Struktur, Funktion und immunogener Zelltod: Adenovirus als Beispiel

Die Biologie des Adenovirus wurde eingehend untersucht und ist gut verstanden. Adenoviren können als Beispielvirus verwendet werden, wenn onkolytische Viren als Ganzes beschrieben werden. Während es natürlich viele Unterschiede zu verschiedenen Viren gibt, sind viele Faktoren bis zu einem gewissen Grad ähnlich, jedoch sind nicht alle Viren von Natur aus onkolytisch.

Bis heute werden 57 verschiedene Adenovirus-Serotypen beschrieben und in 7 Untergruppen eingeteilt: A bis G. Während Adenoviren häufige grippeähnliche Infektionen auslösen, stellen diese eine der vielseitigsten Plattformen für die Krebstherapie dar. Insbesondere Serotyp 5 (Gruppe C) ist das am häufigsten verwendete Rückgrat für das onkolytische Virusdesign . Seine Struktur umfasst ein ikosaedrisch geformtes Kapsid (das hauptsächlich aus Hexon-, Penton- und Faserproteinen besteht), das eine nicht umhüllte doppelsträngige DNA umgibt . Adenoviren haben die Fähigkeit, Zellen unabhängig von ihrem Teilungsstatus zu infizieren.

Die Infektion von Tumorzellen beginnt mit der Anheftung des Virus an Rezeptoren, die sich auf der Oberfläche von Tumorzellen befinden. Diese Wechselwirkung wird je nach Serotyp des Virus durch verschiedene Rezeptoren vermittelt. Beispielsweise binden Serotyp-5-Adenoviren bevorzugt an den Coxsackie- und Adenovirus-Rezeptor CXADR , während Serotyp-3-Adenoviren Desmoglein-2, CD46 oder CD80/86 binden . Einige dieser Rezeptoren werden häufig auf Krebszellen gefunden, während leider einige, wie CXADR, in vielen fortgeschrittenen Tumoren herunterreguliert werden . Eine zweite Wechselwirkung zwischen den Pentonproteinen des Virus und Tumorzellintegrinen tritt auf, was zu einer Virusinternalisierung führt . Adenoviren können auch mehrere andere Rezeptoren verwenden, wie in Tabelle 2 gezeigt. Ein mehrstufiger Prozess führt die Virus-DNA in den Zellkern, wo die Transkription früher viraler Proteine (E1–E4) beginnt. Nach der Expression von späten Proteinen entstehen Tausende neuer viraler Nachkommen, die nach einigen Tagen die Zellmembran stören und die neu gebildeten Viren infizieren neue Zellen, bis das Immunsystem diesen Prozess schließlich stoppt .

Obwohl diese Zelllyse erst bei der Behandlung von Patienten entdeckt wurde, ist sie ein hoch immunogener Prozess . Dieser Faktor ist von entscheidender Bedeutung, wenn man bedenkt, dass die meisten Krebsarten in der Lage zu sein scheinen, sich vor unserem Immunsystem zu verstecken. Der immunogene Zelltod zeigt mehrere tumorassoziierte Antigene zur Präsentation im Immunsystem über aktivierte reife dendritische Zellen. Eine hohe Anzahl von Virusgenomen aktiviert immunologische Gefahrensignale durch Damage-Associated Molecular Pattern (DAMP) – und Pathogen-Associated Molecular Pattern (PAMP) -Rezeptoren. Diese Prozesse bilden ein Rezept, das das adaptive Immunsystem, einschließlich zytotoxischer CD8 + -T-Zellen und Helfer-CD4 + -T-Zellen, auf den Tumor ausrichtet und so die lokale Immunsuppression aufhebt . Bemerkenswert ist, dass die antiadenovirale T-Zellimmunität polyfunktional ist, was die Qualität der insgesamt anhaltenden Antitumorreaktion erhöht . Gleichzeitig vermittelt eine Adenovirusinfektion auch die Aktivierung natürlicher Killerzellen, die weiter zur Antitumor-Immunantwort beitragen . Die Erzeugung antiviraler Antikörper stimuliert die Reaktion ebenfalls, indem sie antikörperabhängige Zytotoxizität auslöst (Abb. 1).

