前言

近年來，利用藥物重新激活或增強免疫監(jiān)測的免疫治療成為一種新的、有希望的癌癥治療策略。2011年，CTLA-4的阻斷性抗體ipilimumab被批準用于晚期黑色素瘤，開創(chuàng)了免疫治療的新時代。一系列其他檢查點，如PD-1、PD-L1和LAG-3等的抗體也被廣泛開發(fā)并批準用于各種癌癥治療，這在一些臨床實踐中顯著提高了晚期癌癥患者的生存率。然而，以缺乏浸潤性免疫細胞或免疫細胞耗竭為特征的“冷”腫瘤微環(huán)境（TME）損害了免疫檢查點阻斷療法，因此需要開發(fā)改進的免疫治療策略。

追溯到現(xiàn)代免疫療法的起源，細菌早已被用作治療癌癥的藥物。William Coley在十九世紀將熱滅活鏈球菌和粘質(zhì)沙雷氏菌（稱為Coley毒素）注射到惡性腫瘤組織中，觀察到了腫瘤的消退。因此，William Coley被譽為免疫治療之父。細菌免疫治療另一個成功的例子是卡介苗（BCG），它是一種減毒牛型結(jié)核分枝桿菌變異株，最初被設計為結(jié)核病疫苗，1990年被FDA批準用于治療膀胱癌。

近年來，研究還證明了腫瘤內(nèi)細菌的存在和微生物群的免疫調(diào)節(jié)作用，表明腫瘤組織是細菌與腫瘤細胞和宿主相互作用的復合體。細菌幾乎涉及癌癥的所有生物學方面，如今，隨著對TME的深入了解以及微生物學、納米技術(shù)和重組DNA技術(shù)的快速發(fā)展，重新編程細菌的實現(xiàn)使細菌治療成為當前癌癥研究和治療的新熱點。

細菌的天然優(yōu)勢

細菌具有腫瘤靶向性，其表面結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物也能激活免疫系統(tǒng)發(fā)揮抗腫瘤作用。因此，細菌在腫瘤免疫治療中具有作為治療劑或載體的固有優(yōu)勢。

細菌的腫瘤靶向性

腫瘤組織中的脈管系統(tǒng)通�；靵y且不規(guī)則，導致氧氣和營養(yǎng)素的擴散不足。因此，腫瘤中心區(qū)域通常呈現(xiàn)為缺氧環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，這一中心區(qū)域可以為一些專性兼性厭氧菌在系統(tǒng)給藥后定植和增殖提供場所。據(jù)報道，在靜脈注射鼠傷寒沙門菌3天后，小鼠腫瘤部位的細菌數(shù)與正常器官的比例超過10000:1。相反，僅依賴被動分布和有限滲透性的傳統(tǒng)化療藥物，通過全身給藥，很難進入這些血管稀疏的壞死區(qū)域，這通常導致腫瘤復發(fā)。因此，細菌能夠在腫瘤核心定植，這是其他類型藥物最難靶向的區(qū)域。

細菌的免疫激活特性

缺氧作為TME的標志，也會導致局部免疫細胞的功能抑制。隨著腫瘤的進展，癌細胞不受控制的增殖剝奪了免疫細胞的氧氣和營養(yǎng)。因此，免疫細胞往往會耗竭，通過分泌促癌細胞因子和趨化因子呈現(xiàn)抑制表型，并且無法對抗癌信號作出反應。然而，細菌衍生分子如肽聚糖、脂多糖（LPS）和脂磷壁酸可以提供強大的免疫刺激信號。它們主要與固有免疫細胞，如樹突狀細胞（DC）和巨噬細胞表達的模式識別受體（PRR）結(jié)合，以誘導免疫細胞的遷移，刺激免疫系統(tǒng)識別和殺死腫瘤細胞。

例如，沙門氏菌LPS可以增加IL-1β的表達，并通過炎癥小體和Toll樣受體4（TLR4）介導的信號通路發(fā)揮抗腫瘤作用。作為一些革蘭氏陰性細菌的結(jié)構(gòu)，鞭毛可以通過與樹突狀細胞上的Toll樣受體5（TLR5）結(jié)合，促進各種促炎細胞因子、NO、H2O2和趨化因子的表達，增強CD8+T細胞介導的殺瘤作用，并下調(diào)Treg細胞的抑制功能。

此外，細菌的某些成分可以介導免疫細胞的表型轉(zhuǎn)化。例如，鞭毛蛋白可以介導促腫瘤巨噬細胞向抗腫瘤巨噬細胞的轉(zhuǎn)化，將免疫抑制微環(huán)境轉(zhuǎn)化為免疫活性環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，李斯特菌可以感染MDSCs，降低血液中MDSCs的含量，并促進剩余的MDSCs分泌IL-12，轉(zhuǎn)變?yōu)槊庖呋钚员硇�。在李斯特菌治療的動物模型中觀察到腫瘤生長減少，這表明李斯特菌可以通過作用于MDSCs抑制腫瘤。

