脂肪源干细胞作为促凋亡溶瘤黏病毒载体：穿越血脑屏障和治疗小鼠胶质瘤

2024-11-22 Fri
跨越血脑屏障：脂肪源性干细胞作为载体的促凋亡溶瘤黏病毒治疗小鼠胶质母细胞瘤的研究
研究背景与目的胶质母细胞瘤（glioblastoma，简称GBM）是最具侵袭性和恶性程度的脑肿瘤之一，具有极高的复发率和极差的预后。GBM的治疗一直是医学界的难题，即使经过手术、化疗和放疗等常规疗法的多重干预，患者的平均存活率依然低于两年。GBM的高复发率主要归因于肿瘤干细胞，即所谓的脑肿瘤起始细胞（brain tumor initiating cells，BTICs），这些细胞具有强大的免疫逃逸能力和抗药性，是导致肿瘤复发和耐药性的关键因素。
近年来，溶瘤病毒（oncolytic viruses, OVs）疗法成为癌症治疗领域的前沿。溶瘤病毒是一类选择性侵袭癌细胞并诱导其凋亡的弱致病病毒。研究发现，基因改造的黏病毒（myxoma virus, MYXV）能够感染多种人类癌细胞，对胶质母细胞瘤和其他类型肿瘤也显示了潜在的治疗效果。本研究中，作者使用了一种缺失了凋亡抑制蛋白基因M011L的黏病毒构建体（VMyx-M011L-KO/EGFP），该病毒能够主动触发BTICs的凋亡。由于血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）的存在和宿主免疫反应的限制，系统性输送溶瘤病毒到达脑部肿瘤组织仍然面临极大挑战。为此，研究团队提出一种新的病毒递送方式，将脂肪源性干细胞（adipose-derived stem cells, ADSCs）作为病毒载体，以“特洛伊木马”的方式将溶瘤病毒递送至胶质母细胞瘤病灶区域。本研究旨在评估这种新型治疗平台是否能够有效穿越BBB，并实现对小鼠胶质瘤的治疗效果。
研究来源本文发表于2024年《International Journal of Molecular Sciences》期刊上，由来自波兰Maria Sklodowska-Curie肿瘤研究所的Joanna Jazowiecka-Rakus和Aleksander Sochanik博士及美国亚利桑那州立大学的Grant McFadden和Masmudur M. Rahman博士合作完成。
研究流程1. 黏病毒构建体的体外效力在体外试验中，研究团队使用多种小鼠和人类胶质瘤细胞系（GL261luc、LN18、T98G、U-251MG）评估了VMyx-M011L-KO/EGFP构建体的感染性和细胞毒性。实验结果显示，该构建体能够在大多数人类胶质瘤细胞系中复制并有效杀伤癌细胞，而在小鼠胶质瘤细胞系GL261中，尽管病毒能够进入细胞，但由于病毒的快速细胞毒性效应，未能实现有效的病毒增殖。
2. ADSCs载体在人工BBB中的跨越能力研究团队设计了一个人工BBB模型来模拟人类血脑屏障的结构，并测试VMyx-M011L-KO/EGFP感染的ADSCs是否能够跨越这一屏障。实验表明，ADSCs可以成功穿越人工BBB，并在胶质瘤细胞中释放病毒，从而使得胶质瘤细胞被病毒感染并凋亡。这一结果表明，ADSCs作为病毒载体在穿越血脑屏障方面具有潜力。
3. 动物模型中的局部递送疗效在进一步的体内实验中，研究团队在免疫正常的小鼠中建立了正交性小鼠胶质瘤模型，将感染了VMyx-M011L-KO/EGFP的ADSCs通过局部注射递送至小鼠脑内肿瘤区域。实验发现，与仅注射胶质瘤细胞的对照组相比，接受病毒载体注射的小鼠表现出显著的肿瘤抑制效果，生存期得到了延长。
4. 复合治疗的探索作者还对一次和两次给药方案进行了比较，结果显示两次给药方案能够有效延长小鼠的生存时间并进一步抑制肿瘤生长。这表明ADSCs作为病毒载体在多次递送中的稳定性和治疗窗口范围足够支持进一步探索。
主要研究结果VMyx-M011L-KO/EGFP病毒具有高度的促凋亡效力：在体外试验中，该病毒构建体能够有效感染和杀伤人类胶质瘤细胞，并诱导凋亡相关蛋白（如活化的Caspase-3和裂解的PARP）表达。
ADSCs能够有效穿越BBB并释放病毒：在人工BBB模型中，ADSCs成功将病毒递送到胶质瘤细胞区域，使得病毒能够感染并杀伤这些细胞。
ADSCs作为病毒载体在体内表现出显著的抗肿瘤效果：通过局部递送至小鼠胶质瘤模型中，感染了病毒的ADSCs能够显著抑制肿瘤生长并延长小鼠的生存时间。
多次递送显示出更好的治疗效果：相比单次注射，ADSCs的多次注射显著延长了小鼠的生存时间，进一步证实了该疗法的潜力。
研究结论与应用价值本研究提供了一种新颖的溶瘤病毒系统性递送方法，通过ADSCs作为病毒载体，实现了黏病毒构建体的有效递送。ADSCs作为“特洛伊木马”不仅保护了病毒免受宿主免疫系统的清除，还能够成功穿越BBB并到达脑部肿瘤区域。该研究展示了ADSCs作为溶瘤病毒载体在治疗胶质瘤中的潜力，为未来非侵入性脑肿瘤疗法提供了可能的应用方向。
此外，研究结果还指出，通过探索ADSCs的趋向性调控（如CXCR4受体的过表达）和黏病毒构建体的进一步优化，可以进一步增强病毒载体的靶向性和治疗效果。该研究展示了黏病毒和ADSCs相结合的创新平台在脑部恶性肿瘤治疗中的可行性，未来可以考虑与放疗、化疗等现有疗法联合使用，以增强治疗效果。
研究亮点与创新点使用ADSCs作为溶瘤病毒载体：通过ADSCs的免疫逃逸能力和高度的肿瘤趋向性，研究团队实现了病毒在血液中的稳定传递和有效的肿瘤定位。
跨越BBB的病毒递送策略：在人工BBB模型中，ADSCs成功传递了病毒，使其穿越屏障并感染靶向胶质瘤细胞，为非侵入性病毒递送提供了重要依据。
多次递送方案的探索：实验结果表明，多次递送方案在延长生存期方面表现出更好的效果，为未来疗法优化提供了方向。
未来研究方向与挑战提高ADSCs的肿瘤靶向性：进一步研究CXCR4及其配体CXCL12在增强ADSCs趋向性方面的应用，以提高病毒载体的靶向性和治疗效果。
微创化递送技术的探索：未来可以考虑通过动脉注射将病毒载体输送至脑部靶区，从而进一步减小治疗的创伤性和手术风险。
联合治疗的可能性：将该病毒平台与放疗或化疗结合，可能产生协同治疗效果，从而克服单一疗法的局限性，提高治疗效果。
研究意义本研究通过ADSCs载体实现了对小鼠胶质瘤的有效治疗，为溶瘤病毒穿越血脑屏障提供了可行性验证。该平台不仅为未来的非侵入性胶质瘤疗法提供了潜在的实施基础，还为溶瘤病毒在其他难治性脑部肿瘤中的应用打开了新的思路。在跨越BBB方面的成功应用也为后续的临床研究奠定了坚实的基础，有望为胶质瘤患者提供更为有效的治疗选择。