编码透明质酸酶的溶瘤痘苗病毒重塑细胞外基质以增强癌症化疗和免疫治疗

An oncolytic vaccinia virus encoding hyaluronidase reshapes the extracellular matrix to enhance cancer chemotherapy and immunotherapy

作者信息Shibing Wang, Yuxin Li, Chuning Xu, Jie Dong, Jiwu Wei
PMID38458640
发布时间2024-03-07
DOI10.1136/jitc-2023-008431

实验完整度

包含体外细胞实验(病毒复制、溶瘤、迁移侵袭)、多种小鼠皮下肿瘤模型(Panc02、KPC、4T1、CT26)的药效验证,以及联合治疗(化疗、免疫治疗、CAR-T)的功能验证和机制验证(ECM降解、免疫细胞浸润)。

主要模型

小鼠皮下胰腺癌Panc02模型 小鼠皮下胰腺癌KPC模型 小鼠皮下乳腺癌4T1模型 小鼠皮下结肠癌CT26模型

重点核对

OVV-Hyal1和OVV-Ctrl的病毒滴度(TCID50) 瘤内注射剂量:2×10^7 pfu,隔日一次,共三次 化疗药物剂量:阿霉素2 mg/kg,吉西他滨5 mg/kg,腹腔注射,每日一次,连续5天 抗PD-1抗体剂量:200 μg/只,腹腔注射,隔日一次,共5次 CAR-T细胞剂量:1×10^6细胞/只,静脉注射一次

摘要

背景:肿瘤微环境(TME)中过多的细胞外基质(ECM),如透明质酸(HA),常常损害抗肿瘤药物在肿瘤内的扩散。溶瘤病毒(OVs)正在被广泛研究用于癌症治疗,无论是单独使用还是与化疗和免疫治疗联合使用。在这里,我们设计了一种新型重组痘苗病毒,编码可溶性透明质酸酶Hyal1(OVV-Hyal1)以降解HA,并研究了其与化疗药物、多肽、免疫细胞和抗体联合使用的抗肿瘤效果。方法:我们构建了编码透明质酸酶的重组溶瘤痘苗病毒,并研究了其在重塑TME的ECM、体外以及在几种鼠类实体瘤中的抗肿瘤功效,无论是单独使用,还是与化疗药物(包括阿霉素和吉西他滨)、多肽利拉鲁肽、免疫治疗药物(如PD-L1/PD-1阻断、CD47抗体)以及CAR-T细胞联合使用。结果:与对照OVV相比,瘤内注射OVV-Hyal1在一系列小鼠皮下肿瘤模型中显示出优异的抗肿瘤功效。此外,OVV-Hyal1降解HA导致化疗药物在肿瘤内扩散增加,T细胞、NK细胞、巨噬细胞浸润增加,以及CD8+ T细胞活化。当OVV-Hyal1与某些抗肿瘤治疗药物(例如阿霉素、吉西他滨、利拉鲁肽、抗PD-1、抗CD47阻断或CAR-T细胞)联合使用时,获得了更显著的治疗结果。结论:OVV-Hyal1有效降解HA以重塑TME,从而克服了当前癌症治疗中的一些主要障碍,如溶瘤病毒传播受限、化疗药物、多肽、抗体扩散不利,以及效应免疫细胞浸润不足。OVV-Hyal1有望改善当前癌症治疗药物的抗肿瘤效果。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肿瘤微环境中丰富的细胞外基质(如透明质酸)是否阻碍抗肿瘤药物的扩散和免疫细胞的浸润,以及通过溶瘤痘苗病毒局部表达透明质酸酶降解ECM是否能增强癌症治疗效果。
核心机制
OVV-Hyal1通过瘤内表达透明质酸酶降解肿瘤组织中的透明质酸,重塑细胞外基质,降低ECM成分(胶原I、胶原III、弹性蛋白、纤连蛋白),从而促进病毒在肿瘤内的传播、化疗药物和多肽的扩散,以及T细胞、NK细胞、巨噬细胞等免疫细胞的浸润和活化,增强抗肿瘤免疫应答。
主要证据
在Panc02、KPC、4T1和CT26皮下肿瘤模型中,OVV-Hyal1单药或联合治疗显著抑制肿瘤生长并延长生存期;ECM降解导致胶原I降低82%、胶原III降低87%等;联合化疗、抗PD-1、抗CD47、CAR-T细胞均显著提高疗效;免疫组化和流式细胞术检测到免疫细胞浸润增加和CD8+ T细胞活化。
研究意义
OVV-Hyal1有望改善当前癌症治疗(如化疗、免疫检查点抑制剂、CAR-T细胞疗法)对实体瘤的效果,尤其可能在吉西他滨或免疫检查点抑制剂联合治疗晚期胰腺导管腺癌(PDAC)中展现临床价值,值得进一步临床试验探索。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建和表征重组溶瘤痘苗病毒OVV-Hyal1

