溶瘤病毒：癌症免疫治療另一章

鄭吉元¹、蔡慈貞^1,2、張文震^3
1林口長庚紀念醫院藥劑部、²新生醫護管理專科學校、 ³林口長庚紀念醫院腫瘤科

摘要

溶瘤病毒 (oncolytic virus, OV) 是未經修飾或是經遺傳工程修飾之活的、可複製的病毒，可破壞分解腫瘤，即具有溶瘤的特性。OV治療具有多重性機轉，包括啟動先天免疫及後天免疫來直接和間接殺死癌細胞，也可藉由破壞腫瘤的血管供應來殺死未被病毒感染的癌細胞。OV的給藥途徑大多是採取注射在腫瘤處或靜脈投予。2015年，美國FDA核准通過第一個OV藥品：T-VEC (talimogene laherparepvec, Imlygic) 是使用單純疱疹病毒第一型 (HSV-1)，用於治療黑色素細胞瘤。本文將探討提升OV藥效的策略和OV的安全考量。

關鍵字： 溶瘤病毒、oncolytic virus、T-VEC、talimogene laherparepvec、Imlygic

壹、前言

顧名思義，溶瘤病毒 (oncolytic virus, OV) 是指設計某病毒來殺死癌細胞，而不傷害正常組織。OV與「免疫檢查點抑制劑 (immune checkpoint inhibitor, ICI)」和「T細胞輸入療法 (adoptive T-cell therapy)」合稱為癌症免疫治療的「金三角」¹，意即這三者是癌症免疫治療的主體，可單獨使用，也可合併使用以增進療效。本文將從OV的歷史談起，多面向深入探討OV。

貳、 歷史²

早在1900年代初期，就有一些案例報告發現：當癌症病人被病毒感染後，其腫瘤會縮小；然而，腫瘤縮小只維持1~2個月。1950和1960年代曾使用活的、未減毒的病毒接種在癌症病人身上，其結果並不理想，甚至發生致死案例。由於1980年代在遺傳工程的進步，使得病毒可以藉由重組DNA技術予以修飾，來減少病毒的毒性和降低病毒的免疫抗原性 (immunogenicity)。自此以後，OV就蓬勃發展。2015年，美國FDA核准通過第一個OV藥品：T-VEC (talimogene laherparepvec, Imlygic) 是使用單純疱疹病毒第一型 (herpes simplex virus type 1, HSV-1)，用於治療黑色素細胞瘤 (melanoma)。

參、OV分類和選擇

可作為OV的病毒，見表一^1,3,4,5。這些病毒都可破壞分解腫瘤，即具有溶瘤(oncolytic) 的特性。其中溶瘤能力最強的是棒狀病毒 (rhabdovirus) 家族：包括Maraba virus、水疱性口炎病毒 (vesicular stomatitis virus, VSV)。如何選擇OV要考慮以下事情⁵：

表一 溶瘤病毒的病毒家族^1,3,4,5

一、DNA病毒或RNA病毒

DNA病毒較容易藉由遺傳工程，即重組DNA技術予以修飾該病毒；然而，由於許多DNA病毒易感染人類，經感染後，人體血液中會存在該病毒的抗體；因此，若靜脈投予該病毒的OV產品，將會減弱OV的效果。OV常使用的HSV-1是屬於DNA病毒，其產品T-VEC是直接局部注射在腫瘤處，而不是靜脈注射，如此則可避免OV被血液中的抗體所中和 (neutralization)。反之，RNA病毒的基因重組不易；但是，相較於DNA病毒的複製，RNA病毒的複製更有效率，且人體血液中已存在RNA病毒抗體的可能性較低，所以採用RNA病毒的OV可以靜脈投予。

二、病毒大小

大病毒的空間大，容易加入其他基因來修飾病毒，例如：HSV-1是150kb。但是，大病毒不易穿透血腦障壁(blood-brain barrier, BBB)，因此其OV無法治療腦瘤或腦轉移。反之，小病毒雖不適合進行基因重組，但是容易穿透BBB，例如：微小核糖核酸病毒 (picornavirus) 是7.5kb。

