為了治療癌症，他們向血管中注射了致病菌……

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在癌症中後期，癌細胞的轉移通常是導致患者病情惡化、死亡的關鍵原因。為了在這一階段徹底瓦解癌細胞，科學家開發了多種癌症療法。其中，光熱治療和ICB免疫療法備受關注，但兩者的結合會產生一些有害的副作用。近期，一項由蘇州大學發表於《科學·進展》的研究，通過一種全新的方式將兩者結合起來。不過，這種療法聽上去有些駭人：為了治療癌症，他們直接向患者的血液注射一種致病菌——鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）。

兩種前沿的癌症療法身

2019年，西奈山伊坎醫學院的臨床醫生阿爾德希爾·R·拉斯京哈德（Ardeshir R. Rastinehad）作為第一作者在PNAS上發表了一項研究。他們首次成功利用一種基於激光的癌症治療新技術，治療了15名前列腺癌患者。在此後的1年中，其中13名患者沒有出現任何癌症複發的跡象。

這項新的技術被稱為光熱治療（photothermal therapy，PTT）。在治療中，Rastinehad等人使用了具有靶向性的金殼二氧化硅納米粒子，後者能包裹腫瘤組織。用近紅外激光照射腫瘤組織時，這些納米顆粒能將光能轉化為熱能，殺死這些腫瘤。研究顯示了這項技術的治療潛力，但它還存在一個明顯的缺點——只能治療原發惡性腫瘤，對轉移後的腫瘤無計可施。但是，腫瘤轉移往往是導致患者病情加劇和死亡的關鍵原因。

相比之下，另一項前沿的癌症治療方法——免疫檢查點抑製劑癌症療法（immune checkpoint blockadetherapy，以下稱為ICB免疫療法）似乎更負盛名。癌細胞在人體內生長時能產生蛋白與T細胞上的特異性受體結合，抑制T細胞的免疫反應，躲過免疫系統的攻擊。上世紀90年代，美國免疫學家詹姆斯·艾利森（James P Allison）發現了第一個能抑制免疫細胞反應的受體——CTLA-4蛋白。日本免疫學家本庶佑（Tasuku Honjo）在1992年發現了另一個重要的T細胞抑制受體（PD-1）。兩人也因此分享了2018年的諾貝爾生理學或醫學獎。基於他們的研究，其他研究人員開發出抗體來阻斷這些受體，通過重新引起人體免疫系統對癌細胞的攻擊，來有效治療癌症。

詹姆斯·艾利森（James Allison）和本庶佑（Tasuku Honjo）

如果能將兩種方法強強聯合，或能在消除原發性腫瘤的同時，抑制腫瘤的轉移和複發。但此前一些研究證實，這可能會產生嚴重的副作用，例如，出現細胞因子風暴使患者病情加重。最近，在一項發表於《科學·進展》的研究中，蘇州大學功能納米與軟物質研究院的劉庄教授領導的研究團隊創新性地結合這兩種技術，製造了一項突破性的癌症療法，在發揮治療效果的同時，顯著降低了副作用。出乎意料的是，這一療法中的“主角”是一種致病菌——鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）。

有害菌的啟發身

這種細菌能引起人體產生急性腸胃炎，若不及時治療，甚至引起敗血症和多種併發症，且對嬰幼兒的危害更大。進入人體後，由於更適應腫瘤周圍低氧、免疫反應受抑制的微環境，這種細菌會轉移到腫瘤位點生存和繁殖。這一現象看上去像是有害菌和癌細胞之間的互利共贏，對人體產生更嚴重的危害。

但一些研究人員意識到，減毒的鼠傷寒沙門氏菌或許可以用來靶向腫瘤。而除了這一優點外，這種致病菌在減毒後依舊能引起機體的免疫反應，這一點類似於疫苗的原理。而此時，由於致病菌吸附在癌細胞周圍生長，人體免疫系統在攻擊細菌時，也會攻擊到癌細胞，產生一部分ICB免疫治療效益。

鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）

2018年在一項發表於ACS Nano的文章，就通過結合這種細菌和光熱治療，進行了治療癌症嘗試。當時，四川大學的研究人員通過聚多巴胺（polydopamine）納米顆粒包裹鼠傷寒沙門氏菌，當鼠傷寒沙門氏菌達到腫瘤位點，能將接受的光能轉變成熱能，殺死腫瘤細胞。但這一系統需要在細菌上搭載吸光的納米分子，體系相對複雜。

在這項新研究中，蘇州大學研究團隊使用了一種更簡便的新方法，他們通過基因編輯改造了鼠傷寒沙門氏菌。經過編輯的細菌具有鳥苷四磷酸（ppGpp）合成缺陷，當它們富集在腫瘤區域一段時間後，腫瘤會明顯變黑，會增強對近紅外光的吸收。