工程化細菌

細菌在腫瘤部位的趨化定植及其免疫原性使其成為免疫治療的理想候選者。據(jù)報道，在腫瘤組織內(nèi)檢測到幾種細菌，腫瘤內(nèi)輸送益生菌可促進抗腫瘤免疫，為微生物在腫瘤治療中的應用提供了理論基礎。近年來，隨著合成生物學、材料科學和基因編輯工具的發(fā)展，細菌工程已成為可能。通過不同的修飾和轉(zhuǎn)化方式，可以進一步提高腫瘤的靶向性、治療效果和安全性。

工程化改善腫瘤傾向性

營養(yǎng)缺陷型突變體的構(gòu)建是提高細菌靶向性的策略。根據(jù)正常組織和腫瘤部位所含營養(yǎng)成分的差異，可以設計突變體，使其只能在腫瘤組織中定植和存活。其中，沙門氏菌A1和SF104是成功應用的例子。沙門氏菌A1是一種亮氨酸和精氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株，而沙門氏菌SF104則表現(xiàn)出對芳香族氨基酸的需求，基因aroA發(fā)生突變，這兩種突變都會使細菌無法在正常組織中富集，但可以在腫瘤部位特異性聚集。

此外，合成工程化粘附素，專門用于結(jié)合特定的癌癥表達分子，如新抗原或癌細胞中豐富的其他分子，可以提高某些細菌對腫瘤的天然親和力。Bereta等人通過在鼠傷寒沙門菌VNP20009上表達癌胚抗原（CEA）的特異性單鏈抗體片段，觀察到腫瘤部位的細菌聚集增加。另一項研究中，通過將抗CD20抗體結(jié)合到沙門氏菌表面，增加了細菌對CD20+淋巴瘤的侵襲性，同時減少了非特異性聚集。

工程化調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境

細菌的幾種基本成分能夠改變?nèi)梭w的免疫系統(tǒng)。然而，為了獲得更大的免疫調(diào)節(jié)效果，可以設計工程菌來裝載或表達外源性免疫治療藥物，以增強抗腫瘤療效。

鑒于細菌優(yōu)先定植于惡性區(qū)域并自然刺激固有免疫細胞，基于細菌的治療可以提供腫瘤組織中免疫激活的基線水平。細胞因子具有促進免疫細胞活化和增殖的能力，通過工程菌傳遞細胞因子具有特異性高、副作用小的特點。一項研究通過使用減毒鼠傷寒沙門菌合成IL-18，通過增加腫瘤區(qū)域CD3+/CD4+T細胞和DX5+NK細胞的浸潤，IL-1β、TNF-α、IFN-γ、GM-CSF等細胞因子的表達增加，并觀察到抗腫瘤作用。

人乳頭瘤病毒16型癌蛋白E7（HPV-16 E7）在宮頸癌的發(fā)病機制中起著關鍵作用，是宿主細胞免疫所必需的。據(jù)報道，口服表達HPV-16 E7蛋白的乳酸乳桿菌可導致表達E7的腫瘤生長顯著延遲，E7特異性CD4+T輔助細胞和CD8+T細胞數(shù)量顯著增加，表明這種基于細菌的疫苗對腫瘤細胞挑戰(zhàn)具有深遠的保護作用。該口服疫苗還進行了一期臨床試驗，以驗證其安全性和免疫原性。

工程化提高安全性

雖然細菌具有良好的抗腫瘤特性，但其潛在毒性是其應用的主要障礙。另一方面，活菌制劑的安全性是其臨床轉(zhuǎn)化的關鍵。為了充分利用細菌對抗癌癥，研究人員做出了巨大的努力來構(gòu)建大量的減毒工程菌，以提高其安全性能。

細菌表面分子是細菌的主要毒力，對這些表面抗原的修飾（如基因敲除）是規(guī)避活病原體毒性的主要途徑。例如，ppGpp（鳥苷5’-二磷酸-3’-二磷酸）是一種參與毒力基因表達的信號分子。通過敲除relA和spoT基因，ppGpp的合成被阻斷，導致其LD50比野生菌株增加105-106倍。由于能夠誘導促炎因子IL-1β、IL-18和TNF-α的分泌，ppGpp合成紊亂的細菌也表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性。

工程菌在腫瘤聯(lián)合免疫治療中的研究現(xiàn)狀

研究表明，細菌可以作為免疫治療劑，增強抗腫瘤免疫。由于聯(lián)合治療是一種廣泛使用的提高總體療效的策略，細菌免疫療法也被作為化療、放療、光動力療法和光熱療法聯(lián)合治療的一部分。