Aktivierung des Immunsystems zur Abstoßung von Krebs mit onkolytischer Virustherapie. Die Tumormikroumgebung fortgeschrittener Krebsarten ist aufgrund der fehlenden immunologischen Aktivität „kalt“. Die onkoytische Virustherapie stellt die immunologische Aktivität von Immun-Tumor-Infiltraten wieder her. ein Gefahrensignal Release und DC reifung. Onkolytische Adenoviren infizieren Tumorzellen und verursachen eine Onkolyse, wobei neue Virusnachkommen, aber auch DAMPS und PAMPS freigesetzt werden, die in der Nähe befindliche dendritische Zellen aktivieren und ihre Reifung fördern, indem sie kostimulatorische Marker wie CD80, CD83 und CD86 hochregulieren. b Reife dendritische Zellen verarbeiten Tumortrümmer und präsentieren tumorassoziierte und Virusantigene an lokale und entfernte T-Zellen. Gleichzeitig zieht die anhaltende Virusinfektion T-Zellen an die Tumorstelle. c Die Aktivierung von B-Zellen durch CD4 + T-Zellen oder BCR-Virus-Interaktion bewirkt die Freisetzung von neutralisierenden Antikörpern, die infizierte Tumorzellen für ADCC durch NK-Zellen oder Phagozytose durch M1-Makrophagen markieren. d CD8 + T-Zellen und NK-Zellen zerstören infizierte und nicht infizierte Tumorzellen durch INFg / GranzB bzw. Die onkolytische Adenovirus-Infektion reguliert auch HLA der Klasse I in Tumorzellen hoch, was eine erhöhte Exposition gegenüber CD8 + T-Zellen ermöglicht. Insgesamt ermöglichen die Komponenten dieser Modulation, dass die Tumormikroumgebung mit erhöhter immunologischer Aktivität „heiß“ wird. Humanen Leukozyten-Antigen, BCR-B-Zell-Rezeptor

Moderne onkolytische Viren

Heute Adenoviren, Herpesviren, Masernviren, Coxsackie-Viren, Polioviren, Reoviren, Pockenviren und Newcastle-Disease-Viren, unter anderem, sind einige der onkolytischen Viren in der präklinischen und klinischen Entwicklung für die Krebstherapie . Die tumorpräferenzielle Replikation kann angesichts der defekten viralen Sensormechanismen der meisten Krebszellen „natürlich“ sein . Einige der Krebszellen beherbergen auch eine erhöhte Expression von viralen Eintrittsrezeptoren, und einige Viren scheinen keine spezifischen Rezeptoren für den Eintritt zu benötigen . Eine abnormale Funktion intrazellulärer Signalwege wie Interferon kann von einigen Viren ausgenutzt werden . Wie viele andere Viren neigen Adenoviren von Natur aus dazu, sich aggressiv in Tumorzellen zu replizieren, und ihre Wildtyp-Versionen könnten theoretisch in Krebsbehandlungen eingesetzt werden, wie dies in historischen Serien der Fall war . Bessere Patientenergebnisse werden jedoch durch rationales Design von Viren erwartet, die sie tumorselektiv machen („onkolytisch“). In den letzten Jahren wurden Adenoviren umfassend verändert, um eine hohe Antitumorpotenz mit minimaler Toxizität zu kombinieren .Bestehende molekularbiologische Techniken erlauben es uns, (a) Eingangsrezeptoren auszuwählen, die stark auf Tumoren exprimiert werden, (b) die Sicherheit zu verfeinern, indem die Replikation auf Krebszellen beschränkt wird, und (c) spezifische therapeutische Transgene für eine erhöhte Wirksamkeit einzusetzen. Diese Ansätze werden im Folgenden diskutiert und in Tabelle 3 zusammengefasst.

Verbesserung des Tumortropismus

Der effektive Eintritt onkolytischer Viren in Tumorzellen ist eine Voraussetzung für die nachfolgende Onkolyse. Umgekehrt kann eine niedrige Rezeptorexpression ein limitierender Faktor sein. Um das Rätsel der geringen Expression von CXADR auf Tumorzellen zu vermeiden, können Adenoviren des Serotyps 5 so modifiziert werden, dass sie Arginylglycylasparaginsäure (RGD) -Peptide in ihren Fasermolekülen enthalten. Eine solche Modifikation hat sich als nützlich erwiesen, um die Wirksamkeit zu erhöhen und die Toxizität von Adenoviren zu verringern . Die klinische Umsetzung solcher modifizierten onkolytischen Adenoviren wie DNX-2401 (ein Adenovirus vom Serotyp 5 mit einer RGD-Modifikation) hat vielversprechende Ergebnisse in einer klinischen Phase-I-Studie gezeigt, in der 20% der Gliompatienten dauerhafte Reaktionen zeigten .

