來(lái)源標(biāo)題：實(shí)體瘤難摧毀?合成生物學(xué)讓細(xì)菌從內(nèi)部擊破

近年來(lái)發(fā)展迅速的CAR-T(一種靶向免疫細(xì)胞)療法已有多個(gè)針對(duì)血液腫瘤的產(chǎn)品上市，但還沒(méi)有針對(duì)實(shí)體瘤的產(chǎn)品上市。

3月17日，一種全新的可進(jìn)入實(shí)體腫瘤內(nèi)部的減毒工程菌登上《自然·癌癥》雜志。它不僅能有效殺傷實(shí)體瘤，而且可“遙控”。

“我們利用自然界中一些細(xì)菌可以在實(shí)體瘤內(nèi)部的缺氧、免疫抑制微環(huán)境中定植的特性，經(jīng)過(guò)合成生物學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行重編程改造。”3月17日，論文通訊作者、華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授葉海峰告訴科技日?qǐng)?bào)記者，改造獲得的減毒工程菌，即“溶瘤細(xì)菌”，能夠攻入免疫細(xì)胞也難進(jìn)入的實(shí)體腫瘤內(nèi)部，為腫瘤精準(zhǔn)治療提供創(chuàng)新性解決方案。

創(chuàng)造可“遙控”的溶瘤細(xì)菌

“由于實(shí)體腫瘤內(nèi)部致密而缺氧，無(wú)論是傳統(tǒng)藥物還是免疫細(xì)胞都難以攻入。”葉海峰說(shuō)，大腸桿菌、沙門氏菌、李斯特菌等細(xì)菌卻比免疫細(xì)胞更加“皮實(shí)”，不僅能在惡劣的腫瘤微環(huán)境中活下來(lái)，還能表達(dá)一些刺激免疫系統(tǒng)的因子或有細(xì)胞毒性的蛋白。

因此，這些細(xì)菌被認(rèn)為是開展腫瘤治療的合成生物學(xué)有用“底盤”，但如果要向體內(nèi)派入一支“隊(duì)伍”，需要對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)控制才更具臨床價(jià)值。比如，CAR-T療法用CAR作為精準(zhǔn)制導(dǎo)元件，抗體藥物通過(guò)抗原抗體原理實(shí)現(xiàn)“靶向”，就連傳統(tǒng)藥物也通過(guò)腸溶制劑等不同修飾，控制藥物的“聚集地”。

如何“遙控”細(xì)菌?團(tuán)隊(duì)找到采用近紅外光的方法。葉海峰說(shuō)，他們?cè)鴮?duì)超聲控制、熱控制、藍(lán)光控制等各種不同的控制元件進(jìn)行了評(píng)估，但由于它們存在需要專用超聲設(shè)備、可能對(duì)健康組織造成潛在熱損傷、藍(lán)光的組織滲透深度有限等缺點(diǎn)而放棄。

“近紅外光波長(zhǎng)為650至900納米，它在組織中的吸收和散射效應(yīng)優(yōu)異，組織穿透性強(qiáng)。”葉海峰說(shuō)，團(tuán)隊(duì)將近紅外光響應(yīng)的光遺傳元件，即一段構(gòu)建好的光控基因序列，嵌入細(xì)菌基因組。當(dāng)特定波長(zhǎng)的近紅外光穿透皮膚照射腫瘤時(shí)，開關(guān)會(huì)立即啟動(dòng)細(xì)菌的“制藥流水線”合成免疫激活劑、蛋白降解酶等，殺傷腫瘤細(xì)胞。

“我們還精準(zhǔn)敲除了細(xì)菌內(nèi)部15個(gè)與毒性相關(guān)的基因，在保留細(xì)菌腫瘤靶向能力和瘤內(nèi)增殖活性的同時(shí)，顯著降低了其毒副作用。”葉海峰說(shuō)。

人源模型證明光控細(xì)菌安全有效

“我們將近紅外光照射可啟動(dòng)的系統(tǒng)命名為‘NETMAP’。”葉海峰介紹，與黑暗相比，近紅外光激活的NETMAP系統(tǒng)能讓報(bào)告基因的表達(dá)多55倍。

正是基于這樣強(qiáng)效的激活，細(xì)菌才能夠在實(shí)體瘤內(nèi)部產(chǎn)生足夠多的殺傷腫瘤因子，如免疫檢查點(diǎn)抑制劑、細(xì)胞毒性蛋白等，起到殺傷腫瘤細(xì)胞、抑制腫瘤生長(zhǎng)的效果。腫瘤小鼠的試驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。論文顯示，注射了減毒工程菌的腫瘤小鼠在照射近紅外光10天左右，腫瘤停止生長(zhǎng)或逐步縮小，而其他對(duì)照小鼠則出現(xiàn)了腫瘤不斷增加，直至死亡的現(xiàn)象。

葉海峰介紹，動(dòng)物試驗(yàn)顯示這種治療方案對(duì)包括結(jié)直腸癌、乳腺癌等多種腫瘤模型均具有抑制效果。為更貼近臨床實(shí)際，研究團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了結(jié)直腸癌患者來(lái)源的移植腫瘤小鼠模型，進(jìn)一步證實(shí)了該策略的臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。

“我們還針對(duì)腫瘤免疫原性的差異，開發(fā)了智能化的精準(zhǔn)治療策略。”葉海峰說(shuō)，一些腫瘤是“偽裝派”，通過(guò)抑制免疫細(xì)胞的“檢查點(diǎn)”逃開免疫系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了能精準(zhǔn)釋放免疫檢查點(diǎn)抑制劑的細(xì)菌，讓腫瘤被免疫系統(tǒng)重新識(shí)別;對(duì)付一些腫瘤的“強(qiáng)硬派”，細(xì)菌就被設(shè)計(jì)成釋放細(xì)胞毒性蛋白，可直接殺傷腫瘤細(xì)胞。

“合成生物學(xué)較好地利用自然界‘相生相克’原理，通過(guò)精巧的設(shè)計(jì)，為腫瘤治療提供了全新的思路和可行的臨床路徑。”葉海峰說(shuō)。