矿化了反而更能拿捏癌细胞了

2024-03-28

微生物疗法免疫疗法临床研究

*仅供医学专业人士阅读参考相信大家前些年都听过“溶瘤病毒疗法”的进展，但要说哪种微生物最先被人类尝试用来抗击癌症，病毒还真得给细菌让让位置，毕竟真正的免疫治疗先驱——Coley毒素，不就是灭活的链球菌和沙门氏菌嘛。而近年来随着生物技术的快速发展，“溶瘤细菌疗法”也有希望从设想真正变为现实，但如何确保溶瘤细菌使用时的安全性，还真是个不小的难题。近日，苏州大学功能纳米与软物质研究院刘庄、彭睿团队与广西医科大学赵永祥团队在《自然·生物医学工程》期刊共同发表的最新研究成果，就提出了让溶瘤细菌疗法更安全的方案：研究者们开发了一种由多聚甲醛固定、具有二氧化锰（MnO2）涂层的“矿化溶瘤细菌”，在动物实验中单次注射，即可调节免疫抑制性肿瘤微环境、触发肿瘤特异性免疫反应和远端抗肿瘤应答（abscopal response），该疗法有望成为一种安全有效的局部免疫疗法[1]。论文首页截图与一些同类研究相似，研究者们开发矿化溶瘤细菌疗法仍是基于研究已较为深入的伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）[2]，而二氧化锰就是“矿化涂层”了，选择它则是因为此前有研究发现，二氧化锰一方面可以减轻肿瘤微环境的乏氧状态，另一方面锰离子还有激活cGAS-STING通路，上调抗肿瘤免疫应答的功效[3-4]。研究者们首先用多聚甲醛固定（即灭活）伤寒沙门氏菌，再将固定后的伤寒沙门氏菌溶于水，并加入不同浓度的硫酸锰，随后再加入氢氧化钠，通过化学反应（化学方程式请自行脑补）得到二氧化锰，于是伤寒沙门氏菌表面就多了一层纳米级的二氧化锰致密微粒结构。矿化溶瘤细菌的制备过程初步的体外细胞实验显示，这种矿化溶瘤细菌相较裸细菌或二氧化锰纳米微粒，能更好地被树突状细胞等免疫细胞所摄取，且矿化溶瘤细菌能有效促进树突状细胞成熟、激活NK细胞，使巨噬细胞向有利抗癌免疫的M1型（M1-TAMs）极化，这都是因为矿化溶瘤细菌可激活多条TLR/NLR通路（如TLR2/4、NOD1等）和cGAS-STING通路，有效调动免疫应答。接下来，研究者们初步确定了最合适的矿化溶瘤细菌剂量（即二氧化锰和灭活伤寒沙门氏菌用量），并在小鼠实验中测试其疗效，发现单次静脉注射矿化溶瘤细菌，就能显著延长荷瘤小鼠（CT26结直肠癌细胞系）生存，并最终使2/3的小鼠实现了无复发治愈；将实验对象换为其它实体瘤，如乳腺癌、黑色素瘤、胰腺癌时，注射矿化溶瘤细菌同样疗效显著。矿化溶瘤细菌在多个实体瘤模型中均有强效抑癌作用对荷瘤小鼠的进一步分析显示，只有二氧化锰矿化涂层存在时，溶瘤细菌才能够被肿瘤微环境中的免疫细胞有效内吞，并长期保持在微环境内；而在矿化溶瘤细菌注射后仅1小时，微环境的乏氧状态即明显缓和，注射当天就可观察到淋巴结内树突状细胞被有效激活，随后以NK细胞为主的免疫细胞大军就开始涌入肿瘤，微环境内的巨噬细胞变为由M1型占主导，CD8+T细胞中功能为抗原呈递性的一类亚群明显扩增，而多种免疫抑制性细胞减少。注射矿化溶瘤细菌可调动多种免疫细胞而且，注射矿化溶瘤细菌带来的改变还不局限于肿瘤微环境内，它激活的系统性抗肿瘤免疫应答，能够同时抑制原发肿瘤和远处转移灶生长，联合PD-1抑制剂使用更能够实现协同增效，且矿化溶瘤细菌还能激活免疫记忆效应，帮助小鼠有效清除“再挑战”的肿瘤，它的安全性也相当好，即使按照此前治疗剂量的30倍注射给小鼠，也不会引发明显的急性毒性。注射矿化溶瘤细菌带来的系统性抗肿瘤免疫应答及其作用机制为进一步增强矿化溶瘤细菌的疗效，研究者们又对选用的鼠伤寒沙门氏菌菌株进行了调整，并在直接对照试验中证实：调整菌株后的矿化溶瘤细菌抑癌效果，明显优于卡介苗和已获批的溶瘤病毒疗法（Oncorine），且将实验动物换为更接近灵长类动物的树鼩（Tree Shrew）时，矿化溶瘤细菌仍然能够有效激活抗肿瘤免疫应答，使多种实体瘤完全消退。最后，研究者们还专门分析了矿化溶瘤细菌能否与介入治疗联合，用于不可切除肝癌的治疗：在兔子模型上的实验显示，把传统经皮肝动脉栓塞/栓塞化疗（TAE/TACE）的栓塞剂换成矿化溶瘤细菌，确实能取得更好的抑癌效果。对于肝癌等直接静脉注射较难给药的癌症而言，这种用法或许更适合矿化溶瘤细菌疗法一展身手。参考文献：[1]Wang C, Zhong L, Xu J, et al. Oncolytic mineralized bacteria as potent locally administered immunotherapeutics[J]. Nature Biomedical Engineering, 2024.[2]Zhou S, Gravekamp C, Bermudes D, et al. Tumour-targeting bacteria engineered to fight cancer[J]. Nature Reviews Cancer, 2018, 18(12): 727-743.[3]Yang G, Xu L, Chao Y, et al. Hollow MnO2 as a tumor-microenvironment-responsive biodegradable nano-platform for combination therapy favoring antitumor immune responses[J]. Nature Communications, 2017, 8: 902.[4]Lv M, Chen M, Zhang R, et al. Manganese is critical for antitumor immune responses via cGAS-STING and improves the efficacy of clinical immunotherapy[J]. Cell Research, 2020, 30(11): 966-979.本文作者丨谭硕