异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）的复发点突变通常在精氨酸132（R132H）处，在成人弥漫性胶质瘤中检测到的频率较高，在弥漫性低级别胶质瘤中高（LGGs；国际卫生组织II级）。这种突变也见于间变性星形细胞瘤（国际卫生组织III级）和较小比例的起源于LGG的胶质母细胞瘤（继发性胶质母细胞瘤；国际卫生组织IV级）。根据1p/19q染色体片段的丢失，突变型IDH1胶质瘤分为突变型IDH1-1p/19q编码区和突变型IDH1非编码区。突变型IDH11P/19q编码的胶质瘤经常含有TERT启动子（TERTp）和CIC突变，并与少突胶质瘤相关；而突变IDH1非编码基因在α-地中海贫血X-连锁智力低下（ATRX）和TP53中存在突变，并与星形细胞瘤和少星形细胞瘤相关。
在成年人中，野生型IDH1（wt-IDH1）胶质瘤患者保留ATRX功能，通常存在TP53和TERTp突变，以及受体酪氨酸激酶（RTK）-RAS-PI3K信号级联调节器的改变，包括EGFR扩增和PTEN突变或丢失。儿童胶质瘤大多为wt-IDH1，并且它们也可以携带TP53和ATRX失活突变，此外，H3F3A、HIST1H3B、HIST1H3C和BRAF（快速加速纤维肉瘤B型）的突变在儿童高级胶质瘤（HGG）中很常见。根据这些改变，可以区分四种儿童HGG亚型：H3.3-K27M；H3.1-K27M，高级别中线胶质瘤的特征，包括弥漫性固有桥脑胶质瘤（DIPG）；H3.3G34-R/V；和BRAF-V600E。在儿童LGG中也发现BRAF改变。
此外，CpG岛中的DNA甲基化描述了CpG岛甲基化表型（G-CIMP），该表型与更好的预后相关，并与IDH1突变密切相关。较近，一项研究对1000多名弥漫性胶质瘤（TCGA）患者进行了研究，确定了与分子胶质瘤亚型相关的胶质瘤DNA甲基化簇（LGm1–LGm6）。此外，O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶（MGMT）启动子中CpG岛的甲基化已被确定为对DNA烷基化剂治疗反应更好的分子标记。
胶质瘤中描述的遗传损伤影响肿瘤生物学和信号通路。胶质瘤中改变的重要信号通路包括生长因子受体酪氨酸激酶（RTK）信号通路，部分原因是PDGF和EGFR过度表达。RAS、PI3K/PTEN/AKT、RB/CDK N2A-p16INK4a和TP53/MDM2/MDM 4/CDKN2A-p14ARF通路通常在胶质瘤中激活，并参与癌细胞增殖。此外，据报道，国际卫生组织四级胶质瘤中存在NOTCH信号活性，并且可能与缺氧、PI3K/AKT/mTOR和ERK/MAPK分子途径有关，增加了胶质瘤的恶性特征。
在儿童胶质瘤中，MAPK通路或其下游效应器可因NF1和BRAF基因突变而激活，这有助于多种癌症的发生和生长。此外，BMP信号在儿童HGG肿瘤细胞中也很活跃。大约25%的儿童脑干胶质瘤在激活素A受体I型（ACVR1）中存在体细胞突变，该受体编码I型BMP受体ALK2，诱导BMP通路激活。神经胶质瘤中特定遗传损伤引起的信号通路改变是开发新型靶向基因治疗的一个有价值的靶点。
药物和基因传递障碍
开发合适的胶质瘤治疗方法较具挑战性的方面之一是治疗剂在足够的治疗浓度下到达肿瘤部位的能力。这是由于血脑屏障（BBB）的存在，由限制性紧密连接连接在一起的内皮细胞单层组成。周细胞、星形胶质细胞、神经末梢和中枢神经系统边界相关巨噬细胞（BAMs）是一种与内皮密切相关的特定髓系亚群，在BBB的发育、维持和功能中发挥着关键作用。血脑屏障是一种神经保护屏障，可以阻止有毒药物的通过，也可以阻止抗肿瘤药物的传递，包括基因治疗载体。已经出现了不同的策略来抵消BBB的这些保护作用，例如直接向大脑输送化疗药物，以及基于增加通透性和保留（EPR）效应的被动靶向。然而，被动靶向策略不足以靶向侵袭性肿瘤细胞，因为在浸润性癌细胞肿瘤区域附近，EPR效应往往较弱。血脑肿瘤屏障（BBTB）也被认为可以阻止药物进入肿瘤体，导致化疗耐药和肿瘤复发。已经制定了靶向BBB的新策略，例如紧密连接中断、外排转运体控制受体介导的跨细胞和/或内吞作用。另一个考虑因素是P-糖蛋白外排泵的存在，它可以地将亲脂性药物从形成BBB的脑毛细血管内皮细胞中运输出来。尽管血脑屏障在肿瘤部位发生改变，但致密内皮细胞层并未受损，因此血脑屏障在阻止药物到达肿瘤细胞方面仍然合适。这些问题需要在临床前阶段加以解决，然后再将治疗候选纳入脑癌的临床试验。
由于血脑屏障的药物传递效率低下以及耐药性的发展，基因治疗被认为是克服传统治疗局限性的一种有前途的策略。癌症治疗的基因治疗通常包括引入生长调节或肿瘤控制基因、RNA干扰（RNAi）以控制癌基因的活性。它还可能涉及自杀基因的传递，自杀基因可以将无毒前药转化为活性抗癌化合物。其他方法包括溶瘤和免疫调节基因治疗方法。
诸如病毒载体、非聚合物纳米颗粒（NPs）和聚合物纳米颗粒等传递载体已用于在GBM和LGG中传递治疗合适载荷。为了在大脑中产生治疗效果，用作治疗部分的核酸需要克服几个障碍。一旦进入血液循环，它们将遇到核酸酶降解、全身消除、网状内皮系统（RES）摄取，然后才能成功穿过亲水性大分子不渗透的血脑屏障。在充分扩散到整个大脑并进入肿瘤块后，治疗基因需要被内吞到靶细胞中，然后内切体逃逸，以避免溶酶体降解，较终到达细胞质获得siRNA或进一步运输到细胞核获得质粒DNA。病毒载体是有吸引力的运载工具，但由于制造挑战、高成本、免疫原性和炎症反应、致癌突变和承载能力有限，它们尚未得到临床批准。非病毒传递策略提供了可用于克服基因传递障碍的替代方法。许多非病毒载体，包括聚合物和非聚合物，是非免疫原性的，可以通过靶向部分进行功能化，以增加受体介导的载体进入肿瘤组织的摄取。
