化敵為友：科學家將有害細菌改造成「抗癌戰鬥機」

在免疫系統面前，癌細胞總是想辦法「隱藏自己的身份」，蒙蔽免疫系統。因此，很多科學家認為，攻克癌症的一條可行之路就是「利用某些手段讓癌細胞暴露在免疫系統面前」。為此，他們嘗試了許多辦法，其中一種就是利用細菌感染癌組織。這次，研究人員們在這個領域裡有了新的發現，他們證實了基因工程改造過的鼠傷寒沙門氏菌能引起強有力的免疫反應，有效殺滅腫瘤並且首次被發現可以抑制腫瘤的轉移[1]！

這項研究是由韓國全南國立大學的研究人員完成的，發表在2月8日的《科學 轉化醫學》雜誌上。鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）是沙門氏菌的一種，沙門氏菌屬於厭氧菌，而腫瘤微環境恰好是一個缺氧的環境，這就為沙門氏菌「卧底」入癌組織提供了可行性。過去的研究中，理想條件下，細菌在應對腫瘤的「戰役」中所扮演的是一個「非常壯烈」的角色，一方面，他「紮根於」腫瘤中進行繁殖，利用自身的毒性「捅癌細胞幾刀」；另一方面，它還要展示自己「入侵者」的身份，吸引免疫細胞的「火力」來打擊腫瘤，當然，最終它也不能「苟活」。

鼠傷寒沙門氏菌

大多數基於細菌治療癌症的思路都是如此，但是現實情況往往沒那麼理想。首先，像沙門氏菌，我們知道它是致病菌，所以為了保證安全，細菌的毒性會被人為地削弱，而且細菌在腫瘤中引起免疫系統攻擊這一作用也會被腫瘤抑制，使得治療不能產生好的效果。這個現實在以前一個針對黑色素瘤的I期臨床試驗中也得到了印證，研究人員給患者注射了減毒的鼠傷寒沙門氏菌，雖然保證了安全性，但是治療的效果讓人十分失望，沒有一個患者如預期的那樣出現腫瘤被消除的情況[2]。

而這次新的研究，說來也是很巧，全南國立大學的Jung-Joon Min和Joon Haeng Rhee兩位教授（兩人是本次研究的通訊作者）帶領他們的團隊一直在努力尋找新的抗癌藥物。與此同時，在2006年，韓國海岸邊的甲殼類動物因感染創傷弧菌（vibrio vulnificus）而出現大面積死亡，因此他們還開展了一個研究——研發能抑制創傷弧菌的疫苗。在實驗中，他們發現創傷弧菌鞭毛中的一個蛋白能引起強烈的免疫反應，這個蛋白叫做鞭毛蛋白B（flagellin B,FlaB），他們後來將自己的研究結果發表在了2013年的《疫苗》雜誌上[3]。

通過這個研究，他們想，如果讓相對安全的一種細菌也產生FlaB，是不是也能引起免疫反應，去對抗癌症呢？於是他們選擇了研究的比較成熟、使用比較多的鼠傷寒沙門氏菌，研究人員首先還是對它進行了減毒，然後利用基因工程技術將FlaB的編碼基因轉了進去，使它能夠過表達，產生FlaB。

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

接著，研究人員給小鼠移植了人的結腸腫瘤，4天後，又給小鼠通過靜脈注射了鼠傷寒沙門氏菌。治療開始3天後，研究人員發現，小鼠肝臟、肺和脾臟內的細菌都已經被清除了，同時，結腸中的腫瘤組織「遍布」鼠傷寒沙門氏菌（畫面太美不敢想像）。在後續的4個月里，這組20隻小鼠中有11隻（55%）的腫瘤完全消失，並且一直保持著良好的健康狀況，沒有複發的跡象。

然後，他們做了關於腫瘤轉移情況的對比實驗。將小鼠分為三組，一組注射能產生FlaB的鼠傷寒沙門氏菌（8隻），一組注射轉入了空載體的鼠傷寒沙門氏菌（6隻），還有一組作為對照，注射磷酸緩衝液（PBS，7隻）。經過治療，FlaB組的8隻小鼠中有3隻發生了轉移，不過研究人員只發現了4個病灶。另外兩組小鼠的狀況則糟糕得多，空載體組小鼠體內發現了26個病灶，而PBS組的病灶多達91個（不過研究人員在論文中並未透露這兩組小鼠中有幾隻發生了轉移）！

三組小鼠接受治療後腫瘤轉移的對比

在得到了較為積極的結果後，研究人員也對其中的機制進行了探索。在我們前面提到的2013年的研究中，除了證明FlaB能夠有效激活免疫反應外，研究還發現了這一現象是與Toll樣受體5（TLR5）信號通路有關。Toll樣受體（TLR）是參與非特異性免疫的一類重要蛋白質分子，當有微生物突破了皮膚、粘膜這「第一道防線」後，TLR可以識別它們結構中的某些分子，判斷它們是有害的異物，從而激活免疫細胞應答。TLR家族中不同受體能識別的分子不同，TLR5恰好就可以識別鞭毛蛋白[4]。

但是在這次的研究中，研究人員發現，除了TLR5，TLR4也與癌細胞的抑制有關係。他們分別對小鼠體內的TLR4和TLR5的編碼基因進行了敲除，發現再注射基因工程改造後的鼠傷寒沙門氏菌時，敲除了TLR4的小鼠的治療效果完全消失，而敲除了TLR5的小鼠的治療效果有部分消失。因此，研究人員推測，TLR4是FlaB激活非特異性免疫反應的必要條件，而TLR5信號通路則是起到了增強免疫反應的作用。

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鼠傷寒沙門氏菌進入腫瘤細胞後，巨噬細胞（白色）吞噬腫瘤示意圖

《科學》雜誌在研究刊登的同一天也對此進行了報導，在給《科學》的郵件中，Jung-Joon Min和Joon Haeng Rhee兩位教授是這樣描述他們的研究的：FlaB似乎特別善於激活TLR5，這好像是讓免疫細胞更具有侵略性了，就像將Dr. Jekyll變成了Mr. Hyde一樣（奇點糕註：這個比喻來自於蘇格蘭小說家Robert Louis Stevenson的代表作《化身博士》，小說中Dr. Jekyll發明了一種葯讓他能夠變身為Mr. Hyde，Mr. Hyde其實就是Dr. Jekyll人格中「血腥暴力極富殺傷性」的一面）。《科學》的編輯也認為「如果該技術在人類中能夠複製，它將是癌症細菌治療領域向前邁出的重要一步」。

參考文獻：

[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 responsesthrough TLR5 stimulation in a therapeutic cancer vaccine model

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