Adv Sci | 刘琦/李风和/田大胜/刘阳团队提出“细菌可编程封装”策略，实现工程菌按需增殖与精准肿瘤免疫治疗|免疫性疾病|免疫治疗|刘琦|刘阳|基因改造细菌|李风和|田大胜|细胞|肿瘤

近年来，活体细菌药物（ Live Bacterial Therapeutics, LBP ）因其对肿瘤组织的天然靶向性以及在病灶部位原位生产治疗性载荷的能力，在癌症治疗中展现出广阔的应用前景。然而，细菌药物在临床转化中面临着严峻的挑战：一方面，系统性给药的活菌具有较强的宿主毒性与全身免疫原性，容易引发严重的炎症反应与器官损伤；另一方面，活菌在正常器官（如肝、脾等）中的无控增殖以及在血液循环中被网状内皮系统（ MPS ）快速清除，极大地限制了其安全给药剂量与局部疗效。通过基因敲除减毒的传统方法常常导致菌株定殖能力不可逆地下降，现有的表面改性策略也难以有效控制细菌在非靶向器官中的增殖。

近日，安徽医科大学药学科学学院刘琦团队联合安徽医科大学第二附属医院、南开大学化学院等单位针对活体细菌药物系统性给药时 “ 宿主毒性大 ” 与 “ 非靶向器官无控增殖 ” 的双重难题，构建了一种新型可编程细菌胶囊来降低活菌毒性并激活强效的抗肿瘤免疫应答。该研究工作近日以Programmable Encapsulation Enables On-Demand Proliferation of Therapeutic Bacteriafor Potent Cancer Immunotherapy为题在线发表于 Advanced Science 。

该细菌胶囊具有 “ 防护 - 响应 ” 结构，利用 2- 甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱（ MPC ）以及含有基质金属蛋白酶 -2 （ MMP-2 ）底物肽段（ Ac-GPLGVRGK-Ac ）的可降解交联剂，通过原位自由基聚合在工程大肠杆菌（ E. coli Nissle 1917, EcN ）表面构建了一层厚度约为 30 nm 的交联聚合物网状外壳。两性离子聚合物（ P MPC ）表层使细菌胶囊在血液循环和正常器官中保持稳定，显著降低了促炎因子释放与巨噬细胞清除，延长了血液循环半衰期，同时高密度交联网络对细菌形成了物理约束，阻止其在血液及心、肝、脾、肺、肾等正常器官中无控增殖，克服了传统活菌给药引发的全身感染和器官损伤。当细菌胶囊蓄积于肿瘤组织后，肿瘤微环境中高表达的 MMP-2 酶切降解外壳以解除物理约束，恢复工程菌在肿瘤局部的 “ 按需增殖 ” 。此外，经基因改造的工程菌（ EcN Arg+sPD-1 ）在肿瘤局部脱壳增殖后，能持续将肿瘤内积累的毒性代谢副产物氨转化补充 L- 精氨酸（ L- arg ）并分泌可溶性程序性死亡蛋白 1 （ sPD-1 ），在阻断 PD-1/PD-L1 通路的同时缓解肿瘤免疫抑制性微环境。随着可降解细菌胶囊（ DC-EcN Arg+sPD-1 ）对 B16F10 荷瘤小鼠的全身给药，研究发现其在血液循环中维持稳定并有效在肿瘤部位蓄积，单细胞 RNA 测序（ scRNA-seq ）证实其可显著提升效应 CD8 + T 细胞比例并上调颗粒酶介导的凋亡通路，有效激活全身抗肿瘤免疫应答，从而将肿瘤免疫原性从 “ 冷 ” 转化为 “ 热 ” 状态。此外， DC-EcN Arg+sPD-1 进一步提高了脾脏中效应记忆 T 细胞（ T EM ）和中心记忆 T 细胞的比例，激活了特异性抗肿瘤免疫记忆效应，显著抑制了恶性肿瘤的复发和远端转移，且治疗期间小鼠体重稳定，主要器官无病理损伤，展现出极佳的生物安全性。