向血液中注射这种致病菌，竟能治疗癌症？

本文来自微信公众号：环球科学（ID：huanqiukexue），作者：石云雷，头图来自：视觉中国

在癌症中后期，癌细胞的转移通常是导致患者病情恶化、死亡的关键原因。为了在这一阶段彻底瓦解癌细胞，科学家开发了多种癌症疗法。其中，光热治疗和ICB免疫疗法备受关注，但两者的结合会产生一些有害的副作用。近期，一项由苏州大学发表于《科学·进展》的研究，通过一种全新的方式将两者结合起来。不过，这种疗法听上去有些骇人：为了治疗癌症，他们直接向患者的血液注射一种致病菌——鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）。

两种前沿的癌症疗法

2019年，西奈山伊坎医学院的临床医生阿尔德希尔·R·拉斯京哈德（Ardeshir R. Rastinehad）作为第一作者在PNAS上发表了一项研究。他们首次成功利用一种基于激光的癌症治疗新技术，治疗了15名前列腺癌患者。在此后的1年中，其中13名患者没有出现任何癌症复发的迹象。

这项新的技术被称为光热治疗（photothermal therapy，PTT）。在治疗中，Rastinehad等人使用了具有靶向性的金壳二氧化硅纳米粒子，后者能包裹肿瘤组织。用近红外激光照射肿瘤组织时，这些纳米颗粒能将光能转化为热能，杀死这些肿瘤。研究显示了这项技术的治疗潜力，但它还存在一个明显的缺点——只能治疗原发恶性肿瘤，对转移后的肿瘤无计可施。但是，肿瘤转移往往是导致患者病情加剧和死亡的关键原因。

相比之下，另一项前沿的癌症治疗方法——免疫检查点抑制剂癌症疗法（immune checkpoint blockadetherapy，以下称为ICB免疫疗法）似乎更负盛名。癌细胞在人体内生长时能产生蛋白与T细胞上的特异性受体结合，抑制T细胞的免疫反应，躲过免疫系统的攻击。上世纪90年代，美国免疫学家詹姆斯·艾利森（James P Allison）发现了第一个能抑制免疫细胞反应的受体——CTLA-4蛋白。日本免疫学家本庶佑（Tasuku Honjo）在1992年发现了另一个重要的T细胞抑制受体（PD-1）。两人也因此分享了2018年的诺贝尔生理学或医学奖。基于他们的研究，其他研究人员开发出抗体来阻断这些受体，通过重新引起人体免疫系统对癌细胞的攻击，来有效治疗癌症。

詹姆斯·艾利森（James Allison）和本庶佑（Tasuku Honjo）

如果能将两种方法强强联合，或能在消除原发性肿瘤的同时，抑制肿瘤的转移和复发。但此前一些研究证实，这可能会产生严重的副作用，例如，出现细胞因子风暴使患者病情加重。最近，在一项发表于《科学·进展》的研究中，苏州大学功能纳米与软物质研究院的刘庄教授领导的研究团队创新性地结合这两种技术，制造了一项突破性的癌症疗法，在发挥治疗效果的同时，显著降低了副作用。出乎意料的是，这一疗法中的“主角”是一种致病菌——鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）。

有害菌的启发

这种细菌能引起人体产生急性肠胃炎，若不及时治疗，甚至引起败血症和多种并发症，且对婴幼儿的危害更大。进入人体后，由于更适应肿瘤周围低氧、免疫反应受抑制的微环境，这种细菌会转移到肿瘤位点生存和繁殖。这一现象看上去像是有害菌和癌细胞之间的互利共赢，对人体产生更严重的危害。

但一些研究人员意识到，减毒的鼠伤寒沙门氏菌或许可以用来靶向肿瘤。而除了这一优点外，这种致病菌在减毒后依旧能引起机体的免疫反应，这一点类似于疫苗的原理。而此时，由于致病菌吸附在癌细胞周围生长，人体免疫系统在攻击细菌时，也会攻击到癌细胞，产生一部分ICB免疫治疗效益。

鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）

2018年在一项发表于ACS Nano的文章，就通过结合这种细菌和光热治疗，进行了治疗癌症尝试。当时，四川大学的研究人员通过聚多巴胺（polydopamine）纳米颗粒包裹鼠伤寒沙门氏菌，当鼠伤寒沙门氏菌达到肿瘤位点，能将接受的光能转变成热能，杀死肿瘤细胞。但这一系统需要在细菌上搭载吸光的纳米分子，体系相对复杂。

