多個(gè)研究小組的研究都表明，弓形蟲(chóng)感染可以增強(qiáng)小鼠的抗腫瘤免疫反應(yīng)。真的能把單細(xì)胞寄生蟲(chóng)開(kāi)發(fā)成安全有效的治療藥物嗎？

撰文?|?Annie Melchor編譯?|?于濤（美國(guó)印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院）
我們都知道，人體內(nèi)有一套復(fù)雜而高效的免疫系統(tǒng)，不但能夠抵御病原體的侵襲，還能夠?qū)ⅰ白儔摹钡募?xì)胞扼殺在搖籃之中。同時(shí)，人體還為免疫系統(tǒng)配備了一個(gè)被稱為“檢查點(diǎn)”的剎車系統(tǒng)，它能夠防止免疫反應(yīng)被意外激活，或是持續(xù)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。而狡猾的腫瘤細(xì)胞則學(xué)會(huì)了“踩剎車”——它們能激活剎車系統(tǒng)，抑制免疫系統(tǒng)的攻擊，從而得以在病人體內(nèi)張揚(yáng)跋扈。

圖1. 免疫系統(tǒng)、腫瘤細(xì)胞、剎車系統(tǒng)三者之間的關(guān)系。丨改編自網(wǎng)絡(luò)圖片

近年來(lái)，科學(xué)家們找到了許多存在于免疫細(xì)胞上的剎車蛋白，并且研制出了相應(yīng)的抗體，能夠結(jié)合這些剎車蛋白，并抑制剎車信號(hào)。將這些抗體輸入腫瘤病人體內(nèi)，就能解除腫瘤細(xì)胞對(duì)免疫細(xì)胞的抑制作用，重新激活免疫細(xì)胞的活性，從而起到抗腫瘤的效果，這便是近年來(lái)出現(xiàn)的“腫瘤免疫檢查點(diǎn)阻斷療法”。
不過(guò)，隨著越來(lái)越多臨床試驗(yàn)的開(kāi)展，醫(yī)生們發(fā)現(xiàn)，阻斷療法對(duì)一些類型的腫瘤病人并不能起到很好的效果，但其中的原因不得而知。而讓醫(yī)生們意想不到的是，一種大腦中的寄生蟲(chóng)似乎給解決這個(gè)難題帶來(lái)了一絲曙光。

瘋狂的想法

用寄生蟲(chóng)來(lái)對(duì)抗癌癥，似乎聽(tīng)起來(lái)危險(xiǎn)而瘋狂，但其實(shí)類似的想法在一個(gè)多世紀(jì)以前就已經(jīng)有了。
大約在十九世紀(jì)二十世紀(jì)之交，紐約有一名癌癥外科醫(yī)生叫威廉·科利?(William Coley），他在閱讀舊病歷時(shí)有了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：一名本來(lái)會(huì)在七年前死掉的晚期癌癥患者竟然活到了今天。病歷中一條不起眼的記錄引起了他的注意：這位病人曾經(jīng)感染過(guò)一種細(xì)菌。那時(shí)，這樣的小事絲毫不會(huì)引起醫(yī)生的注意。但科利醫(yī)生卻做出了極為大膽的推測(cè)：會(huì)不會(huì)是這次細(xì)菌感染治好了病人的癌癥？
于是他立刻開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)，給自己的癌癥患者注射活的或者滅活的細(xì)菌。在感染細(xì)菌后，有一些病人身上的腫瘤縮小并存活了下來(lái)，但并不是所有的病人都能那么幸運(yùn)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)后，科利醫(yī)生最終發(fā)明了一種含有滅活細(xì)菌的癌癥治療疫苗，注射后可以誘發(fā)炎癥反應(yīng)，足以殺死腫瘤細(xì)胞。由于疫苗所含的是滅活細(xì)菌，因此不會(huì)帶來(lái)任何細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。
這種滅活細(xì)菌就被稱為“科利毒素”。

圖2. 左：科利毒素引發(fā)的感染幾天內(nèi)使左圖患者的腫瘤液化；右：右圖中的患者在腫瘤縮小之前則經(jīng)受了63次注射。還有些腫瘤患者死亡。可見(jiàn)科利毒素的效果是難以預(yù)測(cè)的。（圖源：Cancer Research Institute/Proceedings of the Royal Society of Medicine 01/1910/3 (Surg Sect): 1-48）

