2019 年 10 月 22 日，清華大學北京信息科學與技術國家研究中心謝震課題組在《自然·通訊》（

Nature Communications）發表一項研究，構建了模塊化的合成基因線路，調控溶瘤腺病毒在腫瘤細胞中選擇性複製，從而特異性殺傷腫瘤細胞、刺激抗腫瘤免疫。該研究為溶瘤腺病毒的精準工程化改造提供了新型解決方案，提高了溶瘤病毒靶向腫瘤免疫治療的效果和安全性。

溶瘤病毒，顧名思義是一種用來攻擊腫瘤細胞的“改良”病毒。作為一種新興的腫瘤免疫治療方法，溶瘤病毒近年來得到了廣泛關注。

科學家通過對一些常見的、對人體損害比較小的病毒（比如皰疹病毒、痘病毒、腺病毒），進行一定的基因改造，使得這些病毒能夠特異性地攻擊、破壞癌細胞，而對正常細胞損傷較小。

理論上來說，溶瘤病毒可在腫瘤細胞中選擇性複製裂解腫瘤細胞，合成釋放免疫效應因子或其它治療藥物，激活抗腫瘤免疫反應，通過多種途徑實現對腫瘤的殺傷控制。

但由於很難增加特異性和免疫反應，提高溶瘤病毒治療的有效性仍然具有挑戰性。已有的溶瘤病毒調控方式主要通過缺失互補或腫瘤特異性啟動子調控溶瘤病毒的特異性，調控機制較為單一，無法有效應對標誌物丟失、腫瘤微環境免疫抑制和脫靶效應引起的毒副作用和安全風險等問題。雖然已有不少令人振奮的溶瘤病毒臨床實驗結果，但如何提高溶瘤病毒的靶向性與可控性仍是一個巨大挑戰。

在該項最新研究中，研究人員以肝癌為研究對象，首先優化了肝細胞癌特異啟動子和 microRNA 感應器，並利用這些人工基因元件構建了基因開關線路，裝載到腺病毒載體中。

在導入人體細胞後，感知整合細胞內的肝細胞癌特異啟動子和 microRNA 信號，並通過邏輯運算判斷是否為肝癌細胞，從而控制腺病毒選擇性地在肝癌細胞中複製，裂解腫瘤細胞。

此外，研究人員將不同免疫效應因子基因克隆到腺病毒載體中。小鼠模型實驗結果顯示，可表達釋放免疫因子的溶瘤腺病毒可提高腫瘤免疫微環境的調控能力，幫助殺傷性 T 細胞在腫瘤部位富集，進一步增強抗腫瘤免疫反應。

最後，研究人員通過仿真計算模型分析了影響溶瘤病毒與免疫效應因子聯用使用效果的關鍵因素，為提高溶瘤病毒聯合治療的有效性提供了思路和參考。

該研究得到了國家自然科學基金創新群體項目、清華大學北京信息科學與技術國家研究中心、北京合生基因科技有限公司的資助。清華大學北京信息科學與技術國家研究中心謝震是該論文的通訊作者，清華大學自動化系黃慧雅、廖微曦、北京合生基因科技有限公司劉乙齊是該文的共同第一作者。中國人民解放軍總醫院第五醫學中心肝臟腫瘤診療與研究中心主任陸蔭英，北京合生基因科技有限公司的曹玉冰、劉強、郭亞坤，參與了該項目研究。

研究論文共同第一作者、清華大學自動化系黃慧雅專訪

DeepTech：溶瘤病毒在腫瘤治療中，有哪些獨特的優勢？

黃慧雅：與其他小分子藥物相比，溶瘤病毒是一類通過多種途徑靶向腫瘤細胞治療的平臺性藥物。首先溶瘤病毒可以在不影響正常細胞生長狀態的情況下，特異靶向感染腫瘤細胞，通過直接裂解腫瘤細胞的方式殺傷腫瘤細胞；第二，溶瘤病毒作為異源物質可以激活腫瘤微環境的免疫反應狀態，提高免疫反應水平，使“冷”腫瘤變為“熱”腫瘤；第三，被溶瘤病毒直接裂解的腫瘤細胞可以釋放大量腫瘤特異性抗原，進而激活機體特異性的抗腫瘤免疫反應；第四，溶瘤病毒本身可以作為其他治療藥物的表達載體，在腫瘤微環境特異表達抗腫瘤藥物，提高對腫瘤的殺傷作用；第五，溶瘤病毒可以通過直接與其他抗腫瘤藥物聯用使病人在臨床獲益。因此，溶瘤病毒藥物可調控性更強，治療效果更好。

DeepTech：溶瘤病毒治療已經經歷了幾十年的發展，現在處於一個什麼水平階段？當前的主要挑戰是什麼？

黃慧雅：目前，溶瘤病毒的抗腫瘤能力在多項臨床實驗得到驗證。2015 年 FDA 批准安進公司的溶瘤單純皰疹病毒應用於黑色素瘤治療。另外通過聯用 T-Vec 和免疫檢查點抑制劑 anti-PD-1 抗體的針對三因乳腺癌和腦瘤的多項臨床試驗，進一步顯示了溶瘤病毒的治療效果。目前除單純皰疹病毒外，還有大量病毒類型被用於溶瘤病毒的改造，如腺病毒、痘病毒、新城疫病毒和 M1 病毒等，處於臨床驗證的不同階段。但目前的溶瘤病毒調控機制主要是通過腫瘤特異性啟動子，或者通過腫瘤細胞突變互補病毒基因缺失。調控機制相對簡單，靶向腫瘤細胞的精準性和穩定性目前仍然存在一些問題。隨著對溶瘤病毒的深入研究與基因合成、編輯、組裝技術的飛速發展，通過合成生物學開發工程化的溶瘤病毒可以有效地解決這一問題。

DeepTech：為什麼溶瘤病毒往往用於聯合其他免疫療法進行治療？

黃慧雅：溶瘤病毒療法通過病毒增殖殺傷腫瘤的同時，激活了免疫抑制的腫瘤微環境，有利於與其它免疫療法的聯合應用。而聯合不同治療機理的多種療法有益於克服腫瘤異質性引起的復發。

DeepTech：合成基因線路編程的思路，是否可以用於改造其它細胞功能，比如免疫細胞等？

黃慧雅：可以應用於其它細胞的改造，目前多種基因線路開關應用於 CAR-T 療法的改進中，提高 CAR-T 細胞的靶向性，降低細胞治療過程的細胞毒性。

DeepTech：接下來會有開展臨床試驗的計劃嗎？

黃慧雅：目前我們的研究成果正在推進臨床前研究與臨床實驗批件申請。