构建编码透明质酸酶Hyal1的重组痘苗病毒,并验证其感染、复制和透明质酸酶表达。

通过同源重组将鼠源Hyal1基因插入痘苗病毒WR株的TK区,构建OVV-Hyal1;以OVV-Ctrl为对照。PCR和DNA测序确认重组正确。在HEK293、Hela-S3等细胞中扩增病毒,TCID50法测定滴度。Western blot检测Hyal1表达,MTT和结晶紫染色评估溶瘤能力。

2

评估OVV-Hyal1对肿瘤微环境ECM的降解作用

验证OVV-Hyal1瘤内注射是否能降解肿瘤组织中的ECM成分,以及是否影响病毒在肿瘤内的传播。

在Panc02皮下肿瘤模型中,瘤内注射OVV-Hyal1或OVV-Ctrl,48小时后取肿瘤组织,进行H&E、Masson、Van Gieson、picrosirius red染色及免疫组化检测胶原I、胶原III、弹性蛋白、纤连蛋白,定量分析ECM成分变化。同时用TCID50法检测肿瘤组织和血清中的病毒滴度。

3

评估OVV-Hyal1联合化疗药物和多肽的抗肿瘤效果

验证OVV-Hyal1降解ECM是否能增强化疗药物(阿霉素、吉西他滨)和多肽(利拉鲁肽)的疗效。

在Panc02皮下模型中,将OVV-Hyal1与阿霉素、吉西他滨或利拉鲁肽联合治疗,监测肿瘤体积、生存期、体重变化,并检测肿瘤细胞凋亡(TUNEL)和药物扩散(流式检测阿霉素荧光)。

4

评估OVV-Hyal1对免疫细胞浸润和CAR-T细胞治疗的影响

验证OVV-Hyal1降解ECM是否能促进免疫细胞(T、NK、巨噬细胞)浸润,并增强CAR-T细胞的抗肿瘤效果。

在Panc02、KPC、4T1模型中,流式细胞术分析肿瘤中免疫细胞比例(CD3+、CD8+、CD4+、NK、巨噬细胞)。在Panc02/CD19模型中,联合OVV-Hyal1和CD19 CAR-T细胞治疗,监测肿瘤体积、生存期、体重,并用免疫组化检测CAR-T细胞浸润。

