Science：以菌治瘤

　　盡管嵌合抗原受體（CAR）-T細胞在治療血液惡性腫瘤方面已取得顯著成功，但實體瘤的有效靶向作用仍然有限。與血液惡性腫瘤細胞普遍表達抗原靶標CD19不同，實體瘤上的腫瘤相關抗原具有異質性和缺乏特異性的特點，一方面靶向治療的選擇壓力會引起抗原陰性復發，使不表達目的抗原的癌細胞持續增殖，另一方面會導致CAR-T細胞誤傷健康組織，且T細胞的浸潤性較差。研究表明細菌可以選擇性地定殖于免疫豁免腫瘤核心，并能在缺氧的微環境下生存，一些小組便利用攜帶特定“貨物”的工程菌作為瘤內生物反應器，雖然對于大量實體瘤患者而言是安全的，但還未在臨床試驗中證實其有效性。

　　近日，來自哥倫比亞大學的Tal Danino團隊在Science雜志上發表了一篇題為 Probiotic-guided CAR-T cells for solid tumor targeting 的文章，他們開發了一個益生菌引導的CAR-T細胞 (ProCAR) 系統，簡而言之，可定植于腫瘤的益生菌釋放能被CAR-T細胞識別的靶標以標記腫瘤組織，募集CAR-T細胞進而誘發原位裂解，該系統已在人類和小鼠癌癥的多種異種移植和同源模型中證明是安全有效的。此外，他們還進一步設計了多功能益生菌，可釋放趨化因子以增強CAR-T細胞的募集和治療反應，展示了工程細菌作為CAR-T細胞療法輔助裝置的強大效力。

　　CAR-T難以對付實體瘤的一個主要原因就在于瘤上的腫瘤相關抗原（TAA），為了創建一個不依賴于TAA的CAR-T系統，作者改造了大腸桿菌Nissle1917（EcN），簡而言之，在該系統中，EcN可以在腫瘤微環境（TME）中增殖至臨界密度后裂解釋放CAR靶標（ProTag）至胞外空間，該靶標包含一個可結合腫瘤細胞外基質（ECM）的肝素結合域（heparin binding domain, HBD）以標記腫瘤，同時包含一個可被工程改造后的CAR-T細胞識別的GFP蛋白（定義為GFP CAR-T 細胞, GFP28z），從而實現在抗原未知的情況下對腫瘤的追蹤（下圖）。

　　圖1. EcN介導的CAR-T靶向殺傷腫瘤示意圖。

　　在體外測試中，該系統表現出對人類不同癌細胞系的細胞毒性，為了測試其在體內的效果，作者在遞送GFP CAR-T細胞48小時前，對荷瘤免疫缺陷（NSG）小鼠單次瘤內注射攜帶ProTag的或對照菌株，僅ProTag菌株能介導有效的抗腫瘤反應，顯著減緩腫瘤生長并提高小鼠生存率，且未產生明顯副作用。人類三陰性乳腺癌（TNBC）由于缺乏雌激素和孕激素受體及HER2表達，對現有的靶向療法沒有反應，為了進一步評估ProCAR系統對抗原的不依賴性，作者測試了其在人類TNBC小鼠模型中的療效，該系統實現了持久的抗腫瘤功效，植入后70天沒有觀察到腫瘤生長，此外，在另一皮下接種SKOV3腫瘤的小鼠模型中也觀察到類似表現。

　　盡管已證明ProCAR系統對免疫功能缺陷小鼠腫瘤抑制有效，但在功能性免疫系統背景下的效果卻未知。為此，作者在攜帶皮下結直腸癌的免疫活性小鼠中進一步測試該系統，向腫瘤注射ProTag菌株后注射自體GFP CAR-T細胞，同樣能產生顯著的抗腫瘤功效。通過對腫瘤及腫瘤引流淋巴結分離的細胞進行免疫表型分析發現，CD69在腫瘤浸潤性CD8+和CD4+T細胞上的表達顯著增加，且激活的CD40+ MHCII+單核細胞頻率增加，提示瘤內益生菌和活化的CAR-T細胞之間合作可以增強宿主免疫反應，最終帶來全身性抗腫瘤益處。在此基礎上，該團隊構建了一株能釋放人CXCL16（驅動T細胞遷移的趨化因子）激活突變體（CXCL16K42A）的菌株（ProCombo），并在荷瘤小鼠體內驗證了該菌株對T細胞的募集能力及新系統對腫瘤的控制效果，且不會引起額外的腫瘤外毒性跡象。總的來說，這項工作證明經改造的益生菌與CAR-T細胞合作可以實現不依賴于腫瘤相關抗原的腫瘤靶向和抑制效果。

　　針對這項研究，來自美國波士頓大學的Eric M. Bressler和Wilson W. Wong在同期雜志上發表了題為Engineered bacteria guide CAR T cells to tumors-T cells and bacteria are engineered to work together to find and destroy tumor cells 的觀點文章，他們指出與小鼠相比，人類對內毒性更為敏感，盡管有研究表明靜脈注射減毒鼠傷寒沙門氏菌是安全的且能實現腫瘤定植，但在高劑量下會出現菌血癥和其他毒性。因此，ProCAR 系統向臨床轉化的一個關鍵問題在于在不破壞細菌活力和腫瘤定植的前提下規避革蘭氏陰性細菌的潛在毒性。此外，需要注意的是，人類腫瘤的尺寸往往比小鼠腫瘤大20至40倍，未來的研究將需要確認ProTag在不同尺寸腫瘤中的擴散距離。總體來說，這項工作是治療異質性“冷”腫瘤潛在方法的重要概念驗證。

　　原文鏈接：

　　http://doi.org/10.1126/science.add7034