واکسن‌های درمانی برای HPV؛ ویروس پاپیلومای انسانی

HPV مخفف «ویروس پاپیلومای انسانی»، مسئول انواع مختلفی از سرطان است. از جمله این سرطان‌ها می‌توان به سرطان‌های سرویکس یا دهانه رحم و نیز سرطان‌های مقعد و سرطان‌های سر و گردن اشاره کرد. در نوشته‌های قبلی به ماهیت عامل HPV و نحوه انتقال آن و سازوکارهایی که برای پنهان‌شدن از دستگاه ایمنی ما استفاده می‌کند، پرداخته بودیم. در این مقاله به واکسن‌های درمانی یا تراپوتیک مورد استفاده در درمان HPV می‌پردازیم.

یادداشت: به‌طور کلی 2 نوع واکسن وجود دارد: واکسن‌های پیشگیرانه و واکسن‌های درمانی. وقتی صحبت از واکسن می‌شود، همه ما به واکسن‌های پیشگیرانه فکر می‌کنیم (واکسن‌های دوران کودکی, واکسن‌های کروناویروس و واکسن‌های HPV مانند Gardasil). اما واکسن‌های درمانی یا تراپوتیک مفهومی جدیدند؛ برای مثال، برای ملانوم Lmlygic و برای سرطان پروستات، Provenge.

واکسن درمانی HPV چیست؟ 

واکسن‌های درمانی HPV با ایجاد ایمنی با واسطه سلولی علیه سلول‌های آلوده به HPV، هدف حذف ضایعات پیش‌ساز و تومورهای بدخیم یا سرطانی را دنبال می‌کنند. ازاین‌رو، این واکسن‌ها آنتی‌ژن‌های HPV را هدف می‌گیرند. رویکردهای واکسنی متنوع‌اند:

1. واکسن‌های مبتنی بر ناقل زنده،
2. واکسن‌های مبتنی بر پپتید و پروتئین،
3. واکسن‌های مبتنی بر اسید نوکلئیک و
4. واکسن‌های مبتنی بر سلول.

آنتی‌ژن چیست؟

آنتی‌ژن ماده‌ای با ساختار پروتئینی است که هنگام ورود به بدن یا دگرگون‌شدن در بدن، مانند سلول‌های سرطانی، توسط دستگاه ایمنی بیگانه شناخته می‌شود و به تشکیل پادتن می‌انجامد. آنتی‌ژن‌ها بیشتر بخش‌های اختصاصی میکروارگانیسم‌هایی مانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و انگل‌ها هستند.

ساختار زیستی HPV برای درک سازوکار اثر واکسن‌ها

• HPV یک ویروس بدون پوشش است و مولکول DNA دورشته‌ای و حلقوی دارد.
• HPV، عضوی از خانواده Papillomaviridae، تعداد 6 پروتئین زودرس (E1، E2، E4، E5، E6، E7) و 2 پروتئین دیررس (L1، L2) را کد می‌کند.
• پروتئین‌های زودرس تکثیر DNA ویروس را تسهیل و پروتئین‌های سلولی را تولید می‌کنند؛ پروتئین‌های دیررس نیز ساختار کپسید ویروسی را برای احاطه‌کردن ویروس‌های جدید می‌سازند.
• از میان ژن‌های کدکننده این پروتئین‌ها، E6 و E7 در سلول‌های آلوده به ویروس بیشتر بیان می‌شوند. در نتیجه، پروتئین‌های E6 و E7 افزایش می‌یابند.
• E6، پروتئین p53 را مهار می‌کند؛ E7 نیز با مهار ژن RB، همراه با آن چرخه طبیعی سلول را مختل می‌کند و موجب تبدیل سلول‌های آلوده به سلول سرطانی می‌شود.
• ژن E2 نیز اثر مهاری بر E6 و E7 دارد و در سلول‌های آلوده، با کاهش E2، ساخت پروتئین‌های E6 و E7 افزایش می‌یابد.
• واکسن‌ها نیز می‌کوشند با اثرگذاری به شیوه‌های مختلف بر این ژن‌ها، درمان HPV را فراهم کنند.

