【亮点关注】科学家发现寨卡病毒减毒活疫苗可用于治疗恶性脑瘤

导 读

胶质母细胞瘤是人类肿瘤中恶性程度最高的肿瘤之一，患者平均生存期只有14个月左右，常规的治疗后患者复发率几乎达到100％。近日，军事医学研究院秦成峰研究员与国家生物医学分析中心满江红研究员、美国德克萨斯大学史佩勇教授联合攻关等联合攻关，成功将寨卡病毒疫苗株开发为新型溶瘤病毒，为胶质母细胞瘤的临床治疗开辟了新的方向。相关研究以Treatment of Human Glioblastoma with a Live Attenuated Zika VirusVaccine Candidate”为题于2018年9月18日在线发表于美国微生物学会权威期刊mBio上。

研究背景

胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM）是一种恶性脑瘤，是人类肿瘤中恶性程度最高的肿瘤之一。现有手术和放化疗等治疗方法的效果有限，患者平均生存期只有14个月左右，患者复发率几乎达到100%。新近的研究发现，胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）即使在联合治疗后也隐藏在附近的脑组织中，可能是患者复发的关键所在。如何特异杀伤GSC成为攻克GBM的瓶颈之一。
寨卡病毒虽然恶名远扬，但它可以特异杀伤胶质瘤干细胞，或许能用于胶质母细胞瘤的治疗。军事医学研究院秦成峰团队和德克萨斯大学史佩勇团队等早在2017年时就发现，寨卡病毒可以特异地感染和杀伤神经前体细胞和神经干细胞。鉴于神经前体细胞和胶质瘤干细胞的某些生物学特征的相似性，研究人员意识到寨卡病毒或许能够特异杀伤胶质瘤干细胞，用于胶质母细胞瘤的治疗。为了确保在患者身上使用寨卡病毒攻击癌细胞的安全性，军事医学研究院秦成峰团队和德克萨斯大学史佩勇团队合作，通过基因工程的方法，研发了不同类型的寨卡减毒活疫苗（ZIKV-LAV）。这些疫苗的神经毒力与野生毒株相比明显降低，在小鼠和恒河猴模型中均非常安全，并且在保护小鼠和非人类灵长类动物免受感染方面很有效。

结果速览

1、减毒寨卡病毒疫苗株的体内安全性分析。研究者首先证实了ZIKV-LAV脑内注射CD-1小鼠、BALB/c裸鼠等多种小鼠模型中是安全的，不会导致任何神经症状和行为学异常，神经毒力比目前广泛使用的乙脑疫苗还要低（图1）。

FIG1 Characterization of the safety profile of ZIKV-LAV upon intracerebral administration in mice
2、减毒寨卡病毒疫苗株的溶瘤效果分析。研究人员在体内外模型中评估了寨卡疫苗株对胶质瘤干细胞的溶瘤活性。正在细胞水平的体外模型研究结果发现，寨卡疫苗株可高效感染胶质瘤干细胞，并快速诱导大量细胞死亡，阻止肿瘤球形成。更重要的是，寨卡疫苗株仅对胶质瘤干细胞表现出较高的杀伤效果，对分化后的胶质瘤细胞感染率非常低，能够有效避免“误伤”正常脑细胞（图2）。

FIG2 ZIKV-LAV preferentially infects and kills GSCs and impairs tumorsphere formation
3、减毒寨卡病毒疫苗株体内的溶瘤效果分析。进一步的，研究人员建立了基于病人来源的胶质瘤干细胞的小鼠模型，并通过模拟肿瘤复发的程序进行治疗。结果发现，与对照组小鼠相比，治疗组小鼠脑内胶质瘤干细胞数量大幅减少，同一时间点胶质瘤干细胞比例仅为对照组一半左右更为重要的是，寨卡疫苗治疗组小鼠不仅脑内肿瘤发生时间明显延后，而且生存周期显著延长，显示出了优越的临床转化应用前景（图3，图4）。
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FIG 3 ZIKV-LAV inhibited GSC tumor growth and prolonged animal survival

FIG 4 ZIKV-LAV has tumoricidal activity in glioblastoma bulk cells.FIG4 ZIKV-LAV preferentially infects and kills GSCs and impairs tumorsphere formation
4、寨卡病毒疫苗株的溶瘤机制研究分析。病毒感染前后的胶质瘤干细胞的转录组分析发现，寨卡病毒感染胶质瘤干细胞可以同时激活细胞凋亡相关蛋白、炎症因子、I型干扰素相关基因等多种关键信号分子的表达，这表明寨卡疫苗的抑瘤作用可能是通过不同信号通路协同作用实现的（图5，6）。

FIG 5 Relative expression of DEGs from the cell cycle, p53 signaling, apoptosis, and PI3K-Akt signaling pathways in ZIKV-infected GSCs.

