溶瘤细菌竟能变身细胞器

19世纪末，外科医生威廉·科利注意到，一位肉瘤患者在意外感染化脓性链球菌后，肿瘤竟神奇地消退了。受此启发，他配制了“科利毒素”，一种灭活的细菌混合物，用来激发患者的高烧和免疫反应。

这是溶瘤细菌的雏形。在那个年代，细菌的角色是非特异性的免疫刺激剂。以细菌激活人体免疫细胞来杀伤癌症，但因其不可控的毒性和剧烈的全身炎症反应，最终在放疗和化疗兴起后逐渐被主流医学抛弃。

近20年来来，随着基因工程的出现，溶瘤细菌迎来了重生。溶瘤细菌这一概念常常被用作肿瘤靶向递送载体，比如说给细菌装上质粒，让它分泌细胞因子（如IL-2、GM-CSF）、趋化因子、前药转化酶（如胞嘧啶脱氨酶）或免疫检查点纳米抗体。其中最成功的典范便是减毒沙门氏菌VNP20009。通过敲除毒力基因msbB和purI，这种细菌变得相对安全

然而，早期的改造思路相对直接，主要是利用其肿瘤趋向性，将细菌作为递送各种“弹药”的载体。瓶颈在于，这些细菌始终细胞间隙递送药物，且这些在细胞外活动的细菌很容易被免疫系统清除，导致治疗效果短暂且有限。

不过，最近一篇发表于Nature Communications的研究带来了一种新范式。来自中国海洋大学和山东大学的团队不再把VNP20009当成递送药物的工具人，而是将其改造为能够长期潜伏在癌细胞内部、修复癌症根源缺陷的“人工细胞器”。

PTEN与p53的困局

PTEN与p53是最常见的抑癌基因。

其中PTEN主要活跃在细胞质中，专门把促进细胞生长的PIP3分子剪切成PIP2，从而抑制PI3K/AKT这条关键的促癌通路。没有PTEN，细胞就会不断接收到继续生长的错误指令。此外，PTEN还能进入细胞核维护基因组稳定，甚至分泌到细胞外调节免疫微环境。

p53则更倾向于保护基因组，当细胞DNA受到损伤时，p53会立即启动细胞周期阻滞，给细胞一个窗口；如果损伤无法修复，它会果断启动凋亡程序，让异常细胞自我毁灭。更重要的是，PTEN和p53之间存在着正向调控回路，PTEN能稳定p53蛋白，而p53又能促进PTEN的转录表达。两者相辅相成，共同构筑起抵御癌症的双重防线。

在肿瘤进化过程中，PTEN与p53常常同时失活。传统的小分子药物虽然能短暂调控相关通路，但面临着脱靶毒性、药物抵抗和体内分布不均等问题，直接补充抑癌蛋白又受限于蛋白质不稳定和细胞摄取效率低下。

VNP20009的改造

像是VNP20009这类减毒沙门氏菌天生就喜欢趋向肿瘤，尤其是肿瘤内部低氧、微酸的环境，不仅能进入肿瘤组织，还能主动钻进癌细胞的内部，并利用其生存策略，在里面存活超过7天。而且肿瘤免疫抑制的特性让这些细菌不容易被免疫系统清除。

VNP还有个独特优势，它是一种胞内菌，尺寸与细胞器相当，能在肿瘤细胞内长期寄生存活超过7天。这意味着，如果把它改造成一个蛋白生产车间，它就能像线粒体或内质网一样，在细胞内部持续不断地制造治疗性蛋白，成为名副其实的“外源性细胞器”。

然而，野生细菌在体内过度繁殖会引发严重的感染风险甚至导致败血症。为了解决这个安全隐患，研究团队借鉴了细菌的天然群体感应（QS）系统。

在自然界中，细菌通过释放和感知一种名为AHL的信号分子来清点同伴数量。他们将细菌的裂解基因LysE置于QS启动子pluxI的调控之下，同时让PTEN基因也在同一系统中表达。在细菌数量较少时，AHL浓度低，细菌正常生长并持续生产PTEN；当细菌密度达到阈值，AHL与LuxR蛋白结合形成复合物，激活pluxI启动子，大量表达LysE裂解蛋白，致使细菌裂解，细菌裂解则将积累的PTEN蛋白释放到周围环境中。随着细菌密度下降，AHL浓度随之降低，裂解停止，幸存的细菌重新繁殖，开启下一轮生产-释放循环。

与此同时，研究者还在细菌表面挂载了装载MDM2抑制剂（RG7388）的纳米颗粒，这是用来稳定p53蛋白的。

当细菌在肿瘤内部裂解时，纳米颗粒随之释放。RG7388精准地结合并抑制了MDM2，阻止了p53被降解，从而直接恢复了p53的抑癌功能。与此同时，细菌释放的PTEN蛋白进入肿瘤细胞后，通过抑制AKT信号通路，间接地再次激活了p53。

唤醒免疫系统

在黑色素瘤模型中，这种被驯化的“人工细胞器”实现了94.9%的肿瘤抑制率。而当它与免疫检查点抑制剂（抗PD-1）联手时，所有接受治疗的小鼠存活超过80天，实现了长期无瘤生存。

这种“细菌纳米颗粒”的组合疗法不仅能直接杀死癌细胞，还能将原本的“冷”肿瘤微环境改造成“热”肿瘤。

转录组分析显示，治疗后的肿瘤组织内，大量与免疫相关的基因被显著上调。

流式细胞术分析显示，治疗组肿瘤内的M1型巨噬细胞（CD11b CD80 ）显著增加，M2型（CD11b CD206 ）减少，M1/M2比值比PBS组提高了20.4倍。成熟的树突状细胞比例也大幅攀升，这意味着抗原呈递能力增强。随之而来的是细胞毒性CD8 T细胞的显著浸润，与此同时，免疫抑制的调节性T细胞（Treg）比例显著下降。

总结

总的来说，这次研究突破了溶瘤细菌作为载体的限制，开发了一种将细菌变化为“人工细胞器”的新范式，可以期待未来的临床转化