胶质瘤的免疫反应
免疫治疗已被证明对越来越多的肿瘤是成功的，不幸的是，正在进行的开发GBM新免疫疗法的尝试尚未证明胶质瘤患者的生存率有任何好转。在三阶段临床试验中，免疫检查点阻断免疫疗法在其他实体癌（如黑色素瘤和肺癌）中很有前景，但在GBM中无效。GBM利用多种有助于免疫控制性TME进化的策略，较终促进全身免疫控制并拮抗GBM免疫反应。GBM介导的免疫控制是通过在TME中产生细胞因子和趋化因子，然后募集免疫控制细胞，阻断肿瘤内T细胞的迁移和激活来实现。小鼠GBM模型和人类受试者的适应性免疫受损证明了系统性免疫控制，TGF-b和IL-10在维持免疫控制性TME中发挥中心作用，这些细胞因子不仅由GBM浸润性Treg产生，而且也由GBM细胞本身产生。另一种抗炎细胞因子IL-10控制DC、巨噬细胞和T细胞的激活和效应功能，并控制单核细胞中MHC-II的表达。此外，IL-10促进骨髓源性控制细胞（MDSC）和Treg的扩增，并增强单核细胞和肿瘤相关巨噬细胞（TAM）中PD-L1的表达。TGF-b优先在GBM细胞中表达，并参与阻断小鼠GBM模型和人类GBM患者中的T细胞增殖和激活，TGF-b表达水平越高，预后越差，胶质瘤分级越高。GBMs还产生大量吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO），该酶可触发Treg的募集，并通过消耗TME中的色氨酸来控制效应T细胞的活性。GBM产生其他免疫控制因子，包括集落刺激因子1（CSF-1）、NO、PGE2、Arg I、Gal-1和VEGF。PGE2刺激抗炎性Th2细胞因子，如IL-4、IL-6和IL-10，并控制Th1细胞因子的产生。CSF-1已被证明将巨噬细胞较化为M2表型，从而增强胶质瘤的进展。VEGF控制树突状细胞成熟并促进血管生成。GBM衍生的趋化因子CCL22和CCL2将表达CCR4的Treg招募到TME中，阻断这些趋化因子可以提高抗肿瘤免疫。
逆转录病毒载体逆转录病毒是单链阳性RNA病毒，其RNA基因组被反向转录成DNA，整合到宿主细胞的基因组中。它们的克隆能力约为8 kbp，具有稳定的治疗性转基因表达，并且只能感染分裂细胞。编码HSV-TK的逆转录病毒载体（RV）是一个在胶质瘤临床试验中进行评估的病毒载体。该研究显示了抗肿瘤活性，但仅在较小的肿瘤中合适。肿瘤选择性非裂解复制RV Toca 511和5-氟胞嘧啶（5-FC）的缓释制剂Toca FC能够高效地用胞嘧啶脱氨酶（CD）转导胶质瘤细胞，胞嘧啶脱氨酶是一种激活5-FC直接在感染细胞内转化为抗癌药物5-氟尿嘧啶（5-FU）的酶。研究人员表明，这种治疗也使GBM细胞对放射治疗敏感。此前的一项研究还显示，免疫活性小鼠的肿瘤消除和存活时间延长。
慢病毒载体慢病毒是单链阳性RNA病毒，已被广泛评估用于治疗GBM（Del Vecchio等人，2019）。它们与RV相似，但有几个优点，主要是因为慢病毒载体（LV）整合到宿主基因组中，但不太容易发生插入突变。较的慢病毒是人类免疫缺陷病毒（HIV）-1型，1994年一次发现它能转导淋巴细胞和非分裂细胞。三代HIV载体已开发出更高的转导效率和顺利性。可以对这些载体进行修饰，以通过假定型实现组织嗜性，并由于缺乏病毒蛋白表达而表现出低免疫原性。淋巴细胞性脉络膜脑膜炎病毒伪型LV的开发是为了在GBM细胞（包括胶质瘤干细胞）中实现比正常脑细胞更高的转导效率。LV是表达沉默RNA或工程T细胞的优选载体，以使其表达GBM抗原的特异性嵌合抗原受体。研究人员开发了一种具有p2A肽双表达系统的LV，该系统允许在CMV启动子的控制下表达肿瘤控制蛋白生长控制特异性（GAS）-1和PTEN。该载体在体外控制了人类GBM细胞的生长，并在人类GBM异种移植模型中诱导了对胶质瘤进展的控制。编码TLX特异性shRNA的LV是一种孤儿核受体（NR2E1），对神经干细胞更新至关重要，可控制小鼠的人脑胶质瘤干细胞致瘤性，并诱导DNA羟化酶10-11易位3（TET3）的表达，这是TLX下游的一种合适抑瘤剂。LVs还被用于编码聚集的规则间隔短回文重复序列（CRISPR）和CRISPR相关（Cas）9系统。使用该系统，据报道，TEA域转录因子1（TEAD1）消融控制人类GBM细胞迁移，并改变迁移和上皮-间充质转化（EMT）转录组特征。
用于基因治疗的非病毒载体研究
非病毒载体正在成为GBM基因治疗方法的有吸引力的平台。下面讨论的较新研究已经证明了这些交付技术的潜力。非聚合物输送系统