Ebenso hat der Ersatz des Serotyp-5-Faserknopfes durch einen zum Serotyp 3 gehörenden zu wesentlichen Verbesserungen der Antitumorwirksamkeit geführt, wobei die ansprechende systemische Kinetik und Sicherheit des ubiquitären Serotyps erhalten blieb 5 . Die Kapsidmodifikation (z. B. 5/3-Chimärismus) ermöglicht die teilweise Überwindung bereits vorhandener neutralisierender Antikörper gegen Ad5 . Bemerkenswert ist, dass die Antikörperfrage komplex ist, und tatsächlich haben neutralisierende Antikörpertiter die Antitumorwirksamkeit beim Menschen nicht verhindert . Die großen Mengen an Viren, die von Tumoren in den Blutkreislauf produziert werden, könnten einfach neutralisierende Antikörper überwinden, die in Blut produziert werden können. Bei Wildtyp-Adenovirus-Infektionen gelangen nur geringe Mengen Adenovirus in das Blut. Neutralisierende Antikörper sollen solche Viren blockieren, nicht die große Anzahl von Tumoren, die mit dem onkolytischen Virus infiziert sind. In der epidemiologischen Analyse beeinflusste der Mangel an Antikörpern zu Studienbeginn das Überleben statistisch signifikant , jedoch nicht klinisch bedeutsam, da Reaktionen und langes Überleben unabhängig von den Antikörpertitern zu Studienbeginn beobachtet werden konnten. Interessanterweise können sequentielle intravenöse Behandlungen durch Veränderung des Virus oder Serotyps einen Unterschied machen .

Da die Expression des Ad5-Rezeptors CXADR für die Wirksamkeit bei fortgeschrittenen Tumoren limitierend erscheint, wurden vollständig Serotyp-3-basierte onkolytische Adenoviren konstruiert . Dieses Virus tritt durch nicht-CXADR-vermittelte Mechanismen ein, einschließlich Desmoglein 2, das in fortgeschrittenen soliden Tumoren stark exprimiert wird . Gute Sicherheit und Anzeichen einer Wirksamkeit wurden bei Patienten beobachtet, die mit einem vollständig Serotyp-3-Adenovirus behandelt wurden . Darüber hinaus wurde eine direkte Evolutionsmethode verwendet, um ein chimäres Ad3 / Ad11p-Virus zu erzeugen, das in mehreren Studien unter dem Namen ColoAd1 verwendet wurde .

Sicherheit, Einschränkung der Replikation auf Krebszellen

Um eine effiziente Verbreitung des Virus zu erreichen und virusbedingte unerwünschte Ereignisse zu minimieren, wurden Adenoviren modifiziert, um eine erhöhte Tumorselektivität zu erreichen. Die angewandten Strategien umfassen die transkriptionelle Kontrolle von Adenovirus-Frühproteinen wie dem E1A oder E1B. Eine E1A-Gen-24-Basenpaar-Deletion erzeugt ein mutiertes E1A-Protein, das nicht an das Retinoblastom-Protein binden kann, wodurch verhindert wird, dass gesunde Zellen in die Synthese-Phase („S“) eintreten. Dies blockiert die Adenovirus-DNA-Replikation in ruhenden normalen Geweben . Im Gegensatz dazu bleibt das replikative Potenzial in Tumorzellen intakt, da ubiquitäre Defekte im p16 / Rb-Signalweg dafür sorgen, dass Krebszellen dauerhaft in der Synthesephase bleiben .Die Tatsache, dass Tumorzellen mehrere aktive Onkogene enthalten, führte zu der Erkenntnis, dass ihre resultierenden Proteine zur Kontrolle der Transkription von Adenovirus-DNA genutzt werden könnten. Beispielsweise ist die Telomeraseaktivität ein bekanntes Merkmal von Krebszellen, während die Aktivität in gesunden Zellen minimal ist . Daher wurde die Adenovirus-Replikation erfolgreich unter die Kontrolle eines humanen Telomerase-Reverse-Transkriptase (hTERT) -Promotors gestellt, der eine Antitumorwirksamkeit bei fortgeschrittenen Krebsarten zeigt . In ähnlicher Weise wurden p53 , karzinoembryonales Antigen (CEA) und prostataspezifisches Antigen (PSA) verwendet, um die Expression früher Adenovirusproteine zu kontrollieren. Aufgrund von Rb / p16-Signalwegdefekten weisen Krebszellen hohe Konzentrationen an intrazellulärem freiem E2F auf, die für die Tumorspezifität verwendet werden können, wenn der E2F-Promotor zur Kontrolle der Virusreplikation eingesetzt wird .

