癌癥免疫療法的起源可以追溯到19世紀80年代美國醫師威廉·科利(WilliamColey)的開(kāi)創(chuàng )性工作，WilliamColey發(fā)現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，該臨床應用標志著(zhù)腫瘤免疫治療的開(kāi)端。

雖然該方法由于患者響應不一致而備受爭議，但是將細菌引入腫瘤產(chǎn)生免疫反應仍然是一個(gè)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(jiàn)的分子模式。死亡的腫瘤細胞釋放的抗原被活化的樹(shù)突狀細胞吸收，然后遷移到引流淋巴結，使細胞毒性T細胞活化，尋找并摧毀腫瘤細胞，激活適應性免疫。

合成生物學(xué)通過(guò)對活細胞的基因改造，正在推動(dòng)醫學(xué)的一個(gè)新時(shí)代的發(fā)展。一個(gè)特別值得關(guān)注的領(lǐng)域是將細菌作為治療遞送系統，在體內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，從而導致小鼠全身抗腫瘤免疫誘導的腫瘤快速消退。

CD47是癌細胞表面的一類(lèi)“別吃我”信號，它通過(guò)與巨噬細胞表面的SIRP-α相互結合抑制巨噬細胞的吞噬作用。CD47廣泛地表達于各類(lèi)癌細胞表面，因此以CD47為靶點(diǎn)，可以用于治療各種類(lèi)型的癌癥。近年來(lái)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(jìn)腫瘤抗原的交叉表達，增強小鼠腫瘤模型中抗腫瘤效應T細胞的啟動(dòng)。

然而，在臨床前模型和人體試驗中均顯示，系統性CD47阻斷可導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(kāi)發(fā)了一種針對CD47的納米體，其結合親和力比市場(chǎng)上可用的抗小鼠CD47單克隆抗體高約200倍。由于缺乏Fc介導的效應功能，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(diǎn)阻斷劑時(shí)，效果便很顯著(zhù)。

該研究團隊使用合成生物學(xué)來(lái)構建大腸桿菌中的“群體感應”基因電路，它包含一個(gè)同步裂解回路(eSLC)，可以在腫瘤上定植并在腫瘤內群體裂解，從而在局部釋放編碼的CD47納米體拮抗劑(eSLC-CD47nb)。研究發(fā)現，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，防止轉移。

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

接下來(lái)，研究人員評估了eSLC-CD47nb細菌在同系小鼠模型中的臨床功效。雙側均有A20腫瘤的BALB/c小鼠，分別接受腫瘤內注射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(cháng)，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(wú)統計學(xué)差異。相反，使用eSLC-CD47nb可在治療開(kāi)始后約10天內快速、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(guān)察到肝轉移。值得注意的是，用eSLC-CD47nb治療的大約80％的小鼠存活超過(guò)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的各個(gè)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(shí)也瘤內注射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(jìn)行瘤內處理的小鼠與用eSLC處理的小鼠相比表現出較慢的腫瘤生長(cháng)，但是只有在用表達eSLC-CD47nb的活細菌處理后才能觀(guān)察到完全腫瘤消退。因此這些數據表明，SLC介導的CD47nb在腫瘤內持續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(guò)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(guān)察到了顯著(zhù)的治療效果。

研究人員還探索了eSLC-CD47nb通過(guò)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，靜脈內注射eSLC-CD47nb的小鼠顯示出顯著(zhù)更慢的腫瘤生長(cháng)。在治療之后，與肝，脾和腎相比，細菌專(zhuān)門(mén)定位于腫瘤。動(dòng)物對細菌療法具有良好的耐受性，在腫瘤內和靜脈內遞送后的整個(gè)觀(guān)察期間觀(guān)察到的治療組之間體重沒(méi)有顯著(zhù)差異。

總體而言，這些結果表明，eSLC-CD47nb可以安全地促進(jìn)局部腫瘤消退，同時(shí)還可以預防轉移，這表明全身性抗腫瘤免疫的誘導可能是由腫瘤特異性T細胞介導的。

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

成功誘導T細胞反應需要同時(shí)存在抗原和佐劑。微生物為誘導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，在轉移性黑色素瘤內注射以皰疹病毒為基礎的T-VEC(talimogenelaherparepvec)療法獲得了美國食品藥物監督管理局(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細菌實(shí)現了三個(gè)主要的工程成就。

首先，這些細菌提供了豐富的佐劑，并能在腫瘤中持續高水平存在長(cháng)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(jìn)入血液循環(huán)，從而減少藥物的全身暴露，從而避免導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(gè)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）轉化為可編程的藥物遞送平臺。