然而，隨著時(shí)間的推移，科利毒素逐漸失去了醫(yī)生們的青睞。“很多人試圖復(fù)制科利的工作，但效果不佳”，達(dá)特茅斯蓋塞爾醫(yī)學(xué)院的腫瘤免疫學(xué)家史蒂文·菲林（ Steven Fiering）說(shuō)：“放射療法迅速取代了科利毒素。但不可否認(rèn)的是，通過(guò)增強(qiáng)自身免疫系統(tǒng)以對(duì)抗癌癥的總體思路一直都沒(méi)有被人們忽視?！?/span>

治療癌癥的腦寄生蟲(chóng)

剛地弓形蟲(chóng)（Toxoplasma gondii）是一種比細(xì)胞還要小的寄生蟲(chóng)，它能夠感染宿主的細(xì)胞，在里面擴(kuò)增并產(chǎn)生后代。貓是弓形蟲(chóng)的唯一終宿主，弓形蟲(chóng)會(huì)在貓的體內(nèi)產(chǎn)生大量的卵囊，并隨著貓的糞便流入土壤或水中，感染大量的宿主。事實(shí)上，弓形蟲(chóng)可以感染幾乎所有的溫血?jiǎng)游?，并長(zhǎng)期存在于被感染動(dòng)物的骨骼肌和大腦內(nèi)。

圖3. 接觸貓的糞便很容易感染弓形蟲(chóng)丨圖源：網(wǎng)絡(luò)

盡管弓形蟲(chóng)在感染宿主時(shí)采取了巧妙的免疫逃逸策略，但在它生命周期的某些階段也可以觸發(fā)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。在感染初期，弓形蟲(chóng)以“速殖子”形式快速?gòu)?fù)制。此時(shí)，如果宿主死掉或被捕食者吃掉，那么弓形蟲(chóng)在經(jīng)過(guò)捕食者消化道時(shí)便會(huì)被殺死，無(wú)法感染新宿主，因?yàn)榇藭r(shí)弓形蟲(chóng)尚未安全置身于包囊內(nèi)。
所以，為了確保在速殖子階段宿主不會(huì)被殺死，弓形蟲(chóng)會(huì)在感染早期階段就觸發(fā)宿主強(qiáng)大的免疫反應(yīng)，來(lái)控制其自身的復(fù)制擴(kuò)增水平。具體來(lái)說(shuō)，速殖子侵入細(xì)胞后，迅速大量擴(kuò)增，并從細(xì)胞中噴薄而出，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，同時(shí)引發(fā)全身和局部炎癥。一般經(jīng)歷幾周后，從最初的炎癥爆發(fā)中幸存下來(lái)的弓形蟲(chóng)會(huì)隱藏在骨骼肌或大腦中的長(zhǎng)壽命細(xì)胞中。
在這里，弓形蟲(chóng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N緩慢的復(fù)制形式——“緩殖子”，并構(gòu)建一堵糖分子形成的“墻”，保護(hù)自己免受宿主免疫系統(tǒng)的攻擊（見(jiàn)圖4中的包囊）。雖然在偶發(fā)情況下，充滿寄生蟲(chóng)的包囊會(huì)破裂并引發(fā)局部炎癥，但大多數(shù)弓形蟲(chóng)可以在這些包囊中度過(guò)余生。在此之后，如果有捕食者攝入了含有包囊的組織，弓形蟲(chóng)便可以成功感染新的宿主。

圖4. 剛地弓形蟲(chóng)的不同形態(tài)。a. 速殖子, b. 速殖子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，c. 包囊，包囊內(nèi)充滿了大量的緩殖子，形態(tài)類似于速殖子，但蟲(chóng)體較小。丨圖源：https://www.jotscroll.com/forums/11/posts/204/toxoplasma-gondii-life-cycle-parasite-transmission-diagnosis-test.html

