Science：利用经过基因改造表达肿瘤抗原的细菌作为肿瘤疫苗进行接种可产生强大的抗肿瘤免疫反应

来源：100医药网原创 2023-04-27 13:19

在研究一种生活在每个人的健康皮肤上的细菌---表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）---时，来自美国斯坦福大学医学院的研究人员可能偶然发现了一种强大的抗癌新方法。

在研究一种生活在每个人的健康皮肤上的细菌---表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）---时，来自美国斯坦福大学医学院的研究人员可能偶然发现了一种强大的抗癌新方法。在对这种细菌进行基因工程改造以产生一种肿瘤抗原（一种肿瘤特有的、能够刺激系统的蛋白）后，他们将这种活的细菌涂抹在患癌小鼠的皮毛上。由此产生的免疫反应足够强大，甚至可以杀死一种侵袭性的转移性皮肤癌，而不会引起炎症。相关研究结果发表在2023年4月14日的Science期刊上，论文标题为 Engineered skin bacteria induce antitumor T cell responses against melanoma 。

论文通讯作者、斯坦福大学医学院生物工程副教授Michael Fischbach博士说， 这似乎几乎像魔术一样。这些小鼠的腹部生长着非常有侵袭性的肿瘤，我们给它们进行了温和的治疗，我们只是取了一根细菌棉签，在它们的头部皮毛上擦拭。

皮肤定植者

数百万的细菌、真菌和病毒生活在健康皮肤的表面。这些友好的定植者在维护皮肤屏障和预防感染方面发挥着至关重要的作用，但关于皮肤微生物群如何与宿主免疫系统相互作用，还有许多未知数。例如，在定植细菌中，表皮葡萄球菌是独一无二的，它引发了强大的称为CD8 T细胞的免疫细胞的产生，这种免疫细胞是负责对抗严重感染或癌症的 杀伤性 细胞。

这些作者表明，通过将一种肿瘤抗原导入表皮葡萄球菌中，他们可以诱使小鼠的免疫系统产生针对所选抗原的CD8 T细胞。这些免疫细胞在小鼠体内游走，当它们遇到匹配的肿瘤时迅速增殖，极大地减缓了肿瘤的生长或完全消灭了肿瘤。

Fischbach说， 看着这些肿瘤的消失---尤其是在远离我们施加这种细菌的地方--令人震惊。我们花了一些时间来相信它正在发生。

无所事事的T细胞之谜

Fischbach和他的团队一开始并不是为了对抗癌症。他们想回答一个更基本的问题：为什么宿主生物会浪费能量来制造旨在攻击有益的定居细菌的T细胞？特别是这些T细胞是 抗原特异性 的，意味着每个T细胞都有一种归巢受体，这种归巢受体与激活它的细菌的单个片段相匹配。

更奇怪的是，由自然发生的表皮葡萄球菌诱导的CD8 T细胞并不引起炎症；事实上，它们似乎根本没有任何作用。Fischbach说，大多数科学家认为由定植细菌诱导的T细胞一定与普通T细胞有本质的区别，因为它们不是在整个身体内寻找目标，而是似乎停留在皮肤表面以下，以某种方式维持细菌和宿主之间的和平。

为了测试这些定植细菌诱导的CD8 T细胞是否能像普通的杀伤性T细胞一样，Fischbach团队对一种表皮葡萄球菌菌株进行基因改造，使之产生不同的抗原，该抗原将产生特异性靶向小鼠中一种常见肿瘤模型的T细胞。

他们将一小段DNA导入表皮葡萄球菌，从而在这种细菌的表面编码一种叫做卵清蛋白（ovalbumin）的蛋白的一部分。他们选择卵清蛋白是因为经过基因改造后，它已被导入到许多通常研究的小鼠肿瘤系（包括一种侵袭性黑色素瘤）中，因此可以作为多种癌症类型的肿瘤抗原。

肿瘤特异性T细胞的力量

接下来，这些作者将这种经过基因改造的细菌施加于健康小鼠。由于表皮葡萄球菌是一种高效的皮肤定植者，他们不需要清洗或剃除它们的皮毛，而只是将这种细菌擦拭在它们的头部上。正如预期的那样，这种细菌定植并没有引起任何炎症或感染。

作为对照，其他小鼠没有用这种细菌定植，或者用野生型表皮葡萄球菌（不表达这种卵清蛋白肽）定植，或者用热处理杀死的表达卵清蛋白的表皮葡萄球菌定植，其中热处理杀死的表皮葡萄球菌无法在皮肤上定植，因为它们已经死亡。

