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化敌为友:科学家将有害细菌改造成“抗癌战斗机”

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作者:应雨妍

 

       在免疫系统面前,癌细胞总是想办法“隐藏自己的身份”,蒙蔽免疫系统。因此,很多科学家认为,攻克癌症的一条可行之路就是“利用某些手段让癌细胞暴露在免疫系统面前”。为此,他们尝试了许多办法,其中一种就是利用细菌感染癌组织。这次,研究人员们在这个领域里有了新的发现,他们证实了基因工程改造过的鼠伤寒沙门氏菌能引起强有力的免疫反应,有效杀灭肿瘤并且首次被发现可以抑制肿瘤的转移[1]!

       这项研究是由韩国全南国立大学的研究人员完成的,发表在2月8日的《科学 转化医学》杂志上。鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)是沙门氏菌的一种,沙门氏菌属于厌氧菌,而肿瘤微环境恰好是一个缺氧的环境,这就为沙门氏菌“卧底”入癌组织提供了可行性。过去的研究中,理想条件下,细菌在应对肿瘤的“战役”中所扮演的是一个“非常壮烈”的角色,一方面,他“扎根于”肿瘤中进行繁殖,利用自身的毒性“捅癌细胞几刀”;另一方面,它还要展示自己“入侵者”的身份,吸引免疫细胞的“火力”来打击肿瘤,当然,最终它也不能“苟活”。

 

鼠伤寒沙门氏菌

 

       大多数基于细菌治疗癌症的思路都是如此,但是现实情况往往没那么理想。首先,像沙门氏菌,我们知道它是致病菌,所以为了保证安全,细菌的毒性会被人为地削弱,而且细菌在肿瘤中引起免疫系统攻击这一作用也会被肿瘤抑制,使得治疗不能产生好的效果。这个现实在以前一个针对黑色素瘤的I期临床试验中也得到了印证,研究人员给患者注射了减毒的鼠伤寒沙门氏菌,虽然保证了安全性,但是治疗的效果让人十分失望,没有一个患者如预期的那样出现肿瘤被消除的情况[2]。

 

       而这次新的研究,说来也是很巧,全南国立大学的Jung-Joon Min和Joon Haeng Rhee两位教授(两人是本次研究的通讯作者)带领他们的团队一直在努力寻找新的抗癌药物。与此同时,在2006年,韩国海岸边的甲壳类动物因感染创伤弧菌(vibrio vulnificus)而出现大面积死亡,因此他们还开展了一个研究——研发能抑制创伤弧菌的疫苗。在实验中,他们发现创伤弧菌鞭毛中的一个蛋白能引起强烈的免疫反应,这个蛋白叫做鞭毛蛋白B(flagellin B,FlaB),他们后来将自己的研究结果发表在了2013年的《疫苗》杂志上[3]。

 

       通过这个研究,他们想,如果让相对安全的一种细菌也产生FlaB,是不是也能引起免疫反应,去对抗癌症呢?于是他们选择了研究的比较成熟、使用比较多的鼠伤寒沙门氏菌,研究人员首先还是对它进行了减毒,然后利用基因工程技术将FlaB的编码基因转了进去,使它能够过表达,产生FlaB。

 

 

Joon Haeng Rhee(左)教授和Jung-Joon Min(右)教授

 

       接着,研究人员给小鼠移植了人的结肠肿瘤,4天后,又给小鼠通过静脉注射了鼠伤寒沙门氏菌。治疗开始3天后,研究人员发现,小鼠肝脏、肺和脾脏内的细菌都已经被清除了,同时,结肠中的肿瘤组织“遍布”鼠伤寒沙门氏菌(画面太美不敢想象)。在后续的4个月里,这组20只小鼠中有11只(55%)的肿瘤完全消失,并且一直保持着良好的健康状况,没有复发的迹象。

 

       然后,他们做了关于肿瘤转移情况的对比实验。将小鼠分为三组,一组注射能产生FlaB的鼠伤寒沙门氏菌(8只),一组注射转入了空载体的鼠伤寒沙门氏菌(6只),还有一组作为对照,注射磷酸缓冲液(PBS,7只)。经过治疗,FlaB组的8只小鼠中有3只发生了转移,不过研究人员只发现了4个病灶。另外两组小鼠的状况则糟糕得多,空载体组小鼠体内发现了26个病灶,而PBS组的病灶多达91个(不过研究人员在论文中并未透露这两组小鼠中有几只发生了转移)!

 

三组小鼠接受治疗后肿瘤转移的对比

 

       在得到了较为积极的结果后,研究人员也对其中的机制进行了探索。在我们前面提到的2013年的研究中,除了证明FlaB能够有效激活免疫反应外,研究还发现了这一现象是与Toll样受体5(TLR5)信号通路有关。Toll样受体(TLR)是参与非特异性免疫的一类重要蛋白质分子,当有微生物突破了皮肤、粘膜这“第一道防线”后,TLR可以识别它们结构中的某些分子,判断它们是有害的异物,从而激活免疫细胞应答。TLR家族中不同受体能识别的分子不同,TLR5恰好就可以识别鞭毛蛋白[4]。

 

       但是在这次的研究中,研究人员发现,除了TLR5,TLR4也与癌细胞的抑制有关系。他们分别对小鼠体内的TLR4和TLR5的编码基因进行了敲除,发现再注射基因工程改造后的鼠伤寒沙门氏菌时,敲除了TLR4的小鼠的治疗效果完全消失,而敲除了TLR5的小鼠的治疗效果有部分消失。因此,研究人员推测,TLR4是FlaB激活非特异性免疫反应的必要条件,而TLR5信号通路则是起到了增强免疫反应的作用。

 

       《科学》杂志在研究刊登的同一天也对此进行了报导,在给《科学》的邮件中,Jung-Joon Min和Joon Haeng Rhee两位教授是这样描述他们的研究的:FlaB似乎特别善于激活TLR5,这好像是让免疫细胞更具有侵略性了,就像将Dr. Jekyll变成了Mr. Hyde一样(奇点糕注:这个比喻来自于苏格兰小说家Robert Louis Stevenson的代表作《化身博士》,小说中Dr. Jekyll发明了一种药让他能够变身为Mr. Hyde,Mr. Hyde其实就是Dr. Jekyll人格中“血腥暴力极富杀伤性”的一面)。《科学》的编辑也认为“如果该技术在人类中能够复制,它将是癌症细菌治疗领域向前迈出的重要一步”。

 

 

 

 

参考文献:

 

[1] Two-step enhanced cancer immunotherapy with engineered Salmonella typhimurium secreting heterologous flagellin

 

[2] Phase I Study of the Intravenous Administration of Attenuated Salmonella typhimurium to Patients With Metastatic Melanoma

 

[3] Flagellin enhances tumor-specific CD8+ T cell immune responses through TLR5 stimulation in a therapeutic cancer vaccine model

 

[4] The innate immune response to bacterial flagellin is mediated by Toll-like receptor 5

 

 

 

 

(来源:奇点网)

发布日期:2017-12-07    阅读971次
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