脂质体脂质体是一种人工脂质微泡，被认为是一种可能有价值的系统，以实现对胶质瘤的治疗效果。在这种背景下，2000年代初设计了一种脂质体载体，以携带编码HSV-TK的质粒，该质粒在一期/二期试验中通过肿瘤内输注给予复发性GBM患者，然后给予前药更昔洛韦。该疗法耐受性良好，无副作用。此外，他们观察到患者的肿瘤体积减少了50%以上。虽然这是一个小的I期试验，因此，它不能确定治疗效果。此外，Kato等人证明，基于siRNA的MGMT下调可以使用新型脂质体LipoTrust-EX-Oligo增强恶性胶质瘤对TMZ的化疗敏感性。发现这种脂质体转导的胶质瘤细胞在体内和体外模型中均对TMZ敏感。开发了T7和A7R肽的双重靶向性，以靶向血管内皮生长因子受体2（VEGFR2）。转铁蛋白受体（TfR）单克隆抗体（OX26）和氯毒素（CTX）修饰的PEG偶联脂质体促进细胞转染，增加携带hTERTC27基因的质粒DNA跨BBB的转运，并在体外和体内合适靶向脑胶质瘤细胞。OX26/CTX-pL/pC27对胶质瘤的这种双靶向治疗策略具有的治疗效果，导致肿瘤体积减少，并延长了胶质瘤荷瘤大鼠的生存期。其他具有修饰表面和重要的脂质体制剂包括磁铁矿重要阳离子脂质体，其可用于激活脂质体携带的DNA中的热休克敏感启动子，从而调节治疗基因（例如TNFα）在胶质瘤细胞中的表达。NU-0129纳米颗粒是一种球形核酸金纳米颗粒，含有靶向Bcl-2样蛋白12（BCL2L1 2）的siRNA，目前正在进行复发性胶质母细胞瘤患者的早期I期临床试验（NCT03020017）。系统给药后，它可以在异种移植GBM小鼠中穿过BBB，导致胶质瘤细胞凋亡增加，并减少肿瘤进展。RNA纳米粒也用于在异种移植GBM小鼠中传递抗miR-21，导致肿瘤消退和生存率增加。静脉注射的氯毒素（CTX）偶联的稳定核酸脂质颗粒（SNALP）形成的抗miR21寡聚物优先积聚在脑肿瘤内，并合适控制miR21的表达。这导致RhoB的mRNA和蛋白质水平增加，导致肿瘤负荷和增殖减少，而不诱导任何系统免疫原性。此外，两种纳米颗粒配方的抗miR21寡糖和酪氨酸激酶控制剂舒尼替尼的联合治疗可增强小鼠的细胞凋亡并提高存活率。
用携带单纯疱疹病毒Ⅰ型胸苷激酶（HSV-TK）DNA的PBAE纳米颗粒构建文库，导致转染的胶质瘤细胞凋亡。这导致脑胶质瘤荷瘤动物经颅内分娩的中位生存率增加。此外，当载HSV-TK DNA的纳米粒与前药更昔洛韦（GCV）一起在体内输送到胶质瘤细胞时，它们诱导了胶质瘤荷瘤大鼠的凋亡并减少了肿瘤负荷。基因治疗中另一种重要的抗GBM治疗使用不同类型的RNA，如与纳米颗粒系统相关的dsRNA、siRNA或miR101，导致GBM细胞凋亡增强。此外，通过使用相同的纳米颗粒系统靶向miR34或SOX9和Ras等蛋白质，也可以诱导控制这些细胞的生长和迁移。
较近，我们证明了用sHDL（合成高密度脂蛋白）模拟含有ApoAI模拟肽、磷脂、免疫原性细胞死亡诱导化疗药物（ICD）多西紫杉醇和辅助性CpG寡核苷酸的纳米盘局部治疗胶质瘤，合适激发抗胶质瘤T细胞活性，并诱导针对肿瘤复发的免疫记忆反应。我们还设计了一种基于白蛋白的NPs，其配备有细胞穿透iRGD肽，含有针对信号转导和转录3因子激活（STAT3i）的siRNA，并证明当与电离辐射联合施用时，这些NP激活抗GBM免疫记忆，从而导致携带GBM小鼠的肿瘤消退和长期生存。已经探索了纳米平台上的其他肽修饰，以较大限度地减少非靶向累积，促进主动肿瘤靶向或介导BBB转运。此外，转铁蛋白受体（TfR）已被广泛研究作为胶质瘤的靶点，因为TfR在胶质瘤细胞上过度表达。尽管数十年来一直将TfR作为一个目标，但利用这些发现的系统的翻译仍然有限。在这种背景下，一种对TfR有更大亲和力的七个氨基酸肽已被用于胶质瘤靶向传递siRNA，与其他靶向配体结合，以证明通过BBB的转运增加和更大的肿瘤渗透性。
溶瘤病毒在治疗GBM的临床前研究或临床试验中对几种溶瘤病毒进行了评估。需认真评估特异性，同时考虑到载体的感染能力。溶瘤病毒（OV）被设计用于识别肿瘤受体或在癌基因启动子下复制，以好转其趋向性并避免非肿瘤细胞。据观察，肿瘤微环境中存在的免疫控制促进OV感染能力并好转肿瘤溶解（Tobias等人，2013；Davola和Mossman，2019）。一旦感染，死亡的肿瘤细胞开始呈现肿瘤表位，触发病毒特异性和肿瘤特异性T细胞介导的免疫反应，这对溶瘤病毒疗法的效率至关重要（李等人，2017年）。当肿瘤细胞被裂解时，肿瘤相关抗原（TAA）被释放到肿瘤微环境中并被免疫系统识别，从而刺激激活的免疫细胞的募集，从而克服肿瘤介导的免疫控制并激活系统反应（图1）（Marelli等人，2018）。当使用抗肿瘤病毒基因治疗时，需评估载体的施用和分布，考虑其克服抗病毒免疫反应和穿过血脑屏障的能力。
基因治疗方法
本节的结构考虑了目前正在进行I/II/III期临床试验（表3）的神经胶质瘤基因治疗方法（表2）。我们将讨论所提出方法的优点和局限性。我们已将列出的临床试验纳入临床试验。gov使用的关键词是：“条件或疾病：神经胶质瘤“研究类型：介入研究（临床试验）”；状态：正在招募、未招募、尚未招募和活动“阶段：阶段1、阶段2、阶段3。”对于“其他术语”，我们使用了以下词语：基因治疗、病毒和抗体。表3于2020年10月更新，包括在这些关键词下发现的全部临床试验。根据目前临床试验中使用的10种主要病毒载体组织试验。
自杀基因治疗：条件性细胞毒性治疗