三、病毒致病性

OV不能選擇會對人類造成嚴重致病性的病毒。利用遺傳工程將病毒產生毒力的基因予以刪除，可以減弱其毒性。

四、病毒的免疫抗原性

病毒可以誘發免疫反應來抗腫瘤，但是免疫反應也可能會將病毒清除。因此，免疫抗原性高的病毒較適合注射在腫瘤處，而免疫抗原性低的病毒可給予靜脈注射。

五、病毒進入癌細胞的機轉

癌細胞表面必須有病毒的受體，如此病毒才能進入癌細胞內進行複製。因此，癌細胞表面之病毒受體會決定病毒攻擊何種癌症。

六、病毒的安定性

OV使用的病毒必須在製備、儲存、運送的過程中維持穩定。

肆、給藥途徑⁵

OV的給藥途徑大多是採取注射在腫瘤處或靜脈投予。OV也可以有其他的給藥途徑，如下所述。哪一種給藥途徑最佳，目前仍無定論。

一、腫瘤內注射

腫瘤內注射仍然是OV的標準給藥途徑。優點是腫瘤內注射T-VEC已證實有效、可增強局部溶瘤作用、可能引發全身性抗腫瘤免疫反應。缺點有必須要能接近到腫瘤，因此，內臟腫瘤可能需要靠其他技術才能施行腫瘤內注射；劑量需要根據腫瘤大小和注射部位不同做調整；醫療人員需要接受教育訓練。

二、靜脈投予

靜脈投予OV的有利點是方便、可以不管腫瘤的位置、給藥劑量方案不會因人而異、可以經由血液運送到無法接近的腫瘤處。不利點為病毒會被血液中已存在該病毒的抗體所中和、宿主免疫反應也可能會將病毒清除、病毒與血清蛋白質結合以及病毒量被血液稀釋，這些皆會造成能夠達到腫瘤處的有效病毒量受到限制。

三、肋膜腔內、腹腔內、膀胱內、脊髓腔內、腦室內給藥

此投藥方式適合當腫瘤散佈在這些腔室時。缺點是病毒會被快速清除，因此能夠進入血液循環中的病毒量少。由於許多病毒無法穿透BBB，因此對於腦瘤或腦轉移者，脊髓腔內 (intrathecal) 和腦室內 (intraventricular) 投予OV是可以考慮的選擇。

四、細胞載體

經由細胞載體 (cell carrier) 投予OV是一種新穎的方法。此方法的先決條件是將OV在體外先感染免疫細胞，例如吞噬細胞、樹突細胞 (dendritic cell)、淋巴球等，或是感染腫瘤幹細胞，然後再將這些載有OV的細胞給予靜脈注射運送到腫瘤處，接著在腫瘤處卸下OV來發揮其功效。此方法可以保護OV不被血液中的抗體所中和，以及保護OV不被宿主免疫反應予以清除。目前，經由細胞載體投予OV尚在動物試驗階段。

伍、機轉

OV治療具有多重性機轉，包括啟動先天免疫 (innate immunity) 及後天免疫 (adaptive immunity) 來直接和間接殺死癌細胞，也可藉由破壞腫瘤的血管供應來殺死未被病毒感染的癌細胞。詳細情形敘述如下：

一、第一型干擾素的產生

當OV進入人體後，樹突細胞會先辨認出病毒，此時會產生第一型干擾素 (type 1 interferon, type 1 IFN)^1,3。經由type 1 IFN一連串的訊號傳遞可直接造成腫瘤被分解破壞^1,3。Type 1 IFN也可增加腫瘤相關抗原的表現而驅使T淋巴細胞 (T cell) 聚集於全身腫瘤處，間接殺死全身癌細胞，也就是啟動T cell進行後天免疫^1,3,6。當然，宿主的免疫反應也可能會將OV清除掉，以及OV可能會感染正常細胞而造成正常細胞的死亡，這些都不是我們樂見的。所幸的是，65~70%的腫瘤會出現有缺陷的IFN訊號傳遞²。由於腫瘤細胞的IFN路徑有缺陷，因此當腫瘤細胞感染到病毒時，腫瘤細胞無法清除病毒，最後導致腫瘤細胞死亡；反之，正常細胞感染到病毒時，正常細胞能夠清除病毒，使得正常細胞得以存活²。也就是說，腫瘤細胞對病毒的攻擊毫無招架之力，這和正常細胞有所區別。

