Biomaterials：天津大学王汉杰等团队合作构建工程菌以进行癌症免疫治疗
2025-01-01 iNature iNature 发表于陕西省
该研究不仅扩大了工程细菌作为体内“药物工厂”的潜力，还为重编程巨噬细胞以增强肿瘤免疫治疗提供了新思路。
在免疫抑制性肿瘤微环境（TME）中，肿瘤相关巨噬细胞（TAM）主要表现为免疫抑制性M2表型，可促进肿瘤增殖和转移。尽管当前重编程TAM的策略潜力巨大，但由于反复注射，其可持续性和有效性受到限制。
2024年12月26日，天津大学王汉杰、康君和徐州医科大学张英英共同通讯在Biomaterials 上在线发表题为“In situ production and precise release of bioactive GM-CSF and siRNA by engineered bacteria for macrophage reprogramming in cancer immunotherapy”的研究论文。该研究开发了包含两种工程菌株的细菌治疗平台。一种菌株能够产生和分泌粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），促进M2型TAMs复极化为M1型TAM，而另一种菌株可分泌靶向信号调节蛋白α（SIRPα）的小干扰RNA（siRNA）。
这两种菌株可以连续、原位产生生物活性治疗剂，在TAM中发挥持续的协同治疗作用，抑制肿瘤生长。为提高治疗效果，通过光遗传学策略有效控制GM-CSF的产生，并利用工程细菌产生的外膜囊泡（OMV）来保护siRNA免受外部环境的降解。实验结果表明，细菌治疗平台可以持续产生和释放具有生物活性的GM-CSF和SIRPα siRNA，表现出显著的治疗效果。体内实验表明，与传统药物治疗相比，该平台显示出更持久、稳定的治疗效果。此外，与单一菌株疗法相比，两种工程菌株的组合得到了最高的M1/M2 TAMs比率（0.80）和F4/80+SIRPα+TAMs的最低比率（3.46%）。该研究扩大了工程细菌在体内治疗中的应用，具备临床转化潜力。
在免疫抑制性肿瘤微环境（TME）中，肿瘤相关巨噬细胞（TAM）主要表现出免疫抑制性M2表型，而不是免疫激活的M1表型，从而促进肿瘤增殖和转移。此外，TAMs表面的信号调节蛋白α（SIRPα）与分化簇47（CD47）向TAM发送“不要吃我”信号，引起肿瘤的免疫逃逸。细胞因子和RNA干扰（RNAi）疗法等现有疗法，旨在调节TAM以逆转肿瘤介导的免疫抑制。如细胞因子疗法可有效促进TAM从M2型复极化为M1型，而RNAi疗法可降低SIRPα或CD47的表达，从而阻断CD47-SIRPα免疫检查点通路。更重要的是，细胞因子和RNAi的联合治疗已经取得了一定治疗效果。然而，目前的联合策略需要多次注射，导致可持续性和疗效不佳。因此，迫切需要为这一联合疗法开发合适的给药系统，以提高治疗效果。
工程细菌易于遗传操作，高效且能够在体内保持生物活性，提供了一种有效的解决方案。这些细菌可生产和释放各种生物活性剂，包括蛋白质（如纳米抗体、细胞因子）和小分子，用于治疗癌症和炎症性肠病。与传统药物相比，工程菌在疾病部位持续产生生物活性药物，提供更持久、更强的治疗效果。利用合成生物学技术对细菌进行工程改造，作为生产和释放生物活性细胞因子和siRNA以重编程TAM的原位治疗平台，吸引了学者的广泛关注。
图1 工程细菌原位产生和释放生物活性GM-CSF和siRNA重编程TAM以进行肿瘤免疫治疗示意图（摘自Biomaterials ）
为成功构建这种细菌平台，高效、可控生产和释放生物活性剂至关重要。为增强细胞因子的分泌，可以将分泌系统引入工程细菌中。此外，调节策略对于确保工程细菌的稳定和特异性功能至关重要。在各种调控方法（光、超声、磁学）中，光遗传学因其时间和空间的准确性以及操作灵活性而表现出独特的潜力。同时，为保护易降解的siRNA，工程细菌需要产生合适的核酸载体。革兰氏阴性菌可以分泌外膜囊泡（OMV），是一种具有磷脂双层结构的纳米级囊泡，可保护siRNA在细胞外环境中不被降解。
该研究开发了一种工程化细菌治疗平台，用于生物活性GM-CSF和siRNA的原位生产和释放，以实现TAM的连续、协同重编程。首先，设计了一个配备溶血素分泌系统的工程菌株（opto-BL21-sec），在绿光刺激下产生和分泌GM-CSF，将M2型TAMs复极化为M1型TAM。其次，设计了另一种工程菌株（si-SIRPα@OMVs-M2pepBL-ves），高效生产靶向M2型TAM的靶向肽（M2pep）修饰的OMV，并封装SIRPαsiRNA（si-SIRPα@OMVs-M2pep），靶向抑制TAM表面的SIRPα表达。这两种工程细菌可以协同复极化M2型TAM并破坏“don'teatme”信号通路，从而增强免疫效果。该研究不仅扩大了工程细菌作为体内“药物工厂”的潜力，还为重编程巨噬细胞以增强肿瘤免疫治疗提供了新思路。
参考消息：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224005738?via%3Dihub
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在免疫抑制性肿瘤微环境（TME）中，肿瘤相关巨噬细胞（TAM）主要表现为免疫抑制性M2表型，可促进肿瘤增殖和转移。尽管当前重编程TAM的策略潜力巨大，但由于反复注射，其可持续性和有效性受到限制。
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