癌癥免疫療法的起源可以追溯到19世紀80年代美國醫(yī)師威廉·科利(WilliamColey)的開創(chuàng)性工作，WilliamColey發(fā)現(xiàn)肉瘤患者在患丹毒后腫瘤消退，推測存在某些病原微生物激發(fā)了機體的抗腫瘤活性，隨后應(yīng)用化膿性鏈球菌以及黏質(zhì)沙雷菌濾液治療一些腫瘤患者并取得一定療效，該臨床應(yīng)用標志著腫瘤免疫治療的開端。

雖然該方法由于患者響應(yīng)不一致而備受爭議，但是將細菌引入腫瘤產(chǎn)生免疫反應(yīng)仍然是一個強有力的想法。細菌提供佐劑（如細胞壁成分脂多糖和肽聚糖等物質(zhì)）激活固有免疫受體，識別微生物中常見的分子模式。死亡的腫瘤細胞釋放的抗原被活化的樹突狀細胞吸收，然后遷移到引流淋巴結(jié)，使細胞毒性T細胞活化，尋找并摧毀腫瘤細胞，激活適應(yīng)性免疫。

合成生物學(xué)通過對活細胞的基因改造，正在推動醫(yī)學(xué)的一個新時代的發(fā)展。一個特別值得關(guān)注的領(lǐng)域是將細菌作為治療遞送系統(tǒng)，在體內(nèi)選擇性釋放治療藥物。

2019年7月3日，哥倫比亞大學(xué)的NicholasArpaia教授和TalDanino教授團隊在頂級醫(yī)學(xué)期刊NatureMedicine雜志上發(fā)表了題為：Programmablebacteriainducedurabletumorregressionandsystemicantitumorimmunity的研究論文。

該研究報道了一種使用群體感應(yīng)細菌治療癌癥的策略，這種策略利用細菌傳遞納米體的單鏈抗體片段，該單鏈抗體可以靶向吞噬細胞的抑制配體CD47，從而導(dǎo)致小鼠全身抗腫瘤免疫誘導(dǎo)的腫瘤快速消退。

CD47是癌細胞表面的一類“別吃我”信號，它通過與巨噬細胞表面的SIRP-α相互結(jié)合抑制巨噬細胞的吞噬作用。CD47廣泛地表達于各類癌細胞表面，因此以CD47為靶點，可以用于治療各種類型的癌癥。近年來的研究表明，阻斷CD47不僅能增加對腫瘤細胞的吞噬作用，而且能促進腫瘤抗原的交叉表達，增強小鼠腫瘤模型中抗腫瘤效應(yīng)T細胞的啟動。

然而，在臨床前模型和人體試驗中均顯示，系統(tǒng)性CD47阻斷可導(dǎo)致貧血和血小板減少，因為CD47分別在紅細胞和血小板上表達較高。為了提高其治療效果，最近開發(fā)了一種針對CD47的納米體，其結(jié)合親和力比市場上可用的抗小鼠CD47單克隆抗體高約200倍。由于缺乏Fc介導(dǎo)的效應(yīng)功能，該納米體作為單一療法效果并不明顯;然而，當聯(lián)合使用腫瘤特異性抗體和全身免疫檢查點阻斷劑時，效果便很顯著。

該研究團隊使用合成生物學(xué)來構(gòu)建大腸桿菌中的“群體感應(yīng)”基因電路，它包含一個同步裂解回路(eSLC)，可以在腫瘤上定植并在腫瘤內(nèi)群體裂解，從而在局部釋放編碼的CD47納米體拮抗劑(eSLC-CD47nb)。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤定植細菌傳遞CD47nb可增加腫瘤浸潤性T細胞的活化，刺激腫瘤快速消退，防止轉(zhuǎn)移。

此外，研究人員評估了eSLC-CD47nb誘導(dǎo)骨髓衍生的巨噬細胞（BMDM）對A20腫瘤細胞的吞噬作用的能力。與預(yù)期一致，用抗CD47單克隆抗體處理導(dǎo)致吞噬作用增加60％，僅用eSLC裂解物處理導(dǎo)致腫瘤細胞的吞噬作用增加50％。值得注意的是，與基線相比，eSLC-CD47nb裂解液處理導(dǎo)致吞噬率增加90%，表明eSLC-CD47nb通過CD47阻斷和TLR激動作用(由于細菌裂解佐劑)以一種組合的、劑量依賴的方式增強巨噬細胞對腫瘤細胞的吞噬作用?？傊?，這些結(jié)果表明eSLC-CD47nb以裂解依賴性方式釋放CD47nb，并且CD47nb可在體外通過BMDM誘導(dǎo)腫瘤細胞的吞噬作用。

