痘苗病毒：灭了天花还不够，华丽转身溶瘤病毒

痘苗病毒（Vaccinia virus, VACV）:

- 是用于预防天花的疫苗病毒。

- 是一种有包膜的双链DNA病毒，基因组较大，可感染多种组织。

- 在历史上被广泛用于天花疫苗，特别是在全球根除天花的计划中发挥了关键作用。

而痘苗病毒(VACV)本身具有感染并裂解肿瘤细胞的能力。作为一种溶瘤病毒(oncolytic virus, OV)，痘苗病毒经过基因工程改造后，能够选择性地在肿瘤细胞内复制并最终导致肿瘤细胞的裂解和死亡，在肿瘤免疫治疗的舞台上重新发光发热。

这篇文章的核心内容是关于合成病毒学方法在提高溶瘤病毒疗法的安全性和有效性方面的应用。研究团队开发了几种基于药物控制的基因开关，用于控制病毒复制以及转基因表达的时间和剂量。这些系统包括由美国食品药品监督管理局(FDA)批准的雷帕霉素(rapamycin)和多西环素(doxycycline)控制的系统。通过使用核糖体分析来表征病毒启动子的强度，研究者合理设计了不同药物诱导系统的操作元件与痘苗病毒(VV)启动子的融合，以产生合成启动子，实现在几乎没有基础水平的情况下的强大诱导表达。

研究还生成了嵌合合成启动子，为VV编码的合成转基因网络提供额外的调控层。这些开关被应用于诱导表达融合蛋白、剂量控制的有毒细胞因子的输送，以及化学调控VV复制。这项工具箱能够在VV载体的溶瘤病毒设计中精确调节转基因电路。

此外，研究还探讨了如何通过合成生物学方法开发具有多个可诱导系统的新一代溶瘤病毒(OVs)，这些系统可以用作“安全开关”，为用户提供对病毒复制和转基因表达的控制。研究通过组合应用离散的调控元件，展示了如何在异种移植和同系小鼠肿瘤模型中提高溶瘤痘苗病毒的安全性和有效性。这些系统为开发能够调节OV复制和治疗有效载荷的时间和水平的OVs铺平了道路。

研究还涉及了对肿瘤的异质性细胞生态系统的讨论，这些系统在治疗干预下不断演变，限制了常规治疗对转移性疾病的疗效。文章提出，通过合成生物学方法，可以创建与患者免疫系统协调工作的治疗方式，以启动强大、系统性的抗肿瘤免疫反应，能够跟上并攻击不断演变的肿瘤生态系统。

以下是痘苗病毒作为溶瘤病毒的一些关键特点：

1. 快速复制：痘苗病毒能够在细胞内快速复制，并在感染细胞后的48-72小时内裂解细胞。

2. 靶向性：与正常细胞相比，痘苗病毒更容易感染活跃分裂的癌细胞，因此对癌细胞具有天然的靶向性。

3. 安全性：痘苗病毒的DNA不会整合到宿主基因组中，因此不会诱发肿瘤。

4. 基因组容量：痘苗病毒拥有较大的基因组，可以容纳至少25 kb的外源基因，这允许研究人员插入增强免疫反应或具有其他治疗功能的基因。

5. 传播能力：痘苗病毒产生的胞外包膜病毒(EEV)能够抵抗补体作用，远距离传播并穿过血流屏障，有效输送到转移瘤中。

6. 免疫调节：痘苗病毒感染后，能够释放多种细胞危险信号(DAMPs)和病原体相关分子模式(PAMPs)，以及与病毒和肿瘤相关的抗原，激发免疫反应。

7. 改造潜力：通过遗传工程改造，可以进一步增强痘苗病毒的肿瘤特异性、安全性、免疫原性、溶瘤能力以及成药性。

8. 临床应用：已有多种改造后的痘苗病毒进入临床实验阶段，用于治疗不同类型的肿瘤。

因此，痘苗病毒本身具备成为溶瘤病毒的潜力，并且通过改造可以提高其作为肿瘤治疗手段的有效性和安全性。

文章中对痘苗病毒（Vaccinia virus, VV）进行了以下改进：

1. 药物控制基因开关的适应：研究者们适应了药物控制的基因开关，以实现对病毒编码的转基因表达的控制。这包括使用美国食品药品监督管理局（FDA）批准的雷帕霉素（rapamycin）和多西环素（doxycycline）控制系统。

2. 合成启动子的设计：利用核糖体分析来表征病毒启动子的强度，合理设计了不同药物诱导系统的操作元件与VV启动子的融合，产生合成启动子，实现了在几乎不可检测的基础水平下的强大诱导表达。

3. 嵌合合成启动子的生成：研究者们生成了嵌合合成启动子，为VV编码的合成转基因网络提供额外的调控层。

4. 药物诱导表达系统：研究者们设计了雷帕霉素诱导的表达系统，使用分裂的T7 RNA聚合酶系统（ST7），通过药物雷帕霉素或其类似物（rapalogs）来诱导转基因的表达。