微生物學(xué)家帕斯卡爾·吉頓（Pascale Guiton）是加州州立大學(xué)東灣分校研究弓形蟲(chóng)的專家。他說(shuō)：“世界上約有三分之一的人可能已經(jīng)感染了這種寄生蟲(chóng)。對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，感染弓形蟲(chóng)后往往不會(huì)出現(xiàn)癥狀。然而，對(duì)于免疫功能低下的人、孕婦和發(fā)育中的胎兒來(lái)說(shuō)，弓形蟲(chóng)感染可能是致命的。目前還沒(méi)有針對(duì)慢性弓形蟲(chóng)病的疫苗或治療方法?！?/span>
二十世紀(jì)60年代到70年代，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，弓形蟲(chóng)感染可以增強(qiáng)小鼠對(duì)癌癥及多種感染的免疫抵抗力。隨后的幾十年中，弓形蟲(chóng)感染可能有助于癌癥治療的證據(jù)越來(lái)越多。2021年11月份發(fā)表在Journal for Immuno Therapy of Cancer?（《癌癥免疫治療雜志》）上的一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)了更直接的證據(jù)：將弓形蟲(chóng)直接注射入小鼠的腫瘤內(nèi)，可以極大地促進(jìn)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的療效。

腫瘤原位疫苗接種

直接向腫瘤中注射免疫刺激劑（例如科利毒素、弓形蟲(chóng)）的治療方法被稱為原位疫苗接種（in situ vaccination）。根據(jù)菲林的說(shuō)法，腫瘤細(xì)胞常常會(huì)部署一系列自我保護(hù)策略，削弱機(jī)體的抗腫瘤免疫反應(yīng)，而原位疫苗接種可以重新激活被腫瘤所抑制的免疫反應(yīng)，類似于一種佐劑。它能打破腫瘤局部的免疫抑制，激活或招募更多的腫瘤特異性 T 細(xì)胞，這些 T 細(xì)胞不但可以殺死局部的腫瘤細(xì)胞，甚至可以在早期殺死轉(zhuǎn)移到其他部位的腫瘤細(xì)胞——而在這個(gè)階段，臨床醫(yī)生通常都很難發(fā)覺(jué)腫瘤轉(zhuǎn)移的跡象。
除了科利毒素，醫(yī)生們還嘗試了很多其他原位疫苗，比如減毒的李斯特菌，或包裹/攜帶著病原體抗原的納米顆粒。2016 年，菲林的研究小組在小鼠模型上發(fā)現(xiàn)，含有滅活的缸豆花葉病毒（一種植物病原體）的納米顆?？梢砸种坡殉舶?、結(jié)腸癌和乳腺癌等多種腫瘤的生長(zhǎng)。近年被FDA批準(zhǔn)上市的溶瘤病毒T-Vec，在晚期黑色素瘤的治療上也顯示出很好的效果。

圖5. 注射溶瘤病毒示意圖丨圖源：https://www.drugtargetreview.com/article/76602/developing-an-effective-vaccine-for-breast-cancer/

與眾多其他原位疫苗接種方案相比，弓形蟲(chóng)所引發(fā)的免疫反應(yīng)類型與眾不同。這也是癌癥科學(xué)家對(duì)弓形蟲(chóng)興趣不減的原因。賓夕法尼亞大學(xué)的免疫寄生蟲(chóng)學(xué)家克里斯托弗·亨特（Christopher Hunter）解釋道：“病原體各有特色，我們的身體對(duì)不同病原體的感染會(huì)產(chǎn)生不同類型的免疫反應(yīng)。免疫系統(tǒng)應(yīng)對(duì)弓形蟲(chóng)胞內(nèi)感染的機(jī)制，與機(jī)體對(duì)抗一些癌癥的途徑相同，比如，兩者都能引發(fā)強(qiáng)烈的T細(xì)胞反應(yīng)，以及誘導(dǎo)白細(xì)胞介素12和干擾素γ之類的細(xì)胞因子”。
另外， 使用弓形蟲(chóng)作為腫瘤的原位疫苗還有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)：它們可以感染多種細(xì)胞和組織，對(duì)腫瘤類型并不挑剔，科學(xué)家們可以在多種模式生物中對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
“當(dāng)弓形蟲(chóng)被引入腫瘤時(shí)，它們確實(shí)會(huì)激發(fā)你所希望看到的抗腫瘤免疫”，達(dá)特茅斯蓋澤爾醫(yī)學(xué)院的寄生蟲(chóng)免疫學(xué)家大衛(wèi)·比齊克（David Bzik）說(shuō)道：“它重新喚醒了被腫瘤所抑制的免疫力”。

想法成為現(xiàn)實(shí)

