近年来，癌症治疗领域取得了显著进展，其中免疫疗法以其独特的机制，为晚期癌症患者带来了前所未有的生存希望。自2011年伊匹木单抗（ipilimumab）获批用于晚期黑色素瘤以来，以PD-1、PD-L1、LAG-3等为靶点的免疫检查点抑制剂相继问世，显著改善了多种癌症的治疗效果。然而，面对“冷”肿瘤微环境（TME）中免疫细胞浸润不足或功能耗竭的挑战，开发更高效的免疫治疗策略迫在眉睫。
追溯历史，细菌在癌症治疗中的应用并非新鲜事。早在19世纪，威廉·科利（William Coley）便通过注射热灭活的链球菌和粘质沙雷氏菌（即“科利毒素”），观察到肿瘤消退，被誉为“免疫治疗之父”。另一个成功的案例是卡介苗（BCG），这种减毒牛型结核分枝杆菌变异株，最初作为结核病疫苗，于1990年被美国FDA批准用于治疗膀胱癌。如今，随着对肿瘤微环境的深入理解以及微生物学、纳米技术和基因重组技术的飞速发展，重新编程细菌以实现精准治疗已成为癌症研究的新热点。
细菌免疫疗法：独特的天然优势
细菌在肿瘤免疫治疗中展现出作为治疗剂或载体的固有优势，主要体现在其独特的肿瘤靶向性和强大的免疫激活能力。
肿瘤靶向性：精准定位癌细胞
肿瘤组织内部的血管系统通常紊乱且不规则，导致氧气和营养物质供应不足，形成典型的缺氧环境。这种独特的微环境为某些专性或兼性厌氧菌提供了理想的定植和增殖场所。研究显示，静脉注射鼠伤寒沙门菌后，小鼠肿瘤部位的细菌数量可达到正常器官的10000倍以上。与此形成对比的是，传统化疗药物由于被动分布和渗透性有限，难以有效抵达这些血管稀疏的坏死区域，这往往是导致肿瘤复发的重要原因。因此，细菌能够深入肿瘤核心区域并在此定植，弥补了其他药物难以触及的治疗盲区。
免疫激活特性：唤醒抗癌免疫力
肿瘤微环境中的缺氧状态常伴随局部免疫细胞的功能抑制。随着肿瘤的进展，癌细胞的无限增殖会剥夺免疫细胞的氧气和营养，导致免疫细胞耗竭，并分泌促癌细胞因子，呈现免疫抑制表型。然而，细菌衍生的分子，如肽聚糖、脂多糖（LPS）和脂磷壁酸，能够提供强大的免疫刺激信号。它们主要与树突状细胞（DC）和巨噬细胞等固有免疫细胞表达的模式识别受体（PRR）结合，从而诱导免疫细胞迁移，刺激免疫系统识别并清除肿瘤细胞。
例如，沙门氏菌的LPS能通过炎症小体和Toll样受体4（TLR4）介导的信号通路，增加IL-1β的表达，发挥抗肿瘤作用。某些革兰氏阴性细菌的鞭毛，则能通过与树突状细胞上的Toll样受体5（TLR5）结合，促进多种促炎细胞因子、NO、H2O2和趋化因子的表达，增强CD8+T细胞介导的杀瘤作用，并下调Treg细胞的抑制功能。
此外，细菌的某些成分还能介导免疫细胞的表型转化。例如，鞭毛蛋白可促使促肿瘤巨噬细胞向抗肿瘤巨噬细胞转化，将免疫抑制的微环境转变为免疫活性环境。研究还发现，李斯特菌能感染髓源性抑制细胞（MDSCs），降低其在血液中的含量，并促进剩余MDSCs分泌IL-12，转变为免疫活性表型，从而在动物模型中观察到肿瘤生长的显著抑制。
工程化细菌：提升治疗效果与安全性
细菌在肿瘤部位的趋化定植能力及其固有的免疫原性，使其成为肿瘤免疫治疗的理想候选者。近年来，随着合成生物学、材料科学和基因编辑工具的飞速发展，对细菌进行工程化改造已成为现实。通过不同的修饰和转化方式，可以进一步提高细菌的肿瘤靶向性、治疗效果和安全性。
