新城疫病毒( NDV) 属副黏病毒科副黏病毒亚科的副黏病毒属,为不分节段的单股负链 RNA 病毒。其可以感染禽类,主要表现为呼吸道炎症,也可出现脑部和胃肠道炎症; 同时也能感染人,但仅引起人流感样症状、结膜炎或喉炎。NDV 在癌细胞中的复制效率显著高于正常细胞,NDV 对肿瘤细胞的选择性杀伤作用使其成为潜在的抗癌因子。现将 NDV 对肿瘤细胞的杀伤特性及其机制综述如下。
1、 NDV 对肿瘤细胞的特异性杀伤作用
1994 年 Lorence 等将 73-T 株用于 IMR-32 神经母细胞瘤荷瘤无胸腺鼠瘤内及肌肉内注射后,在不同观察时间内处死小鼠,分别测其瘤内和肌肉内感染病毒的数量,结果显示,注射 5 ~ 24 h 后,瘤内病毒浓度显著增加,而肌肉内却未产生病毒感染现象。Krishnamurthy 等发现,NDV 可以在 HT-1080瘤细胞中大量增殖扩散而将其杀死,但 NDV 的增殖活动却在 CCD-1122Sk 正常细胞内受到抑制。另有研究显示,一些 NDV 株能够杀伤人的肿瘤细胞使肿瘤消退,而不会损伤肿瘤周围的正常组织。
2、 细胞Ⅰ型 IFN 抗病毒的基本应答途径
大量研究表明,NDV 可以诱导宿主细胞分泌IFN,即使无复制活性的 NDV 也可以使人外周血单核细胞分泌 IFN-α 增加。干扰素具有广谱抗病毒作用,它能诱生抗病毒白蛋白来阻断新病毒产生,阻止病毒的增殖和扩散。Ⅰ型 IFN-α 和 IFN-β 是固有免疫系统对抗病毒感染的主要细胞因子,IFN 结合到细胞表面特异性受体后,会导致细胞内部受体亚基的聚簇和相关受体激酶 JAK1 和 TYK2 活化,这些激酶依次磷酸化,然后激活信号传导蛋白和转录激活物( STAT1、STAT2) ,这些 STAT 蛋白异二聚体化并且与干扰素调节因子 9 形成一个复合体,这个复合体通过结合到 IFN 激活的靶基因的反应元件上来完成对靶基因的 DNA 识别和反式激活,IFN 激活的靶基因的表达产物会使病毒感染的靶细胞处于一个抗病毒的状态,抑制病毒复制,从而保护其他未受感染的细胞。
3、 NDV 对肿瘤细胞的特异性杀伤作用的机制
3. 1 IFN-β 及其应答途径与特异性杀伤作用 研究证明,一些哺乳动物的细胞在 NDV 感染后可分泌大量 IFN,然而 IFN 在感染肿瘤细胞后,肿瘤细胞是否也继发上述反应来抑制病毒在肿瘤细胞的复制及扩散? 已有研究证明,一些肿瘤细胞确实在 IFN 应答途径方面存在缺陷。Pansky 等研究了 9 种人黑色素瘤细胞系与 INF-α 介导的生长抑制的关系以及 JAK-STAT 途径的细胞内信号转导的缺陷,发现其中 3 种黑色素瘤细胞系完全失去了由 INF-α 介导的生长抑制的控制,且它们在 JAK-STAT 途径中分别有不同成分的丢失: S7细胞系缺失 TYK2、STAT2、p48 ( IRF9 )以及酪氨酸磷酸化形式的STAT1、STAT3,D10 细胞系缺失酪氨酸磷酸化形式的 STAT3,A375-6d 细胞系缺失 STAT1。
IFN 应答途径的缺陷虽然使 IFN 失去了对肿瘤细胞恶性增殖的控制,但 IFN 应答途径的缺陷也使IFN 失去了对病毒的抵抗作用,从而使病毒在肿瘤细胞复制及扩散而选择性杀伤肿瘤细胞。Krish-namurthy 等研究了 NDV 特异性杀伤 HT-1080 瘤细胞的机制,发现 NDV 在感染 CCD-1122Sk 正常细胞和 HT-1080 瘤细胞后,两种细胞均能分泌 IFN,保护 CCD-1122Sk 正常细胞使其免受 NDV 的感染; 之后研究者又在 NDV 感染这两种细胞之前分别给予它们一定量的外源性 IFN-β,结果显示,只有 CCD-1122Sk 正常细胞对细胞自然分泌的及外源性的IFN-β 所诱发的抗病毒反应是高度敏感的,而 HT-1080 瘤细胞是相对抵抗的。表明 HT-1080 瘤细胞分泌的或外源性的 IFN-β 在该肿瘤细胞内并没有发挥抗病毒作用,才使得 NDV 在瘤细胞内大量复制而杀死瘤细胞。