二、癌細胞表面的病毒受體

某些病毒天生就很容易感染癌細胞，且不受IFN訊號傳遞有無缺陷的影響，原因是癌細胞表面高度表現這些病毒的受體²。例如：新城病病毒 (Newcastle disease virus, NDV)、呼吸道與腸道病毒 (reovirus)、單純疱疹病毒 (HSV)、腮腺炎病毒 (mumps virus)²。

三、免疫媒介細胞死亡

當OV造成腫瘤分解後，腫瘤細胞會釋放出腫瘤相關抗原 (tumor-associated antigen, TAA)、損傷相關分子模式 (damage-associated molecular patterns, DAMPs) (註：DAMPs包括HMGB1、ATP、calreticulin、annexin 1等)、病原體相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs) (註：PAMPs包括病毒的外殼、核酸、蛋白質)，以上這些物質會吸引和活化樹突細胞，於是啟動了先天免疫^1,3。活化的樹突細胞會產生type 1 IFN，於是再經由type 1 IFN啟動T cell進行後天免疫，如前述。許多OV的設計會在病毒的基因中插入顆粒單核球群落刺激生長因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF) 基因，其目的就是要吸引和活化更多的樹突細胞以增強OV的免疫抗原性，也就是提升OV引發免疫反應的能力¹。

四、腫瘤血管效應

OV使用痘瘡病毒 (vaccinia virus, VV) 或水疱性口炎病毒 (vesicular stomatitis virus, VSV) 除了可殺死被該病毒感染的癌細胞外，也可以殺死未被該病毒感染的癌細胞⁷。機轉是VV或VSV，也會感染血管內皮細胞，造成它們的凋亡，於是使得腫瘤的血管供應受到破壞，最後導致癌細胞死亡⁷。

陸、 T-VEC (Talimogene laherparepvec, Imlygic)

T-VEC是活的、減毒的HSV-1之OV藥品，用來治療晚期無法切除的黑色素細胞瘤。T-VEC除了將HSV-1的致毒基因予以刪除外，還加入GM-CSF基因以增加藥效²。

T-VEC是直接注射在腫瘤處，其劑量視腫瘤大小而定，見表二²。第一針的濃度是106PFU/mL(plaque forming unit, PFU)，3週後施打第二針的濃度是108PFU/mL，接著沿用此濃度，每2週注射一次，直到疾病完全緩解、疾病惡化或是無法忍受副作用為止²。

表二 T-VEC建議劑量²

T-VEC的效果和安全性在第三期黑色素細胞瘤之臨床試驗OPTiM中得到驗證^8,9。相較於GM-CSF，使用T-VEC有明顯好的療效：客觀反應率 (objective response rate, ORR)：T-VEC 31.5% vs. GM-CSF 6.4% (p<0.0001)⁹；4年存活率：T-VEC 34.5% vs. GM-CSF 23.9% (p值無資料)⁹。

目前，進行中的T-VEC臨床試驗主要是T-VEC併用ICI來治療內臟轉移的癌症^1,4。最新一項T-VEC併用ICI的第二期研究，將T-VEC併用pembrolizumab用於後線治療晚期肉瘤 (sarcoma)，結果顯示ORR 35%，常見的副作用是疲倦、發燒、發冷、噁心，嚴重第3級治療相關副作用發生率為20%，沒有第4級副作用發生¹⁰。

柒、影響OV療效的因素

影響OV療效的因素包括：抗病毒之中和抗體、腫瘤異質性、腫瘤微環境。腫瘤異質性會造成殘留的腫瘤細胞對OV產生抗性。腫瘤微環境會減弱OV的療效。以下將說明目前可行的策略。

