Sci Adv：华中科技大学樊锦轩/赵元弟/刘波研究发现可编程工程细菌作为原位持续释放抗体工厂增强肿瘤免疫检查点治疗

在过去的十年中，肿瘤免疫检查点治疗（ICT）通过干扰肿瘤细胞与免疫细胞之间的关键信号交换，增强了抗肿瘤免疫反应，取得了显著的进展。目前，ICT主要集中在激活以T淋巴细胞为代表的适应性免疫机制上。然而，复杂的肿瘤免疫微环境、受损的特异性抗原筛选以及T淋巴细胞耗竭，导致其在活性和靶向性方面受到严重限制。以巨噬细胞为代表的天然免疫系统，具有快速的免疫反应、广泛的抗肿瘤靶点以及相对独立的抗原呈递能力，正逐渐成为下一代免疫治疗的焦点和抗癌治疗的媒介。巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬作用的调节，关键依赖于肿瘤细胞表面“吃我”和“不要吃我”信号的精细平衡。其中，CD47-SIRPα信号通路作为一种经典的“不要吃我”信号，在此过程中具有调节作用。不幸的是，肿瘤细胞通过上调CD47表达（比正常细胞高三至五倍）形成免疫检查点，从而逃避巨噬细胞的识别和清除。因此，干扰肿瘤细胞表面的CD47与巨噬细胞上的SIRPα之间的相互作用，已成为解除肿瘤免疫逃逸和促进吞噬作用的有效策略。然而，由于CD47在所有细胞中广泛表达，抗CD47疗法的应用受到限制，且全身治疗可能导致严重的溶血问题。此外，目前的免疫检查点抑制剂（ICI），主要是单克隆抗体，存在基于蛋白质的药物的常见局限性，包括体内清除率高、靶向准确性低、难以维持局部浓度以及成本高等问题，从而阻碍了基于巨噬细胞的ICT的发展。

模式流程图（图片源自Science Advances）

合成生物学技术的快速发展，使得工程菌能够作为一种高效且可扩展的生物制造平台，用于生产基于蛋白质的ICI。同时，实体瘤独特的肿瘤微环境（TME）以缺氧、富营养化和免疫抑制为特征，非常适合大多数厌氧和兼性厌氧细菌在肿瘤部位富集和定植。细菌对TME的天然趋向性，为工程菌直接作为创新载体递送免疫治疗药物带来了独特优势，克服了传统基于蛋白质的ICI递送的固有局限性。工程菌被设计成携带重编程的遗传模块，包括具有感知和响应特定信号能力的遗传控制元件，以及编码治疗蛋白质的遗传电路。精确高效的时空调节，使得ICI能够在肿瘤原位高效表达，确保治疗剂的精确递送并最大化疗效。目前的基因工程策略，已经使可编程工程菌能够响应细菌群体感应信号或外部物理或化学刺激（如异丙基-β-D-硫代半乳糖苷、温度、超声等），但尚未将合成生物学启动特定TME（如缺氧、低pH和高谷胱甘肽（GSH）浓度）相关的基因调控元件，纳入工程菌的设计中。这一策略不仅增强了治疗细菌在肿瘤中的调控作用，以提高治疗的安全性和有效性，而且还推动了ICT向更智能化和个性化的方向发展。

在这项工作中，作者通过设计重编程的工程菌，解决了基于蛋白质的ICI应用中的不足。具体而言，作者将编码大肠杆菌缺氧启动子fdhF（PfdhF）和pelB-CD47抗体（aCD47）的序列的稳定转化质粒，导入到减毒的大肠杆菌MG1655中，构建了能够在缺氧TME中启动aCD47合成的缺氧反应细菌（HRB）。同时，作者还将促进巨噬细胞产生和激活的巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF），加载到对TME响应的含二硫键的脂质体（LMs）中。LMs通过酰胺缩合反应，与细菌外膜中的乙酰胞嘧啶的羧基共价连接，使LMs能够加载在HRB表面，从而构建出HRB@LM。凭借HRB@LM对肿瘤的特异性靶向作用，LMs响应局部高浓度的GSH，并大量快速释放M-CSF，促进大量巨噬细胞浸润肿瘤。同时，大肠杆菌外膜的脂多糖（LPS）作为抗原性免疫佐剂，有效地将局部巨噬细胞从M0表型极化为具有吞噬能力的M1表型。HRB在肿瘤中增殖，并在缺氧TME中启动aCD47的合成，竞争性抑制巨噬细胞与肿瘤细胞之间的“不要吃我”信号，并促进巨噬细胞杀灭肿瘤细胞。巨噬细胞的抗原呈递能力显著增强，进而促使体内更多CD8+CD3+ T细胞淋巴激活，有效抑制远端肿瘤转移。此外，HRB@LM在降低致病性和提高肠道耐受性方面表现出色，通过调节乳酸杆菌科、链球菌科和芽孢杆菌科的丰度来恢复肠道菌群。体外和体内实验表明，这种纳米脂质体-细菌杂交系统能够精确靶向肿瘤组织，智能合成ICI，维持巨噬细胞激活和耗竭的时空平衡，抑制免疫逃逸机制，并调节肠道菌群生态。细菌的重编程和重新装饰，形成了一种智能、可持续的智能抗体（Ab）工厂，为与ICT相关的精准医学提供了一种前所未有的方法。

原文链接：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adt7298