免疫細(xì)胞所需的關(guān)鍵的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在腫瘤細(xì)胞中非常匱乏。在小鼠模型中，實(shí)現(xiàn)了基因工程抗腫瘤細(xì)菌回收腫瘤代謝廢物，轉(zhuǎn)化為代謝原料，促進(jìn)抗腫瘤免疫反應(yīng)。

發(fā)布期刊：Nature

發(fā)布時(shí)間：2021.10.6

影響因子：49.962

作者介紹：Laurence C. Chen & Yvonne Y. Chen

作者單位：美國(guó)加利福尼亞大學(xué)化學(xué)與生物分子工程學(xué)院

利用一個(gè)人的免疫系統(tǒng)來靶向腫瘤（一種被稱為癌癥免疫治療的治療方法）已經(jīng)成為一種很有前途的癌癥治療選擇。T細(xì)胞是一種免疫細(xì)胞，它具有監(jiān)測(cè)功能，并具有殺死被認(rèn)為會(huì)構(gòu)成威脅的外來細(xì)胞或受感染細(xì)胞的能力。這些特性鞏固了T細(xì)胞成為癌癥免疫治療的中心支柱。一個(gè)有效的抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)的產(chǎn)生關(guān)鍵取決于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，如L-精氨酸。然而在腫瘤微環(huán)境中，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榇颂幫鶢I(yíng)養(yǎng)匱乏。

Canale等人在《自然》雜志上寫道，用代謝工程細(xì)菌治療小鼠會(huì)在腫瘤微環(huán)境中產(chǎn)生一種局部的、連續(xù)的L-精氨酸工廠，當(dāng)與一種稱為檢查點(diǎn)封鎖的免疫治療形式結(jié)合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的、持久的抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)。

先前的研究表明，在小鼠模型中補(bǔ)充L-精氨酸可以延長(zhǎng)T細(xì)胞的存活，增強(qiáng)記憶細(xì)胞的生成，并提高一種對(duì)稱為黑色素瘤的皮膚癌的殺傷效果。然而，補(bǔ)充L-精氨酸的臨床治療并不簡(jiǎn)單?？诜枰颊呙刻煜拇罅康陌被幔苯幼⑸涞侥[瘤中只能針對(duì)靠近皮膚表面的腫瘤，并且可能由于氨基酸泄漏而無(wú)效。Canale和同事假設(shè)，在腫瘤微環(huán)境中提供局部、持續(xù)供應(yīng)的L-精氨酸的策略將有助于T細(xì)胞免疫治療(圖 1)。

圖1 ?一種增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)的方法。被稱為T細(xì)胞的免疫細(xì)胞面臨著各種挑戰(zhàn)，阻礙了它們殺死腫瘤細(xì)胞的能力。腫瘤微環(huán)境缺乏免疫細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且存在來自腫瘤細(xì)胞的高水平代謝廢物，如氨。此外，由于免疫細(xì)胞上的PD-1蛋白與腫瘤細(xì)胞上的PD-L1蛋白相互作用，可導(dǎo)致T細(xì)胞活性被抑制。Canale等人表明，代謝工程能夠?qū)鞭D(zhuǎn)化為L(zhǎng)-精氨酸的細(xì)菌，克服了小鼠腫瘤微環(huán)境中L-精氨酸的缺乏，從而促進(jìn)T細(xì)胞功能和浸潤(rùn)腫瘤。作者報(bào)告，當(dāng)這種治療與一種使用抗體阻斷PD-L1蛋白活性的治療結(jié)合時(shí)，抗腫瘤反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。

氨是一種在腫瘤微環(huán)境中積累的新陳代謝廢物，可以由酶轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-精氨酸。作者確定了L-精氨酸生物合成途徑中的兩個(gè)關(guān)鍵步驟。這需要抑制L-精氨酸生物合成的蛋白質(zhì)argR和酶argA。L-精氨酸高水平的細(xì)胞內(nèi)通過argA的負(fù)反饋抑制產(chǎn)生氨基酸。

Canale和他的同事們?cè)谏a(chǎn)基因編輯微生物時(shí)試圖利用這一信息。細(xì)菌可以進(jìn)入腫瘤微環(huán)境，在這些部位定居并在那里蓬勃繁殖。無(wú)害的大腸桿菌Nissle1917(ECN)，在治療、疫苗和診斷方面有著悠久的醫(yī)學(xué)應(yīng)用歷史。作者通過基因操縱了這些微生物基因，刪除編碼argR的基因，并引入一個(gè)不被負(fù)反饋抑制的argA突變版本。因此產(chǎn)生了一株ECN菌株，作者稱其為L(zhǎng)-Arg細(xì)菌，它在體外和腫瘤微環(huán)境中都能將氨轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-精氨酸。

