新研究改造大腸桿菌 讓其運送抗原激活免疫反應

近日，在《自然》子刊上發表的一項研究中，我國學者通過對大腸桿菌進行基因工程改造，設計了一種細菌衍生的口服類腫瘤疫苗，該疫苗在小鼠多種癌癥模型中顯示出抗腫瘤療效。

什么是口服類腫瘤疫苗?口服類腫瘤疫苗有哪些優勢，能解決患者什么問題?科技日報記者就此專訪了上述研究團隊負責人之一、中國科學院國家納米科學中心研究員聶廣軍。

口服類疫苗優勢明顯但開發難度大

“小時候吃的糖丸疫苗，實際上就是一種針對脊髓灰質炎的口服類疫苗。”聶廣軍說，有研究論文報道，目前科學家正在研發的口服新冠疫苗已經在動物實驗中初步獲得顯著效果。

相比于注射類疫苗，口服類疫苗主要有3方面優勢。

首先，口服類疫苗激活的免疫反應程度可能更強。“注射類疫苗一般只能通過注射部位周邊的引流淋巴結進行免疫刺激，這個范圍相對有限。而腸道實際上含有機體70%左右的免疫細胞，是體內最大的免疫器官之一。假如能夠通過口服疫苗的方式，對腸道內的免疫細胞進行刺激，這樣激活的免疫反應會非常強。”聶廣軍說。

“理論上，受到疫苗刺激的免疫細胞數量越多，激活的免疫反應就會越強，最終對機體的保護作用也就越強。就口服類腫瘤疫苗而言，疫苗激活的免疫細胞越多，對腫瘤細胞的抑制作用就越強，治療效果可能就越好。”聶廣軍解釋道。

“當然，免疫系統的過度激活也是一種潛在的風險，因此需要臨床前研究和臨床試驗來確定口服類疫苗的劑量，確保免疫反應處在機體能夠承受的范圍內。”聶廣軍補充道。

其次，口服類疫苗可以激活黏膜免疫，刺激機體產生一種特殊的抗體IgA，這種抗體主要分布在黏膜部位，比如消化道、呼吸道。聶廣軍告訴記者：“黏膜免疫其實是身體形成的針對病原微生物的一道防線，因此對通過腸道或呼吸道侵入的病原微生物，防范作用更強，黏膜免疫正是注射類疫苗所缺乏的。”

“但是，對于口服類腫瘤疫苗來說，這種黏膜免疫的意義還有待進一步研究和探索。”聶廣軍提道。

再者，口服類疫苗在實際應用方面也有一定優勢。“相比于注射，口服方式要方便許多，普及接種速度更快，人們的依從性更高，而且也不需要專業人員進行接種，對社會資源的消耗會低很多。”聶廣軍說。

“但口服類疫苗在其技術開發方面的難度要遠遠大于注射類疫苗，面臨的挑戰更多。”聶廣軍說。

聶廣軍介紹，其課題組長期關注利用納米技術和生物技術開發治療腫瘤的新方法，因此在口服類疫苗技術體系方面，他們選擇了腫瘤疫苗作為突破點。

制造“細菌機器人”克服兩大挑戰

聶廣軍告訴記者，口服類疫苗研發主要有兩大挑戰：一是疫苗需要克服復雜的消化道環境。胃酸以及各種消化食物的酶等可能導致疫苗在抵達腸道前就被降解了。二是疫苗需要通過腸道上皮屏障。疫苗的主要成分是抗原，也就是蛋白質，蛋白質這種物質很難有效透過上皮屏障，因而也就無法激活分布在上皮屏障之下的免疫細胞。

如何克服這些挑戰呢?答案是制造“細菌機器人”。

聶廣軍告訴記者，研究團隊將大腸桿菌進行了基因改造，經過基因改造的大腸桿菌能在腸道內自己產生并分泌一種帶有腫瘤抗原的囊泡——細菌外膜囊泡(OMV)，OMV就像卡車一樣，會把載有的腫瘤抗原帶到腸道上皮屏障下的免疫細胞附近，從而將這些腫瘤抗原傳遞給免疫系統，激活體內的抗腫瘤免疫反應。聶廣軍團隊把這種按照他們的設計在體內自主工作的大腸桿菌稱為“細菌機器人”。