انواع واکسن‌های درمانی HPV

1. واکسن‌های مبتنی بر ناقل زنده

در این واکسن‌ها از ویروس‌ها و باکتری‌ها به‌عنوان حامل استفاده می‌شود. اساس واکسن‌های مبتنی بر ناقل، ارائه آنتی‌ژن به سلول‌های دندریتیک است. بسیاری از واکسن‌های دارای ناقل زنده بسیار ایمنی‌زا هستند، زیرا با تکثیر سریع در سلول میزبان، انتشار آنتی‌ژن‌ها میان سلول‌ها را ممکن می‌کنند. اما عواملی مانند خطر ایجاد سمیت، مصرف آن‌ها را محدود می‌کند. می‌توان واکسن‌های دارای ناقل زنده را در 2 گروه بررسی کرد:

1. ناقل‌های باکتریایی
2. ناقل‌های ویروسی

ناقل‌های باکتریایی

برای ارائه آنتی‌ژن به سلول‌های دندریتیک می‌توان از باکتری‌های تضعیف‌شده استفاده کرد. L.monocytogenes, Salmonella, Lactococcus lactis نمونه‌هایی از باکتری‌های مورد استفاده‌اند. در واکسن‌های دارای ناقل باکتریایی، نشان داده شده پاسخ ایمنی اختصاصی E7 با واسطه سلول T به‌شکلی قوی ایجاد می‌شود.

ناقل‌های ویروسی

ناقل‌های ویروسی نیز بسیار ایمنی‌زا هستند. در واکسن‌ها می‌توان از انواع مختلفی مانند vaccinia virus، آدنوویروس و ویروس وابسته به آدنو استفاده کرد ( واکسن Oxford-AstraZeneca که علیه کروناویروس ساخته شده، نیز از آدنوویروس به‌عنوان ناقل ویروسی استفاده می‌کند).

در میان این ویروس‌ها، تصور می‌شود vaccinia نویدبخش ایمنی‌درمانی اختصاصی آنتی‌ژن و در برابر عفونت‌ها مؤثرتر باشد. ویروس نوترکیب vaccinia به نام MVA-E2 می‌تواند پروتئین E2 را بسازد. واکسنی که از این ناقل استفاده می‌کند، در بیماران دارای ضایعات CIN یا نئوپلازی داخل‌اپی‌تلیالی دهانه رحم و کندیلوم آزمایش شده است. مطالعات نشان داده‌اند بیماران علیه واکسن MVA-E2 پادتن ساخته‌اند و در سلول‌های سرطانی‌شده، پاسخ اختصاصی لنفوسیت T ایجاد شده است.

در زیر، روند رسیدن از عفونت HPV به سرطان نشان داده شده است:

2. واکسن‌های مبتنی بر پپتید / پروتئین

واکسن‌های مبتنی بر پپتید

پپتیدهای به‌دست‌آمده با استفاده از آنتی‌ژن‌های HPV نیز می‌توانند در واکسیناسیون علیه HPV به کار روند. سازوکار چنین است: وقتی پروتئین‌های آنتی‌ژنی HPV وارد بدن می‌شوند، سلول‌های دندریتیک آن‌ها را می‌گیرند و از راه مسیرهای مرتبط با MHC-1 یا MHC-2 روی مولکول HLA، آنتی‌ژن لکوسیت انسانی، ارائه می‌کنند و پاسخ ایمنی ایجاد می‌شود. این واکسن‌ها عموماً ایمن و تولیدشان آسان است، اما کاربردشان همچنان محدود است. علت، اختصاصی‌بودن آن‌ها برای MHC است و با توجه به انواع مختلف HLA، ساخت واکسنی که برای هر بیمار مؤثر باشد دشوار است؛ افزون بر این، ایمنی ایجادشده سطح پایینی دارد. در بسیاری از مطالعات، برای افزایش توان این واکسن‌ها با چنین ویژگی‌هایی، بر مولکول‌های کمکی مانند کموکاین‌ها و سیتوکاین‌ها تمرکز می‌شود.

نمونه‌ای از مطالعات این واکسن‌ها: واکسن پپتیدی لیپیددار HPV-E7 در یک مطالعه انسانی فاز 1/2 آزمایش شد؛ از 18 بیمار واکسینه‌شده، در 3 نفر دیسپلازی ناپدید شد و در 6 نفر، ضایعات به‌طور چشمگیری پسرفت کردند.

