Вирусы - одни из самых коварных природных созданий, не знающие преград. Они вводят в клетку свой генетический материал, упакованный в белковую оболочку, встраивают его в клеточный геном и заставляют работать на себя хозяйские системы транскрипции и трансляции, "штампующие" вирусные частицы. Эти частицы, запертые в клетке, добираются до ее поверхности, обволакиваются белковым материалом, заимствованным у клеточной мембраны, отпочковываются от нее и выходят наружу. Вирусы могут размножаться в клетке до тех пор, пока та не лопнет под их напором. Оказавшись в окружающей среде, они проникают в другие клетки, вызывая различные заболевания - от гриппа до СПИДа.

Каждый вирус является возбудителем определенного инфекционного заболевания отчасти потому, что распознает на клеточной поверхности специфические структуры - рецепторы, которые у разных типов клеток неодинаковы. Так клетки печени имеют рецепторы, определяемые вирусами одного семейства, а нервные клетки несут рецепторы, с которыми связываются совершенно другие вирусы. Такая избирательность давно не дает покоя онкологам. Если бы ею обладали препараты, используемые в химиотерапии, то удалось бы избежать многих побочных эффектов, приносящих страдания больным.

Сегодня ученые работают над созданием генетически модифицированных вирусов, которые действовали бы как высокоточное самонаводящееся оружие, поражая исключительно раковые клетки и оставляя здоровые в целости и сохранности. Новый способ лечения онкологических заболеваний - вирусотерапия - уже опробован на животных. Специалисты намереваются использовать его в качестве нового варианта традиционной химиотерапии. А чтобы проследить за перемещением вирусных частиц в организме человека, они собираются пометить их радиоизотопами или флуоресцирующими соединениями.

Вирусы во спасение?

Первые свидетельства того, что вирусы могут быть ценным инструментом в борьбе с раком, восходят к 1912 г., когда один итальянский гинеколог сообщил о регрессии рака шейки матки у женщины, инокулированной вакциной на основе живой ослабленной формы вируса бешенства. В конце 1940-х гг. были проведены испытания по инфицированию больных раком самими вирусами, но незначительный эффект отмечался лишь у небольшой части испытуемых. Спустя 20 лет ученые обнаружили, что вирус - возбудитель Ньюкаслской болезни у домашней птицы - инфицирует опухолевые клетки охотнее, чем нормальные. Скептики объясняли это обычной реакцией иммунной системы организма на вирусную инфекцию. Однако специалисты стали выращивать вирусы в культуре раковых клеток человека и отбирать наиболее подходящие. В медицинской литературе появлялось все больше сообщений о связи между инфекцией и наступлением ремиссии, в начале 1970-х и 1980-х гг. были описаны два случая регрессии лимфомы у пациентов, переболевших корью.

Но начало эры вирусотерапии в современном ее понимании приходится на конец 1990-х гг., когда две группы ученых независимо друг от друга сообщили о том, что им удалось направленно уничтожить с помощью вирусов раковые клетки человека, имплантированные в тело мышей. Первую группу возглавлял Фрэнк Маккормик (Frank McCormik) из фирмы ONYX Phasrmaceuticals в Ричмонде, Калифорния, вторую - Дэниел Хендерсон (Daniel R. Henderson) из компании Calydon в Саннивейле, Калифорния. В обоих случаях "орудием возмездия" служил аденовирус - тот самый, который вызывает обычный насморк. Аденовирус подошел более всего, так как его биологические свойства хорошо изучены и он уже давно используется как удобный инструмент в молекулярной биологии и генной терапии. Его 20-гранный белковый чехол (капсид), в который заключена вирусная ДНК, имеет 12 выростов. Они сформировались в ходе тысячелетней эволюции вируса и обеспечивают его связывание с рецепторами, которые в норме отвечают за клеточную адгезию.

Аденовирусы отличаются от вирусов, обычно используемых в генной терапии для лечения наследственных болезней, в частности от ретровирусов. Последние способны встраивать свои гены в геном клетки-хозяина, где они функционируют неограниченно долго, восполняя дефицит продуктов дефектных хозяйских генов. Аденовирусы не интегрируют свою ДНК в геном инфицированной клетки, обычно их гены работают лишь ограниченное время. Ученые намереваются использовать аденовирусы в генной терапии для лечения онкологических заболеваний. Для этого необходимо снабдить их генами, которые обеспечивали бы повышенную чувствительность раковых клеток, зараженных вирусом, к химиотерапевтическим средствам.