Transgene, die die Wirksamkeit verbessern

Die Natur von Viren ermöglicht es ihnen, die Wirtszelle zu entführen, um Virusproteine zu produzieren. Dies ermöglicht eine therapeutische Verwertung mit der Insertion therapeutischer Transgene in das Adenovirus-Genom. Vor der Anerkennung von onkolytischen Adenoviren als Immuntherapie war eine der häufigsten Modifikationen die Insertion der Cytosindeaminase und der von Herpes simplex abgeleiteten Thymidinkinase . Die kombinierte Verabreichung von onkolytischen Adenoviren mit Ganciclovir und / oder 5-Fluorocytosin (5-FC) -Prodrugs verursachte den Tumorzelltod aufgrund ihrer Umwandlung in zytotoxische Verbindungen durch transduzierte Tumorzellen .In jüngerer Zeit führte die zunehmende Anerkennung des Immunsystems als wichtiger Bestandteil der Wirksamkeit onkolytischer Viren dazu, dass Forscher onkolytische Adenoviren als potente Vehikel für Immunfaktoren wahrnahmen. Das Hinzufügen eines Zytokin-Transgens des Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierenden Faktors (GMCSF) in das adenovirale Genom ist eine häufig verwendete Modifikation. Bei diesem Ansatz wird die Virusreplikation von einer GMCSF-Produktion begleitet, die zur Rekrutierung und Reifung von dendritischen Zellen (DCs) und zur anschließenden Priming von T-Zellen mit tumorassoziierten Antigenen führt, die durch Onkolyse freigesetzt werden . CGTG-102 (früher Ad5 / 3-D24-GMCSF, derzeit ONCOS-102) ist ein onkolytisches Adenovirus, das GMCSF exprimiert. Patientendaten bestätigen diese Vorstellung, mit berichteten Erhöhungen der peripheren Spiegel von T-Zellen gegen Tumor-assoziierte Antigene . Diese Ergebnisse deuten auf eine dendritische Zellprimierung beim Menschen hin, wie sie durch den etablierten Wirkmechanismus von GMCSF vorhergesagt wird . Die erhöhte CD8 + T-Zell-Infiltration in Tumorbiopsien nach Behandlung fortgeschrittener Krebspatienten mit ONCOS-102 unterstreicht die immunologische Wirksamkeit dieses Ansatzes . Die pleiotropen Wirkungen von GMCSF können jedoch die Antitumorimmunität gefährden, da das Zytokin ungewollt myeloische Suppressorzellen (MDSCs) und tumorassoziierte Makrophagen (TAMs) stimulieren kann, von denen beide bekannt sind, dass sie die Aktivität von T-Zellen und natürlichen Killerzellen (NK) hemmen . Aufkommende Humandaten deuten jedoch darauf hin, dass GMC-produzierende Viren sicher und wirksam sein könnten .Jenseits von GMCSF ermöglichte die kombinierte Expression von IL-12 und Decorin in einem onkolytischen Adenovirus die Wiederherstellung der Antitumorimmunität in einem schlecht immunogenen murinen Brustkrebsmodell durch zytotoxische T-Zell-Infiltration und transformierende Wachstumsfaktor-Beta (TGFb) -Reduktion . Die Koexpression von CD40L und 4-1BBL durch ein onkolytisches Adenovirus hat aufgrund seiner Fähigkeit, die Zerstörung von Pankreastumoren durch Repolarisation der Tumormikroumgebung zu fördern, ebenfalls vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Eine solche Polarisation ermöglichte die Freisetzung von T-Zell-Lockstoffen und immunstimulierenden Zytokinen, was starke Antitumor-T-Zell-Reaktionen ermöglichte . Die Produktion von OX40L, vermittelt durch ein onkolytisches Adenovirus (d24-RGDOX), förderte eine erhöhte Tumorkontrolle über hochfunktionelle Effektor-T-Zellen und Epitopenspreizung .

Außerdem können Antikörper als Transgene eingefügt werden, um die Wirksamkeit der onkolytischen Virotherapie zu verbessern. Zum Beispiel wurde Anti-CTLA4, ein Checkpoint-Inhibitor, erfolgreich in eine onkolytische Adenovirus-Plattform eingeführt. Seine Verwendung in Mausmodellen und Ex-vivo-Kulturen von mononukleären Zellen des peripheren Blutes von Krebspatienten (PBMCs) führte zu einer erhöhten Antitumoraktivität von T-Zellen . In jüngerer Zeit haben Dual-Targeted-Antikörper, die auf T-Zellen und krebsspezifische Zelloberflächenantigene wie epidermalen Wachstumsfaktorrezeptor (EGFR) , FR-a , familiäre adenomatöse Polyposis (FAP) und CD44v6 abzielen, vielversprechende präklinische Ergebnisse gezeigt .

Darüber hinaus wurden auch andere Ansätze untersucht. Dazu gehören die Bewaffnung mit fusogenen Molekülen, Antikörpern, T-Zell-Engagern und Ionenkanälen, die Radiojod konzentrieren können. In diesen Fällen sind die Transgene nicht unbedingt immunologisch aktiv, und die onkolytische Plattform führt zu einer Immunstimulation. Es ist wichtig zu beachten, dass klinische Daten darauf hindeuten, dass die Wirksamkeit von onkolytischen Adenovirus-Einzelwirkstoffen häufig etwas begrenzt war. Mehrere Barrieren, die onkolytische Adenovirus-Therapien beeinflussen, wurden vorgeschlagen. Dazu gehören antivirale Interferone, die vom Tumorstroma produziert werden können, selbst wenn den Krebszellen selbst diese Fähigkeit fehlt . Andere Gründe sind Stromabarrieren, Hypoxie, hyperbare, nekrotische und saure Bereiche . Einige dieser Hürden wurden jedoch bei der Entwicklung von Adenoviren angegangen, die sich bedingt replizieren als Reaktion auf hypoxische Faktoren oder saure Tumormikroumgebungen .Alternativ wurden onkolytische Adenoviren mit Hyaluronidase bewaffnet , einem Enzym, das Hyaluronsäure abbaut, was die Verbreitung von Viren behindert. Insbesondere die Behandlung einer Reihe präklinischer In-vivo-Tumormodelle ermöglichte eine erhöhte Antitumorwirksamkeit. Neutralisierende Antikörper bleiben ein Problem für onkolytische Immuntherapien. Die Verwendung von bispezifischen Adaptern zum Retargeting antiviraler neutralisierender Antikörper kann jedoch einen attraktiven Ansatz bieten, um die Wirksamkeit der onkolytischen Adenovirus-Therapie zu erhöhen . Es wurde berichtet, dass die Beschichtung von onkolytischen Adenoviren mit Tumorderivaten eine erfolgreiche Abgabe von Partikeln in den Tumor mit starken Antitumorreaktionen ermöglicht .