FIG 6 Specific cytokine responses in ZIKV-infected GSCs.

结 语

将寨卡病毒疫苗株开发为新型溶瘤病毒，为胶质母细胞瘤的临床治疗开辟了新的方向。目前，该疫苗正在按照溶瘤病毒申报注册要求进行生产工艺研究。下一步研究人员计划与临床医生合作测试该疫苗对胶质母细胞瘤患者治疗的有效性和安全性。
本研究得到国家重点研发计划(2016YFD0500304)、国家自然科学基金、牛顿高级学者等基金的支持。军事医学研究院微生物流行病研究所陈奇博士、叶青博士，国家生物分析中心吴瑾博士，中国医学科学院苏州系统生物学研究所马烽博士为论文并列第一作者，军事医学研究院秦成峰研究员、国家生物医学分析中心满江红研究员，美国德克萨斯大学史佩勇教授为论文的并列通讯作者。军事脑科学研究所吴海涛研究员为本文做出重要贡献。

ABSTRACT

Glioblastoma (GBM) is the deadliest type of brain tumor, and glioma stem cells (GSCs) contribute totumor recurrence and therapeutic resistance. Thus, an oncolytic virus targeting GSCs may be useful for improving GBM treatment. Because Zika virus (ZIKV) hasan oncolytic tropism for infecting GSCs, we investigated the safety and efficacy of a live attenuated ZIKV vaccine candidate (ZIKV-LAV) for the treatment of human GBM in a GSC-derived orthotopic model. Intracere bralinjection of ZIKV-LAV into mice caused no neurological symptoms or behavioral abnormalities. The neurovirulence of ZIKV-LAV was more attenuated than that of the licensed Japanese encephalitis virus LAV 14-14-2, underlining the superior safety of ZIKV-LAV for potential GBM treatment. Importantly, ZIKV-LAV significantly reduced intracerebral tumor growth and prolonged animal survivalby selectively killing GSCs within the tumor. Mechanistically, ZIKV infection elicited antiviral immunity, inflammation, and GSC apoptosis. Together, these results further support the clinical development of ZIKV-LAV for GBM therapy.

【IMPORTANCE】Glioblastoma (GBM), the deadliest type of brain tumor, is currently incurable because of its high recurrence rate after traditional treatments, including surgery to remove the main part of the tumor and radiation and chemo therapy to target residual tumor cells. These treatments fail mainly due to the presence of a cell subpopulation called glioma stem cells (GSCs), which are resistant to radiation and chemo therapy and capable of self-renewal and tumorigenicity. Because Zika virus (ZIKV) has an oncolytic tropism for infecting GSCs, we tested a live attenuated ZIKV vaccine candidate (ZIKV-LAV) for the treatment of human GBM in a human GSC-derived orthotopic model. Our results showed that ZIKV-LAV retained good efficacy against glioblastoma by selectively killing GSCs within the tumor. In addition, ZIKV-LAV exhibited an excellent safety profile upon intracerebralin jection into the treated animals. The good balance between the safety of ZIKV-LAV and its efficacy against human GSCs suggests that it is a potential candidate for combination with the current treatment regimen for GBM therapy.

参考文献：

1. Qi Chen, Jin Wu,Qing Ye, Feng Ma, Qian Zhu, Yan Wu, Chao Shan, Xuping Xie, Dapei Li, XiaoyanZhan, Chunfeng Li, Xiao-Feng Li, Xiaoling Qin, Tongyang Zhao, Haitao Wu,Pei-Yong Shi, Jianghong Man, Cheng-Feng Qin. Treatment of Human Glioblastomawith a Live Attenuated Zika Virus Vaccine Candidate.

DOI:10.1128/mBio.01683-18

https://mbio.asm.org/content/9/5/e01683-18

2. China Daily：Zikavaccine shows promise for treating deadly brain cancer寨卡疫苗有望治疗致命脑癌

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180918082105.htm

3. Virologica中国病毒学英文版：秦成峰/满江红/史佩勇合作组发现寨卡减毒活疫苗可治疗恶性脑瘤 | mBio

本期编辑：Annabella