A novel combination treatment of armed oncolytic adenovirus expressing IL-12 and GM-CSF with radiotherapy in murine hepatocarcinoma

Abstract

[한글]간암은 빈번한 전이뿐만 아니라 항암 치료에 있어서 예후가 낮아, 이를 극복하고자 끊임없이 연구되는 암이다. 이 연구에서는 인터루킨-12(IL-12)와 마크로파지 콜로니 자극인자 (GM-CSF)가 동시 발현하는 종양 선택적 살상 아데노바이러스와 방사선 치료의 병합치료 효과를 통해 쥐 간암인 HCa-I에서의 효과를 조사하였다.

C3H/HeJ 웅성 마우스에 방사선 치료에 강한 내성을 보이는 HCa-I 세포주를 단측 대퇴부 근육 내에 이식하여, 종양의 평균 직경 8mm일 때부터 IL-12와 GM-CSF가 동시 발현하는 종양 선택적 아데노바이러스를 1*108 PFU 이틀 간격으로 4번 종양 내 주사하였고, 방사선 치료는 종양 평균 직경 8 mm일 때 대퇴부만을 고정하여 25 Gy를 조사하여, 종양 성장 지연 양상을 관찰하였다. 폐 전이능은 폐 전이 모델에서 자연발생적으로 폐로 전이되는 것을 관찰하여 평가하였다. 종양 선택적 아데노바이러스와 방사선과의 상호 기작을 조사하기 위하여, apoptosis와 미세혈관 밀도를 계수하였고, 관련된 분자들을 면역화학염색법으로 Hif-1α, ad-hexon, IL-12, GM-CSF와 CD4+의 발현양상을 조사하였다. 종양 성장 지연 분석에서 증강지수가 4.3으로 IL-12와 GM-CS가 동시 발현하는 종양선택적 아데노바이러스가 종양의 방사선 감수성을 증가시키는 것으로 나타났고, 각 치료군에 비해서 폐 전이가 억제되는 것을 관찰하였다. 복합 치료시의 Apoptosis 지수는 각 치료군에 비해서 부가적 효과보다 높은 효과를 보였다. 복합 치료시, 미세혈관 밀도의 감소뿐만 아니라 apoptosis의 높은 유도는 복합치료의 기작일 것이다. 마우스 간암에서 IL-12와 GM-CSF가 동시 발현하는 종양 선택적 아데노바이러스의 사용으로 인하여 방사선 치료의 항암 효과를 증진 시켰이며, 폐 전이 역시 억제하였다. IL-12와 GM-CSF 동시 발현하는 종양 선택적 아데노바이러스과 방사선 치료의 새로운 복합치료는 항암 치료에 있어서 치료 효율의 상승을 유도할 수 있을 것으로 사료된다.

[영문]Background: Hepatic cancer is a challenging disease due to poor response to anticancer treatment as well as frequent metastasis. In this study, a novel combination treatment of armed oncolytic adenovirus expressing interleukin 12 (IL-12) and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) with radiation was investigated for antitumor and antimetastatic effect in murine hepatic cancer (HCa-I) model.Methods: Hepatic carcinoma HCa-I showing high resistance to antitumor treatment was used. Tumor bearing syngeneic mice were treated with radiation, armed oncolytic virus Ad-?E1Bmt7 (dB7) expressing both IL-12 and GM-CSF (armed dB7), or combination of both. The adenovirus was administered by intratumoral injection 1×108 PFU per tumor in 50 ㎕ of PBS four times every other day. Tumor response to treatment was determined by a tumor growth delay (TGD) assay. Metastatic potential was evaluated by assessing spontaneous pulmonary metastasis in a lung metastasis model. To understand underlying mechanism, the level of apoptosis was examined as well as change in microvessel density and expression of immunonlogical markers: CD4+, CD8+ and Cd11c.Results: Combination of armed dB7 and radiation resulted in significant growth delay of murine hepatic cancer, HCa-1, with an enhancement factor of 4.3. The combination treatment also resulted in significant suppression of lung metastasis. Increase of apoptosis level as well as decrease of microvessel density was shown in the combination treatment, suggesting an underlying mechanism for the enhancement of antitumor effect. Expression of immunological markers: CD4+, CD8+ and Cd11c also increased in the combination treatment, suggesting additional mechanism underlying suppression of metastasis. Conclusion: Combination treatment of radiation and armed dB7 showed increased antitumor response as well as decreased lung metastasis.

Underlying mechanism seems to involve increased apoptosis, decreased tumor microvessel as well as increased immunological factors. This study showed that a novel combination treatment of armed oncolytic adenovirus expressing IL-12 and GM-CSF with radiotherapy was effective in suppressing both primary tumor and distant metastasis.