接下來，研究人員評估了eSLC-CD47nb細菌在同系小鼠模型中的臨床功效。雙側(cè)均有A20腫瘤的BALB/c小鼠，分別接受腫瘤內(nèi)注射PBS、eSLC菌或eSLC-CD47nb菌。雖然僅給予eSLC的對照組最初減緩了腫瘤的生長，這可能是由于細胞群溶解后釋放的細菌產(chǎn)物激活了固有免疫細胞，但最終的腫瘤體積與PBS處理的小鼠并無統(tǒng)計學(xué)差異。相反，使用eSLC-CD47nb可在治療開始后約10天內(nèi)快速、持久地清除A20腫瘤。并且，在治療后30天用eSLC-CD47nb治療的小鼠中很少觀察到肝轉(zhuǎn)移。值得注意的是，用eSLC-CD47nb治療的大約80％的小鼠存活超過90天，并且存活的小鼠對再注射A20腫瘤細胞具有抗性。

隨后，研究人員探討了群體溶解系統(tǒng)的各個組分的治療性遞送的重要性。首先，他們評估了單獨腹腔注射miap301和腹腔注射miap301的同時也瘤內(nèi)注射eSLC對CD47的阻斷效果。與小鼠A20腫瘤模型中單獨的eSLC治療相比，兩組均未顯示出明顯的功效。雖然用重組CD47nb或超聲處理的eSLC-CD47nb細菌裂解物進行瘤內(nèi)處理的小鼠與用eSLC處理的小鼠相比表現(xiàn)出較慢的腫瘤生長，但是只有在用表達eSLC-CD47nb的活細菌處理后才能觀察到完全腫瘤消退。因此這些數(shù)據(jù)表明，SLC介導(dǎo)的CD47nb在腫瘤內(nèi)持續(xù)釋放對治療功效至關(guān)重要。

為了評估該方法的更廣泛的適用性，研究人員還在其他同系小鼠模型中，通過靜脈注射eSLC-CD47nb檢測了其治療功效。研究人員在攜帶三陰性乳腺癌細胞（4T1）和黑素瘤細胞（B16-F10）的小鼠腫瘤模型中觀察到了顯著的治療效果。

研究人員還探索了eSLC-CD47nb通過全身靜脈輸送安全靶向和治療腫瘤的能力。與接受全身遞送的抗CD47抗體（miap301）的小鼠相比，靜脈內(nèi)注射eSLC-CD47nb的小鼠顯示出顯著更慢的腫瘤生長。在治療之后，與肝，脾和腎相比，細菌專門定位于腫瘤。動物對細菌療法具有良好的耐受性，在腫瘤內(nèi)和靜脈內(nèi)遞送后的整個觀察期間觀察到的治療組之間體重沒有顯著差異。

總體而言，這些結(jié)果表明，eSLC-CD47nb可以安全地促進局部腫瘤消退，同時還可以預(yù)防轉(zhuǎn)移，這表明全身性抗腫瘤免疫的誘導(dǎo)可能是由腫瘤特異性T細胞介導(dǎo)的。

對于這一重要研究，NatureMedicine給予了高度評價：Programmablebacteriaascancertherapy（工程細菌用于癌癥治療）

成功誘導(dǎo)T細胞反應(yīng)需要同時存在抗原和佐劑。微生物為誘導(dǎo)抗腫瘤免疫提供了一種方便的方法。溶瘤病毒是利用微生物作為癌癥治療的首批成功嘗試之一，2015年，在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤內(nèi)注射以皰疹病毒為基礎(chǔ)的T-VEC(talimogenelaherparepvec)療法獲得了美國食品藥物監(jiān)督管理局(FDA)的批準。

細菌提供了一種正交的方法，這里描述的群體感應(yīng)細菌實現(xiàn)了三個主要的工程成就。

首先，這些細菌提供了豐富的佐劑，并能在腫瘤中持續(xù)高水平存在長達一周。

其次，局部給藥和群體溶解可防止敗血癥和治療藥物泄漏進入血液循環(huán)，從而減少藥物的全身暴露，從而避免導(dǎo)致限制治療毒性和產(chǎn)生抗藥物抗體。

最后，細菌具有巨大的基因載體能力并且可以被隨意修改。

總而言之，從局部產(chǎn)生中獲益的其他基于蛋白質(zhì)的療法包括細胞因子和趨化因子，它們在局部發(fā)揮作用，每個分子的效力比阻斷抗體更高。21世紀的分子生物學(xué)工具已經(jīng)將科利毒素（Coley’sToxins）轉(zhuǎn)化為可編程的藥物遞送平臺。