واکسن‌های مبتنی بر پروتئین

مانند واکسن‌های پپتیدی، واکسن‌های پروتئینی نیز ایمن‌اند و به‌آسانی تولید می‌شوند؛ افزون بر این، برخلاف نوع پپتیدی، اختصاصی MHC نیستند. آنتی‌ژن‌های پروتئینی را سلول‌های دندریتیک می‌توانند پردازش و در سطح خود ارائه کنند و این آنتی‌ژن‌ها هر اپی‌توپ احتمالی HLA را نیز دربرمی‌گیرند. بااین‌حال، فعالیت ایمنی‌زایی پایینی دارند و در نتیجه، برای افزایش توانشان از مولکول‌های کمکی استفاده می‌شود. محدودیت دیگر این است که پس از تزریق واکسن، سلول‌های ارائه‌کننده آنتی‌ژن (APC) گاهی برای ارائه MHC 1 با پروتئین‌های تزریق‌شده روبه‌رو می‌شوند، آن‌ها را می‌بلعند و غیرفعال می‌کنند. نمونه‌هایی از مطالعات واکسن‌های مبتنی بر پروتئین:

• واکسن TA-CIN، متشکل از همجوشی HPV-16 L2، E6 و E7، در همه زنانی که آن را دریافت کردند موجب تولید پادتن شد و ایمن‌بودن آن نشان داده شد.
• مطالعه دیگری، واکسنی متشکل از ترکیب HPV-16 E7 با پروتئین hsp16 از M.bovis را بررسی کرد. در این مطالعه نشان داده شد که همه بیماران دارای نئوپلازی داخل‌اپی‌تلیالی مقعدی درجه بالا (AIN)، واکسن را به‌خوبی تحمل کرده‌اند.

3. واکسن‌های مبتنی بر اسید نوکلئیک

واکسن‌های مبتنی بر اسید نوکلئیک 2 نوع‌اند:

1. واکسن‌های دارای مولکول DNA و
2. واکسن‌های دارای رپلیکون RNA.

درباره این انواع واکسن با جزئیات صحبت خواهیم کرد.

واکسن‌های مبتنی بر DNA

واکسن‌های DNA در راهبرد ایمنی‌درمانی اختصاصی آنتی‌ژن، بالقوه مؤثرند. DNA برهنه، یعنی DNA بدون همراهی سلول‌ها و پروتئین‌ها، ایمن، پایدار و تولید آن آسان است.

واکسن‌های DNA در مقایسه با واکسن‌های دیگر:

• نسبت به واکسن‌های RNA یا پروتئینی، بیان طولانی‌تر آنتی‌ژن را فراهم می‌کنند.
• در مقایسه با واکسن‌های دارای ناقل زنده، موجب تولید پادتن خنثی‌کننده نمی‌شوند و بنابراین می‌توان واکسن را بارها به همان بیمار داد.

با وجود ایمن‌تر بودن واکسن‌های DNA نسبت به واکسن‌های دیگر، نگرانی‌هایی درباره آن‌ها وجود دارد. برای مثال، DNA ممکن است در ژنوم میزبان ادغام شود و ژنوم آن سلول را مختل کند، اما داده‌ای درباره این موضوع وجود ندارد. نگرانی دیگر، ضعف فعالیت ایمنی‌زایی است، زیرا DNA واکسن توان انتقال از سلول‌های آلوده به HPV به سلول‌های اطراف و تکثیر را ندارد. به همین دلایل، راهبردهایی برای افزایش اثربخشی واکسن DNA ایجاد شده است.

نخستین راهبرد، افزایش سلول‌های دندریتیک بیان‌کننده آنتی‌ژن است. یکی از روش‌های مورد استفاده برای این هدف، روش «تفنگ ژنی» است که توان زیادی دارد. «تفنگ ژنی» ذرات طلای پوشیده از DNA را پرتاب می‌کند و به این ترتیب، سلول‌های دندریتیکی که برای بالغ‌شدن و تبدیل به سلول T به اندام‌های لنفوئیدی مهاجرت می‌کنند، ترانسفکت می‌شوند؛ ترانسفکشن یعنی ورود قطعه‌ای DNA از بیرون به درون سلول. در نتیجه، مولکول DNA برهنه وارد ساختار سلول‌های دندریتیک می‌شود. روش دیگر افزایش سلول‌های دندریتیک، «فراهم‌کردن انتشار آنتی‌ژن کدشده میان سلول‌های دندریتیک» است. برای این کار باید آنتی‌ژن را به پروتئینی متصل کرد که بتواند انتقال میان‌سلولی انجام دهد.