“細菌機器人”是口服類腫瘤疫苗的核心組成，它們能在腸道內不斷產生帶有腫瘤抗原的OMV。這一方面會引起機體免疫反應抵御腫瘤，但另一方面，不斷的免疫刺激也會導致免疫耗竭和耐受。

為消除這個隱患，研究者給腫瘤抗原基因加了一個“響應性開關”，有了這個開關，“細菌機器人”只有在阿拉伯糖(一種糖類物質)存在的情況下，才進行腫瘤抗原基因的表達。這樣，就可以通過口服阿拉伯糖的方法對“細菌機器人”的腸道內行為進行控制，讓它不至于失控。在動物模型實驗中，研究人員在小鼠口服“細菌機器人”24小時后，會給小鼠喝一些“糖水”。

采用口服“細菌機器人”的方式在腸道原位產生帶有腫瘤抗原的OMV，不僅解決了上皮屏障難以逾越的問題，也克服了復雜消化道環境帶來的困難。“最初，我們采用了直接口服OMV的方式，但發現OMV無法高效地抵達腸道部位，因此才考慮口服‘細菌機器人’的方式。因為，相比OMV，大腸桿菌本身就是腸道定植菌群，耐受程度更高。”聶廣軍表示。

“不過，這些‘細菌機器人’在腸道內的存活時間是有限的。”聶廣軍告訴記者，據他們觀察，在口服72小時后，這些“細菌機器人”就會被排泄掉或被降解掉;此外，沒有阿拉伯糖這種糖類物質存在，“細菌機器人”就和腸道內的其他共生細菌一樣。

“從動物實驗來看，這種基于‘細菌機器人’的口服類腫瘤疫苗，沒有明顯副作用。在人體內的情況還需要進一步驗證。”聶廣軍說。

談及口服類腫瘤疫苗的適用人群，聶廣軍表示：“從口服脊髓灰質炎疫苗的經驗來看，絕大多數人都能接受口服類疫苗接種。當然，口服脊髓灰質炎疫苗是預防疾病的，而我們要做的口服類腫瘤疫苗，是用來治病的，使用者是患者。我們要結合患者對疫苗的耐受程度，對疫苗的劑量進行嚴格控制。是否有特定人群不適合口服類疫苗，還需要進一步研究驗證。”

腫瘤疫苗是實現個體化治療的重要手段

隨著時代發展，抗腫瘤理念和手段都在不斷進步。最初的手術、放療、化療等手段都是一種治療方式對應大部分患者，屬于“粗獷式的治療”。后來，又發展出以靶向治療為代表的精準治療，這是一種藥物對應一小部分患者。

“近10年來，個體化治療的呼聲不斷提高，也就是每個患者能對應一種治療方式。”聶廣軍認為，腫瘤疫苗就是非常有前景的一種個體化治療。“因為每個患者體內的腫瘤細胞的基因突變都不一樣，也就是腫瘤抗原信息都是獨一無二的。利用這些患者獨一無二的腫瘤抗原制作出來的腫瘤疫苗也就只適用于患者本人，是真正的個體化治療。”聶廣軍相信，隨著抗原鑒定手段以及遞送技術的發展，腫瘤疫苗肯定會應用在臨床治療當中，而且依靠技術進步及醫保政策提供的相應支持，腫瘤的個體化治療成本也一定會大大降低。

聶廣軍預測，注射類腫瘤疫苗的臨床應用在未來2—5年內可以成為現實。“口服類腫瘤疫苗還是新技術，需要一定時間來開發和優化。我們有信心，在不遠的將來，口服類腫瘤疫苗可以變成人類戰勝惡性腫瘤的一個殺手锏。”他說。

聶廣軍表示，接下來課題組的工作主要集中在兩方面：一是對基于“細菌機器人”的口服類疫苗系統進一步完善，在更多的腫瘤抗原和模型中驗證效果，抓緊推進其轉化落地;二是利用“細菌機器人”嘗試輸運其他疾病的疫苗，甚至是藥物，比如針對胃腸道病原微生物的疫苗、針對腸炎的藥物等，進一步拓展其應用范圍。(科技日報記者代小佩)

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