自杀基因治疗是目前研究较多的胶质瘤基因治疗方法。该策略基于编码将无毒前药转化为细胞毒性药物的酶的基因。基因治疗载体允许限制酶表达到转导的脑肿瘤细胞，而不改变正常的脑实质。此外，这种策略对正在复制的细胞是有毒的，因此特别针对分裂的肿瘤细胞。基因工程神经干细胞或间充质干细胞（NSC，MSC）可以作为自杀基因治疗的载体，因为它们能够向肿瘤细胞迁移。较近，Tamura和同事评估了在tet诱导系统控制下编码HSV-TK的LV对使用来自诱导多能干细胞（HIPSC）的神经干/祖细胞（NS/PC）治疗GBM的疗效。结果表明，在人类GBM异种移植模型中，这些神经干细胞/基质细胞的定向迁移以及随后对肿瘤生长的控制。目前，大约有20项I/II期临床试验测试AdV对不同类型胶质瘤的疗效（表3）。其中多数正在研究HSV-tk基因治疗的效果，或研究溶瘤ADV与瓦拉昔洛韦/更昔洛韦或标准护理（SOC）治疗相结合的效果（表3）。然而，多机构二期研究（NCT00589875）的令人鼓舞的结果与使用类似方法的三期随机开放标签试验（NCT00870181）的负面结果形成对比。
目前，一项I期试验正在评估新诊断的HGG患者中Ad-TK的瘤内给药以及前药伐昔洛韦与SOC和检查点控制剂Nivolumab的口服给药（NCT03576612）。此外，一项III期临床试验表明，通过逆转录病毒基因疗法将HSV-tk和更昔洛韦送入手术切除腔进行辅助治疗，并结合放射治疗先前未经治疗的GBM患者，未能提高患者的总体生存率。尽管本研究支持该基因治疗策略的可行性和良好的生物顺利性。这种特定方案的失败可能主要是由于HSV-tk基因向肿瘤细胞的传递率很低。此外，目前手动注射具有非迁移性成纤维细胞表型的载体产生细胞的模式限制了这些细胞的分布，并将释放的复制缺陷RV限制在针孔附近。RV介导的基因治疗策略的进一步评估需包括改进，例如改进载体和转基因向肿瘤细胞的传递，以及改进前药穿过血脑屏障和血液肿瘤屏障向转导肿瘤细胞的传递。
对复发性胶质母细胞瘤或胶质肉瘤的其他临床试验进行了评估，包括直接注射、基因修饰、有条件复制和溶瘤的人源性腺病毒DNX-2401联合干扰素γ（NCT02197169）。该试验建立了病毒在邻近胶质瘤细胞中复制和杀死的主动感染。同样，复发性GBM患者也接受DNX-2401治疗，DNX-2401被送入脑肿瘤，然后使用7天/7天的时间表口服替莫唑胺（TMZ）两个28天周期，以评估这种组合的疗效（NCT01956734）。这两项临床试验在生存结果方面都显示出令人鼓舞的结果。在另一个I/II期试验（NCT01582516）中，使用具有复制能力的腺病毒，即通过对流增强传递（CED）的Delta-24-RGD治疗复发性GBM患者，显示出类似的结果。虽然这些试验提供了良好的顺利性数据和抗胶质瘤活性的适应症，但为了评估治疗效果，需等待3阶段临床试验的结果。
条件细胞毒性方法的另一个示例涉及酵母或细菌酶CD在癌细胞中的表达，激活前药5-FC转化为抗癌药物5-FU。CD在哺乳动物细胞中几乎不存在，这使得5-FC在正常条件下对人类细胞无毒。Toca 511是一种具有复制能力的RV编码CD，已证明可促进小鼠胶质瘤模型中的肿瘤根除，以及持久的抗肿瘤免疫反应。Vocimagene amiretrorepvec（Toca 511）或含氟胞嘧啶的Toca 511（Toca FC）已在I期临床试验中进行了评估，该试验证明了顺利性和良好的耐受性，输注部位的肿瘤消退以及复发性高级别胶质瘤患者的持久反应。然而，较近的一项III期临床试验（NCT02414165）表明，在403名因GBM或间变性星形细胞瘤一次或二次复发而接受肿瘤切除的随机患者中，与标准护理相比，给予Toca511或Toca FC并没有提高总生存率或其他疗效终点。
较近开发了新的条件性细胞毒性酶，即名为Vcz的新型异胞嘧啶脱氨酶（ICD）将前药5-氟异胞嘧啶（5-FIC）转化为5-FU和嘌呤核苷磷酸化酶（PNP），后者将前药磷酸氟达拉滨（F-araAMP）转化为可扩散的有毒氟达拉滨（2-F-araA；2-FA），这些还没有在临床领域进行测试。
针对IL13Rα2、尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）受体、生长因子受体和转铁蛋白受体的几项抗胶质瘤研究已经对靶向毒素进行了评估，因为它们在胶质瘤细胞中的表达状态与正常脑细胞不同。这些受体的天然配体融合到细胞毒性细菌产物（如假单胞菌和白喉外毒素）的催化域和融合域，然后内化并引起胶质瘤细胞内的凋亡。
我们的研究小组开发了一种可调节的AdV，编码与假单胞菌外毒素（PE）融合的突变人IL-13，在特异性结合IL13Rα2的tet诱导启动子系统的控制下，由不同于生理性IL4R/IL13R受体的GBM细胞表达。当将该AdV与临床试验中使用的hIL-13-PE蛋白质制剂（辛特列德金-贝苏多托）和二代mhIL-13-PE进行比较时，我们发现，即使这两种蛋白质在强力霉素存在下表现出严重的神经毒性，Ad介导的IL-13-PE传递，导致超过70%的动物肿瘤消退和长期存活，且无明显神经毒性。
抑癌基因治疗
抑癌基因治疗的目的是恢复胶质瘤细胞中通常失活的抑癌基因的功能。这些基因可以调节多种细胞功能，包括细胞周期调节、细胞增殖和死亡调节以及DNA损伤修复系统。靶向信号通路的基因治疗