治療流程

研究人員首先檢測了減毒的鼠傷寒沙門氏菌對小鼠的影響。他們發現，接受靜脈注射減毒的鼠傷寒沙門氏菌1天後，小鼠大部分血液指標保持正常，白細胞數量有一定幅度的下降，但1周後能恢復到正常水平。而在人體器官中，在注射後1-3天，細菌主要在肝臟和脾臟中富集，隨後快速減少。在30天後，由於器官自身的免疫力，其中再難以檢測到細菌了。總體來說，這些致病菌會引起小鼠產生急性炎症反應，它們的各種血液指標和體重在短期內出現波動，但影響相對溫和，小鼠在一周內能完全恢復，且不會出現長期的毒副作用。

治療作用

這一方法的腫瘤治療效果如何呢？小鼠接受沙門氏菌注射12小時後，其體內腫瘤的近紅外線吸收會達到頂峰。當給小鼠注射的致病菌菌落數（CFU/每隻）分別為5×10⁵、5×10⁶和5×10⁷個時，在808納米的激光照射下，腫瘤表面的溫度能分別上升到45.5℃、54.9℃和63.1℃。腫瘤溫度的增加和注射的細菌數量呈正相關。但由於最高劑量組小鼠的體重出現了顯著降低，研究人員選擇了中劑量組（5×10⁶個細菌）進行後續研究。

腫瘤區域明顯變黑

當腫瘤區域的溫度上升時，這一區域的血流會出現異常，而細菌會特異性在腫瘤組織增殖，並導致腫瘤血管破壞，血液成分浸潤到腫瘤組織後，誘導瘤內血管形成血栓。由於血栓中富集了大量紅細胞，血紅素含量會明顯增加，增強對近紅外光的吸收，並進一步增強了光熱療法的治療效果。

研究人員進一步利用4種小鼠癌症模型（鼠乳腺癌、惡性膠質母細胞瘤、人胰腺癌和人肺癌），評估了這一療法對的治療效果。結果顯示，沙門氏菌在這些腫瘤中均能富集，腫瘤在一段時間後能產生肉眼可見的黑色。通過光熱療法，研究人員能有效清除腫瘤。此外，在這一過程中，由沙門氏菌誘導產生的記憶細胞，能抑制這些腫瘤的複發。

實驗中的小鼠腫瘤主要存在於皮膚上，區別於自然生長的腫瘤。對此，在接受採訪時，文章的聯合作者劉庄教授說：“對於人體內自然生長的腫瘤，細菌在腫瘤位點的增殖，導致腫瘤血管破壞並誘導瘤內血栓的形成。這使得腫瘤組織的光聲信號增強，能有效實現對腫瘤組織的光聲成像，為後續的光熱-免疫治療提供引導。”

但如果想要完全治療腫瘤，就還需要清除掉轉移到其他區域的腫瘤。而這時，能依靠的是小鼠自身免疫系統的激活。他們發現小鼠在接受這一療法後，體內一些抗原呈遞細胞的成熟度增強，但並不能清除完全清除小鼠體內的腫瘤。

8種治療方法，涉及了手術、ICB免疫療法、細菌治療和光熱療法

當3種方法：細菌注射、光熱療法和ICB免疫療法（第8行）結合時，小鼠的癌症才獲得了較為徹底的有效治療。

在實驗中，他們考慮了8種治療小鼠腫瘤的方法，但最終發現，只有將細菌注射、光熱療法和ICB免疫療法（CTLA-4抗體）這三者結合時，才能幫助小鼠完全清除體內的癌細胞。這時，小鼠產生的細胞毒性T淋巴細胞、細胞因子TNF-α和干擾素IFN-γ，也達到了最高的濃度，能有效清除轉移的腫瘤細胞。

在考慮後續研究計劃是，劉庄教授說：“我們將會通過基因重組手段，進一步對減毒鼠傷寒沙門氏菌減毒減毒，或是讓其表達治療性蛋白和與免疫調節性蛋白，以更好地將細菌療法用於腫瘤治療。”目前，減毒鼠傷寒沙門氏菌已進入臨床測試，雖然單獨使用的效果並不理想，但能有效地促進這一新療法的臨床轉化。此外，這一技術與ICB免疫療法（CTLA-4抗體）聯合使用時，能有效清除原始位點和轉移後的腫瘤，也顯示了這一技術巨大的治療潛力。

撰文：石雲雷

審校：吳非

參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41598-018-26978-1

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.8b02235