2010年，比齊克的實(shí)驗(yàn)室敲除了弓形蟲(chóng)身上一種合成嘧啶的關(guān)鍵酶，制造出了一種無(wú)法復(fù)制的弓形蟲(chóng)，它可以在補(bǔ)充了尿嘧啶的培養(yǎng)基中正常生長(zhǎng)和復(fù)制，但無(wú)法在宿主動(dòng)物體內(nèi)復(fù)制。如同不可復(fù)制的病毒載體做成的疫苗，這種有缺陷的蟲(chóng)株可以作為預(yù)防弓形蟲(chóng)感染的疫苗。
2013年，比齊克和菲林的實(shí)驗(yàn)室共同發(fā)現(xiàn)，在卵巢癌小鼠模型中注射這種缺陷弓形蟲(chóng)，可以顯著提高腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞的數(shù)量和活性。他們還發(fā)現(xiàn)，如果把這些被激活的T細(xì)胞提取出來(lái)，注射到其他荷瘤小鼠體內(nèi)，同樣能夠發(fā)揮出抗腫瘤效力。一些其他的研究也發(fā)現(xiàn)，缺陷弓形蟲(chóng)在胰腺癌和黑色素瘤小鼠模型上也能起到很好的效果。
諾丁漢大學(xué)的獸醫(yī)哈尼·埃爾謝哈（Hany Elsheikha）和中國(guó)的合作者在他們的新論文中進(jìn)一步證實(shí)了比齊克的發(fā)現(xiàn)。他們?cè)诙喾N荷瘤小鼠模型上采用了一種復(fù)制減弱的弓形蟲(chóng)蟲(chóng)株（不同于比齊克的蟲(chóng)株），發(fā)現(xiàn)這個(gè)蟲(chóng)株也能夠促進(jìn)殺傷性T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞侵入腫瘤中，并增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的效果。也就是說(shuō)，復(fù)制弱化蟲(chóng)株和免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合治療，比單獨(dú)使用抑制劑能夠更有效地縮小腫瘤。不過(guò)，聯(lián)合治療只有在使用活寄生蟲(chóng)時(shí)才有效，而使用加熱滅活的寄生蟲(chóng)則完全沒(méi)有效果。同時(shí)，在載有兩個(gè)腫瘤的小鼠模型上，將復(fù)制弱化蟲(chóng)株注射到其中一個(gè)腫瘤中并進(jìn)行聯(lián)合治療，小鼠身上的另一個(gè)腫瘤也顯著縮小了！這說(shuō)明該療法對(duì)于遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的腫瘤可能也具有治療潛力。
比齊克認(rèn)為這項(xiàng)研究具有重要的意義，特別是對(duì)癌癥晚期患者而言。有許多患者直到癌癥已經(jīng)轉(zhuǎn)移時(shí)才被診斷出來(lái)，此時(shí)要切除所有的腫瘤是幾乎是不可能的事情。比齊克說(shuō)，但這一研究給了我們新的希望——聯(lián)合療法對(duì)于遠(yuǎn)端腫瘤也具有顯著的治療效果——這樣我們?cè)谥委熢荒[瘤的同時(shí)也能夠靶向轉(zhuǎn)移腫瘤。
當(dāng)然，事情不會(huì)一直這么順利。使用弓形蟲(chóng)作為原位腫瘤疫苗還面臨著一個(gè)巨大的技術(shù)障礙。
由于疫苗只能使用活的弓形蟲(chóng)，而弓形蟲(chóng)只能在宿主細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)和繁殖，因此在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)弓形蟲(chóng)時(shí)也要依賴于細(xì)胞培養(yǎng)，這大大增加了獲取弓形蟲(chóng)的難度和成本。事實(shí)上，在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)蘇新鮮細(xì)胞后，需要培養(yǎng)好幾天才能夠獲得足夠滴度的弓形蟲(chóng)，這在普通診所中是不可行的。菲林曾經(jīng)與達(dá)特茅斯的臨床醫(yī)生討論使用弓形蟲(chóng)作為免疫療法的潛力：“我們需要一些可以從冰箱中取出并直接注射到患者體內(nèi)的現(xiàn)成產(chǎn)品，而不是每隔幾天就必須從活細(xì)胞培養(yǎng)中恢復(fù)的東西。即便這在理論上是可行的，但從臨床角度來(lái)看是不切實(shí)際的?！?/span>
拋開(kāi)技術(shù)上的挑戰(zhàn)不談，許多科學(xué)家都懷疑，給患者注射活寄生蟲(chóng)的療法（即使注射的是減毒的蟲(chóng)株）——尤其是對(duì)免疫抑制患者具有潛在威脅的療法——是否真的能在臨床上占據(jù)一席之地？