EGFR和EGFRvIII EGFRvIII是较常见的变体，导致胶质瘤中组成性活跃的EGFR信号传导。在胶质瘤细胞中，EGFRvIII通常与全长EGFR共表达。这使我们对其对肿瘤发生的作用的理解复杂化。将含有反义RNA的病毒和非病毒载体靶向EGFRvIII输送到颅内胶质瘤异种移植物中可降低肿瘤负荷。用表达EGFRvIII的U251胶质瘤的反义RNA或siRNA治疗也减少了肿瘤体积。这种EGFR特异性siRNA针对TK结构域，并被证明可导致EGFR mRNA的90%敲除。因此，总体中位生存率几乎增加了90%。阻断EGFR和β-连环蛋白的基因表达可控制胶质瘤的侵袭能力。研究表明，环糊精修饰的树突状多胺复合物（DexAMs）能够高效、选择性地向胶质母细胞瘤输送EGFRvIII siRNA，毒性较小。此外，发现在GBM中联合递送EGFRvIII siRNA和厄洛替尼可控制胶质母细胞瘤细胞增殖并诱导细胞凋亡。在体外和体内，U251胶质瘤上的psiRNA-EGFR-PTEN可控制细胞增殖、阻滞细胞周期、减少细胞侵袭和促进细胞凋亡。在此，该载体在胶质瘤细胞中表达靶向EGFR和野生型PTEN cDNA的小发夹RNA。此外，靶向EGFRvIII的核酶控制ERM5-1和U87MG GBM细胞。在此，抗EGFRvIII发夹核酶可减少胶质瘤增殖。此外，使用抗EGFRvIII发夹式核酶治疗可将EGFRvIII mRNA减少90%，并控制U87MG胶质瘤细胞的锚定非依赖性生长。另一方面，以miRNA为基础的辅助治疗也显示出治疗胶质瘤的潜力。miR-7通过直接控制EGFR和下调Akt信号，从而降低胶质瘤的侵袭性，似乎是胶质瘤中EGFR信号的合适控制剂。miR-7治疗也有助于克服胶质瘤的放射抗性。考虑到以EGFR信号通路为靶点进行GBM治疗的临床前和临床经验，可以得出结论，作为一种单一疗法，这种方法不太可能在临床领域发挥作用，部分原因是GBM的异质性，以及胶质瘤细胞使用的众多替代生长促进途径。然而，靶向EGFR途径将是一种有价值的辅助策略，可与其他治疗方法结合使用。
VEGF在胶质瘤中的表达上调。因此，靶向VEGF可能是一种很有前途的胶质瘤治疗方法。研究表明，通过腺病毒Ad5CMV-αVEGF载体将反义VEGF cDNA合适输送到裸鼠皮下人脑胶质瘤中，可控制肿瘤生长。此外，直接瘤内注射VEGF siRNA编码质粒与线性PEI复合，合适减少异种移植物中肿瘤的血管化。与VEGF一样，高亲和力VEGF受体Flk-1/KDR（VEGFR-2）也在肿瘤血管生成中发挥关键作用。阻断VEGFR-2信号传导的策略已成功用于控制实验性肿瘤生长，因为这是增殖肿瘤内皮细胞所需的主要信号轴。已经发现，在异种移植的C6胶质瘤模型中，缺乏细胞内酪氨酸激酶结构域的突变型VEGFR1的逆转录病毒传递导致胶质瘤生长和血管生成减少。此外，全长VEGFR-1 cDNA的逆转录病毒转移减少了胶质瘤的生长。VEGFR-1突变体和全长VEGFR-1的控制作用是通过宿主肿瘤内皮细胞介导的。VEGFR-2与全长或截短的VEGFR-1之间异二聚体的形成可能通过调节不同的信号转导途径而有助于控制胶质瘤。可溶性血管内皮生长因子受体（sFlt-1）在抗胶质瘤治疗中也发挥重要作用。通过非病毒性睡美人（SB）转座子将sFlt-1和血管抑素-内皮抑素融合基因（他汀AE）联合传递到神经胶质瘤异种移植物，显示肿瘤血管密度和肿瘤负荷降低。
血脑屏障损害性基因治疗
通过开发非侵入性治疗方法可以好转胶质瘤的治疗，该方法可以在特定脑区诱导强大的内皮细胞选择性基因表达。聚焦超声（FUS）是一种靶向非侵入性技术，可用于激活充气微泡（MBs），使其在血流中振荡。通过FUS产生空化，MBs在超声作用下膨胀和收缩。FUS-ZZZ的振幅相对较低，会导致稳定的空化。通常，FUS诱导内皮选择性转染而不打开BBB。研究发现，磁共振（MR）引导的MB增强低强度脉冲FUS（LIFU）瞬时打开BBB，并在携带TMZ抗性胶质瘤的小鼠中释放脂质体负载的MGMT控制剂O6-（4-溴苯基）鸟嘌呤（O6BTG），从而在体内和体外使小鼠和人类胶质瘤对TMZ敏感。在另一项研究中，研究人员开发了一种VEGFR2靶向阳离子微泡（VCMB）基因载体，与FUS接触，以允许瞬时基因传递。他们在FUS暴露下用VCMB传递pHSV-TK/GCV，以进行转基因表达和抗肿瘤作用。还发现，用阿霉素单次治疗FUS后，9L胶质肉瘤荷瘤大鼠的中位生存率增加。另一个例子是1,3-双（2-氯乙基）-1-亚硝基脲（BCNU），其对胶质瘤的作用相对有限。然而，FUS介导的BCNU向胶质瘤荷瘤大鼠的传递大大增加了体内肿瘤进展的细胞内滞留和控制。此外，Fan等人制造了PEG-b-PMBSH负载MBs，其由含硼纳米颗粒与MBs偶联形成，用于治疗携带GL-261的小鼠胶质瘤模型。因此，FUS与MBs联合已成为一种独特的非侵入性方式，用于MR图像引导的基因传递到大脑，涉及短暂的血脑屏障损害，可能诱导无菌炎症反应。研究发现，用脉冲低压（即0.1 MPa）1.1 MHz FUS激活循环阳离子质粒携带MBs有助于超声选择性基因传递到内皮细胞，选择性与FUS压力成反比，即高压（即0.3 MPa和0.4 MPa FUS）持续诱导BBB开放和血管外转染。免疫刺激基因治疗
细胞因子介导的基因治疗
