【前沿科普】以沙门氏菌为代表的抗肿瘤细菌——细菌抗肿瘤疗法相关进展和前景（四）

【前沿科普】以沙门氏菌为代表的抗肿瘤细菌——细菌抗肿瘤疗法相关进展和前景（四）

1、关于沙门氏菌

      沙门氏菌是目前研究最为深入的细菌载体，沙门氏菌能够选择性生长并富集于肿瘤组织，在肿瘤组织和正常组织中的定殖比超过1000倍。它是一种易于遗传改造的兼性厌氧胞内细菌，拥有鞭毛，可以通过运动来获取核糖或氨基酸等营养物质，而这些营养物质通常存在于缺氧和坏死的肿瘤中，因此这些特性使得其可以定植于周围是缺氧环境的大肿瘤和由转移引起的小肿瘤中。
      作为一种细胞内病原体，研究表明沙门氏菌的抗肿瘤机制是由于诱导肿瘤细胞发生凋亡和细胞自噬。感染了沙门氏菌的肿瘤细胞能够保持炎症反应中的病原体检测和信号转导机制，从而能够增加被激活的巨噬细胞和中性粒细胞向肿瘤的浸润，增强抗肿瘤反应。沙门氏菌进入实体瘤后会上调TNF-α的产生和释放和抑制肿瘤血管生成。沙门氏菌的基因组相对容易操作，这增加了它被用于创建条件突变体或基因表达传递载体的可能性。
      在沙门氏菌的抗肿瘤研究中，研究者们发现（1）沙门氏菌可以减少肿瘤的转移，这是由于沙门氏菌感染会降低肿瘤组织中的VEGF水平，影响血管生成。（2）沙门氏菌通过招募免疫细胞诱发宿主抗肿瘤免疫反应，杀死原发部位的肿瘤细胞，从而阻止肿瘤转移形成。（3）沙门氏菌增强肿瘤化疗敏感性。沙门氏菌可以增强缝隙连接细胞间通讯，改变细胞膜通透性，使耐药肿瘤细胞重新敏化。（4）沙门氏菌联合治疗进一步促进了肿瘤的消退。沙门氏菌的低氧靶向能力还可以与光热疗法联合使用。
      沙门氏菌等在细胞内具有携带质粒并在小鼠模型中定位于肿瘤组织的能力，被认为使潜在的疫苗载体和基因传递载体。为获得更好的肿瘤治疗效果，过去的十多年里不断尝试应用减毒改造过的沙门氏菌作为载体靶向肿瘤递呈多种治疗分子。可利用减毒沙门氏菌将肿瘤治疗分子的编码基因通过自身原核表达系统直接表达后，再呈递到肿瘤细胞；或利用减毒沙门氏菌将肿瘤治疗分子的编码基因呈递到肿瘤细胞内，使肿瘤细胞本身的真核表达系统进行基因表达。这些治疗分子基因表达后可在肿瘤内发挥抗肿瘤效果，还能在不影响沙门氏菌生长繁殖的前提下与沙门氏菌产生协同抗肿瘤作用。
      目前沙门氏菌相关的临床试验都处在Ⅰ期阶段。最早被用来临床试验的菌株是VNP20009，VNP20009在临床实验中表现出良好的肿瘤定殖能力，但是不具备有效的肿瘤治疗效果。其他改造后的沙门氏菌菌株有A1-R和ΔppGpp等有一定的临床前研究结果，有文章报道ΔppGpp在小鼠结肠癌模型中具有良好的靶向能力，并改造其表达细胞毒性蛋白，在小鼠原位瘤模型和肺转移瘤模型中表现出良好的治疗效果，其他主要的细菌见下表1。