راهبرد دیگر، افزایش بیان، پردازش و ارائه آنتی‌ژن در سلول‌های دندریتیک است. این راهبرد با روشی به نام «بهینه‌سازی کدون» قابل‌اجراست. در این روش، کدون‌های کم‌کاربرد با کدون‌های پرکاربرد جایگزین می‌شوند و به این ترتیب، توالی ژنی آنتی‌ژن تغییر می‌کند و ترجمه واکسن DNA در سلول‌های دندریتیک افزایش می‌یابد؛ ترجمه، ساخت پلی‌پپتید تحت کنترل mRNA است. اتصال آنتی‌ژن به پروتئینی که تخریب پروتئازومی یا شبکه آندوپلاسمی را هدف می‌گیرد نیز با افزایش ارائه آنتی‌ژن MHC-1، پاسخ لنفوسیت T سیتوتوکسیک (CTL) را افزایش می‌دهد. برای مثال، کالرتیکولین (CRT) پروتئینی است که ارائه آنتی‌ژن MHC-1 را افزایش می‌دهد؛ نشان داده شده واکسنی حاوی E7 متصل به آن، پاسخ اختصاصی E-7 سلول T از نوع CD8 را افزایش می‌دهد و علیه تومورهای بیان‌کننده E7 مؤثر است.

روش دیگر، «استفاده از روش تریمر تک‌زنجیره‌ای MHC-1 یا SCT» است. این روش، پردازش آنتی‌ژن را مهار و ارائه MHC-1 پپتید کدشده توسط واکسن DNA را فراهم می‌کند.

آخرین راهبرد مورد استفاده برای افزایش اثربخشی واکسن DNA، افزایش تعامل سلول دندریتیک و سلول T است. پس از پردازش و ارائه آنتی‌ژن، تعامل سلول‌های دندریتیک و سلول‌های T برای فعال‌شدن سلول T بسیار مهم است. پس از مرحله آماده‌سازی (priming)، سلول‌های دندریتیک به هدف سلول‌های T مؤثرِ فعال تبدیل می‌شوند. برای پیشگیری از این آپوپتوز با واسطه سلول T در سلول‌های دندریتیک، DNA می‌تواند پروتئین‌های ضدآپوپتوزی را کد کند که عمر سلول دندریتیک را طولانی می‌کنند. در یک مطالعه روی موش‌ها نشان داده شد واکسنی که DNA کدکننده E7 و DNA کدکننده پروتئین ضدآپوپتوزی مانند Bcl-2 را با هم داشت، پاسخ سلول T اختصاصی E7 را افزایش داد. همچنین واکسن‌های DNA با طولانی‌کردن عمر سلول‌های دندریتیک، ارائه آنتی‌ژن را افزایش می‌دهند.

واکسن‌های رپلیکون RNA

به واحدی از ژنوم که همانندسازی در آن انجام می‌شود، رپلیکون گفته می‌شود. رپلیکون‌های RNA، مولکول‌های RNA برهنه‌ای هستند که می‌توانند در سلول‌های ترانسفکت‌شده تکثیر شوند. آن‌ها را می‌توان از آلفاویروس‌ها یا ویروس Semliki forest به دست آورد. ناقل‌های مبتنی بر رپلیکون RNA مزایای فراوانی برای توسعه واکسن‌های سرطان دارند. برای مثال، این رپلیکون‌ها می‌توانند در انواع متنوعی از سلول‌ها همانندسازی کنند و برای ارائه مداوم آنتی‌ژن در سلول‌ها به کار روند. ازاین‌رو، می‌توان آن‌ها را ایمنی‌زاتر از واکسن‌های سنتی DNA دانست. بسیاری از رپلیکون‌ها ژن ویروسی ندارند؛ بنابراین ذره عفونی تولید نمی‌شود و پاسخ ایمنی علیه ناقل رپلیکون محدود می‌ماند. با این ویژگی‌ها، واکسن‌های رپلیکون RNA را می‌توان در همان افراد دوباره استفاده کرد. همچنین واکسن‌های رپلیکون خطر ادغام کروموزومی مرتبط با واکسن DNA را کاهش می‌دهند، اما نسبت به واکسن DNA پایداری کمتری دارند. از ترکیب مزایای مولکول رپلیکون RNA و واکسن DNA، جایگزینی به نام رپلیکون RNA آغازشده با DNA (DNA-launched RNA replicon) پدید آمده است. این مولکول «DNA خودکُش» نامیده شده است. در مطالعات پیش‌بالینی توسعه واکسن HPV از این DNA استفاده شده است. در سلول ترانسفکت‌شده، DNA خودکُش به RNA تبدیل شده و بیان مؤثر آنتی‌ژن توموری را فراهم کرده است.