Advanced Therapy Access Program (ATAP)

Zwischen 2007 und 2012 wurden 290 fortgeschrittene Krebspatienten mit 10 verschiedenen onkolytischen Viren behandelt (Tabelle 4), insgesamt 821 Behandlungen. Ein Langzeit-Follow-up dieser Patienten wurde veröffentlicht . Die Behandlungen wurden im Rahmen eines individualisierten Behandlungsprogramms gemäß der EU-Richtlinie über neuartige Therapien durchgeführt . Während viele objektive Reaktionen beobachtet wurden, können keine eindeutigen Schlussfolgerungen hinsichtlich des Gesamtüberlebensnutzens gezogen werden, da keine zuverlässige Kontrollgruppe verfügbar war. Einige Fall-Kontroll-Analysen, die durchgeführt wurden, deuten jedoch auf einen Überlebensvorteil hin .

Unter Berücksichtigung der Einschränkungen nicht zufälliger Daten ergaben sich einige interessante Ergebnisse . Eine der wichtigsten Beobachtungen war, dass alle verabreichten Viren bei Patienten mit fortgeschrittenem Krebs recht sicher erschienen. Eine gute Verträglichkeit wurde über verschiedene Serotypviren, einschließlich verschiedener Kapsidmodifikationen, und verschiedene immunologische Bewaffnungsvorrichtungen (d. h., GMCSF oder CD40L). Die gleichzeitige Gabe von niedrig dosiertem Cyclophosphamid und Temozolomid wurde ebenfalls gut vertragen . Ersteres wurde verwendet, um regulatorische T-Zellen zu reduzieren. Letzteres zielte auf eine erhöhte Induktion der Autophagie in infizierten Krebszellen ab, da dies ein wichtiger Mediator des onkolytischen Zelltods zu sein scheint. Darüber hinaus könnte die Virusreplikation durch gleichzeitige Calciumkanalblockade erhöht werden . Es wurden keine behandlungsbedingten Todesfälle bei Patienten beobachtet . Typische grippeähnliche Symptome wie Fieber und Müdigkeit wurden bei den meisten Patienten einige Tage nach der Behandlung beobachtet. Diese Ergebnisse wurden in mehreren nachfolgenden klinischen Studien bestätigt . Grippeähnliche Symptome und Fieber konnten mit Paracetamol (Paracetamol) wirksam reduziert werden.

Systemische Abgabe des onkolytischen Virus

Bioverteilungsstudien mit Adenoviren an Nagetieren sind unzuverlässig, da den meisten Tieren Eintrittsrezeptoren fehlen oder sich ihre Organverteilung von der des Menschen unterscheidet. Von ATAP-Patienten konnten wir wichtige Informationen über die Virusbioverteilung beim Menschen sammeln . Viele Menschen haben neutralisierende Antikörper gegen verschiedene Adenovirus-Serotypen, wenn auch oft bei niedrigem Ausgangstiter . Da jedoch Hunderte von Milliarden von Viren in einer typischen Behandlung verabreicht werden, können bereits vorhandene Antikörper die intravenöse Verabreichung möglicherweise nicht vollständig blockieren. Bei nachfolgenden intravenösen Behandlungen mit demselben Serotyp ist die Situation unklarer, was einer der Gründe dafür ist, dass die intratumorale Verabreichung häufig bei onkolytischen Viren angewendet wird. Bemerkenswert ist, dass vorgeschlagen wurde, dass antivirale Immunität dazu beiträgt, eine Antitumorimmunität zu erzeugen .