在这项新研究中，苏州大学研究团队使用了一种更简便的新方法，他们通过基因编辑改造了鼠伤寒沙门氏菌。经过编辑的细菌具有鸟苷四磷酸（ppGpp）合成缺陷，当它们富集在肿瘤区域一段时间后，肿瘤会明显变黑，会增强对近红外光的吸收。

治疗流程

研究人员首先检测了减毒的鼠伤寒沙门氏菌对小鼠的影响。他们发现，接受静脉注射减毒的鼠伤寒沙门氏菌1天后，小鼠大部分血液指标保持正常，白细胞数量有一定幅度的下降，但1周后能恢复到正常水平。而在人体器官中，在注射后1~3天，细菌主要在肝脏和脾脏中富集，随后快速减少。在30天后，由于器官自身的免疫力，其中再难以检测到细菌了。总体来说，这些致病菌会引起小鼠产生急性炎症反应，它们的各种血液指标和体重在短期内出现波动，但影响相对温和，小鼠在一周内能完全恢复，且不会出现长期的毒副作用。

治疗作用

这一方法的肿瘤治疗效果如何呢？小鼠接受沙门氏菌注射12小时后，其体内肿瘤的近红外线吸收会达到顶峰。当给小鼠注射的致病菌菌落数（CFU/每只）分别为5×10⁵、5×10⁶和5×10⁷个时，在808纳米的激光照射下，肿瘤表面的温度能分别上升到45.5℃、54.9℃和63.1℃。肿瘤温度的增加和注射的细菌数量呈正相关。但由于最高剂量组小鼠的体重出现了显著降低，研究人员选择了中剂量组（5×10⁶个细菌）进行后续研究。

肿瘤区域明显变黑

当肿瘤区域的温度上升时，这一区域的血流会出现异常，而细菌会特异性在肿瘤组织增殖，并导致肿瘤血管破坏，血液成分浸润到肿瘤组织后，诱导瘤内血管形成血栓。由于血栓中富集了大量红细胞，血红素含量会明显增加，增强对近红外光的吸收，并进一步增强了光热疗法的治疗效果。

研究人员进一步利用4种小鼠癌症模型（鼠乳腺癌、恶性胶质母细胞瘤、人胰腺癌和人肺癌），评估了这一疗法对的治疗效果。结果显示，沙门氏菌在这些肿瘤中均能富集，肿瘤在一段时间后能产生肉眼可见的黑色。通过光热疗法，研究人员能有效清除肿瘤。此外，在这一过程中，由沙门氏菌诱导产生的记忆细胞，能抑制这些肿瘤的复发。

实验中的小鼠肿瘤主要存在于皮肤上，区别于自然生长的肿瘤。对此，在接受采访时，文章的联合作者刘庄教授说：“对于人体内自然生长的肿瘤，细菌在肿瘤位点的增殖，导致肿瘤血管破坏并诱导瘤内血栓的形成。这使得肿瘤组织的光声信号增强，能有效实现对肿瘤组织的光声成像，为后续的光热-免疫治疗提供引导。”

但如果想要完全治疗肿瘤，就还需要清除掉转移到其他区域的肿瘤。而这时，能依靠的是小鼠自身免疫系统的激活。他们发现小鼠在接受这一疗法后，体内一些抗原呈递细胞的成熟度增强，但并不能清除完全清除小鼠体内的肿瘤。

8种治疗方法，涉及了手术、ICB免疫疗法、细菌治疗和光热疗法；

当3种方法：细菌注射、光热疗法和ICB免疫疗法（第8行）结合时，小鼠的癌症才获得了较为彻底的有效治疗。

在实验中，他们考虑了8种治疗小鼠肿瘤的方法，但最终发现，只有将细菌注射、光热疗法和ICB免疫疗法（CTLA-4抗体）这三者结合时，才能帮助小鼠完全清除体内的癌细胞。这时，小鼠产生的细胞毒性T淋巴细胞、细胞因子TNF-α和干扰素IFN-γ，也达到了最高的浓度，能有效清除转移的肿瘤细胞。

在考虑后续研究计划是，刘庄教授说：“我们将会通过基因重组手段，进一步对减毒鼠伤寒沙门氏菌减毒减毒，或是让其表达治疗性蛋白和与免疫调节性蛋白，以更好地将细菌疗法用于肿瘤治疗。”目前，减毒鼠伤寒沙门氏菌已进入临床测试，虽然单独使用的效果并不理想，但能有效地促进这一新疗法的临床转化。此外，这一技术与ICB免疫疗法（CTLA-4抗体）联合使用时，能有效清除原始位点和转移后的肿瘤，也显示了这一技术巨大的治疗潜力。

参考来源：

https://www.nature.com/articles/s41598-018-26978-1

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.8b02235                         

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