聯(lián)合化療

傳統(tǒng)的化療缺乏對惡性組織的特異性遞送，導致顯著的藥物全身暴露，這通常會產(chǎn)生劑量限制性毒性。利用工程菌作為藥物釋放系統(tǒng)進行藥物控制釋放，以及利用其免疫原性進行免疫調(diào)節(jié)，已成為研究的熱點。

Ektate等人將低溫敏感脂質(zhì)體附著在沙門氏菌膜上，在高強度聚焦超聲（HIFU）加熱的幫助下，介導結(jié)腸癌細胞內(nèi)阿霉素的觸發(fā)釋放，從而在癌細胞的細胞質(zhì)和細胞核中實現(xiàn)高效藥物遞送。此外，該菌株還使巨噬細胞極化為抗腫瘤M1表型，使Th1細胞群富含大量TNF-α，并降低IL-10的表達，從而在聯(lián)合化療-免疫治療方式中顯示出增強的治療效果。

除了利用活細菌，細菌外膜囊泡（OMV）是在生長過程中由革蘭氏陰性細菌膜自然產(chǎn)生的，最近已成為多種生物醫(yī)學應用的免疫治療劑。Chen等人將載藥聚合物膠束封裝到細菌外膜囊泡中，細菌成分可以激活免疫反應，而裝載藥物可以發(fā)揮化學治療和免疫調(diào)節(jié)作用來清除癌細胞。

聯(lián)合放療

細菌輔助放射治療是一種新的腫瘤治療方法。在Jiang等人的一項研究中，研究了大腸桿菌與放射治療相結(jié)合的治療效果，表明在21 Gy的輻射和大腸桿菌產(chǎn)生細胞溶血素a的情況下，結(jié)腸腫瘤模型中的腫瘤顯著縮小。與單獨使用細菌治療相比，攜帶細胞溶血素a的細菌聯(lián)合放療可導致更多的腫瘤緩解。

此外，放射治療后，腫瘤釋放大量腫瘤抗原，這些抗原可被樹突狀細胞吸收和呈遞，導致特異性適應性免疫反應。然而，在免疫抑制性TME中，DC的數(shù)量通常較低，并且通常處于功能障礙狀態(tài)。Wang等人將涂有抗原吸附陽離子聚合物納米粒的沙門氏菌注射到腫瘤組織中，這種納米�？梢圆东@放療后釋放的抗原，并將其運出腫瘤核心，從而激活腫瘤邊緣組織中周圍的DC。研究觀察到體外激活的DC大量增加，在多個腫瘤小鼠模型中存活時間延長，顯示出增強的全身抗腫瘤作用。

聯(lián)合光動力療法和光熱療法

由于標準的腫瘤治療具有非特異性殺傷作用和復雜的手術(shù)操作，光動力療法和光熱療法因其非侵襲性、高度特異性和良好的時空控制性而成為新的治療選擇。最近，許多研究試圖利用細菌作為載體來裝載PDT和PTT的治療劑，以利用細菌的腫瘤靶向性和免疫激活特性。

一項研究將光敏劑包覆的納米粒子整合到光合細菌聚球藻表面。在660nm激光照射下，光合細菌繼續(xù)產(chǎn)生氧氣，保證了活性氧的產(chǎn)生，增強了光動力療法的效果。聚球菌作為免疫原性細菌，也通過上調(diào)MHC II類分子和IL-12的表達來激活局部免疫。同時，這種治療方法通過上調(diào)細胞表面鈣網(wǎng)蛋白誘導免疫原性凋亡，并在三陰性乳腺癌模型中顯示出良好的治療效果。

小結(jié)

自第一次將卡介苗用作膀胱癌藥物的試驗以來，人們一直在進行不懈的實踐，以研究卡介苗在膀胱癌以外的癌癥治療中的作用。除卡介苗外，其他細菌制劑，如改良的鼠傷寒沙門氏菌菌株，也處于臨床前或臨床試驗階段，以更好地驗證其安全性和治療效果。

由于細菌是一種復雜而可行的治療藥物，在其增殖過程中一些不可控的突變可能會帶來潛在的毒性。它們固有的毒力也會導致免疫功能低下的癌癥患者發(fā)生復雜的感染。然而，合成生物學的快速發(fā)展使得通過基因編輯來獲得所需的細菌行為成為可能，依靠對工程菌靶向性的精確調(diào)控，可以實現(xiàn)藥物在腫瘤部位的特異性釋放，未來工程化細菌將成為腫瘤免疫治療的有力支持，使更多的癌癥患者獲益。

參考文獻：

1.Current Status and Future Directions of Bacteria-Based Immunotherapy. Front Immunol.2022; 13: 911783.

       原文標題 : 腫瘤細菌免疫治療