既然 HT-1080 瘤细胞内并不缺乏 IFN-β,那究竟缺乏 IFN-β 所诱发的 JAK-STAT 信号途径中的哪些成分使其不能发挥抗病毒作用? 研究发现,HT-1080 瘤细胞内缺乏酪氨酸磷酸化形式 STAT1 和STAT2,而 STAT 蛋白对于二聚化、核转运及 DNA 结合又是不可或缺的,磷酸化形式的 STAT1 和 STAT2的缺少就必然导致瘤细胞内 ISGF3 复合体的不足;ISGF3 复合体主要是进行 DNA 识别并反式激活ISG,而 ISG 的表达产物则具有抗病毒、生长抑制、诱导调亡及免疫应答等生物学功能,因此 HT-1080瘤细胞内因缺乏 ISGF3 而不能使 IFN 充分调动 ISG使其表达出抗病毒蛋白来发挥其抗病毒作用。
3. 2 IFN-α 及其应答途径与特异性杀伤作用 Krishnamurthy 等的研究主要针对 IFN-β,而 Elanku-maran 等主要针对 IFN-α 进行研究,他们在实验中使用的是同源性重组新城疫病毒( rNDV) ,它们仅仅在对 IFN 的拮抗性方面有所不同。研究发现,感染 rNDV 后,正常细胞均分泌 IFN-α 和 IFN-β,而除了人前列腺癌细胞系( PC3) 和肠上皮肿瘤细胞( HuTu80 细胞) 可产生 IFN-α 和 IFN-β 外,其他肿瘤细胞仅分泌 IFN-β; 一方面,尽管正常细胞和肿瘤细胞均在病毒侵袭后迅速产生 IFN-β,但只有正常细胞产生了有效的 IFN-β 抗病毒应答途径,因为即使 HuTu80 细胞在病毒感染早期就产生了 IFN-β,但rNDV 在这些细胞内的复制及细胞间的扩散并没有受到损害; 另一方面,尽管 HuTu80 细胞分泌了 IFN-α 或再用 IFN-α 预处理肿瘤细胞时,病毒在瘤细胞内的复制并没有受到显著抑制。经进一步实验得出,IFN-α 诱导的下游抗病毒基因表达下调成为病毒复制的有利条件。Ⅰ型主要是 IFN-α 和 IFN-β,可见 IFN-β 应答途径的缺陷、IFN-α 的缺乏及 IFN-α诱导的抗病毒基因表达下调可使 NDV 在肿瘤细胞内相对自由地复制、扩散,但 IFN-α 为何缺乏及其诱导的抗病毒基因表达降低的具体机制尚未见相关报道。
3. 3 其他相关机制与特异性杀伤作用 研究者在一些对病毒敏感的肿瘤细胞和抵抗病毒的正常细胞之间,并没有发现显著的干扰素抗病毒信号途径方面的差异。Puhlmann 等认为,导致细胞发生癌性转化的某些因素与细胞对溶瘤病毒的敏感性有一定关系,他们在 HaCaT 多级式的皮肤癌症形成模型中,通过小干扰筛分技术研究了致细胞癌变的病毒敏感因素,发现致瘤蛋白 GTPase Rac1 对于 NDV在肿瘤形成细胞内的复制和不依赖支持物的生长尤其重要,而且 Rac1 的表达足够使非致瘤细胞对NDV 的复制和细胞毒性敏感,因此 Rac1 将肿瘤发生和细胞对溶瘤病毒的敏感性联系在一起。也有研究认为,NDV 的溶瘤特性依赖肿瘤细胞对凋亡的抵抗作用,因为许多肿瘤细胞可过度表达抗凋亡蛋白或在凋亡信号途径上存在某些缺陷,在病毒感染细胞的开始,非癌性细胞迅速凋亡而使病毒在细胞内不能复制,而肿瘤细胞因抗凋亡为病毒的复制和扩散提供了一定的生理环境。总之,肿瘤细胞对溶瘤病毒的易感性的确切机制尚未完全清楚,仍需进一步研究。
4、 结语
NDV 对肿瘤细胞特异的毒性作用及较好的治疗效果使其成为抗肿瘤药物的研究热点,而它的特异毒性作用可由多重因素决定,如细胞的 IFN 抗病毒作用、肿瘤细胞的抗凋亡作用等,这些因素也会因细胞类型的不同而发挥不同的作用。随着反向遗传技术的发展,我们可以充分利用这些因素来优化NDV 及其他溶瘤病毒的特异性杀伤能力,从而优化它们的抗瘤效果。