细胞因子介导的基因治疗涉及肿瘤选择性基因转移和各种细胞因子基因的原位表达，如IL2、IL4、IL12和IFNβ/γ，它们可以诱导对胶质瘤细胞的强大免疫反应。胶质瘤可以合适逃避宿主免疫反应。在颅内胶质瘤中，中枢神经系统免疫系统的独特特征包括缺乏抗原呈递树突状细胞、高水平的抗炎TGF-β以及胶质瘤细胞和肿瘤浸润性免疫控制细胞表达免疫检查点分子。这些机制在保护中枢神经系统免受免疫攻击方面发挥着重要作用。因此，刺激系统产生合适的抗胶质瘤反应是一个挑战。胶质瘤干细胞对免疫系统细胞毒作用的敏感性为开发抗胶质瘤免疫基因治疗提供了基础。干扰素β/γ-干扰素β是一种具有抗肿瘤活性的多效性细胞因子。因此，当表达h-IFNβ的腺病毒载体viz。Ad.hIFNβ通过立体定向引入人胶质瘤，在体内诱导肿瘤细胞凋亡增加。通过腺相关病毒载体局部给药颅内IFNβ基因传递，即。AAV/P2-Int-mIFNβ还成功治疗原位胶质瘤，同时激活肿瘤周围的小胶质细胞。值得注意的是，在AAV-IFNβ之前使用TMZ治疗消除了后者的任何益处，而相反顺序的治疗使中位生存率比对照组增加了一倍。此外，阳离子脂质体介导的干扰素β基因转移改变抗肿瘤免疫反应并控制新生血管。许多胶质瘤在给予Ad.hIFNβ后出现坏死变化，肿瘤内CD8+T细胞和巨噬细胞浸润增加。一项I期/早期II期临床试验证明了这种脂质体方法在肿瘤切除后复发恶性胶质瘤患者中传递编码IFN-β的质粒的顺利性和合适性。这项研究表明，在本研究招募的大多数患者中，转基因表达和抗肿瘤活性上调。
用复制缺陷型腺病毒直接注射干扰素β基因证明了人胶质瘤异种移植中的肿瘤通过激活NK细胞而消退。它还增强了DC、TH和巨噬细胞的生成，并刺激了细胞毒性T细胞活性的生成。胶质瘤小鼠的存活率增加。
类似地，由NK、DC和T细胞产生的另一种促炎细胞因子IFNγ通过控制其与细胞外基质分子的相互作用来减少胶质瘤细胞的侵袭表型。在肿瘤中使用表达TNFα或IFNγ的腺病毒可增强体内胶质瘤细胞上CD4+和CD8+T细胞的浸润以及MHCI/II的表达。颅内注射这两种基因可提高携带胶质瘤动物的存活率。在正在进行的试验中，用TMZ或更昔洛韦给药富含CD34+的造血干细胞和祖细胞（HSPC）、NK细胞或不同的CAR T细胞。例如，在一项II期试验中，使用单剂量自体富含CD34+的热休克蛋白细胞注射非甲基化MGMT启动子的GBM患者暴露于三代LV驱动髓系特异性IFN-α2表达的转导（NCT03866109）。
IL12 IL12是较合适的抗肿瘤细胞因子之一，在荷瘤动物中驱动Th1反应。尽管在多种癌症动物模型中取得了治疗成功，但系统给药的重组细胞因子的效用受到其毒性的限制。这鼓励了通过基因转移开发局部IL12传递系统。右侧纹状体中携带GL-26胶质瘤的小鼠当直接瘤内注射复制缺陷型腺病毒ADIML-12载体时，其延长了携带胶质瘤的动物的存活时间，并具有强大的CD4+和CD8+T细胞浸润。
另一项使用表达IL12的痘苗病毒的研究合适控制了小鼠皮下C6胶质瘤的生长。此外，重组痘苗病毒介导的IL2表达与胶质瘤的联合治疗可控制肿瘤，同时提高血液中NK、Mac-1+和NKT细胞以及肿瘤中IFNγ和TNFα的表达。从人胚胎海马分离的神经干细胞用于脂质体介导的IL12基因转移到大鼠胶质瘤细胞。其他几组已经使用不同的非腺病毒基因治疗载体来传递IL12。
其中，表达小鼠IL12的γ34.5缺失HSV-1（oHSV）显示出其溶瘤活性，并且在GBM啮齿动物模型中的表现优于其他携带IL12的oHSV。同样，Semliki森林病毒（SVF）载体也用于将hIL-12基因传递到RG2大鼠胶质瘤模型。当通过植入套管将携带IL12基因的SVF单独注入大脑时，不仅通过SVF的溶瘤活性，而且通过激活抗肿瘤免疫反应，降低了肿瘤负荷，延长了RG2胶质瘤荷瘤动物的生存期。
尽管如此，基于SVF的表达载体的广泛倾向性可能会限制其作为神经胶质瘤基因治疗载体的使用，除非可以克服这一限制。人脐血来源的间充质干细胞（UCB-MSC）也被用作基因传递载体，即表达IL12的UCB-MSC-IL12M。结果表明，当在对侧大脑半球给药时，它们控制GL26颅内肿瘤生长并延长生存期。此外，存活的小鼠产生了针对肿瘤抗原的记忆反应。非复制型AAV和复制型HSV也被用于在恶性胶质瘤中表达IL12，从而控制肿瘤生长，增加IFNγ的表达，同时激活小胶质细胞并募集T细胞和NK细胞。这些数据表明，通过病毒载体介导的IL-12基因表达进行细胞因子基因治疗可能是一种有前途的胶质瘤治疗策略。
较近，两个不同的1期剂量递增试验（NCT02026271，NCT03330197）表明，当切除腔壁注射固定剂量的可调节ADV-hIL12载体，即Ad RTS（RheoSwitch治疗系统）-hIL12，以及IL12表达的口服激活剂veledimex（VDX）时，入选患者外周血中IFNγ的表达增加。为了尽量减少全身毒性，开发了配体诱导表达开关RTS，以在固定时间内局部控制肿瘤微环境中IL12的产生。在一些再次切除的肿瘤样本中进行Ad-RTS-hIL12治疗后，还观察到PD-1+免疫人群的浸润增加。由于这是一项I期试验，因此无法评估治疗效果。向胶质瘤患者施用Ad-RTS-hIL12也显示假进展，肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）产生IFNγ并表达PD1的频率增加。这些炎症浸润也支持h-IL12的免疫抗胶质瘤作用。
溶瘤病毒疗法
