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溶瘤病毒（Oncolyticvirus，OVs）是一類(lèi)很有前景的新型腫瘤治療藥物，其作用機(jī)制主要有兩種：A. 選擇性在腫瘤細(xì)胞中復(fù)制殺死腫瘤細(xì)胞；B. 釋放腫瘤抗原啟動(dòng)機(jī)體強(qiáng)大的抗腫瘤免疫。有趣的是，無(wú)論是腫瘤細(xì)胞還是宿主細(xì)胞（如免疫細(xì)胞）內(nèi)的能量代謝，在OVs介導(dǎo)的抗腫瘤反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。治療給藥后，OVs必須阻斷腫瘤細(xì)胞的代謝途徑，以獲得諸如核苷酸、脂類(lèi)和氨基酸等物質(zhì)，以進(jìn)行復(fù)制。此外，OVs刺激的抗腫瘤免疫反應(yīng)高度依賴(lài)于腫瘤微環(huán)境中的代謝狀態(tài)。因此，代謝調(diào)控策略有可能提高OVs介導(dǎo)的腫瘤溶解和抗腫瘤免疫反應(yīng)的有效方法。 圖1 代謝調(diào)控與OVs 葡萄糖是所有細(xì)胞的主要能量來(lái)源，正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞通過(guò)糖酵解生成丙酮酸來(lái)消耗和分解葡萄糖，但腫瘤細(xì)胞消耗和分解葡萄糖的速率要高得多。在正常細(xì)胞中，丙酮酸進(jìn)入TCA循環(huán)，經(jīng)一系列反應(yīng)被氧化釋放儲(chǔ)存能量。相反，腫瘤細(xì)胞通過(guò)一個(gè)被稱(chēng)為“Warburg效應(yīng)”或有氧糖酵解的過(guò)程，將葡萄糖除了被分解成丙酮酸外，還被用作合成大分子的前體。且產(chǎn)生的丙酮酸通常被還原為乳酸。這種代謝主要是由腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的丙酮酸脫氫酶的阻滯所調(diào)節(jié)的，為了補(bǔ)償進(jìn)入TCA循環(huán)的葡萄糖流的損失，腫瘤常通過(guò)谷氨酰胺代謝來(lái)補(bǔ)充TCA循環(huán)，以及通過(guò)脂肪酸氧化增加進(jìn)入乙酰輔酶A的代謝流。這種代謝重組建立了一種適合腫瘤細(xì)胞增殖的狀態(tài)。有趣的是，腫瘤細(xì)胞對(duì)“Warburg效應(yīng)”的依賴(lài)使它們易受某些代謝抑制劑的影響，如使用2-脫氧葡萄糖來(lái)增加對(duì)己糖激酶抑制的敏感性。到目前為止，這種腫瘤特有的代謝脆弱性是否能夠被利用來(lái)促進(jìn)OVs的抗腫瘤作用仍然是一個(gè)很大的猜測(cè)。與細(xì)胞一樣，病毒需要氨基酸、核酸和脂質(zhì)等大分子來(lái)復(fù)制。由于大多數(shù)病毒本質(zhì)上并不編碼合成這些生物分子所需的酶，它們常常劫持宿主細(xì)胞代謝途徑以滿(mǎn)足復(fù)制的需要。下面我們將描述OVs與特定的腫瘤代謝途徑之間的關(guān)系。此外，我們還將討論如何通過(guò)藥理學(xué)或遺傳學(xué)手段進(jìn)行代謝調(diào)控來(lái)改變OVs的抗腫瘤作用。圖2 增強(qiáng)溶瘤效應(yīng)的代謝調(diào)控機(jī)制 3.1 糖酵解 正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中的病毒感染通常引發(fā)葡萄糖攝取和糖酵解的上調(diào)。例如，Mayaro病毒和溶瘤HSV-1激活磷酸果糖激酶1（PFK-1），溶瘤人巨細(xì)胞病毒（HCMV）和1型人類(lèi)免疫缺陷病毒增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)，丙型肝炎病毒增強(qiáng)己糖激酶活性。盡管這些病毒導(dǎo)致糖酵解增加，但用2-脫氧葡萄糖等糖酵解抑制劑可增強(qiáng)許多病毒的溶瘤作用，包括腺病毒、新城疫病毒及呼腸孤病毒。有趣的是，I型干擾素的抗病毒需要糖酵解（目前該機(jī)制尚不清楚）。這些發(fā)現(xiàn)提示感染誘導(dǎo)糖酵解上調(diào)是一種抗病毒機(jī)制。這些研究表明阻斷糖酵解可以增加腫瘤細(xì)胞對(duì)OVs的易感性。PDH催化丙酮酸氧化促進(jìn)TCA循環(huán)，PDH磷酸化抑制是腫瘤中常見(jiàn)的現(xiàn)象，有助于乳酸的產(chǎn)生。