精准靶向：工程化细菌的肿瘤亲和力
构建营养缺陷型突变体是提高细菌肿瘤靶向性的有效策略。通过利用正常组织与肿瘤部位营养成分的差异，可以设计出仅能在肿瘤组织中定植和存活的细菌突变体。沙门氏菌A1（亮氨酸和精氨酸营养缺陷型）和沙门氏菌SF104（芳香族氨基酸需求型，aroA基因突变）便是成功的范例，它们能特异性地在肿瘤部位聚集，避免在正常组织中富集。
此外，合成工程化粘附素，使其专门结合癌细胞表面特异性分子（如新抗原或癌胚抗原CEA、CD20），也能显著提高细菌对肿瘤的天然亲和力。例如，在鼠伤寒沙门菌VNP20009表面表达癌胚抗原（CEA）特异性单链抗体片段，可观察到肿瘤部位细菌聚集的增加。另一项研究则通过将抗CD20抗体结合到沙门氏菌表面，增强了细菌对CD20+淋巴瘤的侵袭性，同时减少了非特异性聚集。
重塑微环境：增强抗肿瘤免疫反应
细菌的多种基本成分能够调节人体免疫系统。为了获得更强的免疫调节效果，研究人员可以设计工程菌来装载或表达外源性免疫治疗药物，以增强抗肿瘤疗效。鉴于细菌优先定植于恶性区域并能自然刺激固有免疫细胞，基于细菌的治疗可为肿瘤组织提供基础的免疫激活水平。
细胞因子具有促进免疫细胞活化和增殖的能力，通过工程菌传递细胞因子具有特异性高、副作用小的特点。一项研究通过减毒鼠伤寒沙门菌合成IL-18，结果显示肿瘤区域CD3+/CD4+T细胞和DX5+NK细胞浸润增加，IL-1β、TNF-α、IFN-γ、GM-CSF等细胞因子表达上调，并观察到显著的抗肿瘤作用。
人乳头瘤病毒16型癌蛋白E7（HPV-16 E7）在宫颈癌发病机制中发挥关键作用。口服表达HPV-16 E7蛋白的乳酸乳杆菌，可导致表达E7的肿瘤生长显著延迟，并显著增加E7特异性CD4+T辅助细胞和CD8+T细胞的数量，表明这种基于细菌的疫苗对肿瘤细胞挑战具有深远的保护作用。该口服疫苗已进入一期临床试验，以验证其安全性和免疫原性。
安全保障：降低潜在毒性风险
尽管细菌具有良好的抗肿瘤特性，但其潜在毒性是其临床应用的主要障碍。活菌制剂的安全性是其临床转化的关键。为了充分利用细菌对抗癌症，研究人员投入巨大努力构建了大量减毒工程菌，以提高其安全性能。
细菌表面分子是其主要毒力因子，对这些表面抗原进行修饰（如基因敲除）是规避活病原体毒性的主要途径。例如，ppGpp（鸟苷5’-二磷酸-3’-二磷酸）是一种参与毒力基因表达的信号分子。通过敲除relA和spoT基因，ppGpp的合成被阻断，导致其LD50比野生菌株增加105-106倍。同时，由于能够诱导促炎因子IL-1β、IL-18和TNF-α的分泌，ppGpp合成紊乱的细菌也表现出良好的抗肿瘤活性。
联合治疗新策略：工程菌的协同效应
研究表明，细菌本身即可作为免疫治疗剂，增强抗肿瘤免疫。鉴于联合治疗是提高总体疗效的常用策略，细菌免疫疗法也被广泛探索与化疗、放疗、光动力疗法和光热疗法等结合应用。
与化疗联用：提高药物递送效率
传统化疗缺乏对恶性组织的特异性递送，导致药物全身暴露，常伴随剂量限制性毒性。利用工程菌作为药物释放系统进行药物控制释放，并结合其免疫原性进行免疫调节，已成为研究热点。
