main members of Enterovirus genus, such as Coxsackieviruses, and vaccine strains as promising source for development of oncolytic agents, applicable for cancer therapy. It reviews data concerning recently developed and tested oncolytic variants of enteroviruses and discusses perspectives of their application in cancer therapy and problems, concerning their improvement and practical use.
Keywords: oncolytic enteroviruses, viral cancer therapy, Coxsackieviruses, Echoviruses, Polioviruses.
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на очевидный прогресс в понимании механизмов злокачественной трансформации, те-
*Эл. почта: Tikunova@niboch.nsc.ru
рапия опухолей по-прежнему остается исключительно сложной задачей. До начала прошлого века противоопухолевая терапия сводилась к хирургическому удалению опухоли. После открытия рентгеновских лучей и радиоактивности большие на-
дежды возлагались на лучевую терапию, однако, кардинального прорыва не произошло [1]. С конца 1940-х годов стали развиваться методы химиотерапии, которые в ряде случаев позволили существенно увеличить продолжительность жизни больных, особенно в случае лейкозов [2, 3], но основным недостатком радио- и химиотерапии по-прежнему остается относительно низкая их специфичность. В последние годы активно разрабатываются более специфичные химиотера-певтические препараты и антитела, нацеленные на определенные типы раковых клеток [46]. В качестве альтернативного подхода изучается также возможность применения онколитических вирусов.
Возможность использования вирусов в терапии онкологических заболеваний связана с избирательностью цитолитического действия, которое оказывают на раковые клетки непатогенные или слабопатогенные для человека вирусы. Еще в начале 1900-х гг. появились сообщения о неожиданном улучшении состояния ряда онкологических больных после вакцинации или перенесенной вирусной инфекции. Так, наблюдали выраженную ремиссию у больной лейкозом после гриппоподобного заболевания [7], а также уменьшение размеров опухоли у больной раком шейки матки после введения антирабической вакцины [8]. Вскоре после открытия вирусов начались поиски оптимальных моделей для их культивирования. В ходе поиска было обнаружено, что клетки опухолей зачастую обладают повышенной чувствительностью ко многим вирусам. В 1920-х гг. в работах Левадити и Николау [9—11] был установлен онкотропизм многих инфекционных вирусов. Вирусы оказались способными избирательно размножаться в опухолях животных, причем в ряде случаев онкотропизм сопровождался онколи-тическим действием [11]. Эти наблюдения указывали на принципиальную возможность использования вирусного онколиза в терапии рака.
Исследования онколитической активности вирусов получили дальнейшее развитие в 1950— 1970-х гг. [12]. Так, экспериментально обнаружили, что у перенесших корь больных лимфо-мой Беркитта и болезнью Ходжкина наблюдается временное улучшение состояния [13, 14]. Онколитической активностью обладают вирусы гриппа [15], энтеровирусы [12, 16] и некоторые другие вирусы [17, 18]. Описаны успешные попытки применения аденовирусов в терапии рака шейки матки [19—21] и энтеровирусов — при опухолях пищеварительного тракта [22].
Несмотря на обнадеживающие результаты, применение вирусных препаратов в онкологии осложняется несколькими обстоятельствами. Во-первых, отмечались случаи неконтролируемого развития вирусной инфекции, что значительно
ухудшало состояние больного. Во-вторых, в большинстве случаев развитие вирусной инфекции приводило к закономерному появлению вирус-специфического иммунного ответа, что существенно ослабляло онколитический эффект. В-третьих, отсутствие понимания механизмов, лежащих в основе противоопухолевых свойств вирусов, осложняло внедрение таких подходов в клиническую практику. Не были разработаны также этические критерии испытаний противоопухолевой активности вирусов, а проводимые в ряде случаев без должного регламента клинические испытания серьезно дискредитировали саму идею использования явления вирусного онколиза в терапии рака. Все это на несколько десятилетий приостановило изучение возможностей и эффективности использования вирусов в качестве противоопухолевых средств [23].
Следующий этап в исследованиях онколити-ческих вирусов стал возможным благодаря достижениям молекулярной биологии и вирусологии, а также в связи с совершенствованием методов генетической инженерии. Появилась возможность создания рекомбинантных вирусов, способных с повышенной селективностью инфицировать клетки опухолей или стимулирующих синтез противоопухолевых продуктов в зараженных клетках [24, 25]. Современные подходы к повышению избирательности действия вирусов в отношении опухолевых клеток направлены на решение двух основных задач. Первая, "трансдукционное нацеливание", предполагает модифицировать поверхностные белки вириона таким образом, чтобы обеспечить преимущественное связывание вируса с рецепторами, расположенными главным образом на поверхности опухолевых клеток [26]. Вторая, "нетрансдукционное нацеливание", направлена на повышение избирательности репликации вируса на опухолевых клетках [24, 27]. Каждый из этих подходов позволяет повысить онкотропизм вируса, однако, наибольший эффект может быть достигнут при их комбинации [28]. Для разработки онколитических вариантов опробованы вирусы нескольких семейств, из которых, безусловно, наибольший интерес представляют вирусы, прототипы которых не связаны с серьезными заболеваниями человека.
ЭНТЕРОВИРУСЫ: СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ
Энтеровирусы относятся к роду Enterovirus и входят в семейство Пикорнавирусов (Picornaviri-dae). Энтеровирусы реплицируются в основном в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), что обусловлено их устойчивостью к кислой среде желудка. Они также устойчивы к действию многих детергентов, дезинфицирующих средств и длительно сохраняют жизнеспособность при комнатной
IRES I
'zk
VPg
5'-НТО
Геномная РНК энтеровирусов
поли(А)
3'-НТО
P1-
V
Полипротеин ■ -P2-
P3
VP4 VP2 VP3 VP1 | 2A 2B 2C | 3A 3B 3C 3D
1 ' 1 J
Организация энтеровирусного генома и кодируемых им белков. IRES I — участок внутренней посадки рибосом первого типа; 5'HTO и 3'HTO — 5'- и 3'-нетранслируемые районы. Стрелки снизу показывают расщепление энтеровирусного полипротеина двумя вирусными протеазами (2A и 3C) на три фрагмента: P1, P2 и P3.
температуре. Энтеровирусы распространены повсеместно, насчитывая, по меньшей мере, 10 видов, каждый из которых подразделяют на отдельные гено- и с
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.