Все клинические испытания с применением вирусов проводились на ослабленных штаммах, и тем не менее в 1999 г. один из добровольцев, страдающий наследственным заболеванием печени, погиб от инфекции (см. вставку на с. 52). С тех пор ученые работают над созданием еще более безопасных аденовирусов и других вирусных векторов, с тем чтобы трагедия не повторилась. Для вирусотерапии проблема безопасности крайне важна, поскольку она ставит своей целью уничтожение инфицированных клеток, а не просто встраивание в их геном "терапевтических" генов, и ошибка здесь непростительна.

В зависимости от обстоятельств аденовирусы могут обернуться как благом, так и бедой. Почти каждый из нас хоть раз в жизни подвергался их атаке, так что у подавляющего числа людей имеются к ним антитела. А потому в ответ на массированное введение в организм аденовируса может возникнуть бурная реакция, например резкий подъем температуры. В то же время распознавание вирусных частиц иммунной системой организма предотвращает их бесконтрольное размножение. Все усилия ученых направлены на разработку таких вариантов вирусной терапии, при которых риск побочных эффектов был бы минимален, а лечебный эффект максимален. Например, больным перед курсом вирусотерапии можно назначать иммуносупрессанты, а вирусы модифицировать так, чтобы они не инициировали иммунный ответ.

ОБЗОР: ПРОТИВОРАКОВЫЕ ВИРУСЫ

 • Вирусотерапия - это новый способ лечения онкологических заболеваний, основанный на применении вирусов, избирательно инфицирующих и уничтожающих раковые клетки. Чаще всего для этой цели используют аденовирусы. 
 • Вирусы, использующиеся для вирусотерапии, либо физически уничтожают раковые клетки, буквально разрывая их на части, либо доставляют в клетки гены, повышающие их чувствительность к обычным химиотерапевтическим препаратам. 
 • Опухолеспецифичные вирусные частицы можно пометить или флуоресцирующими красителями, или радиоизотопами. Попав в организм, они отыскивают опухолевые клетки и связываются с ними. В будущем врачи смогут использовать такой способ для обнаружения крошечных скоплений раковых клеток. 

Как достичь цели

Вирусотерапия развивается по двум основным направлениям. Первое направление - трансдукционное, основанное на использовании вирусов, инфицирующих (трансдуцирующих) в основном раковые клетки. Второе - транскрипционное - предусматривает создание вирусов, которые не отличаются особой избирательностью, но транскрибируются только в раковых клетках.

ОБНАРУЖИТЬ И ОБЕЗВРЕДИТЬ

Вирусотерапия - способ лечения онкологических заболеваний с использованием вирусов, существует в двух вариантах. Первый - трансдукционный - предполагает создание таких разновидностей обычных вирусов (например, штаммов аденовирусов, вызывающих острую респираторную инфекцию), которые избирательно инфицируют и разрушают раковые клетки. Выросты на белковой оболочке этих вирусов снабжены адапторными молекулами или содержат модифицированные белки, что не позволяет вирусным частицам связываться с обычными клетками, но способствует распознаванию ими опухолевых клеток.

Второй вариант - транскрипционный - использует вирусы, в геном которых по соседству с одним из жизненно важных генов встроен опухолеспецифичный промотор. Он включается только в раковых клетках, и только в них может транскрибироваться вирусная ДНК. Миллионы дочерних вирусных частиц, образующихся в раковой клетке, в конце концов буквально разрывают ее на части и инфицируют другие раковые клетки. Нормальные клетки тоже инфицируются, но вирус там не размножается и никакого вреда им не причиняет.

В основе транскрипционного подхода лежит разная активность "генетического выключателя" (промотора) в клетках различного типа. Промотор - это регуляторный участок ДНК, отвечающий за частоту включения гена (а следовательно, за синтез кодируемого этим геном белка). Все клетки данного организма содержат одинаковый набор генов (его можно представить в виде многотомной энциклопедии), но в клетках разного типа прочитываются разные тома - только те, что помогают клеткам выполнять их задачу. Так, клетки кожи (меланоциты) должны синтезировать пигмент меланин, а клеткам печени он не нужен.

