工程细菌发现肿瘤，然后提醒免疫细胞

哥伦比亚大学的研究人员将癌症免疫学的发现与复杂的基因工程相结合，创造了一种以肿瘤为目标的“细菌自杀小队”，将宿主自身的免疫细胞吸引到癌症上来摧毁它。这项新工作标志着在争取非致病性细菌对抗癌症方面迈出的重要一步。

CXCL16 和 CCL20 的组合协同促进抗肿瘤免疫。(A) 通过益生菌中 CCL20 的产生将 DCs 募集到肿瘤的方法的示意图概述，以通过 CXCL16 补充活化的 T 细胞募集 (B) C57BL/6 小鼠（每组 n = 5）皮下植入 5 × 10 5 个MC38 结肠直肠肿瘤细胞位于两个后胁。当肿瘤体积为 50 至 150 mm 3时，小鼠每 3 至 4 天接受瘤内注射（由黑色箭头指示）PBS、eSLC、eSLC-hCXCL16 K42A、eSLC-CCL20 或 eSLC-组合（eSLC-的 1 1 混合物） hCXCL16 K42A和 eSLC-CCL20）。数据代表四个独立实验（***P < 0.001 和 ****P < 0.0001，在最终测量时间点使用 Holm-Sidak 事后检验进行双向方差分析）。(C 到 E) 肿瘤浸润免疫细胞的流式细胞术分析从皮下生长的 MC38 肿瘤（每组 n ≥ 4 只小鼠）中分离出肿瘤内注射 [如 (B) 中所示]，使用 PBS、eSLC、eSLC-hCXCL16 K42A或eSLC 组合 [如 (A) 中]。(C) 治疗后第 5 天的 cDC1 频率和 (D) 数量。(E) 瘤内粒酶-B + CD8 + T 细胞的频率。数据代表三个独立实验（*P < 0.05，使用 Holm-Sidak 事后检验的单向方差分析）。所有数据均显示为平均值±SEM。

多年来，科学家们已经知道某些种类的细菌可以在肿瘤内茁壮成长。“据推测，这是由于低 pH 值、坏死和免疫排除环境造成的……这是肿瘤核心所特有的，支持细菌生长，同时防止免疫细胞清除细菌，”Nicholas Arpaia 博士说。 ，哥伦比亚大学 Vagelos 内科和外科医生学院微生物学和免疫学助理教授，也是这篇新论文的资深作者。在与哥伦比亚工程学院生物医学工程副教授 Tal Danino 博士的持续合作中，Arpaia 博士一直在围绕该现象制定抗肿瘤策略。

该方法的核心是大肠杆菌的益生菌菌株，采用同步裂解回路设计。一旦细菌细胞达到肿瘤内的法定数量，电路就会触发，导致大多数细菌裂解或分裂，释放出它们的内容物。此前，研究人员已将基因添加到微生物中，这些基因可以编码阻止肿瘤细胞生长或标记肿瘤以供免疫细胞消化的蛋白质。

“我的研究生 Thomas [Savage] 有可能利用这个平台来提供趋化因子的想法，”Arpaia 博士说，他也是纽约长老会/哥伦比亚大学赫伯特欧文综合癌症中心 (HICCC) 的成员欧文医疗中心。

吸引杀伤性 T 细胞

免疫学家发现，不同的趋化因子、免疫系统信号蛋白会吸引不同类型的免疫细胞，并刺激它们以特定方式做出反应。在这项新工作中，该团队包括了一种突变的人类趋化因子基因，可以吸引“杀手”T 细胞。“尽管针对肿瘤衍生抗原的特异性 T 细胞反应已启动，但有时会发生的情况是，尽管存在已启动的抗肿瘤 T 细胞，但它们无法被募集到肿瘤环境中，”Arpaia 博士说。

为了进一步增强治疗效果，研究人员添加了另一种表达另一种趋化因子的细菌菌株，这次是为了吸引树突状细胞。“通过将其与驱动树突状细胞浸润和激活的趋化因子相结合，树突状细胞是一种关键的先天免疫细胞类型，可以增加对肿瘤抗原的检测，”Arpaia 博士说。活化的树突状细胞吞噬肿瘤细胞，然后将它们的抗原呈递给 T 细胞，T 细胞随后可以更好地识别肿瘤细胞并对它们做出更可靠的反应。

这项新工作涉及来自病理学和细胞生物学系、HICCC 和哥伦比亚数据科学研究所的合作者，并且还建立在其他人之前的一系列发现之上。“通过数十年的研究，我们了解了免疫反应是如何发展的，[我们]正在开发专门针对这些离散步骤中的每一个步骤的疗法，”Arpaia 博士说。

在小鼠癌症模型中，工程细菌对直接注射细菌的肿瘤以及未注射的更远的肿瘤产生强烈的免疫反应。静脉注射细菌也有效。“我们看到的是，细菌只会在肿瘤环境中定殖，并且它们只会达到足够的群体数量以在肿瘤内诱导裂解，因此我们无法在其他健康器官中检测到细菌，”Arpaia 博士说 。