人体的肠道内栖息着海量的肠道菌，许多益生菌可以帮助维护肠道黏膜，提供人体所需的代谢分子，甚至抵御外来的有害菌群。尽管名字叫肠道菌，但近些年的研究正不断揭示出它们的“自由”特征，比如一些细菌可能会离开肠道抵达肝脏、淋巴结等区域，并重新定植和存活下来。还有一些细菌出现在了肿瘤内部，此处缺氧的微环境深受某些厌氧菌的喜爱。
已有的研究显示，肿瘤中的细菌可以一定程度上抑制癌细胞生长，因为它们可以刺激免疫反应的产生，但这种刺激往往不够持久或引导击杀肿瘤的效率不高。来自哥伦比亚大学的Nicholas Arpaia教授从这些现象中获得了一些灵感：既然天然状态下，细菌的免疫刺激不具备特异性，那么人为改造细菌让它们表达肿瘤的抗原蛋白，是否就能够获得一种全新的抗肿瘤策略呢？
在最新的《自然》杂志上，他和同事们共同将这一想法付诸实践，以益生菌Nissle 1917（一种非致病性的大肠杆菌）为基础设计了肿瘤特异性的细菌疫苗，这些改造过的细菌能够表达肿瘤独特的抗原，引发高度靶向性的免疫刺激，既能帮助控制原位肿瘤体积，也能阻止循环系统中的癌细胞进行转移，有望成为一举两得的癌症治疗方式。
对于肿瘤治疗来说，新生抗原（Neoantigens）是一个极具前景的研究方向，这些抗原拥有独特的氨基酸序列。健康的细胞并不会拥有新生抗原，所以靶向此类分子可以避免对健康细胞造成损伤。此外，不同患者与肿瘤之间的新生抗原也具有差异，需要根据个体情况来设计对应的靶向疗法。因此，想要广泛使用这一策略，就需要高效的新生抗原设计和生产平台。
恰好，细菌能够承担这一任务。细菌已经成为一种广泛使用的蛋白生产工具，人类可以通过改造细菌的基因让其表达自己所需的蛋白质，新生抗原也不例外。
在实验中，作者测试的是CT26小鼠结直肠癌细胞系，他们对其进行了外显子与转录组测序。根据测序结果与现有数据库的比对，研究从中确认了CT26特异性的突变序列，并从中筛选出了最合适的新生抗原序列。
▲改造大肠杆菌可以有望带来癌症细菌疫苗的治疗策略（图片来源：参考资料[1]）
除了将新生抗原序列插入Nissle 1917的基因中，作者还额外进行了一些设计，比如去除细菌的两种蛋白酶来增加新生抗原累积，另外抑制细菌产生免疫逃逸的机制，让细菌在完成任务后或找不到肿瘤时逐渐被免疫系统清除。
随后，作者尝试将CT26肿瘤移植到了小鼠皮下，一段时间后他们分别向肿瘤内部注射了野生型的Nissle 1917菌株，以及能产生新生抗原的改造菌株。结果显示，野生型菌株没有展现出控制肿瘤生长的效果，但改造菌株逐渐发挥出了强大的抗肿瘤效应，与对照组相比，小鼠的肿瘤体积缩小，生存期得到显著延长。除此之外，肿瘤内部有着更高水平的白介素-12p70，该分子能够刺激辅助T细胞1，提升免疫系统清除肿瘤的效率。
▲定植在肿瘤内部的益生菌可以刺激抗肿瘤的免疫反应（图片来源：参考资料[2]，credit：Columbia University）
另外，静脉注射细菌疫苗也可以发挥肿瘤抑制效果，作者能在肿瘤内部检测到定植的Nissle 1917改造菌株，而循环系统中的细菌则会逐渐被清除，不会产生细菌感染的情况。如果提前注射细菌疫苗，再进行肿瘤移植，这一方式也能阻止肿瘤发展。根据他们的长期观察，细菌疫苗可以预防同类型肿瘤的再次生长，因此还能发挥防止癌症复发的作用。
作者指出，确认这样一套完整流程的可行性之后，他们希望未来在人类中提供个性化的诊疗手段。研究者只需获取患者的肿瘤样本，然后通过基因测序找到特异性的新生抗原，就可以构建出治疗性的细菌疫苗输回体内，发挥抗肿瘤效果。
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参考资料:
[1] Probiotic neoantigen delivery vectors for precision cancer immunotherapy. Nautre (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08033-4
[2] Bacterial vaccine shows promise as cancer immunotherapy. Retieved October 16, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1061247
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