捌、提升OV藥效的策略

以下將介紹3種策略來增加OV的成效：

一、合併治療

OV併用化療藥物、標靶藥物、放射線、ICI是可行的組合。其中，OV併用ICI可產生協同作用¹¹，是十分具有前途的組合，有不少的OV臨床試驗即是OV併用ICI^1,4。OV可以促使淋巴球進入腫瘤內部，將原本的「冷」腫瘤 (cold tumor)轉變為「熱」腫瘤(hot tumor)，此時併用ICI再加以活化這些淋巴球，如此可以進一步發揮OV的抗腫瘤效果²。ICI包括nivolumab、 pembrolizumab、cemiplimab、atezolizumab、durvalumab、avelumab、ipilimumab^1,4。

二、異源性 (heterologous) prime-boost免疫法

傳統施打OV的方法是治療全程皆使用同樣的OV病毒，即稱為同源性(homologous) prime-boost 免疫法。異源性 (heterologous) prime-boost免疫法則是頭幾次OV使用的病毒不同於後續OV使用的病毒，如此可避免因重覆投予同一病毒引發的抗病毒作用，導致減弱OV的效果⁵。例如：Ad-DCT (adenovirus-dopachrome tautomerase) prime，接著VSV-DCT(vesicular stomatitis virus-DCT) boost，其中DCT是與黑色素細胞瘤相關的抗原¹²。

三、細胞載體投予OV

詳情見「伍、給藥途徑第四點」。

玖、安全性考量²

整體來看，OV相當安全。第一代OV是使用原本毒性低的病毒株或是運用遺傳工程將病毒的致病基因予以刪除，又第二代OV則聚焦在以腫瘤專一性抗原為標的來設計OV，如此可增加OV效果且保有其安全性。然而，畢竟OV具有活的、可複製的特性，因此要特別注意其生物安全性 (biosafety)。主要考量是OV從病人身體脫落 (shedding) 至環境中，而傳播到其他人。OV脫落的來源可以是病人的血液、糞便、尿液、唾液、傷口、皮膚注射部位。OV脫落和生物安全性也和OV藥品的儲存、製備和給藥有關。針對OV脫落，FDA有制定其準則，任何一個OV產品皆須符合此準則。HSV、VSV和呼吸道與腸道病毒 (reovirus) 不易產生OV脫落；但是，VV和腺病毒則容易。由於VV會由皮膚注射部位脫落；因此，若OV是採用VV，則不建議用於免疫功能缺陷者、慢性濕疹 (eczema) 患者和孕婦。

拾、結論

OV的組成是未經修飾或是經遺傳工程修飾之活的病毒體。OV可以直接將腫瘤分解，也可以間接經由宿主的先天和後天免疫殺死癌細胞。T-VEC是活的、減毒的HSV-1之OV藥品，核准用於治療黑色素細胞瘤。OV脫落是需要特別注意的議題。由於大部份的OV天生就有能力促使淋巴球進入腫瘤內部，因此，OV併用ICI是合理的組合。異源性prime-boost免疫法可以避免病毒被快速清除。此外，尋求最優化的投藥方法，將OV投遞至腫瘤處，則是另一個需要優先發展的重點。

OV是一新型態的治療方法，藥師在醫療團隊中的角色以及任務，是確保OV藥品在運送和儲存期間維持高品質，給藥時也要留意OV脫落和生物安全性事項，俾使OV達到最大效益和安全。

Oncolytic Virus: Another Chapter of Cancer Immunotherapy

Chi-Yuan Cheng¹, Tzu-Cheng Tsai^1,2, Wen-Cheng Chang^3
1Department of Pharmacy, Chang Gung Memorial Hospital, Linkou
²Department of Long Term Care, Hsin Sheng JuniorCollege of Medical Care and Management
³Department of Oncology, Chang Gung Memorial Hospital, Linkou

Abstract

Oncolytic virus (OV) is the live replicable virus of naturally occurring or genetic engineering that can induce tumor lysis, that is, has oncolytic properties. Oncolytic virotherapy has multiple mechanisms, including innate immunity and adaptive immunity stimulations to kill cancer cells both directly and indirectly. It can also kill cancer cells that are not infected by viruses by destroying the blood supply of tumors. The route of OV administration is mostly by intratumoural or intravenous delivery. In 2015, U.S. FDA approved the first OV product, namely T-VEC to treat melanoma. T-VEC is based on herpes simplex virus-1 (HSV-1). This article will discuss the strategies to enhance OV efficacy and safety concern about OV.

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