《Materials Today》：Engineered probiotics remodel tumor immune micro-environment for enhanced breast cancer metastasis inhibition and checkpoint inhibitor treatment
编辑推荐：
本研究开发了一种工程益生菌LOx@Lips-LR，通过乳酸氧化酶LOx催化肿瘤乳酸氧化生成H2O2，协同Lactobacillus reuteri激活中性粒细胞极化为N1型、巨噬细胞向M1型转化，并促进CD8+ T细胞迁移至肿瘤微环境，释放IFNγ和颗粒酶B增强抗肿瘤免疫应答。该策略通过双路径调节肿瘤免疫微环境，为新型益生菌免疫疗法提供解决方案。
邓慕兰|孙兆宇|张新丹|张秋瑜|陈申杰|兰天峰|王璐瑶|索马耶·马赫迪努洛|王海英|李嘉轩|陶娜|王洁琳|郭燕|梁星杰|陶伟|欧阳江
中国广州医科大学附属肿瘤医院及生物医学工程学院，广州510180
摘要
肿瘤微环境（TME）中乳酸的过度积累是导致肿瘤免疫抑制的关键因素，而仅仅调节乳酸浓度并不足以系统地激活肿瘤免疫反应。本文开发了一种工程化的益生菌（称为LOx@Lips-LR），它由乳酸菌Lactobacillus reuteri（L.reuteri，LR）和负载乳酸氧化酶（LOx）的脂质体（Lips）组成，能够降低癌细胞中的乳酸水平，缓解肿瘤免疫抑制，并激活相关免疫细胞以启动全身性的抗肿瘤免疫。具体而言，LOx@Lips-LR可以招募中性粒细胞到肿瘤部位，并将其极化为抗肿瘤的N1表型，同时激活树突状细胞并促进肿瘤相关巨噬细胞的M1极化。此外，LOx@Lips-LR有助于肿瘤适应性细胞毒性CD8+ T细胞渗透到TME中，使其能够分泌细胞毒性因子并发挥抗肿瘤作用。这种能够双重调节抗肿瘤免疫的工程化益生菌为通过创新的基于益生菌的策略开发高效癌症疗法提供了有前景的模型。
引言
尽管免疫疗法已被纳入标准癌症治疗[1]、[2]、[3]，但由于肿瘤诱导的免疫抑制导致药物耐药性[4]，这种方法在许多患者中并未显示出积极的结果。实际上，肿瘤内乳酸浓度的增加被认为是导致肿瘤免疫抑制的重要因素，从而促进了癌症的进展和转移[5]、[6]。因此，适当管理TME中的乳酸水平对于减少免疫抑制和提高免疫疗法的效果至关重要。目前，乳酸水平主要通过抑制乳酸脱氢酶（LDH）来调节[7]，然而，使用LDH抑制剂可能会干扰健康细胞的代谢，导致严重的非特异性毒性[1]。乳酸氧化酶（LOx）是另一种常见的乳酸水平调节剂，有望有效替代LDH抑制剂来缓解肿瘤免疫抑制[8]、[9]。鉴于LOx对乳酸的特异性催化作用，通过LOx调节肿瘤乳酸水平可以避免对健康细胞的潜在副作用。此外，LOx介导的乳酸催化过程中产生的H2O2可以激活NF-κB信号通路，增加免疫细胞中促炎细胞因子（如IFNγ）的释放[10]、[11]、[12]，从而激活T细胞并引导它们向肿瘤迁移[12]、[13]、[14]、[15]。然而，由于LOx本身的不稳定性，仅仅调节肿瘤中的乳酸水平并不足以实现全面和持久的免疫系统激活。
益生菌作为一种有益的微生物，在辅助预防和治疗恶性肿瘤方面取得了显著进展[16]、[17]、[18]、[19]。益生菌尤为重要，因为它们能够激活先天性和适应性免疫反应，从而有效刺激免疫系统[20]、[21]、[22]。此外，益生菌可以很容易地进行工程改造，以实现免疫调节因子的有效递送，使其成为增强和引导抗肿瘤免疫反应的合适载体[23]、[24]。最近的研究表明，口服L.reuteri可以在肿瘤部位定植，通过产生色氨酸代谢物进一步增强免疫检查点抑制剂（ICIs）的效果[25]。此外，L.reuteri可以通过其强大的免疫调节作用抑制小鼠的肿瘤生长并延长生存期，突显了其在激活肿瘤免疫和改善治疗结果中的重要作用[26]。因此，利用L.reuteri作为载体来递送LOx有望逆转肿瘤免疫抑制并实现持续的系统性免疫激活。