Соответственно, промотор гена, детерминирующий образование ключевого фермента биосинтеза меланина, в меланоцитах включен, а в большинстве клеток другого типа - выключен. В клетках меланомы (опухоли кожи) ген, кодирующий этот фермент, максимально активен, и в результате опухоль часто имеет черный цвет. Ученые сконструировали аденовирус, у которого рядом с геном, отвечающим за репликацию, помещен промотор гена, детерминирующий синтез упомянутого фермента. Этот вирус охотно инфицирует все клетки, но размножается только в меланоцитах, содержащих все необходимые для включения промотора белки.

Полным ходом идет работа над созданием вируса, который содержит целый набор промоторов, ограничивающих круг хозяев вируса клетками определенных органов или тканей. Например, клетки рака печени отличаются от нормальных гепатоцитов тем, что в них реактивирован промотор гена a-фетапротеина. В норме этот промотор выключается, как только завершается развитие плода. Есть надежда, что аденовирус, содержащий такой промотор, можно будет использовать для лечения опухолей печени. Джонатан Саймонс (Johnathan W. Simons) из Университета Джонса Гопкинса испытал этот метод на больных с раком простаты, рецидивировавшим после курса лучевой терапии. Аденовирусы содержали промотор гена, кодирующего специфичный для простаты антиген, - белок, синтезируемый в больших количествах опухолевыми клетками. В эксперименте участвовали 20 мужчин, которым был введен вирус в разных дозах. В 2001 г. Саймонс сообщил, что ни у одного из испытуемых не отмечалось побочных эффектов, а у пяти из тех, кто получил особенно большие дозы препарата, опухоль уменьшилась на 50%.

Другие подходы

Для полного уничтожения раковых клеток необходимо объединить оба варианта вирусотерапии. Так аденовирус, который содержит промотор гена фермента, участвующего в биосинтезе меланина, может реплицироваться в нормальных меланоцитах, а аденовирус, специфически связывающийся с рецепторами на поверхности раковых клеток, способен проникать в небольшое число здоровых клеток. Если же будет получен вирус с несколькими системами "наведения на цель", то вероятность поражения им нормальных клеток снизится. К сожалению, пока никаких экспериментальных подтверждений этому не получено.

Одно из перспективных направлений вирусотерапии предполагает использование такой отличительной особенности раковых клеток, как их способность к бесконтрольному делению. У нормальных клеток этот процесс блокируется специальными белками, прежде всего - Rb и p53. Когда клетки трансформируются в раковые, в них мутируют или инактивируются гены, кодирующие один из этих белков. Некоторые вирусы (в том числе аденовирусы) взаимодействуют с блокирующим механизмом нормальных клеток, продуцируя белки, которые "прилипают" к Rb и p53 и инактивируют их. Такой способностью обладают только те вирусы, которые реплицируются лишь в клетках, переходящих к делению.

Ряд биотехнологических компаний создал аденовирусы, не способные синтезировать Rb- или р53-блокаторы. В нормальных клетках с работающей системой блокировки репликация вирусов заканчивается вместе с прекращением клеточного деления. В отличие от этого в клетках, где Rb и p53 не функционируют (а именно таковы раковые клетки), вирус активно реплицируется и в конце концов уничтожает их. В настоящее время идет подготовка к испытаниям данного способа вирусотерапии на больных с раком яичников.

"Терапевтические" вирусы можно оснастить генами, благодаря которым инфицированные клетки становятся более чувствительными к химиотерапевтическим веществам. Упомянутые гены могут кодировать ферменты, которые катализируют превращение нетоксичных для раковых клеток предшественников лекарственных веществ в токсины. В 2002 г. Андре Лебер (Andre Lieber) из Вашингтонского университета сконструировал аденовирусы, в геном которых были встроены гены ферментов, превращающих неопасные для раковых клеток соединения в противораковые вещества камптотецин и 5-фторурацил. Вирусы способны синтезировать эти ферменты только в активно делящихся клетках, к которым относятся клетки опухолей. Вирусные частицы, инъецированные вместе с безвредными предшественниками химиотерапевтических агентов мышам с имплантированными клетками рака толстой кишки или шейки матки человека, активно реплицировались и распространились по всей опухоли.