راهبرد دیگر مورد استفاده در رپلیکون‌ها، روش «Kunjin (KUN)» است. در اینجا از Kunjin، یک فلاوی‌ویروس، برای رساندن رپلیکون‌ها استفاده می‌شود. مطالعه روی موش‌های واکسینه‌شده با رپلیکون‌های KUN بیان‌کننده HPV-16 E7 نشان داد که پاسخ اختصاصی سلول T تحریک شده و موش‌ها در برابر تغییرات توموری محافظت شده‌اند. در نتیجه، با وجود مزایای متعدد مولکول رپلیکون RNA، مطالعات بالینی واکسن‌های مبتنی بر رپلیکون RNA و داده‌های موجود محدودند و بررسی مطالعات بیشتر لازم است.

4. واکسن‌های مبتنی بر سلول کامل

واکسن‌های مبتنی بر سلول دندریتیک

استفاده از سلول‌های دندریتیک در واکسن‌های توسعه‌یافته علیه HPV، راهبرد منطقی دیگری است. برای ساخت چنین واکسنی باید سلول‌های دندریتیک با آنتی‌ژن ویروسی بارگذاری شوند. سلول‌های دندریتیک را می‌توان با انتقال فیزیکی مولکول‌های MHC-1 و 2 به‌صورت ex-vivo، خارج از موجود زنده، آماده کرد. بارگذاری آنتی‌ژن در آن‌ها می‌تواند از راه آنتی‌ژن‌های پپتیدی یا پروتئینی یا با انتقال مولکول DNA / RNA کدکننده آنتی‌ژن HPV انجام شود. اگرچه واکسن‌های مؤثری با سلول‌های دندریتیک اتولوگ ساخته شده‌اند، تولید واکسن شخصی‌سازی‌شده طبعاً دشوار است. روش کشت مورد استفاده در آماده‌سازی سلول‌های دندریتیک نیز بر کیفیت واکسن اثر می‌گذارد.

برای افزایش اثربخشی واکسن‌های مبتنی بر سلول دندریتیک، چند روش پیشنهاد شده است. یکی از آن‌ها افزایش طول عمر سلول‌های دندریتیک است که در بخش‌های قبلی نیز مطرح شد. برای مثال، در مطالعه‌ای سلول‌های دندریتیک بارگذاری‌شده با E7 که با RNA مداخله‌گر کوچک (siRNA) هدف‌گیرنده پروتئین‌های پیش‌برنده آپوپتوز مانند Bak و Bax آلوده شده بودند، آزمایش شدند. مطالعه نشان داد پروتئین‌های Bak و Bax در سلول‌های دندریتیک مهار شده‌اند و در نتیجه، مقاومت به آپوپتوز با واسطه سلول T افزایش یافته است.

کارآزمایی‌های بالینی واکسن‌های مبتنی بر سلول دندریتیک ادامه دارند. در یک مطالعه بالینی، به فرد مبتلا به سرطان دهانه رحم متاستاتیک، سلول‌های دندریتیک بارگذاری‌شده با HPV-18 E7 به‌صورت زیرجلدی تزریق شد. سپس مهار پیشرفت تومور در بیمار نشان داده شد. همچنین گزارش شد با وجود نبود فروکش یا پسرفت کامل، وضعیت سلامت فرد بهتر شده و عارضه‌ای مشاهده نشده است.

واکسن‌های مبتنی بر سلول توموری

رویکرد 2. در توسعه واکسن‌های مبتنی بر سلول کامل، استفاده از سلول‌های توموری است. برای افزایش آثار ایمنی‌زای این سلول‌ها، می‌توان آن‌ها را به‌صورت Ex-vivo، خارج از موجود زنده، تحریک کرد تا پروتئین‌های تعدیل‌کننده ایمنی مانند سیتوکاین‌ها را تولید کنند. در این واکسن‌ها از ژن‌های سیتوکاینی مانند IL-2، IL-12 و GM-CSF استفاده می‌شود. یکی از مزیت‌های آن‌ها، مشخص‌نبودن دقیق آنتی‌ژن‌های توموری و امکان تولید آسان آن‌هاست.

واکسن‌های مبتنی بر سلول توموری در مدل‌های پیش‌بالینی آزمایش می‌شوند. برای مثال، در واکسیناسیون موش‌ها با سلول توموری مثبت E7 و تولیدکننده GM-CSF، نشان داده شد واکسن پاسخ سلول T اختصاصی E7 را برانگیخته و فعالیت ضدتوموری را افزایش داده است.

اما این نوع واکسن‌ها خطر ایجاد سرطان‌های جدید را نیز دارند. به همین دلیل، توسعه واکسن‌های مبتنی بر سلول توموری محدود است.