然而包括痘苗病毒、丙型肝炎病毒、甲型H1N1流感病毒和呼腸病毒在內(nèi)的幾種OVs通過(guò)PDH激酶（PDKs）的表達(dá)來(lái)抑制PDH活性。與糖酵解增加類(lèi)似，抑制PDH似乎是抗病毒作用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)DCA誘導(dǎo)的PDKs抑制導(dǎo)致腺病毒、麻疹和呼腸孤病毒的增強(qiáng)溶瘤作用。TCA循環(huán)為氨基酸、核酸和脂質(zhì)的細(xì)胞合成代謝提供支持。病毒已經(jīng)進(jìn)化到劫持利用細(xì)胞合成代謝途徑，依靠這些基本的物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制。因此，增加TCA循環(huán)流量會(huì)產(chǎn)生一種有利于病毒復(fù)制的狀態(tài)。事實(shí)上，通過(guò)谷氨酰胺羧化作用進(jìn)入α-酮戊二酸而增加的代謝通量增強(qiáng)了腺病毒和HCMV6的溶瘤特性。類(lèi)似地，用Etomoxir或Trimetazidine抑制脂肪酸β氧化和進(jìn)入TCA循環(huán)可減少痘苗的復(fù)制。值得注意的是，RIG-I-MDA5-MAVS復(fù)合物是一種直接與線(xiàn)粒體膜結(jié)合的主要抗病毒防御系統(tǒng)，其活性通過(guò)增加TCA循環(huán)的代謝通量而受到抑制，從而形成有利于病毒復(fù)制的環(huán)境，進(jìn)入TCA循環(huán)的通量增強(qiáng)有利于OV復(fù)制和溶瘤。氧化磷酸化是線(xiàn)粒體中電子從還原的NADH或FADH2轉(zhuǎn)移到氧而產(chǎn)生ATP的過(guò)程，與幾種病毒的感染和復(fù)制有關(guān)。例如，溶瘤HCMV和Sindbis病毒需要增加氧化磷酸化，而抑制或減少氧化磷酸化則抑制KSHV及皰疹病毒的復(fù)制。此外，活性氧（ROS）是氧化磷酸化的副產(chǎn)物，在病毒復(fù)制和溶瘤中也起作用。ROS增強(qiáng)了呼腸孤病毒、Sindbis病毒和丙型肝炎病毒誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性。此外，ROS激活轉(zhuǎn)錄因子NRF并增強(qiáng)了水泡性口炎病毒的溶瘤作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，氧化磷酸化和ROS增強(qiáng)了OVs的溶瘤作用。除了OVs直接介導(dǎo)腫瘤溶解外，OVs的另一個(gè)功效是誘導(dǎo)有效的抗腫瘤免疫反應(yīng)。在免疫抑的TME中，抗腫瘤免疫反應(yīng)的每個(gè)成分都有一個(gè)獨(dú)特的代謝要求（如圖3所示）。具體來(lái)說(shuō)，CD8+T細(xì)胞需要大量的糖酵解流及ROS。另一方面，CD8+記憶性T細(xì)胞依賴(lài)于線(xiàn)粒體的高代謝通量（最顯著的來(lái)自脂肪酸氧化）。因此，CD8+T細(xì)胞功能可以通過(guò)代謝調(diào)控來(lái)改變。此外，CD4+T輔助細(xì)胞優(yōu)先使用糖酵解而不是氧化磷酸化，而免疫抑制性CD4+Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）則使用氧化磷酸化而不是糖酵解。事實(shí)上，通過(guò)DCA抑制PDK迫使代謝通量進(jìn)入線(xiàn)粒體，推動(dòng)Tregs的形成。TCA循環(huán)的中斷（異檸檬酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶），導(dǎo)致炎癥基因表達(dá)。相反，抗炎M2巨噬細(xì)胞依賴(lài)于TCA循環(huán)。通過(guò)谷氨酰胺酶1抑制劑BPTES63抑制谷氨酰胺分解，模擬TCA循環(huán)的中斷，可以促進(jìn)M1巨噬細(xì)胞的分化。這些都顯示了代謝調(diào)控策略對(duì)免疫細(xì)胞的影響。圖3 潛在增強(qiáng)OVs抗腫瘤免疫反應(yīng)的代謝靶點(diǎn) TME不利于抗腫瘤免疫反應(yīng)的啟動(dòng)和維持，有助于腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸。