口服抗癌疫苗？正在走向現實

基于“細菌機器人”的口服疫苗體系的工作原理及其抗腫瘤免疫效果評估。（受訪者提供）

　　你可能還記得，孩提時被要求吃“糖丸”作為預防脊髓灰質炎的疫苗。這種“甜蜜”的體驗是人類歷史上最成功的疫苗接種策略之一。我們從未停止暢想，通過口服接種疫苗的方式趕跑萬惡的“腫瘤君”。

　　得益于免疫學、基因工程、生物信息學等領域技術的高速發展，人們已經可以快速地獲得腫瘤細胞內的抗原信息，腫瘤疫苗也找到了實現路徑。

　　近日，國家納米科學中心聶廣軍團隊和趙瀟團隊合作，在 《自然—生物醫學工程》期刊發表論文，利用基因工程將細菌改造為一種可在體工作的“細菌機器人”，并通過口服“糖丸”的方式控制這些“細菌機器人”在腸道內分泌帶有腫瘤抗原的外膜囊泡（outer membrane vesicle, OMV）用作腫瘤疫苗，刺激機體內的抗腫瘤免疫反應對抗各種腫瘤。

　　探尋理想的口服腫瘤疫苗

　　在對精準治療越來越強烈的時代呼聲中，腫瘤疫苗研究于2017年獲得重要進展。作為個性化腫瘤免疫療法，腫瘤疫苗利用由基因突變產生的腫瘤抗原來刺激機體的免疫系統，產生腫瘤細胞特異性的免疫反應，進而殺死腫瘤細胞。

　　目前全球有多款腫瘤疫苗處于臨床試驗階段，但多為經肌肉注射或皮下注射產生作用，其中免疫刺激僅限于數量有限的引流淋巴結。由于抗原呈遞細胞（APC）在肌肉和皮下組織內的分布有限，因此注射式腫瘤疫苗還需要佐劑來提高免疫原性。

　　于是，包含人體約70%免疫細胞的腸道成為研究人員新的發力點，他們希望研制出口服式腫瘤疫苗，它們可以更安全、更經濟、患者依從性更高。

　　近年來，脂質體、聚合物納米顆粒等作為疫苗遞送載體得到了快速發展，但主要的應用場景是注射用疫苗載體。理想的口服腫瘤疫苗必須耐受胃腸道環境才能到達腸道，并克服腸上皮屏障，與豐富的腸道固有層免疫細胞相互作用。

　　在本研究中，聶廣軍/趙瀟團隊通過對腸道中最豐富的共生菌之一的大腸桿菌進行基因工程改造，研制出一種基于“細菌機器人”的口服腫瘤疫苗，可在口服后實現腸道中原位可控產生攜帶腫瘤抗原的OMV。

　　作為一種腸道菌群與機體免疫系統相互作用的天然媒介，OMV可以載帶腫瘤抗原有效地穿越腸上皮屏障，被固有層中的免疫細胞識別，激活腫瘤抗原特異性免疫反應，從而顯著抑制腫瘤生長、限制腫瘤轉移，并發揮長期保護作用。

　　小鼠模型實驗獲突破

　　近年來， 利用基因工程微生物來遞送治療藥物或利用其本身作為治療劑，受到越來越多關注。

　　既往的研究已經證明，口服基因工程菌或改良益生菌可以識別腸道中的結腸癌組織，并使治療劑能夠局部輸送，從而促進腫瘤消退。這種基因工程細菌可以通過在腸道內原位分泌活性成分來治療某些疾病，如炎癥性腸病和代謝紊亂，此前也已經有一些關于口服OMV預防志賀氏菌病或腸道炎癥的報道。

　　然而，OMV在人體內的功能和代謝的具體機制尚不清楚，關于基因工程菌在腸道原位分泌功能性OMV治療疾病的報道也很少。

　　在本次研究中，為了控制“細菌機器人”在腸道內的行為，研究團隊引入了阿拉伯糖（Ara）誘導型啟動子來控制腫瘤抗原的表達以及目的OMV的分泌——即只有在阿拉伯糖存在的情況下，才會誘導細菌納米機器人表達腫瘤抗原，否則表達處于關閉狀態，從而避免了抗原持續刺激導致的免疫耐受。

　　小鼠模型實驗顯示，口服上述基因工程菌和誘導劑阿拉伯糖后，就能實現在腸道中原位可控地產生攜帶腫瘤抗原的外膜囊泡。

　　《自然—生物醫學工程》審稿人認為，“這是一項具有足夠新穎性的概念驗證研究，在未來也可嘗試在傳染病疫苗相關領域進行研究。”

　　OMV潛力巨大

　　聶廣軍介紹，腫瘤疫苗通常需要通過佐劑來提高免疫原性，而作為一種細菌分泌的天然納米顆粒，OMV富含細菌來源物質，能夠有效激活天然免疫信號通路，其本身就具有佐劑效應，從而實現腫瘤疫苗和佐劑的合二為一，并且OMV作為疫苗載體，除了可以用來展示和遞送多肽類抗原，還可以遞送信使核糖核酸（mRNA）類抗原，進而開發 mRNA 腫瘤疫苗。

　　聶廣軍/趙瀟團隊2021年4月曾在《自然—通訊》上發表另一項合作成果，在該研究中，他們建立了一種基于OMV的“即插即用”型個體化腫瘤疫苗平臺技術，可快速展示多肽類腫瘤抗原并實現高效遞送和免疫刺激。這是OMV首次應用于注射式治療性腫瘤疫苗，相當于為疫苗裝配了精準“打擊”腫瘤細胞的“戰車”。

　　這兩個團隊長期致力于利用納米技術和生物技術設計和研發不同類型的疫苗載體。

　　今年3月，他們繼續合作在《先進材料》發表論文，首次探索了以OMV 作為 mRNA 疫苗遞送載體，即通過基因工程實現在OMV表面修飾 RNA 結合蛋白，實現mRNA的遞送；為了增強遞送效率，他們進一步功能化OMV載體，使其能夠有效地結合mRNA抗原并將其遞送至抗原遞呈細胞中高效表達。

　　結果顯示，OMV-mRNA腫瘤疫苗能夠顯著抑制小鼠黑色素瘤進展，致使37.5%的結直腸癌小鼠模型中的腫瘤完全消退，并可誘導長期免疫記憶，在疫苗接種60天后仍能保護小鼠免受腫瘤攻擊。

　　他們的一系列突破性研究，為基于基因工程微生物的治療應用開辟了更為廣闊的前景。趙瀟告訴《中國科學報》，在之后的研究中將繼續深入探索基于OMV的腫瘤疫苗，并致力于這些技術的轉化和臨床應用。