Effect of Immune System on Retrovirus-Mediated Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase Gene Therapy

면역체계가 Retroviral Vector로 이입한 Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase 유전자치료에 미치는 영향

Background: The impact of the immune response on cancer gene therapy using viral vectors to deliver a "suicide gene" is currently unclear. A vigrous immune response targeted at viral proteins or transgene may enhance the efficacy of tumor destruction and even augment responses to tumor antigens. These responses may involve the release of cytokines and stimulation of tumor specific cytotoxic T-lymphocytes that enhance therapeutic efficacy. On the other hand, a vigorous rapid cellular immune response may destroy cells expressing the therapeutic gene and attenuate the response to therapy. Furthermore, development of neutralizing antibody responses may prevent readministration of virus, a potentially significant limitation. Evaluating the significance of these limitations in animal models and developing solutions are therefore of obvious importance. Methods: After retroviral transduction of mouse mesothelioma cell line(AB12) with Herpes Simplex Virus thymidine kinase (HSVtk) gene in vitro, subcutaneous flank tumors were established. To study the effect of intact immune system on efficacy of tumor erradication, the ability of the HSVtk/ganciclovir system to inhibit tumor growth was compared among normal Balb/c mice, immunodeficient Balb/c-nude and SCID mice, and Balb/c mice immunosuppressed with cyclosporin. Results: Ganciclovir treatment resulted in greater inhibition of tumor growth in Balb/c mice compared with immunodeficient Balb/c-nude mice and SCID mice(in immunodeficient mice, there were no growth inhibition by ganciclovir treatment). Ganciclovir treatment resulted in greater inhibition of tumor growth in noncyclosporin (CSA) treated Balb/c mice compared with CSA treated Balb/c mice. On day 8, mean ganciclovir-treated tumor volume were 65% of control tumor volume in Balb/c mice versus 77% control tumor volume in CSA-treated Balb/c mice. This effect was still evident during therapy (day 11 and 13). On day 13, non-CSA treated tumor volume was 35% of control tumor volume versus 60% of control tumor volume in CSA treated Balb/c mice. Duration of expression of HSVtk was not affected by the immunosuppression with CSA. Conclusion: These results indicate that the immune responses against retrovirally transduced cells enhance the efficacy of the HSVtk/ganciclovir system. These findings have important implications for clinical trials using currently available retrovirus vectors as well as for future vector design.

연구배경: HSVtk/GCV를 이용한 유전자치료에서 면역반응은 1) adenovirus 혹은 retrovirus와 같이 벡타로 사용된 virus의 단백질, 2) 치료목적으로 이입된 HSVtk 유전자의 생성물, 3) 암세포에 대해서 일어날 수 있다. 그리고 이러한 면역반응은 cytokines의 생성 혹은 cytotoxic tumor-specific T-cell의 생성을 초래하여 bystander effect에 의한 살상효과를 증가시키거나, anti-tumor immunity를 유도하여 tumor vaccine의 효과를 나타낼 수 있다. 한편 이와는 대조적으로 면역반응용 HSVtk 유전자를 발현하는 세포들을 파괴하여 이입된 HSVtk 유전자의 발현기간을 제한함으로서 유전자치료의 효과를 감소시킬 수도 있다. 본 연구는 retrovirus 벡타로 이입한 HSVtk 유전자치료에서 면역체계가 bystander effect에 의한 살상효과에 미치는 영향을 규명하고 면역체계가 이입한 유전자의 발현에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 방 법: Immunocompetent mice인 Balb/c mouse와 immunodeficient mouse인 Balb/c-nude 및 SCID mouse에서 retrovirus 벡타를 사용하여 HSVtk 유전자를 이입하고 치료효과를 조사하였다. 그리고 Balb/c mouse에 면역억제제인 cyclosporin을 투여하여 면역억제제가 bystander effect 및 유전자치료 효과와 유전자의 발현기간에 미치는 영향을 조사하였다. 결 과: Balb/c mouse에 HSVtk 유전자를 이입하고 GCV를 투여한 군은 GCV를 투여하지 않은 대조군에 비해 종양의 성장이 유의하게 억제되었으나 Balb/c-nude mouse와 SCID mouse의 경우 GCV를 투여한 군과 대조군 사이에 유의한 차이가 없었다. 면역억제제인 cyclosporin을 투여한 군에서 유전자 치료 효과가 cyclosporin을 투여하지 않은 정상 mouse에 비해 치료효과가 유의하게 작았다. Cyclosporin 투여에 따른 유전자의 발현기간에는 유의한 차이가 없었다. 결 론: Retrovirus 벡타를 사용한 HSVtk 유전자치료에는 면역증강이 치료효과를 증가시킬 것으로 생각된다.