腫瘤細(xì)胞在葡萄糖、色氨酸和谷氨酰胺等必需代謝物的競(jìng)爭(zhēng)中超過(guò)免疫細(xì)胞，并產(chǎn)生免疫抑制代謝物，包括乳酸（通過(guò)有氧糖酵解）、酪氨酸和腺苷（通過(guò)CD73/CD39/CD38介導(dǎo)的細(xì)胞外ATP/NAD+分解）。TME中的這種代謝異常建立了免疫抑制環(huán)境，促進(jìn)CD8+T細(xì)胞衰竭和Treg發(fā)育。此外，免疫檢查點(diǎn)（即PD-L1/PD-1）通過(guò)mTOR信號(hào)進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤中的Warburg效應(yīng)，擴(kuò)大了腫瘤和免疫細(xì)胞之間的代謝差異。 腫瘤細(xì)胞的代謝調(diào)控可用來(lái)增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)。例如，利用糖酵解基因敲除或免疫檢查點(diǎn)抑制劑抑制腫瘤細(xì)胞糖酵解以降低乳酸生成，促進(jìn)抗腫瘤CD8+T效應(yīng)細(xì)胞應(yīng)答。Rivadeneira等人最近的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，工程化的溶瘤痘苗病毒在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)脂肪因子leptin，可增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng)。在這里，OVs表達(dá)的leptin通過(guò)刺激線(xiàn)粒體誘導(dǎo)記憶CD8+T細(xì)胞。有了這種適應(yīng)代謝調(diào)節(jié)基因的能力，OVs可以被用于糾正被抑制的代謝環(huán)境，刺激抗腫瘤免疫反應(yīng)。靶向代謝調(diào)控可用于改善OVs誘導(dǎo)的腫瘤溶解和抗腫瘤免疫，從而可用于制定有效的基于OVs的腫瘤癥治療方案。 [1] Rivadeneira, DB, DePeaux, K, Wang, Y, et al. (2019). Oncolytic Viruses Engineered to Enforce Leptin Expression Reprogram Tumor-Infiltrating T Cell Metabolism and Promote Tumor Clearance. Immunity 51: 548-560 e544.[2] Leone, RD, and Emens, LA (2018). Targeting adenosine for cancer immunotherapy. Journal for immunotherapy of cancer 6: 57.[3] Yin, Z, Bai, L, Li, W, Zeng, T, Tian, H, and Cui, J (2019). Targeting T cell metabolism in the tumor microenvironment: an anti-cancer therapeutic strategy. Journal of experimental & clinical cancer research : CR 38: 403.[4] Rhim,J H, Tosato G（2007）.Targeting the Tumor Vasculature to Improve the Efficacy of Oncolytic Virus Therapy. Journal of the National Cancer Institute(23):23.[5] Sukumar, M, Liu, J, Ji, Y, Subramanian, M, Crompton, JG, Yu, Z, et al. (2013). Inhibiting lycolytic metabolism enhances CD8+ T cell memory and antitumor function. The Journal of clinical investigation 123: 4479-4488
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