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导语：这项研究通过工程化益生菌的方式，开发了一种新型的精准癌症疫苗，能够有效激发特异性T细胞介导的抗癌免疫反应，控制或消除肿瘤生长，并延长生存期。
2024年10月16日，Nature杂志发表了题为“Probiotic neoantigen delivery vectors for precision cancer immunotherapy”的突破性文章。该研究旨在开发一种新型的益生菌载体，用于精准递送肿瘤特异性新抗原，以激发和增强机体对癌症的免疫反应。通过工程化改造益生菌大肠杆菌Nissle 1917（EcN），研究团队构建了一个能够优化新抗原表达、递送和免疫靶向的系统，这一系统在临床前模型中显示出了控制甚至消除肿瘤生长的潜力，并能显著延长生存期。
研究背景
癌症作为全球主要的公共卫生问题之一，其治疗手段不断演进。传统的手术、化疗和放疗虽然在一定程度上能够控制病情，但往往伴随着较大的副作用和有限的疗效。近年来，癌症免疫疗法的出现为患者带来了新的治疗选择。特别是基于肿瘤新抗原的疫苗，因其能够激发特异性免疫反应而备受关注。然而，如何有效地将新抗原递送到肿瘤微环境中，一直是该领域面临的挑战。
肿瘤治疗领域正经历着一场革命，尽管传统的手术、化疗和放疗在癌症治疗中扮演着重要角色，但往往伴随着明显的副作用，且在晚期或转移性癌症中效果有限。免疫疗法，尤其是基于免疫检查点抑制剂和细胞疗法的治疗，通过激活或增强患者自身的免疫系统来攻击肿瘤细胞，已显示出一定的疗效。然而，免疫疗法在不同患者中的响应率差异较大，且容易引起免疫相关的不良事件。
新抗原疫苗作为一种新兴的免疫疗法，通过递送肿瘤特异性新抗原激发机体产生针对肿瘤的特异性免疫反应，但其效益往往局限于一部分患者。工程化微生物作为疫苗载体的策略，利用益生菌的安全性和免疫调节特性，为癌症疫苗的发展提供了新的方向。本研究通过改造益生菌大肠杆菌Nissle 1917（EcN），开发了一种新型癌症疫苗平台，精确递送肿瘤特异性新抗原，以激发有效的抗肿瘤免疫反应，这不仅有望提高新抗原疫苗的疗效，而且可能为癌症的个体化治疗提供新的思路。
研究设计
这项研究是一项基础研究，研究团队通过合成生物学技术，对EcN进行基因工程改造，使其能够增强新抗原的表达和细胞内递送，同时增加其被血液清除和吞噬细胞吞噬的敏感性，以提高安全性和免疫原性。研究中，首先通过外显子和转录组测序，从CT26肿瘤中预测新抗原，然后构建了包含这些新抗原的工程化细菌。这些细菌能够在体内产生新抗原，并通过激活树突状细胞、特异性CD4+和CD8+ T细胞，以及自然杀伤细胞，来激发强大的抗肿瘤免疫反应。
研究结果
研究结果显示，工程化益生菌疫苗在小鼠模型中显示出显著的抗肿瘤效果。单次肿瘤内注射EcNcΔlon/ΔompT/LLO+ nAg19（包含19种独特新抗原的疫苗）能够使7个肿瘤中的3个完全消退。此外，与单独使用每种构建物相比，三种新抗原构建物的组合使用更为有效。治疗后，肿瘤内IL-12p70水平显著提高，表明TH1型免疫反应得到了增强。更重要的是，这种疫苗还能够激发系统性的抗肿瘤免疫，有效控制远处未注射疫苗的肿瘤生长。通过静脉注射给药，工程化细菌能够在肿瘤中高密度定植，并迅速从其他器官中清除，显示出良好的耐受性和疗效。
工程化益生菌的构建与优化
研究团队首先对益生菌大肠杆菌Nissle 1917（EcN）进行了工程化改造，以增强其表达和递送肿瘤特异性新抗原的能力。通过优化新抗原构建形式、去除隐秘质粒、删除Lon和OmpT蛋白酶等策略，显著提高了新抗原的积累（图1b、c）。此外，通过增加对吞噬细胞的敏感性，增强了抗原呈递细胞（APCs）的吞噬作用，从而提高了MHC Ⅱ类分子限制性抗原的呈递（图1c）。同时，表达Listeria monocytogenes的细胞溶素O（LLO）有助于新抗原的细胞质内递送，促进了MHC Ⅰ类分子对重组编码新抗原的呈递，以及TH1型免疫反应的诱导（图1e）。
图1 工程化活微生物肿瘤新抗原疫苗
抗肿瘤免疫反应的激活
研究结果表明，工程化益生菌能够激活特异性CD4+和CD8+ T细胞，以及自然杀伤（NK）细胞，从而引发强烈的抗肿瘤免疫反应。在体外实验中，与工程化益生菌共孵化的骨髓衍生树突状细胞（BMDCs）能够分泌更高水平的IL-12p70，这是TH1型免疫反应的一个关键细胞因子（图1e）。此外，这些BMDCs还能够更有效地激活OT-I和OT-II T细胞，与EcNcΔlon/ΔompT OVA相比，分泌的IFNγ和IL-2增加了2至2.5倍（图1f和扩展数据图2j）。
图2 微生物肿瘤新抗原疫苗在初级阶段的疗效
体内疗效评估
在体内模型中，研究团队评估了工程化益生菌在治疗结直肠癌（CT26）和黑色素瘤（B16F10）中的效果。结果显示，与野生型EcN相比，EcNcΔlon/ΔompT/LLO+ nAg19在单次肿瘤内注射后，对CT26肿瘤生长的抑制效果显著，其中7个肿瘤中的3个实现了完全消退（图2a和扩展数据图3e-g）。此外，通过静脉注射给药，工程化益生菌在肿瘤中的定植密度高，且能迅速从其他器官中清除（图2c），这表明了其在治疗原发性和转移性实体瘤中的潜力。
图3 微生物肿瘤新抗原疫苗重组肿瘤免疫微环境
免疫记忆的建立与长期效果
研究还发现，工程化益生菌疫苗能够激发特异性、有效且持久的系统性抗肿瘤免疫。在预防性疫苗研究中，用EcNcΔlon/ΔompT/LLO+ nAg19预处理的小鼠在接种CT26肿瘤后，肿瘤生长显著减缓（图6h）。此外，成功清除肿瘤的小鼠在重新挑战CT26肿瘤细胞时，未观察到肿瘤生长，这表明了免疫记忆的形成（图6i）。
总结讨论
本研究通过工程化益生菌载体递送新抗原的策略，能够有效地激发特异性、有效且持久的系统性抗肿瘤免疫反应。这种新型疫苗不仅在治疗原发性肿瘤方面显示出潜力，还在抑制肿瘤转移方面表现出显著效果。研究还发现，这种疫苗能够减少肿瘤内免疫抑制性细胞群体，如调节性T细胞和骨髓源性抑制细胞，同时增加激活的树突状细胞和效应T细胞的数量。这些发现为未来癌症免疫疗法的发展提供了新的方向，尤其是在个体化医疗和精准医疗方面。尽管这项研究在小鼠模型中取得了成功，但要将其转化为临床应用，还需要进一步的人体试验来验证其安全性和有效性。
参考文献
REDENTI A, IM J, REDENTI B, et al. Probiotic neoantigen delivery vectors for precision cancer immunotherapy. Nature. Published online October 16, 2024. https://www.nature.com/articles/s41586-024-08033-4. DOI:10.1038/s41586-024-08033-4.