六天后，他们给小鼠注射了表达卵清蛋白的黑色素瘤细胞。虽然所有三种类型的对照组小鼠都迅速形成了皮肤肿瘤，但是那些用活的、经过基因改造的表皮葡萄球菌治疗的小鼠的肿瘤生长速度要慢得多，在许多情况下，根本就没有长出肿瘤。

表达TRAMP-C2前列腺癌抗原的表皮葡萄球菌的疗效。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.abp9563。

当这些作者去寻找解释时，他们在皮肤的引流淋巴结（draining lymph node）、脾脏和生长缓慢的肿瘤中发现了卵清蛋白特异性CD8 T细胞---Fischbach说，这意味着由定植细菌产生的T细胞必须具有与常规杀伤性T细胞相同的免疫潜力。

论文第一作者、斯坦福大学医学院前博士后学者Yiyin Erin Chen博士说， 说实话，我没有想到它会起作用。每一种其他类型的肿瘤疫苗研究都涉及放疗、化疗或手术，但我们几乎没有对这些小鼠做什么。T细胞替我们完成了这项工作。

16个肿瘤中的15个消失了

为了弄清这种方法是否能治疗已形成的黑色素瘤，这些作者尝试在经过基因改造的表皮葡萄球菌定植前两周注射癌细胞。即使黑色素瘤已经转移到了肺部，用这种细菌治疗也能大幅缩小肿瘤的大小或消除它们，大大改善小鼠的生存时间。当他们使用自然发生的黑色素瘤抗原，而不是卵清蛋白时，该方法也起作用。

当这些作者将这种新的治疗方法与第二种旨在增强T细胞活性的免疫疗法（称为 免疫检查点阻断 ）结合起来时，好处甚至更加明显：16个已形成的肿瘤中有15个消失了。当这些小鼠在30天后被重新注射更多的癌细胞时，肿瘤仍然没有生长。Fischbach说， 这似乎是记忆免疫反应的证据，类似于疫苗接种后发生的情况。

这些作者如今认为，宿主生物产生这些T细胞实质上是为自己接种疫苗以对抗定植细菌，保护自己免受不可避免的可能使细菌突破皮肤屏障的割伤和擦伤的影响。Fischbach说， 在这些实验中，我们基本上欺骗了宿主，使其认为肿瘤被细菌感染了，然后宿主就会积极地去对付肿瘤。

这些作者还将黑色素瘤抗原换成了前列腺肿瘤抗原，并在前列腺癌的小鼠模型中测试了他们的方法。同样，该疗法极大地减缓了肿瘤的生长，这表明经过基因改造的皮肤定植细菌可以产生一种强大的免疫反应，而不仅仅是针对皮肤癌。

将这种疗法进行临床转化

这些作者很快指出在小鼠身上开发的癌症疗法并不总是对人类有效。但Fischbach说，有理由抱有希望。首先，由论文共同作者、美国国家卫生研究院元生物免疫科主任Yasmine Belkaid博士领导的一项先前研究已表明表皮葡萄球菌在灵长类动物中诱导的CD8 T细胞反应类型与在小鼠中相同（Cell, 2018, doi:10.1016/j.cell.2017.12.033）。其次，虽然表皮葡萄球菌通常在几周内就会从小鼠皮肤上消失，但是该细菌的某些菌株会永久性定植于大多数人中。

Fischbach说， 人类皮肤是表皮葡萄球菌的自然家园。在人类中，这种细菌将更有效地定植，有可能导致肿瘤特异性T细胞的不断更新供应。

其他形式的癌症免疫疗法需要从患者身上收集T细胞，在实验室里对它们进行基因改造以产生肿瘤特异性抗原，然后将它们重新注射到相同患者身上，这往往会产生严重的副作用。

Fischbach说， 我们发现宿主日复一日地都在给自己接种疫苗，以对抗生活在屏障表面的有机体。如果我们能将这种免疫系统的注意力引导到特定的癌症或潜在的传染性疾病上，我们将有一种非常有效、低成本的治疗方法，可以简单地应用于皮肤上。 （ 100yiyao.com）

参考资料：

Y. Erin Chen et al. Engineered skin bacteria induce antitumor T cell responses against melanoma. Science, 2023, doi:10.1126/science.abp9563.

版权声明 本网站所有注明“来源：100医药网”或“来源：bioon”的文字、图片和音视频资料，版权均属于100医药网网站所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任。取得书面授权转载时，须注明“来源：100医药网”。其它来源的文章系转载文章，本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

87%用户都在用100医药网APP 随时阅读、评论、分享交流 请扫描二维码下载->

医药网新闻