5

评估OVV-Hyal1联合免疫检查点抑制剂(抗PD-1、抗CD47)的抗肿瘤效果及免疫记忆

验证OVV-Hyal1是否能增强PD-1和CD47抗体的治疗效果,并诱导长期的肿瘤特异性免疫记忆。

在Panc02和KPC模型中,联合OVV-Hyal1和抗PD-1抗体治疗,监测肿瘤体积、生存期和体重,并评估治愈小鼠的免疫记忆(肿瘤再挑战、T细胞亚群和细胞因子检测)。在4T1模型中,联合OVV-Hyal1和抗CD47抗体治疗,同样监测疗效。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜尔贝科改良伊格尔培养基ThermoFisher11965092
胎牛血清Gibco16000044
无血清培养基BasalmediaH740KJ
脂质体转染试剂ThermoFisherA12621
黄嘌呤Sangon BiotechA601197
霉酚酸SangonA600640
次黄嘌呤SangonA500336
2×上样缓冲液BeyotimeP0015
PVDF膜Merck MilliporeK5MA6539B
小鼠抗Hyal1抗体Proteintech25179-1-AP
小鼠抗GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
山羊抗小鼠IgG (H+L)BeyotimeA0216
化学发光试剂盒FDbioFD8000
结晶紫溶液BeyotimeC0121
MTT溶液SolarbioIM0280
阿霉素SelleckS1208
吉西他滨SelleckS1714
利拉鲁肽SelleckS8256
抗小鼠PD-1抗体BioXCellBE0146
抗小鼠CD47抗体BioXCellBE0283
CD3/CD28磁珠ThermoFisher111456D
白细胞介素-2Peprotech200-02
TRIzol试剂Invitrogen15596018
IFN-γ ELISA试剂盒Biolegend430801
TNF-α ELISA试剂盒Biolegend430901
IL-2 ELISA试剂盒Biolegend431001
APC抗CD3抗体BioLegend100236
FITC抗CD4抗体BioLegend100406
PE抗CD4抗体BioLegend100408
FITC抗CD8a抗体BioLegend100706
PE抗CD45抗体BioLegend103106
PE/Dazzle 594抗PD-1抗体BioLegend135227
APC/Fire 750抗IFN-γ抗体BioLegend505860
APC/Fire 750抗CD11c抗体BioLegend117352
APC抗CD11b抗体BioLegend101212
FITC抗Ly-6G/Ly-6C抗体BioLegend108406
Alexa Fluor 647抗LAG-3抗体BioLegend125241
Brilliant Violet 711抗Tim-3抗体BioLegend119727
Percp抗F4/80抗体BioLegend123126
Percp抗CD86抗体BioLegend105026
FITC抗CD206抗体BioLegend141704
PE抗Foxp3抗体BioLegend126404
PE抗CD44抗体BioLegend103008
FITC抗CD62L抗体BioLegend104406
Percp/Cy5.5抗CD152抗体BioLegend106315
Percp/Cy5.5抗TNF-α抗体BioLegend506322
PE抗CD47抗体BioLegend506322
APC/Fire 750抗CD49a抗体BioLegend142609
PE山羊抗IgG抗体BioLegend405307
IV型胶原酶Sigma-AldrichC4-22-1G
70微米尼龙滤网JetbiofilCSS013070
破膜缓冲液BeyotimeP0099
石蜡块ServicebioG1101
HRP山羊抗兔IgG抗体ServicebioG1213
兔抗CD8抗体Abcamab217344
兔抗CD68抗体Abcamab283654
兔抗胶原I抗体Abcamab2709934
兔抗胶原III抗体Abcamab184993
兔抗弹性蛋白抗体Abcamab307150
兔抗纤连蛋白抗体Abcamab268020
兔抗小鼠FMC63 scFv抗体BIOSWAN--
一步法TUNEL细胞凋亡检测试剂盒(绿色荧光)BeyotimeC1086
Masson三色染色试剂盒----
天狼星红染色----
Van Gieson染色----
Illumina NovaSeq 6000测序仪Illumina--
NovoCyte流式细胞仪Agilent--
荧光显微镜Nikon--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞系和培养
细胞系来源、培养基、血清浓度、培养条件(37°C、5% CO2)
阅读提示:Methods:Cell lines
病毒构建和扩增
病毒株(WR-VV)、重组质粒(pVV-Hyal1)、转染试剂、筛选药物浓度、病毒滴度测定方法(TCID50)
阅读提示:Methods:Oncolytic vaccinia viruses
体内肿瘤模型建立
小鼠品系(BALB/c、C57BL/6)、肿瘤细胞接种数量(Panc02: 5×10^5; KPC: 1×10^6; 4T1: 5×10^5; CT26: 1×10^6)、接种部位(右胁)
阅读提示:Methods:Animal experiments;图1E
病毒治疗
瘤内注射剂量(2×10^7 pfu)、频率(隔日一次,共3次)
阅读提示:Methods:Animal experiments;图1E
联合化疗
阿霉素剂量(2 mg/kg)、吉西他滨剂量(5 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、频率(每日一次,连续5天)
阅读提示:Methods:Animal experiments;图3A
联合免疫治疗
抗PD-1抗体剂量(200 μg/只)、抗CD47抗体剂量(100 μg/只)、给药方式(腹腔注射)、频率(隔日一次,共5次)
阅读提示:Methods:Animal experiments;图5D、图6E
CAR-T制备
T细胞来源(小鼠脾脏)、刺激方法(Dynabeads CD3/CD28)、培养条件(X-VIVO 15、5% FBS、IL-2 100 IU/mL)、感染MOI(50)、培养时间(10天)
阅读提示:Methods:Animal experiments(CAR-T构建部分)