溶瘤病毒疗法（OV）基于基因工程病毒，能够在肿瘤细胞内感染和复制，然后溶解它们，释放新的感染性病毒颗粒，可感染邻近细胞，导致免疫原性细胞死亡和免疫刺激。因此，这种方法不能被视为基因治疗，然而，OV也被设计成含有治疗性转基因，我们将在下面简要讨论。在这种情况下，它们可以被视为基因治疗平台。此外，OV已通过基因工程表达治疗性转基因，以进一步增强抗肿瘤免疫。在全部研究的病毒中，只有一种野生型病毒，即溶瘤双链人RNA正呼肠孤病毒（简称呼肠孤病毒）正在GBM患者中作为赖氨酸进行临床试验（NCT00528684）。呼肠孤病毒在病理上是良性的，并且具有肿瘤细胞毒性，这使其成为治疗开发的一种有吸引力的OV。呼肠孤病毒选择性靶向具有激活Ras信号通路的转化细胞，并能裂解癌细胞。目前，一项剂量递增一期临床试验正在评估静脉注射赖氨酸和皮下注射GM-CSF联合治疗复发性HGG患者的效果（NCT02444546）。
一种被称为dlsptk的减毒突变HSV血清型1 TK缺陷病毒不能在非分裂细胞（如神经元）中复制，但可以在人脑肿瘤细胞中复制并在体外杀死它们。HSV1719是一种缺乏γ34.5（Δγ34.5）基因的一代病毒，该基因控制PKR/eIF-2a信号通路和干扰素诱导的抗病毒机制。在GBM患者的三个成功I期试验中对该病毒进行了评估。二代载体G207还包含一个损害lacZ报告序列插入UL39的基因，UL39是编码病毒核糖核苷酸还原酶（ICP6）大亚基的基因，在非循环细胞中复制需要该基因。溶瘤选择性被认为是因为病毒ICP6和γ34.5功能的突变分别由哺乳动物核糖核苷酸还原酶和GADD34补充，其基因在循环细胞中表达。因此，OVs的合适复制可能仅限于肿瘤细胞亚群，因为大多数肿瘤细胞不会循环。这种方法提供了证据，证明ICP6阴性OV可以在携带特定癌基因缺失的静止肿瘤细胞中复制，与细胞周期状态无关。G207在美国成功完成了三项试验，当在肿瘤切除后或之前接种病毒时，显示出良好的耐受性抗肿瘤反应。目前，有两个I期试验招募复发或难治性小脑脑瘤（NCT03911388）或幕上脑瘤（NCT02457845）的儿童患者，以确定G207单独或联合放疗的顺利性。另一方面，载体C134是一种嵌合hCMV/oHSV-1，在人类巨细胞病毒的控制下编码蛋白激酶R逃避基因IRS1，维持恶性胶质瘤细胞中晚期病毒蛋白的合成，在两种不同的植入U87MG和U251MG胶质瘤细胞的小鼠模型中提高扩增率并延长存活时间。一项一期试验正在招募GBM患者来评估该载体（NCT03657576）（表3）。对一项使用基因工程溶瘤HSV G47Δ的研究进行的中期分析表明，13名患者的1年生存率为92.3%，明显高于对照组的15%。一项研究还表明合适诱导抗肿瘤免疫和成功靶向肿瘤干细胞。另一个II期试验（NCT00028158），有条件复制溶瘤HSV1-viz。G207具有抗肿瘤活性，患者体内长期存在病毒DNA，没有任何严重的不良反应。没有患者发生单纯疱疹病毒性脑炎。其他HSV临床试验仍在招募中（表3）。此外，在一项I/II期试验中，复发性GBM患者反复服用溶瘤HUJ，一种NDV致晶状体（非病毒）弱毒株显示出良好的耐受性，不良反应较小。这一发现支持继续评估GBM中的NDV-HUJ。
产生具有复制能力的腺病毒DNX-240，用于限制病毒复制到视网膜母细胞瘤途径缺陷的细胞。DNX-240一次在一项治疗复发性胶质母细胞瘤（rGBM）患者的双臂I期试验中进行研究，报告20%的患者存活3年以上，有三名完全应答者（NCT00805376）。另一种策略涉及将OV Ad5-DNX-2041或NSC-CRAd-Survivin-pk7转导的神经干细胞分别输送给rGBM患者和新诊断的恶性胶质瘤患者（NCT03896568，NCT03072134）。此外，一项II期试验仍在进行中，包括交付转基因溶瘤腺病毒（DNX-2401），然后静脉注射免疫检查点控制剂彭布罗利珠单抗，以评估治疗效果（NCT02798406）（表3）。
一些研究表明，减毒活溶瘤脊髓灰质炎/鼻病毒重组体（PVSPIRO）对四级恶性胶质瘤患者的治疗潜力，以评估该载体（NCT02986178）的疗效（表3）。PVSPIRO对在肿瘤细胞中高表达的CD155具有趋向性，使受感染的肿瘤细胞具有细胞毒性并刺激炎症反应（Brown等人，2017）。较后，正在对rGBM患儿进行三种基于PVSRIPO的治疗（NCT03043391）（表3）。总的来说，这些试验的成功积累将证明OVs单独或与其他疗法联合使用的顺利性、肿瘤特异性和疗效的提高是否可以转化为临床应用。
联合疗法
为了克服单一疗法的缺点，开发了联合疗法。在大鼠C6胶质瘤中，表达可分泌血管抑素样分子（AdK3）的腺病毒与7.5 Gy辐射剂量相结合，似乎比单独治疗更具细胞毒性。同样，IL24也可以通过各种机制诱导肿瘤细胞死亡，包括内质应激诱导的凋亡、自噬、抗血管生成和免疫激活。在GBM模型中，携带Ad的IL24的抗肿瘤作用也因辐射而增强。组蛋白脱乙酰酶（HDAC）控制剂也显示通过内质网应激和激活外源性凋亡途径增加Ad-MDA-7/IL24的致死率。较近，一种复合脂质体被设计成携带治疗性基因TRAIL和细胞毒性药物紫杉醇，并通过插入促进BBB交叉的肽angiopep2进行再靶向。这种制剂可以在体外合适地将TRAIL传递给胶质瘤细胞。因此，这些方法构成了一种有价值的胶质瘤辅助治疗策略。此外，具有不同阶段特异性细胞毒性的药物组合，如p19和p53基因治疗的组合，其中p19对失活p53控制剂很重要，p53本身触发凋亡，似乎有希望靶向胶质瘤。与单纯TMZ相比，与全身施用的脂质体p53（即SGT-53和TMZ）联合治疗增强了抗肿瘤疗效，证明了SGT-53提高化疗敏感性的能力。我们将Ad-Flt3L和Ad-TK相结合。结合这两个基因会导致GCV磷酸化，较终导致肿瘤细胞死亡。这会诱导肿瘤抗原释放到肿瘤微环境和损伤相关分子模式分子（DAMP），这些分子在释放到TME或在细胞死亡期间转移到细胞膜时，会触发针对自身抗原的免疫反应。我们的结果表明，Ad-TK感染的肿瘤中释放HMGB1等DAMP是Ad-TK+Ad-Flt3L介导的免疫治疗的合适性所必需的。Flt3L增加了树突状细胞向TME的迁移和渗透。这种浸润胶质瘤的树突状细胞能够吞噬TK诱导的胶质瘤细胞死亡过程中释放的抗原。此外，HMGB1通过TLR2激活DC，然后激活的DC将抗原运输到引流淋巴结，产生T细胞介导的细胞毒性免疫反应。这种联合治疗在多种胶质瘤模型中提供了长期生存和免疫记忆。此外，我们还将Ad介导的基因治疗与DC疫苗接种相结合。
