癌癥免疫療法的起源可以追溯到19世紀(jì)80年代美國(guó)醫(yī)師威廉·科利(WilliamColey)的開(kāi)創(chuàng)性工作，WilliamColey發(fā)現(xiàn)肉瘤患者在患丹毒后腫瘤消退，推測(cè)存在某些病原微生物激發(fā)了機(jī)體的抗腫瘤活性，隨后應(yīng)用化膿性鏈球菌以及黏質(zhì)沙雷菌濾液治療一些腫瘤患者并取得一定療效，該臨床應(yīng)用標(biāo)志著腫瘤免疫治療的開(kāi)端。

雖然該方法由于患者響應(yīng)不一致而備受爭(zhēng)議，但是將細(xì)菌引入腫瘤產(chǎn)生免疫反應(yīng)仍然是一個(gè)強(qiáng)有力的想法。細(xì)菌提供佐劑（如細(xì)胞壁成分脂多糖和肽聚糖等物質(zhì)）激活固有免疫受體，識(shí)別微生物中常見(jiàn)的分子模式。死亡的腫瘤細(xì)胞釋放的抗原被活化的樹(shù)突狀細(xì)胞吸收，然后遷移到引流淋巴結(jié)，使細(xì)胞毒性T細(xì)胞活化，尋找并摧毀腫瘤細(xì)胞，激活適應(yīng)性免疫。

合成生物學(xué)通過(guò)對(duì)活細(xì)胞的基因改造，正在推動(dòng)醫(yī)學(xué)的一個(gè)新時(shí)代的發(fā)展。一個(gè)特別值得關(guān)注的領(lǐng)域是將細(xì)菌作為治療遞送系統(tǒng)，在體內(nèi)選擇性釋放治療藥物。

2019年7月3日，哥倫比亞大學(xué)的NicholasArpaia教授和TalDanino教授團(tuán)隊(duì)在頂級(jí)醫(yī)學(xué)期刊NatureMedicine雜志上發(fā)表了題為：Programmablebacteriainducedurabletumorregressionandsystemicantitumorimmunity的研究論文。

該研究報(bào)道了一種使用群體感應(yīng)細(xì)菌治療癌癥的策略，這種策略利用細(xì)菌傳遞納米體的單鏈抗體片段，該單鏈抗體可以靶向吞噬細(xì)胞的抑制配體CD47，從而導(dǎo)致小鼠全身抗腫瘤免疫誘導(dǎo)的腫瘤快速消退。

CD47是癌細(xì)胞表面的一類(lèi)“別吃我”信號(hào)，它通過(guò)與巨噬細(xì)胞表面的SIRP-α相互結(jié)合抑制巨噬細(xì)胞的吞噬作用。CD47廣泛地表達(dá)于各類(lèi)癌細(xì)胞表面，因此以CD47為靶點(diǎn)，可以用于治療各種類(lèi)型的癌癥。近年來(lái)的研究表明，阻斷CD47不僅能增加對(duì)腫瘤細(xì)胞的吞噬作用，而且能促進(jìn)腫瘤抗原的交叉表達(dá)，增強(qiáng)小鼠腫瘤模型中抗腫瘤效應(yīng)T細(xì)胞的啟動(dòng)。

然而，在臨床前模型和人體試驗(yàn)中均顯示，系統(tǒng)性CD47阻斷可導(dǎo)致貧血和血小板減少，因?yàn)镃D47分別在紅細(xì)胞和血小板上表達(dá)較高。為了提高其治療效果，最近開(kāi)發(fā)了一種針對(duì)CD47的納米體，其結(jié)合親和力比市場(chǎng)上可用的抗小鼠CD47單克隆抗體高約200倍。由于缺乏Fc介導(dǎo)的效應(yīng)功能，該納米體作為單一療法效果并不明顯;然而，當(dāng)聯(lián)合使用腫瘤特異性抗體和全身免疫檢查點(diǎn)阻斷劑時(shí)，效果便很顯著。

該研究團(tuán)隊(duì)使用合成生物學(xué)來(lái)構(gòu)建大腸桿菌中的“群體感應(yīng)”基因電路，它包含一個(gè)同步裂解回路(eSLC)，可以在腫瘤上定植并在腫瘤內(nèi)群體裂解，從而在局部釋放編碼的CD47納米體拮抗劑(eSLC-CD47nb)。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤定植細(xì)菌傳遞CD47nb可增加腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞的活化，刺激腫瘤快速消退，防止轉(zhuǎn)移。

此外，研究人員評(píng)估了eSLC-CD47nb誘導(dǎo)骨髓衍生的巨噬細(xì)胞（BMDM）對(duì)A20腫瘤細(xì)胞的吞噬作用的能力。與預(yù)期一致，用抗CD47單克隆抗體處理導(dǎo)致吞噬作用增加60％，僅用eSLC裂解物處理導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的吞噬作用增加50％。值得注意的是，與基線相比，eSLC-CD47nb裂解液處理導(dǎo)致吞噬率增加90%，表明eSLC-CD47nb通過(guò)CD47阻斷和TLR激動(dòng)作用(由于細(xì)菌裂解佐劑)以一種組合的、劑量依賴(lài)的方式增強(qiáng)巨噬細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的吞噬作用。總之，這些結(jié)果表明eSLC-CD47nb以裂解依賴(lài)性方式釋放CD47nb，并且CD47nb可在體外通過(guò)BMDM誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的吞噬作用。