Ektate等人将低温敏感脂质体附着在沙门氏菌膜上，在高强度聚焦超声（HIFU）加热的帮助下，介导结肠癌细胞内阿霉素的触发释放，从而在癌细胞的细胞质和细胞核中实现高效药物递送。此外，该菌株还能使巨噬细胞极化为抗肿瘤M1表型，使Th1细胞群富含大量TNF-α，并降低IL-10的表达，在联合化疗-免疫治疗模式中显示出增强的治疗效果。
除了活细菌，细菌外膜囊泡（OMV）是革兰氏阴性细菌在生长过程中自然产生的膜囊泡，近年来已成为多种生物医学应用的免疫治疗剂。Chen等人将载药聚合物胶束封装到细菌外膜囊泡中，细菌成分可以激活免疫反应，而装载药物则能发挥化学治疗和免疫调节作用以清除癌细胞。
与放疗联用：增强免疫激活效应
细菌辅助放射治疗是一种新兴的肿瘤治疗方法。Jiang等人的一项研究显示，大肠杆菌与放射治疗相结合，在21 Gy的辐射和大肠杆菌产生细胞溶血素a的情况下，结肠肿瘤模型中的肿瘤显著缩小。与单独使用细菌治疗相比，携带细胞溶血素a的细菌联合放疗可导致更多的肿瘤缓解。
此外，放射治疗后，肿瘤会释放大量肿瘤抗原，这些抗原可被树突状细胞吸收和呈递，从而诱导特异性适应性免疫反应。然而，在免疫抑制性肿瘤微环境中，树突状细胞的数量通常较低且功能障碍。Wang等人将涂有抗原吸附阳离子聚合物纳米粒的沙门氏菌注射到肿瘤组织中，这种纳米粒可以捕获放疗后释放的抗原，并将其运出肿瘤核心，从而激活肿瘤边缘组织中周围的树突状细胞。研究观察到体外激活的树突状细胞大量增加，在多个肿瘤小鼠模型中存活时间延长，显示出增强的全身抗肿瘤作用。
与光疗联用：非侵入性治疗新途径
鉴于标准肿瘤治疗的非特异性杀伤作用和复杂的手术操作，光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）因其非侵入性、高度特异性和良好的时空控制性而成为新的治疗选择。近期，许多研究尝试利用细菌作为载体来装载PDT和PTT的治疗剂，以利用细菌的肿瘤靶向性和免疫激活特性。
一项研究将光敏剂包覆的纳米粒子整合到光合细菌聚球藻表面。在660nm激光照射下，光合细菌持续产生氧气，保证了活性氧的产生，增强了光动力疗法的效果。聚球藻作为免疫原性细菌，也通过上调MHC II类分子和IL-12的表达来激活局部免疫。同时，这种治疗方法通过上调细胞表面钙网蛋白诱导免疫原性凋亡，并在三阴性乳腺癌模型中显示出良好的治疗效果。
结语：细菌免疫疗法的广阔前景
自卡介苗首次应用于膀胱癌治疗以来，研究人员一直在不懈探索其在其他癌症治疗中的潜力。除了卡介苗，改良的鼠伤寒沙门氏菌菌株等其他细菌制剂也正处于临床前或临床试验阶段，以进一步验证其安全性和治疗效果。
细菌作为一种复杂且可行的治疗药物，其增殖过程中可能发生的不可控突变以及固有的毒力，可能导致免疫功能低下的癌症患者发生复杂感染，这是其应用面临的潜在挑战。然而，合成生物学的快速发展使得通过基因编辑精确调控细菌行为成为可能，从而实现药物在肿瘤部位的特异性释放。未来，工程化细菌有望成为肿瘤免疫治疗的有力支持，为更多癌症患者带来新的希望。随着研究的深入和技术的成熟，我们期待这些前沿的癌症新药和治疗方案能早日惠及全球患者。