據(jù)作者報(bào)告，在攜帶腫瘤的小鼠體內(nèi)注射L-Arg細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致攻擊腫瘤的T細(xì)胞 (一種被稱為傳統(tǒng)T細(xì)胞的類型)的增加和免疫抑制T細(xì)胞(一種被稱為調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的類型)的減少。傳統(tǒng)T細(xì)胞對(duì)腫瘤浸潤(rùn)的促進(jìn)補(bǔ)充了檢查點(diǎn)阻斷免疫治療的治療效果。后一種方法使用了靶向PD-L1蛋白的抗體，該蛋白在腫瘤細(xì)胞和其他免疫抑制細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)。PD-L1抗體可以阻止PD-L1蛋白對(duì)腫瘤靶向T細(xì)胞活性的抑制。在結(jié)腸癌小鼠模型中，與單獨(dú)接受兩種治療的動(dòng)物相比，L-Arg細(xì)菌與PD-L1靶向抗體聯(lián)合治療具有優(yōu)越的抗腫瘤效果。此外，這種聯(lián)合治療導(dǎo)致了記憶T細(xì)胞的形成。當(dāng)從治療過的動(dòng)物身上提取的T細(xì)胞轉(zhuǎn)移到以前未治療過的腫瘤動(dòng)物身上時(shí)，腫瘤生長(zhǎng)受到抑制。

重要的是，當(dāng)細(xì)菌被直接注入腫瘤或血液時(shí)，可以觀察到L-Arg細(xì)菌的影響。L-Arg細(xì)菌與PD-L1靶向抗體的治療效果依賴于T細(xì)胞。當(dāng)他們?cè)诹硪环N黑色素瘤小鼠模型(B16-OVA)中進(jìn)行相同類型的實(shí)驗(yàn)時(shí)，也觀察到了類似的結(jié)果。在該模型中，動(dòng)物接受專門針對(duì)與這類腫瘤相關(guān)的卵清蛋白的T細(xì)胞治療。

Canale和同事的開創(chuàng)性工作為使用細(xì)菌誘導(dǎo)的腫瘤微環(huán)境調(diào)節(jié)提供了實(shí)質(zhì)性的支持。進(jìn)一步的研究來回答一些關(guān)鍵問題，可能有助于為臨床實(shí)施鋪平道路。

• 首先，盡管ECN等細(xì)菌的腫瘤定殖行為已經(jīng)有充分的記錄，但這一過程背后的確切機(jī)制尚不清楚。因此，關(guān)于它在人類中的有效性和安全性的問題依然未知。雖然用L-精氨酸細(xì)菌處理的小鼠沒有明顯的毒性跡象，但體重會(huì)短暫下降。治療的效果在人類中是否會(huì)更微妙或放大仍有待探索。越來越多的臨床試驗(yàn)正在評(píng)估細(xì)菌治療，可能為用于治療的細(xì)菌的解剖分布提供一個(gè)更清楚的畫面，以及評(píng)估它們對(duì)壽命和由此產(chǎn)生的任何潛在毒性的影響。

  
  

• 第二，代謝類型的有效性對(duì)策略的導(dǎo)向。如氨轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-精氨酸，可能取決于特定的腫瘤類型。進(jìn)一步研究腫瘤的內(nèi)在特性及其微環(huán)境，使特定的癌癥類型對(duì)這種治療策略更敏感或具有耐藥性，可能對(duì)選擇有效的患者和治療至關(guān)重要。

  
  

• 最后，與所有基于轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的治療方法一樣，必須考慮到修飾生物體的遺傳穩(wěn)定性。需要進(jìn)行深入的分析，以確定是否需要其他特征，如使用“自殺”基因來控制工程細(xì)菌的破壞，以確?；颊叩亩唐诤烷L(zhǎng)期安全。

Canale與同事強(qiáng)調(diào)了一種利用工程微生物來解決腫瘤微環(huán)境代謝面臨的挑戰(zhàn)的新方法。通過將腫瘤來源的廢物轉(zhuǎn)化為抗腫瘤T細(xì)胞的代謝原料，L-精氨酸細(xì)菌提供了更強(qiáng)、更持久的抗腫瘤免疫反應(yīng)。盡管在臨床應(yīng)用治療之前應(yīng)該得到更廣泛的安全性探索，Canale和同事的工作為癌癥免疫治療邁出了非常關(guān)鍵的一步。

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