Beim Menschen wurde festgestellt, dass Adenovirus trotz neutralisierender Antikörper durch Blut zu Metastasen gelangen kann . Bei einigen Viren scheint sich der Mechanismus auf die Bindung an Blutzellen zu beziehen . Interessanterweise wurden Adenoviren im Blut (qPCR-Daten) am häufigsten aus Blutgerinnseln gefunden, während einige Patienten eine signifikante Menge an Virus im Serumkompartiment aufwiesen . Auch die Antikörperantwort des Krebspatienten war unterschiedlich . Behandlungsansprechen oder langes Überleben werden unabhängig von neutralisierenden Antikörpertitern beobachtet, obwohl zu beachten ist, dass die meisten Patienten intratumoral behandelt wurden .Interessanterweise behandelten wir sieben Patienten mit dem Serotyp-3-Adenovirus nur mit intravenöser Verabreichung. Anzeichen, die auf eine Virusreplikation hindeuten, wurden beobachtet, einschließlich verlängerter und / oder steigender Virustiter im Blut. Dies wurde auch bei Patienten beobachtet, die bereits Antikörper gegen das Virus aufwiesen. Außerdem zeigten 5 der 6 auswertbaren Patienten Anzeichen eines möglichen Nutzens. Diese Daten deuten darauf hin, dass Viren auch über den intravenösen Weg in Tumore eindringen können . Dies wurde später in einer Autopsiestudie bestätigt, in der gezeigt wurde, dass nicht injizierte Tumoren ein onkolytisches Adenovirus aufweisen .

Viren, die bereits eine behördliche Zulassung zur Behandlung von Krebs erhalten haben

Aus klinischer Sicht steckt der Einsatz von Viren zur Krebsbehandlung in der Neuzeit noch in den Kinderschuhen. Anfänglich wurden Wildtypviren verwendet, aber dieser Ansatz könnte zu unerwünschten Ereignissen führen, die durch Virusreplikation in normalen Geweben verursacht werden. Dennoch war Rigvir (ein ECHO-7-Virus) , ein onkolytisches Picornavirus mit einer gewissen angeborenen Tumorselektivität, das erste zugelassene onkolytische Virotherapieprodukt für Krebs, das 2004 in Lettland und später in einigen anderen Ländern zugelassen wurde. Das zweite onkolytische Virus wurde rational auf Tumorselektivität ausgelegt. Dieses Adenovirus mit dem Namen H101 (Oncorine) wird in China seit 2005 zur Behandlung solider Tumoren eingesetzt . Beachten Sie, dass beiden Viren keine Scharfschaltgeräte fehlen.Die Erkenntnis, dass die Umwidmung des Immunsystems zur Ausübung von Antitumorfunktionen einen vielversprechenden Ansatz zur Behandlung von Krebs bieten könnte, ermöglichte es Wissenschaftlern, die immunologischen Fähigkeiten onkolytischer Viren einzusetzen . Beispielsweise war die Zugabe von immunologischen Transgenen wie dem GMCSF ein beliebter Ansatz. Talimogen laherparepvec (auch bekannt als T-vec, Imlygic®) ist ein Herpes-simplex-1-Virus, das für GMCSF kodiert, und war eines der ersten onkolytischen Viren, die einen immunologischen Schub bieten. Seine klinische Anwendung führte schließlich zu einer randomisierten klinischen Phase-III-Studie (OPTiM). In dieser Studie Stufe IIIB / C und IV metastasierten, inoperablen Melanompatienten, die intratumorale T-Vec erhielten, hatten eine dauerhafte Ansprechrate von 19,3%, von denen mehr als 80% ein vollständiges Ansprechen waren . Die Tatsache, dass die subkutane Verabreichung von GM-CSF eine schlechtere Wirksamkeit bot (1,4% dauerhafte Ansprechrate, 0,7% vollständiges Ansprechen), führte 2015 zur Zulassung durch die Food and Drug Administration (FDA), gefolgt von der Europäischen Arzneimittelagentur (EMA) .

Diese bahnbrechende Zulassung in westlichen Ländern ermutigte die medizinische Gemeinschaft zu Optimismus, onkolytische Viren für die Krebstherapie, einschließlich Adenoviren, weiter zu entwickeln und zu verbessern. Später, in einer ähnlichen Patientenpopulation, wurde Pembrolizumab mit dem Virus kombiniert, was bei 62% der Patienten zu einem Ansprechen führte, von denen 33% vollständig waren. Wie erwartet wurde in den Tumoren nach der Behandlung eine hohe zytotoxische T-Zell-Infiltration beobachtet . Eine kürzlich durchgeführte klinische Phase-II-Studie mit fortgeschrittenen Melanompatienten zeigte, dass T-Vec die Ansprechrate von Ipilimumab im Vergleich zu Ipilimumab allein erhöhte (38% vs. 18%) . Bemerkenswert ist, dass im Gegensatz zu Kombinationen von Checkpoint-Inhibitoren unerwünschte Ereignisse nicht verstärkt wurden. Dies legt nahe, dass onkolytische Viren mit einer Checkpoint-Hemmung kombiniert werden können, ohne dass die Sicherheit problematisch abnimmt.