表1 主要的细菌对比

2、细菌抗肿瘤疗法的临床应用前景

    细菌疗法在肿瘤中发挥作用的机制包括：

a)细菌通过增强人体免疫力作为抗肿瘤剂

      细菌作为病原体或正常菌群与宿主相互作用，以不同方式增强宿主的免疫系统。可以激活炎症小体通路、诱导淋巴T细胞的产生。?ppGpp鼠伤寒沙门氏菌菌株通过破坏肿瘤细胞释放的信号来激活炎症小体途径。大肠杆菌侵入宿主后，会刺激宿主防御机制的启动，激活淋巴T细胞的抗肿瘤活性。
 

b)细菌通过释放物质作为抗肿瘤剂

      细菌分泌的一些物质，如酶，可以抑制肿瘤的生长。几项实验研究发现了细菌释放不同的物质用于治疗肿瘤细胞系的治疗潜力。大肠杆菌分泌的细菌素在体外对多种人类肿瘤细胞系具有抗肿瘤活性。铜绿假单胞菌产生的细菌素已显示出抗肿瘤活性。由细菌产生的吩嗪1，6-二羧酸对许多来源的肿瘤细胞显示出细胞毒性作用。
 

c)细菌利用生物膜作为抗肿瘤剂

      生物膜是一种原始的多细胞生命形式，可为细菌提供对抗生素和宿主防御机制的耐受强度。鼠伤寒沙门氏菌和其他一些病原体会在肿瘤内引起严重出血，一旦出血反应被激活，它会诱导T细胞的产生，这在生物膜诱导的过程中非常重要。尽管生物膜的发病机制及其保护作用使细菌能够逃离宿主防御系统，但最近的发现揭示了生物膜在恶性肿瘤治疗中的潜在能力和功效。抗肿瘤药物会在恶性肿瘤治疗过程中诱导生物膜形成，从而导致转移分散。同样，在SOS反应期间，肿瘤细胞上细菌生物膜的形成会导致转移中断。因此，细菌生物膜在恶性肿瘤治疗中显示出潜在的有用性。
 

d)细菌作为恶性肿瘤治疗剂的载体

      由于细菌可以靶向原发性肿瘤，因此可以作为恶性肿瘤治疗剂的载体。实体瘤的生长和转移需要依赖于新血管的形成，因此阻断肿瘤血管生成是一种治疗实体瘤的策略。对比几种细菌后，研究人员发现兼性厌氧菌沙门氏菌由于其更高的运动性和在肿瘤部位的蓄积性，是一种特别好的细菌载体。

3、细菌疗法与其他肿瘤疗法对比
      传统肿瘤疗法包括手术切除、化疗、放疗、对早期肿瘤具有较强的杀伤力，患者预期良好，但是对于中晚期患者通常疗效不佳，加之传统疗法的高侵入性和影响广泛的不良反应，该类疗法在中晚期患者治疗中的地位逐渐被新型免疫疗法所替代。新型疗法涵盖了几个大类，包括肿瘤免疫抗体药物、细胞基因治疗、溶瘤病毒疗法、细菌疗法等。细菌疗法主要基于刺激机体产生的免疫反应以及部分细菌能够靶向性进入实体瘤内部生长繁殖的特性。通过展示肿瘤靶向分子或者敲除部分基因可以增加细菌的肿瘤靶向性和生物相容性；表达细胞毒性蛋白和免疫因子等可以有效抑制肿瘤的生长。细菌联合化疗、放疗和免疫治疗等方式对肿瘤进行综合治疗，显示出较高的抗肿瘤效果和低毒副作用。

表2 细菌疗法与其他肿瘤疗法优劣势比较

4、全球细菌临床试验分析
      全球使用细菌治疗肿瘤的临床试验中，以李斯特菌、沙门氏菌和益生菌为主，占比分别达到40%，16%，22%，详见下图1。用来治疗恶性肿瘤的细菌种类呈现多样化，还包括链球菌，芽孢杆菌，克雷伯氏菌等。革兰氏阳性菌在临床试验中占比超过一半，达到79%。

图1 全球细菌治疗产品临床试验占比布局

注：以上主要内容摘自自药渡调研报告