接下來(lái)，研究人員評(píng)估了eSLC-CD47nb細(xì)菌在同系小鼠模型中的臨床功效。雙側(cè)均有A20腫瘤的BALB/c小鼠，分別接受腫瘤內(nèi)注射PBS、eSLC菌或eSLC-CD47nb菌。雖然僅給予eSLC的對(duì)照組最初減緩了腫瘤的生長(zhǎng)，這可能是由于細(xì)胞群溶解后釋放的細(xì)菌產(chǎn)物激活了固有免疫細(xì)胞，但最終的腫瘤體積與PBS處理的小鼠并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。相反，使用eSLC-CD47nb可在治療開(kāi)始后約10天內(nèi)快速、持久地清除A20腫瘤。并且，在治療后30天用eSLC-CD47nb治療的小鼠中很少觀察到肝轉(zhuǎn)移。值得注意的是，用eSLC-CD47nb治療的大約80％的小鼠存活超過(guò)90天，并且存活的小鼠對(duì)再注射A20腫瘤細(xì)胞具有抗性。

隨后，研究人員探討了群體溶解系統(tǒng)的各個(gè)組分的治療性遞送的重要性。首先，他們?cè)u(píng)估了單獨(dú)腹腔注射miap301和腹腔注射miap301的同時(shí)也瘤內(nèi)注射eSLC對(duì)CD47的阻斷效果。與小鼠A20腫瘤模型中單獨(dú)的eSLC治療相比，兩組均未顯示出明顯的功效。雖然用重組CD47nb或超聲處理的eSLC-CD47nb細(xì)菌裂解物進(jìn)行瘤內(nèi)處理的小鼠與用eSLC處理的小鼠相比表現(xiàn)出較慢的腫瘤生長(zhǎng)，但是只有在用表達(dá)eSLC-CD47nb的活細(xì)菌處理后才能觀察到完全腫瘤消退。因此這些數(shù)據(jù)表明，SLC介導(dǎo)的CD47nb在腫瘤內(nèi)持續(xù)釋放對(duì)治療功效至關(guān)重要。

為了評(píng)估該方法的更廣泛的適用性，研究人員還在其他同系小鼠模型中，通過(guò)靜脈注射eSLC-CD47nb檢測(cè)了其治療功效。研究人員在攜帶三陰性乳腺癌細(xì)胞（4T1）和黑素瘤細(xì)胞（B16-F10）的小鼠腫瘤模型中觀察到了顯著的治療效果。

研究人員還探索了eSLC-CD47nb通過(guò)全身靜脈輸送安全靶向和治療腫瘤的能力。與接受全身遞送的抗CD47抗體（miap301）的小鼠相比，靜脈內(nèi)注射eSLC-CD47nb的小鼠顯示出顯著更慢的腫瘤生長(zhǎng)。在治療之后，與肝，脾和腎相比，細(xì)菌專(zhuān)門(mén)定位于腫瘤。動(dòng)物對(duì)細(xì)菌療法具有良好的耐受性，在腫瘤內(nèi)和靜脈內(nèi)遞送后的整個(gè)觀察期間觀察到的治療組之間體重沒(méi)有顯著差異。

總體而言，這些結(jié)果表明，eSLC-CD47nb可以安全地促進(jìn)局部腫瘤消退，同時(shí)還可以預(yù)防轉(zhuǎn)移，這表明全身性抗腫瘤免疫的誘導(dǎo)可能是由腫瘤特異性T細(xì)胞介導(dǎo)的。

對(duì)于這一重要研究，NatureMedicine給予了高度評(píng)價(jià)：Programmablebacteriaascancertherapy（工程細(xì)菌用于癌癥治療）

成功誘導(dǎo)T細(xì)胞反應(yīng)需要同時(shí)存在抗原和佐劑。微生物為誘導(dǎo)抗腫瘤免疫提供了一種方便的方法。溶瘤病毒是利用微生物作為癌癥治療的首批成功嘗試之一，2015年，在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤內(nèi)注射以皰疹病毒為基礎(chǔ)的T-VEC(talimogenelaherparepvec)療法獲得了美國(guó)食品藥物監(jiān)督管理局(FDA)的批準(zhǔn)。

細(xì)菌提供了一種正交的方法，這里描述的群體感應(yīng)細(xì)菌實(shí)現(xiàn)了三個(gè)主要的工程成就。

首先，這些細(xì)菌提供了豐富的佐劑，并能在腫瘤中持續(xù)高水平存在長(zhǎng)達(dá)一周。

其次，局部給藥和群體溶解可防止敗血癥和治療藥物泄漏進(jìn)入血液循環(huán)，從而減少藥物的全身暴露，從而避免導(dǎo)致限制治療毒性和產(chǎn)生抗藥物抗體。

最后，細(xì)菌具有巨大的基因載體能力并且可以被隨意修改。

總而言之，從局部產(chǎn)生中獲益的其他基于蛋白質(zhì)的療法包括細(xì)胞因子和趨化因子，它們?cè)诰植堪l(fā)揮作用，每個(gè)分子的效力比阻斷抗體更高。21世紀(jì)的分子生物學(xué)工具已經(jīng)將科利毒素（Coley’sToxins）轉(zhuǎn)化為可編程的藥物遞送平臺(tái)。