5. Doxycycline诱导表达系统的优化：研究者们改进了多西环素诱导的表达系统，通过tet操作子/tetR抑制蛋白系统，在多西环素存在时实现对VV启动子的控制。

6. Cumate诱导表达系统的开发：研究者们开发了一个新的cumate诱导表达系统，使用cumate操作子（CuO）和抑制蛋白（CymR），在cumate存在时控制转基因表达。

7. 组合化学遗传开关的应用：研究者们探索了组合使用化学遗传开关的可能性，通过结合不同的药物诱导系统，实现对病毒复制和转基因表达的多重控制。

8. 病毒复制和传播的化学调控：研究者们研究了如何通过化学遗传开关调控病毒的复制和传播，例如通过替换VV的D13L基因启动子为tetO控制的p11启动子，实现在多西环素存在时的病毒复制。

9. 病毒定向膜融合的化学遗传控制：研究者们探索了通过化学遗传开关控制病毒定向膜融合的可能性，以改善溶瘤病毒的治疗活性。研究者们探索了通过化学遗传开关控制膜融合蛋白（如TAMV-GP和reovirus p14）的表达，这些蛋白能够促进细胞间的融合，可能有助于病毒在肿瘤组织中的传播，同时减少对正常组织的损害。

10. 转基因表达的调控以提高安全性和有效性：研究者们利用化学遗传开关调整了细胞因子（如IL-12、IL-2和IL-18）的表达，以提高治疗的安全性和有效性。

这些改进旨在提高溶瘤病毒疗法的精确性和可控性，从而提高治疗癌症的安全性和有效性。通过这些合成生物学方法，研究者们能够设计出可以根据外部药物信号来调节病毒复制和转基因表达的新型VV载体。

文章中提到的融合蛋白，如TAMV-GP（Tamiami virus glycoprotein）和reovirus p14，具有促进细胞间融合的特性，它们的作用不仅限于特异性地与肿瘤细胞融合。这些融合蛋白的作用包括：

1. 促进细胞融合：这些融合蛋白能够促使不同细胞之间发生融合，形成合胞体（syncytium），这有助于病毒在细胞间传播，增强溶瘤病毒的扩散能力。

2. 增强免疫原性细胞死亡：融合蛋白的表达可以导致细胞死亡，这种死亡方式可以激活免疫系统，因为它能够释放肿瘤抗原，从而激发针对肿瘤的免疫反应。

3. 减少病毒释放到健康组织：通过促进细胞融合，溶瘤病毒可以在不释放到系统循环的情况下，在肿瘤局部区域扩散，这有助于减少对正常细胞的影响。

4. 提高溶瘤病毒的疗效：融合蛋白的表达可以增强溶瘤病毒的疗效，因为它们可以促进病毒在肿瘤组织中的传播，同时激活免疫系统对抗肿瘤。

至于特异性问题，融合蛋白本身并不具有特异性与肿瘤细胞融合的能力。它们在细胞间的融合作用是无差别的，但可以通过基因工程手段，将融合蛋白的表达控制在肿瘤细胞中，从而实现对肿瘤的选择性攻击。例如，可以将融合蛋白的基因置于肿瘤特异性启动子的控制之下，使得融合蛋白只在肿瘤细胞中表达，从而增强了溶瘤病毒的靶向性。

在文章中，研究者们通过化学遗传开关来控制这些融合蛋白的表达，可以根据外部药物信号（如雷帕霉素、多西环素或cumate）来诱导融合蛋白的表达，实现了对溶瘤病毒复制和融合蛋白表达的精确调控。这种方法可以在治疗过程中根据需要调节融合蛋白的活性，以优化治疗效果和安全性。

溶瘤病毒的抗肿瘤效果：

在免疫能力正常的小鼠模型中，通过腹腔注射溶瘤病毒，观察到小鼠生存率的提高。

这些实验结果表明，通过合成生物学方法改造的溶瘤病毒在小鼠肿瘤模型中具有潜在的治疗价值，能够通过化学遗传开关实现对病毒复制和治疗基因表达的精确调控，从而提高肿瘤治疗的安全性和有效性。

接种天花疫苗不会赋予个体溶瘤（oncolytic）能力。天花疫苗的主要目的是预防天花病毒感染，通过接种疫苗，人体会对该病毒产生免疫力，从而在接触天花病毒时能够防止疾病的发生。这种免疫力是通过激活身体的免疫系统，特别是细胞介导的免疫反应，来实现的。

天花疫苗使用的是经过减毒处理的痘苗病毒（Vaccinia virus, VACV），它被设计用于预防天花，而不是用于治疗肿瘤。虽然痘苗病毒在某些情况下可以用于研究溶瘤病毒疗法，但这并不意味着接种了天花疫苗的人就会获得溶瘤能力。疫苗接种的目的是预防特定疾病，而不是改变人体的肿瘤杀伤能力。

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