基于合成蛋白质递送系统的工程化沙门氏菌介导肿瘤特异性细胞因子疗法

《Scientific Reports》：Tumor-specific cytokine therapy mediated by engineered Salmonella with a synthetic protein delivery system

本文研究了如何利用工程化改造的沙门氏菌作为靶向递送载体，将抗癌细胞因子（Neo-2/15）特异性地输送至肿瘤部位，旨在克服传统细胞因子疗法系统毒性高、体内半衰期短的局限性。该策略在荷瘤小鼠模型中成功诱导了肿瘤消退并延长了生存期，为癌症免疫治疗提供了一种有前景的新方法。

癌症，这个人类健康的长期威胁，其治疗一直是医学研究的核心战场。免疫治疗，特别是细胞因子疗法，曾带来巨大希望。它试图调动患者自身的免疫系统，特别是那些能够精准识别并杀伤癌细胞的T淋巴细胞，来对抗肿瘤。然而，现实往往比理想骨感。直接将具有强大免疫激活能力的细胞因子（如白细胞介素-2, IL-2）注入患者血液，就像一场“无差别轰炸”：虽然能激活抗癌免疫细胞，但也会不分敌我地攻击正常组织，引发严重的全身性毒副作用。同时，这些珍贵的“弹药”在血液循环中很快就会被清除，半衰期短，难以在肿瘤部位形成有效且持久的战斗力。如何将“好钢用在刀刃上”，将高效的治疗药物精准、持续地投送到肿瘤这个“主战场”，同时避免对健康组织的“误伤”，成为了一个亟待解决的难题。

为此，研究人员将目光投向了一个意想不到的“盟友”——细菌。某些细菌，如沙门氏菌，具有天然的向肿瘤组织富集的倾向。科学家们设想，如果能对这种细菌进行“基因改造”，剥去其致病性的“獠牙”，装上“制导”和“武器”系统，就能将其打造成一个智能的、肿瘤靶向的“生物导弹”载体。这项发表在《Scientific Reports》上的研究，正是这一构想的前沿实践。研究者们旨在开发一种新型的肿瘤特异性细胞因子递送平台，通过工程化的减毒沙门氏菌，将人工设计的抗癌细胞因子Neoleukin-2/15 (Neo-2/15)精准地投递到肿瘤微环境，以期在增强抗肿瘤疗效的同时，最大限度地降低系统性毒性。

为实现这一目标，研究团队运用了几个关键的技术方法。首先，他们对鼠伤寒沙门氏菌进行基因工程改造，删除了负责其侵入和哺乳动物宿主内复制的关键毒力基因簇——沙门氏菌致病岛-1和-2(SPI-1, SPI-2)，从而构建了减毒菌株ΔSPI-1ΔSPI-2。其次，他们利用了一个先前报道的合成生物学系统，将编码合成型3型分泌系统(SynT3SS V3.0)的基因簇进行重组，并置于四环素诱导型启动子P_tet控制下，通过质粒导入工程菌。最后，他们将抗癌细胞因子Neo-2/15与一个来自沙门氏菌效应蛋白SptP的N端分泌信号(SptP₁₆₇)融合，构建了SptP₁₆₇::Neo-2/15融合蛋白表达质粒，由组成型启动子P_J23110驱动。在动物实验中，他们使用了携带CT26结肠癌细胞的荷瘤小鼠模型来评估治疗效果。

工程菌的构建与蛋白分泌验证

研究人员成功构建了携带SynT3SS V3.0和SptP₁₆₇::Neo-2/15表达质粒的工程化沙门氏菌ΔSPI-1ΔSPI-2。当使用多西环素诱导SynT3SS时，工程菌能够将SptP₁₆₇::Neo-2/15融合蛋白分泌到细菌培养上清液中，产量达到0.37 ± 0.07 mg/L。这初步证明了该合成分泌系统的功能性。

分泌蛋白的生物活性验证

为了确认分泌出的融合蛋白是否保留了其刺激免疫细胞活性的核心功能，研究团队用含有SptP₁₆₇::Neo-2/15的培养上清处理处于饥饿状态的细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)。结果发现，与使用人工白细胞介素-2(hIL-2)、纯化的Neo-2/15或纯化的SptP₁₆₇::Neo-2/15处理一样，工程菌上清液也能有效促进CTLs的增殖。这表明通过细菌SynT3SS分泌的Neo-2/15融合蛋白具有完整的生物活性，能够模拟IL-2的功能，激活T细胞。

体内抗肿瘤疗效评估

研究的核心验证在于动物实验。向携带CT26肿瘤的小鼠体内注射工程化的沙门氏菌（携带SynT3SS和Neo-2/15表达系统）后，观察到了显著的抗肿瘤效果。与对照组相比，接受工程菌治疗的小鼠其肿瘤生长受到了明显抑制，甚至出现了肿瘤消退的现象。更重要的是，这一治疗策略为荷瘤小鼠带来了生存获益，显著延长了它们的寿命。这直接证明了该细菌介导的细胞因子靶向递送策略在活体动物模型中是可行且有效的。

综上所述，本研究成功开发并验证了一种创新的癌症治疗策略。该策略的核心在于将合成生物学与细菌疗法相结合：通过对沙门氏菌进行减毒改造，并为其装配可诱导的合成蛋白质分泌系统(SynT3SS)，使其能够将人工设计的治疗性细胞因子(Neo-2/15)特异性地递送至肿瘤部位。研究结论表明，这种工程化细菌不仅能实现细胞因子的靶向投送，减少全身暴露带来的毒副作用，其本身作为细菌载体，也可能通过其内在的免疫刺激因子与细胞因子产生协同作用，共同激活抗肿瘤免疫应答。最终，在临床前小鼠模型中，该策略成功诱导了肿瘤消退并延长了生存期。这项工作的意义重大，它不仅为克服当前细胞因子疗法的局限性提供了一种极具前景的新思路，更展示了一个可编程、模块化的细菌递送平台。这个平台具有高度的适应性，理论上可以装载不同的蛋白质“弹头”，如其他细胞因子、抗体或酶，从而实现对多种癌症乃至其他疾病的靶向治疗，为生物医学治疗领域开辟了新的可能性。