Nature重磅：细菌癌症疫苗来了！益生菌递送肿瘤新抗原，清除肿瘤并防止复发

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

细菌因其固有的外来性和免疫刺激特性而能支持机体的固有免疫和适应性免疫的激活。 这些特性加上易于通过合成工程技术将细菌安全地用于免疫调节剂的递送，这使得细菌成为 增强和引导抗肿瘤免疫反应的理想载体。

肿瘤新抗原（Tumour Neoantigen） 是理想的免疫治疗载荷，这些抗原只存在于肿瘤组织中，而在其他组织中不存在，不会引发自身免疫反应的风险，理论上被排除在中枢免疫耐受机制之外。 迄今为止，已有多种肿瘤新抗原疫苗在临床试验中显示出有希望的免疫学反应和生存益处 （尽管这种益处仅限于部分患者） 。

越来越多的证据表明细菌会自然地定位于肿瘤并调节抗肿瘤免疫，因此，利用遗传指令对细菌进行编程，使其释放高水平的已鉴定的肿瘤新抗原，提供了一个精确指导体内肿瘤新抗原原位靶向的系统，有望开发为基于细菌的精准癌症疫苗。

2024年10月16日，哥伦比亚大学的研究人员在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Probiotic neoantigen delivery vectors for precision cancer immunotherapy 的研究论文。

该研究将细菌改造成个性化癌症疫苗，激活免疫系统，产生有效且持久的肿瘤特异性抗原免疫反应，并抑制可能限制传统肿瘤新抗原疫苗的免疫抑制机制。

该研究为利用细菌的天然肿瘤靶向特性的新型癌症疫苗打开了大门，这种基于细菌的癌症疫苗可以个性化地攻击原发肿瘤和转移灶，甚至还可以预防肿瘤复发。

在这项研究中，研究团队设计了一种经过工程化改造的益生菌大肠杆菌菌株Nissle 1917（EcN） ，将其 作为一种抗肿瘤疫苗平台，旨在提高含有新抗原肽的多肽阵列的生产和细胞质递送效率，并增强其对血液清除和吞噬作用的敏感性。

这些特性同时增强了安全性和免疫原性，从而形成了一种能够驱动强效、特异性的抗癌T细胞免疫的系统，有效地控制甚至消除肿瘤生长，并延长了小鼠原发性实体瘤及转移性实体瘤晚期的生存期。

该研究证明，诱导的抗肿瘤免疫反应包括招募和激活树突状细胞、广泛激活靶向新抗原的CD4 + 和CD8 + T细胞、更广泛地激活T细胞和自然杀伤（NK）细胞，以及减少肿瘤浸润的免疫抑制性髓系细胞和调节性T细胞和B细胞群。

综上所述，这项研究利用活细胞药物的优势，递送一系列肿瘤特异性新抗原来源的表位阵列，以诱导特异性、有效且持久的系统性抗肿瘤免疫反应。

用细菌治疗癌症

早在19世纪末，纽约医院的外科医生威廉·科利（William Coley）博士观察到，在部分已无法手术的癌症患者中，感染细菌竟会导致他们的肿瘤消退。此后，他经过反复试验，利用过滤的链球菌培养液和粘质沙雷氏菌的培养液制成了混合细菌制剂——“科利毒素”，并成功治疗了多位癌症患者。如今，细菌仍被用于早期膀胱癌的治疗——利用卡介苗（减毒的结核杆菌活菌苗）辅助治疗膀胱癌，还能预防膀胱癌复发。

现在我们知道，一些细菌可以自然地迁移到肿瘤组织并定植，它们可以在缺氧的环境中茁壮成长，并在局部激发免疫反应。

然而，这种基于细菌的免疫疗法的不足之处也很明显，细菌通常不能精确地控制或引导免疫反应来攻击癌细胞，这使得细菌本身难以激发足够摧毁肿瘤的免疫反应，但这为开发新型癌症免疫疗法奠定了基础。

多管齐下

该研究从大肠杆菌的一种益生菌菌株Nissle 1917开始。研究团队对其进行了多种基因修饰，以精确控制该细菌与免疫系统相互作用的方式，并训练免疫系统诱导肿瘤杀伤。

这些工程细菌编码了肿瘤新抗原，然后使用这些工程细菌递送肿瘤新抗原以训练免疫系统靶向和攻击表达相同肿瘤新抗原的癌细胞。由于正常细胞不表达肿瘤新抗原，因此不会对正常细胞产生误杀。

由于这些工程细菌的肿瘤靶向性以及它们通过基因修饰表达的肿瘤新抗原，这种基于细菌的癌症免疫疗法同时也克服了肿瘤用来阻断免疫系统的免疫抑制机制。

值得一提的是，研究团队还敲除了细菌的两种蛋白酶OmpT和Lon，防止表达的肿瘤新抗原被降解，从而促进它们的积累。此外，还通过基因修饰抑制了这些工程细菌逃逸免疫系统攻击的能力，这是一种安全措施，这意味着这些工程细菌很容易被免疫系统识别和清除，如果它们没有发现肿瘤，就会迅速被免疫系统从体内清除。

在小鼠体内进行测试时，研究团队发现，这些细菌癌症疫苗招募了一系列攻击肿瘤细胞的免疫细胞，同时阻止了通常会抑制肿瘤导向的免疫攻击的反应。

研究团队还发现，在小鼠尚未形成肿瘤时注射这种细菌癌症疫苗，能够减少随后的肿瘤生长，并在已治愈的小鼠中防止肿瘤复发。这表明这种细菌癌症疫苗可能有能力防止经历过缓解的癌症患者的复发。

个性化治疗

在人类中，制造这种细菌癌症疫苗的第一步将是对癌症进行测序，并利用生物信息学识别其特有的肿瘤新抗原。接下来对细菌进行工程化改造，使其产生已鉴定的肿瘤新抗原，以及其他免疫调节因子。

当这些改造后的细菌被注射到需要治疗的癌症患者体内时，这些细菌会进入到肿瘤中，在那里定植，稳定地生产并递送它们的有效“药物”。

一旦免疫系统被细菌癌症疫苗激活，就会促使免疫系统清除已经扩散到全身的癌细胞，防止进一步的肿瘤转移。

由于每种癌症甚至每个癌症患者都有自己的一套肿瘤新抗原，细菌癌症疫苗将为每个癌症患者个性化定制，治疗所需等待的时间是技术取决于肿瘤测序所需的时间，测序获得肿瘤新抗原后，只需要制造工程化细菌菌株，这一步骤的时间很快，而且基于细菌的平台比起其他癌症疫苗平台更简单。

此外，研究团队表示，工程化细菌可以同时递送许多不同的肿瘤新抗原，理论上来说，癌细胞很难同时丢失所有这些新抗原并逃逸免疫系统，因此，该细菌癌症疫苗能够对抗癌细胞的快速变异和免疫逃逸。鉴于细菌癌症疫苗独特的重塑肿瘤微环境的能力，其还可能与其他癌症免疫疗法发挥协同作用，例如CAR-T细胞疗法。

总的来说，研究团队通过细菌工程将细菌的肿瘤归巢和免疫刺激特性与肿瘤新抗原相结合，构建了一个控制和消除晚期实体瘤的细菌癌症疫苗平台。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08033-4