弓形蟲(chóng)作為工具

事實(shí)上，基于弓形蟲(chóng)的治療從來(lái)都不是埃爾謝哈的目標(biāo)。他說(shuō)：“我們不會(huì)把它作為一種治療方法來(lái)宣傳，我們的研究目標(biāo)是弄清楚弓形蟲(chóng)的感染和激活免疫反應(yīng)的機(jī)制?！彼粌H僅把弓形蟲(chóng)看作是一種病原體，而是將弓形蟲(chóng)視為了解基本生物學(xué)機(jī)制的有力工具。既然弓形蟲(chóng)能迫使靶細(xì)胞改變其正常的生物學(xué)特性，他想知道，是否可以創(chuàng)造性地利用這一點(diǎn)——“這正是我們?cè)谘芯恐兴Ω闱宄臇|西”。
弓形蟲(chóng)還有另一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)，那就是它的遺傳易處理性。
弓形蟲(chóng)基因改造有悠久的歷史。與許多其他模式生物不同，操縱弓形蟲(chóng)的基因相對(duì)要容易些，免疫學(xué)家和微生物學(xué)家可以輕松地將弓形蟲(chóng)用作解決免疫系統(tǒng)問(wèn)題的工具。亨特發(fā)現(xiàn)了白細(xì)胞介素 27在弓形蟲(chóng)感染期間抑制免疫反應(yīng)的機(jī)制，基于該研究成果的1 期臨床試驗(yàn)已經(jīng)在進(jìn)行中。研究團(tuán)隊(duì)期待著，能否在晚期實(shí)體瘤中看看怎么通過(guò)阻斷白細(xì)胞介素27來(lái)解除腫瘤免疫抑制。
埃爾謝哈最近的研究成果也許可以告訴我們，對(duì)抗腫瘤需要什么類型的免疫反應(yīng)。從這里開(kāi)始，研究人員接下來(lái)需要搞清楚，如果不使用活弓形蟲(chóng)，如何在腫瘤中激發(fā)這樣的免疫反應(yīng)。
目前的研究還發(fā)現(xiàn)了一條很重要的線索，即，死亡的寄生蟲(chóng)不會(huì)引起相同的反應(yīng)。這意味著，可能是活弓形蟲(chóng)分泌的某一種蛋白質(zhì)增強(qiáng)了抗腫瘤免疫反應(yīng)，而其表面的組成型蛋白質(zhì)則沒(méi)有這樣的功能。如果能夠鑒定出這種分泌蛋白，我們離目標(biāo)就不遠(yuǎn)了。
此外，從癌癥生物學(xué)的角度來(lái)看，重中之重是要了解感染是怎么促進(jìn)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的。比齊克說(shuō)：“目前 FDA 批準(zhǔn)的所有治療方法都在使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑。但科學(xué)家和臨床醫(yī)生并不知道為什么對(duì)有些患者（其實(shí)是大多數(shù)患者），或是在某些類型的癌癥中，免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的療效卻不怎么好。如果研究人員能夠弄清楚“感染”是怎樣克服腫瘤的免疫抑制的，他們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)改善療效的方法?！?/span>
吉頓補(bǔ)充說(shuō)：“用寄生蟲(chóng)來(lái)治病并非聞所未聞，但我們目前還不能廣泛地使用它，因?yàn)槲覀儗?duì)寄生蟲(chóng)生物學(xué)了解得還不夠深入。部分原因是政府對(duì)基礎(chǔ)寄生蟲(chóng)學(xué)研究的資助不足，尤其是在受寄生蟲(chóng)影響較輕的國(guó)家。要想通過(guò)探索這些寄生蟲(chóng)來(lái)幫助人類，比如治愈更多的癌癥病人，我們真的需要深入研究它們?！?/span>
本文經(jīng)授權(quán)編譯自 TheScientist.com，原文標(biāo)題為T(mén)urning Toxoplasma Against Cancer，配圖為譯者所加。原文可點(diǎn)擊文末“閱讀原文”查看。