Onkolytische Adenovirus-Studien

Zum Zeitpunkt des Schreibens dieser Rezension (März 2020) haben wir clinicaltrials.org , was zu 101 Studienergebnissen führt. Begrenzung der Suche auf „onkolytisches Adenovirus“ Phasen I–II Studien, wir kamen mit 41 Ergebnisse; von diesen, 10 wurden abgeschlossen und 15 Rekrutierung. Sechzehn verschiedene onkolytische Viren wurden in diesen abgeschlossenen oder rekrutierenden Studien verwendet. Es wurden keine aktiven klinischen Phase-III-Studien gefunden. Interessanterweise wurden 6 der 16 Viren kürzlich im Zeitraum 2019-2020 veröffentlicht, was auf wachsendes Interesse und verfügbare Mittel für onkolytische Adenovirus-Studien hinweist (Tabelle 5).

Verwendung von onkolytischen Viren bei hämatologischen Malignomen

Beobachtungen von hämatologischen Krebsregressionen nach Virusinfektion wurden Anfang des letzten Jahrhunderts beobachtet . Bemerkenswert ist, dass die Bewertung des Ansprechens bei hämatologischen Malignomen durch Mikroskopie und Zellzählung möglich war, während dies bei den meisten soliden Tumoren zu dieser Zeit nicht der Fall war. Dies könnte aufgrund von Beobachtungsverzerrungen zu einer Überrepräsentation von hämatologischem Krebs in der frühen Literatur geführt haben. Es kann jedoch nicht geleugnet werden, dass viele Berichte auf eine Regression hämatologischer Tumoren nach Virusinfektionen hindeuteten. Daher besteht ein starker Grund zu der Annahme, dass onkolytische Viren auch bei hämatologischen Malignomen eingesetzt werden könnten. Allerdings sind nicht alle Viren zur Behandlung von Blutzelltumoren geeignet. Zum Beispiel scheint Adenovirus nicht in der Lage zu sein, weiße Blutkörperchen zu lysieren .Jüngsten Veröffentlichungen zufolge besteht auch im hämatologischen Bereich ein wachsendes Interesse an onkolytischen Viren, da mehrere Viren in präklinischen Umgebungen untersucht werden . Es wurden jedoch nur wenige Studien veröffentlicht . Eine Suche von clinicaltrials.gov keine Ergebnisse für Studien zu „hämatologischem Neoplasma“ und „onkolytischen Viren“ (März 2020). Eine Suche nach „multiplem Myelom“ und „onkolytischen Viren“ ergab jedoch zwei Studien.

Abschließend gibt es bisher nur wenige Studien mit onkolytischen Viren bei hämatologischen Krebserkrankungen. Einige bemerkenswerte Bemühungen umfassen Frühphasenstudien mit Reovirus , Masern und vesikulärem Stomatitis-Virus (VSV) beim multiplen Myelom . Die derzeit rekrutierende VSV-Studie (NCT03017820) umfasst auch Patienten mit rezidivierter akuter myeloischer Leukämie und T-Zell-Lymphom. Es wurden keine hämatologischen Studien mit onkolytischem Adenovirus gefunden.

Einschränkungen und neuere Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit von onkolytischen Viren

Die Bewaffnung mit immunstimulierenden Zytokinen war eine beliebte Methode, um immunologische Synergien mit den Auswirkungen der Onkolyse zu erzeugen. Der klinische Nutzen dieses Ansatzes wurde in der Phase-III-Studie OPTiM beobachtet, in der 1 von 6 Patienten ein vollständiges Ansprechen auf das onkolytische Virus Talimogen laherparepvec erzielte. Die mediane Dauer dieser vollständigen Reaktionen in der Virusgruppe wurde nicht erreicht und 8 von 9 Patienten überlebten über 5 Jahre .Die Kombination von onkolytischen Viren mit einer T-Zell-aktivierenden Checkpoint-Hemmung kann die Antitumorwirksamkeit der onkolytischen Adenovirus-Therapie verbessern. Insbesondere Tumore mit geringer Anzahl immunologischer Zellen — „kalte Tumore“ – können durch onkolytische Adenoviren effizient immunaktiviert werden. Dies macht Tumore „heiß“ und fördert die Wirkung von Checkpoint-Inhibitoren . Es wurde ein klinischer Proof-of-Concept für die Wirksamkeit der Kombination von onkolytischen Viren mit Checkpoint-Inhibitoren vorgestellt . In einer randomisierten Phase-II-Studie (n = 198) wurde ein Checkpoint-Inhibitor (Ipilimumab) mit dem onkolytischen Virus Talimogen Laherparepvec kombiniert, das bei 39% der Patienten ein objektives Ansprechen zeigte, verglichen mit 18% im reinen Checkpoint-Inhibitor-Arm .Neben dem Melanom deuten jüngste Veröffentlichungen auf eine klinische Aktivität auch bei anderen Krebsarten wie dem metastasierten Sarkom hin, bei denen dieselbe Kombination in einer einarmigen Studie zu einer objektiven Ansprechrate von 30% führte . Darüber hinaus war das Sicherheitsprofil dieser Behandlungen gut und onkolytische Viren scheinen die Rate schwerwiegender unerwünschter Ereignisse nicht zu erhöhen.