我们发现，与单独治疗相比，瘤内Ad-Flt3L/Ad-TK联合DC疫苗接种可使90%的胶质瘤荷瘤动物长期存活。我们的研究结果表明，Ad-Flt3L/Ad-TK修饰TME，提高DC疫苗接种的效力。我们团队较近的研究还表明，使用CTLA4或抗PDL1将Ad-Flt3L/Ad-TK介导的基因治疗与免疫检查点阻断相结合，与单独使用的任何一种治疗相比，提高了中位生存率。当我们测试Flt3L/Ad-TK介导的基因治疗与免疫控制性骨髓基质干细胞的耗竭相结合时，也获得了类似的结果。再次表明，联合治疗是开发GBM新治疗方法的一个有吸引力的途径。
在我们的一开始人类I期剂量递增试验（NCT01811992）中，使用两种表达HSV1-tk和Flt3L的腺病毒载体的组合治疗新诊断、可切除的恶性胶质瘤，我们观察到了生物活性的证据，TME内DC、CD4和CD8 T细胞的频率增加证明了这一点（Lowenstein等人，2019）。我们的结果一次表明，重新编程宿主的大脑免疫系统以识别胶质瘤可能是治疗恶性脑肿瘤的一种有吸引力的方法（Lowenstein和Castro，2018）。
讨论和结论
尽管已经开发出创新的基因介导疗法和溶瘤病毒疗法（OV）来治疗神经胶质瘤，但迄今为止，与目前的标准护理治疗模式（包括手术、放疗和化疗）相比，它们未能好转患者的预后。此外，药物设计和临床试验的实施都要付出相当大的经济成本，这往往限制了潜在有希望的治疗方法的及时开发。通过准确的临床前体内模型可以解决基因治疗和OV在临床领域缺乏临床益处的问题，该模型可以概括疾病过程。我们设想，在更具代表性的模型中测试基因疗法对于科学家在临床应用之前区分合适和无效疗法至关重要。胶质瘤的广泛分子特征有助于提高我们对胶质瘤进展及其治疗反应的理解。胶质瘤中的遗传损伤在调节TME中也起着关键作用。我们认为，全部这些特征都需要在临床前模型中紧密建模，以便为基因治疗介导的临床试验的开发和实施提供更坚实的基础。到目前为止，尽管在临床前环境中显示出前景，但不同的创新疗法在GBM的III期临床试验中未能显示出疗效。这些治疗的失败可归因于肿瘤异质性、肿瘤免疫逃逸、对治疗产生耐药性、BBB的存在、解剖位置、GBM侵袭性和免疫控制性TME。由于目前可用的传递平台的转导效率较低，依赖于大多数肿瘤细胞转导的基因治疗方法可能会遇到无法克服的挑战。这可以通过使用对流增强传递来实现广泛的转导、在多个肿瘤位置手动传递和/或与依赖肿瘤抗原特异性T细胞清除任何剩余肿瘤细胞的免疫刺激方法相结合来克服。
此外，OV的局限性包括在几个复制周期后OV的复制能力有限，肿瘤病毒在整个肿瘤中缺乏广泛分布。宿主的免疫系统也可能控制溶瘤病毒的复制潜力。随着基因治疗的想法得到支持，一个理想的载体系统的探索开始了。目前，AAV和慢病毒载体的使用正在增加，而腺病毒载体随着时间的推移似乎稳定。可以设计不同的病毒载体来选择性复制和杀死肿瘤细胞。尽管不同的病毒和非病毒载体给药对脑胶质瘤患者具有顺利性，但基因治疗仍然需要证明其作为治疗脑胶质瘤的有价值的治疗工具的潜力。较近很明显，为了在临床领域获得更高的治疗效果和更好的结果，需要进行组合治疗。组合免疫基因疗法为提高GBM患者生存率提供了有希望的方法。考虑到开发的众多治疗方法、几个可能的靶点、改进的当前SOC和替代给药方案和给药途径，潜在组合的数量呈指数级增加。几种组合方法目前正在进行临床试验。
此外，OV的局限性包括在几个复制周期后OV的复制能力有限，肿瘤病毒在整个肿瘤中缺乏广泛分布。宿主的免疫系统也可能控制溶瘤病毒的复制潜力。随着基因治疗的想法得到支持，一个理想的载体系统的探索开始了。目前，AAV和慢病毒载体的使用正在增加，而腺病毒载体随着时间的推移似乎稳定。可以设计不同的病毒载体来选择性复制和杀死肿瘤细胞。尽管不同的病毒和非病毒载体给药对脑胶质瘤患者具有顺利性，但基因治疗仍然需要证明其作为治疗脑胶质瘤的有价值的治疗工具的潜力。较近很明显，为了在临床领域获得更高的治疗效果和更好的结果，需要进行组合治疗。组合免疫基因疗法为提高GBM患者生存率提供了有希望的方法。考虑到开发的众多治疗方法、几个可能的靶点、改进的当前SOC和替代给药方案和给药途径，潜在组合的数量呈指数级增加。几种组合方法目前正在进行临床试验。
在这方面，在GBM切除前后使用抗PD-L1的一期临床试验的结果证明了选择治疗起点的重要性。此外，由于药物在大脑中的渗透是GBM治疗的一个问题，正在评估这些药物的不同给药方式，到目前为止，颅内给药虽然具有侵入性，但已证明在几种方法中较合适。纳米颗粒已成为一种新的、顺利的靶向脑肿瘤药物的递送方法，临床前结果令人满意。
沪公网安备 31010902002902号