本文开发了一种工程化的益生菌LOx@Lips-LR，由L.reuteri和负载LOx的脂质体（LOx@Lips）组成（图1）。该系统可以通过降低肿瘤细胞中的乳酸水平来缓解肿瘤免疫抑制，并刺激先天性和适应性免疫，从而增强抗肿瘤效果。LOx@Lips纳米颗粒通过点击化学结合在L.reuteri表面，形成工程化益生菌LOx@Lips-LR，可以与αPD-L1免疫检查点抑制剂（ICI）结合以实现高效的肿瘤抑制。具体来说，给药后，LOx@Lips-LR释放LOx来催化乳酸的氧化并产生H2O2。H2O2与L.reuteri之间的协同作用促进了中性粒细胞在TME中的积累，并将其极化为抗肿瘤的N1亚型，同时将巨噬细胞从促进肿瘤的M2表型转变为抗肿瘤的M1表型。此外，LOx@Lips-LR通过刺激CCR趋化因子受体及其配体来增强T细胞的激活并引导其向肿瘤迁移，从而增加T细胞释放的IFNγ和颗粒酶B，增强适应性抗肿瘤免疫。这种新型工程化益生菌有望为推进肿瘤免疫疗法开辟新的途径。
LOx@Lips-LR的制备与表征
为了合成LOx@Lips-LR工程化益生菌，其制备过程和原理如图1a所示。首先，使用薄膜水合法将LOx封装到脂质体的亲水核心中，形成LOx@Lips。通过透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）对LOx@Lips进行了结构表征。TEM图像（图1b）和DLS分析（图1c）显示，LOx@Lips表现出
结论
总之，我们开发了一种工程化益生菌纳米系统LOx@Lips-LR，它可以调节肿瘤乳酸代谢并增强先天性和适应性抗肿瘤免疫。这是一种改进的癌症免疫疗法策略，在全面的体外和体内研究中显示出显著的抗肿瘤效果。具体来说，封装的LOx催化乳酸氧化为H2O2，并与L.reuteri合作，有效招募免疫细胞到肿瘤部位
材料、细胞系和动物
二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）、1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-聚乙二醇-苯硼酸（DSPE-PEG2000-PBA）和胆固醇购自西安瑞希生物技术有限公司（中国西安）。乳酸氧化酶购自广州源业生物技术有限公司（中国广州）。L-乳酸测定试剂盒（含WST-8）、过氧化氢和线粒体膜电位测定试剂盒（含JC-1）购自贝优时间生物技术有限公司（中国广州）。作者贡献声明
邓慕兰：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、方法学、研究、数据分析、概念化。孙兆宇：撰写 – 审稿与编辑、资金获取、数据分析。张新丹：研究、数据分析。张秋瑜：方法学、研究。陈申杰：研究、数据分析。兰天峰：方法学、研究。王璐瑶：方法学、研究。索马耶·马赫迪努洛：撰写 – 审稿与编辑、数据分析
利益冲突声明
W.T.是本期刊的高级编辑委员会成员。W.T.声明以下利益冲突：W.T.在哈佛医学院/布里格姆妇女医院为诺和诺德（Novo Nordisk）和Henlius USA担任科学顾问委员会成员、进行过讲座（并收取费用）或进行过资助研究。其他作者没有利益冲突。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号：32301183，J.O.）、广东省重点高校项目（编号：2024ZDZX2050，J.O.）、广州市教育局阳城学者研究项目（编号：2024312277，J.O.）和广州市基础研究项目（编号：2024A04J3468，J.O.）的支持。W.T.还得到了美国肺脏协会（ALA）癌症发现奖（编号：LCD1034625，W.T.）和ALA Courtney Cox Cole肺癌研究奖（编号：2022A017206，W.T.）的支持。