Obwohl diese Kombinationen für einige Patienten eine erhöhte Wirksamkeit und einen langfristigen Nutzen zu bringen scheinen, profitieren nicht alle davon, und es gibt eindeutig eine Rolle für eine weitere Verbesserung. Die rationale Kombination von Chemotherapie oder Strahlentherapie zur Verbesserung des Behandlungsnutzens, und selbst diese konventionellen Therapien scheinen eine immunologische Komponente zu haben . Ein klarer klinischer Beweis für diesen Ansatz ist jedoch derzeit begrenzt.Die Kombination anderer Therapien wie adoptive Zelltherapie oder gezielte Therapien könnte ebenfalls zu besseren Behandlungen führen. Allerdings fehlen uns noch viele Informationen über die Immuneffekte bei einzelnen Tumoren. Dieser Mangel an Wissen macht es schwer zu verstehen, welche Patienten am meisten von welcher Art von Behandlungskombinationen profitieren würden. Dies könnte derzeit die größte Herausforderung in diesem Bereich sein. Das klassische Studiendesign ist nicht gut geeignet, um Mechanismen auf individueller Tumor- und Patientenebene zu verstehen.

TILT-123-Studien

Eine ideale Krebsbehandlung sollte so gut sein, dass die meisten Patienten eindeutig davon profitieren würden, während Nebenwirkungen tolerierbar sein sollten. Unser eigener Beitrag zu dieser Suche ist ein neuartiges onkolytisches Adenovirus, das speziell für T-Zellen entwickelt wurde. Ad5 / 3-E2F-D24-hTNFa-IRES-hIL2 (TILT-123) basiert auf dem gut verstandenen und sicheren Adenovirus-Serotyp 5, aber sein Faserknopf wurde für eine verbesserte Penetranz in Tumorzellen in einen Serotyp-3-Knopf geändert . Die Replikation des Virus ist durch duale Kontrolle (E2F-Promotor und D24-Deletion) streng auf Krebszellen beschränkt und die Potenz des Virus wird durch zwei Transgene optimiert, die datengetrieben selektiert wurden. Chimäre 5/3-Adenoviren stellen auch den besten nativen T-Zell-Stimulator unter den klinisch relevanten onkolytischen Adenoviren dar .Die Kombination, die sich als der beste Ansatz für die Rekrutierung und Aktivierung von T-Zellen herausstellte, war Interleukin-2 (IL-2) und Tumornekrosefaktor alpha (TNFa) . IL-2 ist für das Wachstum und Überleben von T-Zellen erforderlich, und TNFa ist ein starker Induktor des T-Zellhandels und der Tumorapoptose . In präklinischen Modellen erhöhte die Verabreichung von Zytokin-kodierenden Adenoviren die Antitumor-Wirksamkeit von drei Formen der adoptiven T-Zell-Therapie: T-Zell-Rezeptor (TCR) -engineered T-Zellen , CAR-T-Zell-Therapie und Tumor-infiltrierende Lymphozyten (TIL) -Therapie .

Dieses Ergebnis resultierte aus folgendem: (1) verbesserte Infiltration von Tumorzellen, die durch TNFa induziert werden, (2) verbesserte Aktivität von zytotoxischen T-Zellen, die durch IL-2 induziert werden, und (3) Gesamtabnahme von immunsuppressiven Teilmengen einschließlich regulatorischer T-Zellen (Tregs), MDSCs und M2-Makrophagen in der Tumormikroumgebung . Hamster mit Pankreastumoren, die mit TILT-123 behandelt wurden, zeigten Anzeichen einer verbesserten Antitumorwirksamkeit im Vergleich zu Tieren, die eine TIL-Therapie oder TILT-123 allein erhielten . Die Kombination von IL-2- und TNFa-kodierenden Adenoviren und Anti-PD-1-Therapie förderte auch das langfristige Überleben von 100% in präklinischen Modellen mit einem Melanomtumormodell .

Weitere Studien mit dem Virus zeigten eine abscopale Wirkung bei nicht injizierten Tumoren, was die systemische Natur der Immunantwort zeigt, die durch lokale Behandlung erzeugt wird . Darüber hinaus zeigte die TILT-123-Therapie bei mit TIL behandelten Tieren eine schützende Immunität gegen eine erneute Tumorherausforderung . Wichtig ist, dass diese Daten das Potenzial von TILT-123 zur Feinabstimmung und Überwindung von Herausforderungen der T-Zell-basierten adoptiven Zelltherapie demonstrieren. Die erste Studie mit diesem fortgeschrittenen onkolytischen Adenovirus läuft derzeit (NCT04217473).