Такая "мощная" вирусотерапия - дело будущего. Клиницистам еще предстоит выяснить, насколько активно в организме распространяются "вирусотерапевтические агенты". Специалисты в области вирусотерапии наряду с радиологами активно занимаются разработкой новых методов визуализации вирусов. Один из подходов состоит во встраивании в геном вируса или инфицируемой им клетки гена, кодирующего специфический белок, который либо содержит флуоресцентную метку, либо охотно связывается с радионуклидами, обычно использующимися в радиологии. Флуоресцентное выделение особенно удобно при эндоскопическом обследовании опухолей (например, опухоли гортани). В этом случае можно прямо локализовать вирусные частицы (следовательно, и раковые клетки) по их флуоресценции.

В 1995 г. пионер генной терапии Фрэнч Андерсон (W. French Anderson) из Медицинской школы при Южнокалифорнийском университете опубликовал в Scientific American статью, в которой предрекал, что "в 2000... начнутся клинические испытания по введению в организм человека векторов, целенаправленно воздействующих на клетки определенного типа". Все так и произошло, более того, случилось и то, чего Андерсон не мог предвидеть. Теперь мы, в свою очередь, предсказываем, что терапевтические вирусы займут серьезные позиции в медицине XXI века.

Так ли уж безопасна вирусотерапия?

Для вирусотерапии чаще всего используют аденовирусы. В сентябре 1999 г. после инфузии в печень этого вируса умер 18-летний Джесси Гелсингер. Он страдал нетяжелой формой наследственного заболевания печени, проявлявшегося дефицитом фермента орнитинтранскарбомилазы (ОТК), и участвовал в клинических испытаниях нового метода генной терапии. Для восполнения дефицита ОТК в клетки печени была введена работоспособная копия гена этого фермента, для доставки которой использовались аденовирусы. Однако на пятый день после инфузии вирусной культуры в печень пациент умер в результате острой дыхательной недостаточности и множественной дисфункции органов, связанной со слишком бурной иммунной реакцией организма на введение большого количества вируса.

По данным посмертного обследования тела Гелсингера, генетически модифицированный вирус проник в селезенку, лимфатические узлы и костный мозг, а как показал внимательный ретроспективный анализ всех результатов прижизненных обследований больного, его печень функционировала хуже, чем думали врачи, и его вообще нельзя было включать в группу испытуемых. Кроме того, есть основания считать, что причиной столь бурной реакции организма на вирус была инфицированность Гелсингера природным аденовирусом.

Несмотря на то что у всех других участников испытаний вирусная инфекция не вызывала никаких побочных эффектов, ученые продолжили поиск более безопасных форм аденовирусов, а Национальные институты здравоохранения предписали проведение тщательного тестирования всех испытуемых до и после инфузии вируса, с тем чтобы вовремя выявить патологическую реакцию.

КОМПАНИИ, ЗАНИМАЮЩИЕСЯ РАЗРАБОТКАМИ В ОБЛАСТИ ВИРУСОТЕРАПИИ 

(1) Фаза I - проверка безопасности вируса на небольшом числе пациентов, фаза II - подбор дозы, фаза III - оценка эффективности.

ОБ АВТОРАХ:

Дирк Неттелбек (Dirk M. Nettlebeck) и Дэвид Карел (David T. Curiel) проводили совместные исследования в Центре генной терапии Алабамского университета в Бирмингеме, где Карел возглавляет отдел генной терапии человека. Он является также заведующим кафедрой женской онкологии Jane and Anne Griffin (Джейн и Энн Гриффин в Алабамском универститете Бирмингема) и профессором генной терапии свободного Амстердамского университета. Неттелбек в 2002 г. получил степень доктора в Университете Филлипса в Марбурге (Германия). Ныне он возглавляет группу, занимающуюся вирусотерапией, направленной на лечение меланомы, в отделении дерматологии университета в Эрлангене-Нюренберге (Германия).

Источник: SCIAM.ru