南京大学华子春教授团队在活体微生物药物研发领域取得多项成果


早在19 世纪后期 William Coley 博士便用热灭活的革兰氏阳性菌(链球菌)和革兰氏阴性菌(粘液沙门氏菌)治疗癌症患者,并观察到了显著的疗效。这是最早的肿瘤免疫疗法,但由于毒性大、疗效不稳定,随化疗的出现而被取代。10多年来,随着基因编辑技术的发展与对肿瘤微环境认知的提升,肿瘤的细菌治疗又重新回到科学家的视野。

这些微生物,也称为溶瘤细菌,以沙门氏菌作为代表性菌株,其共同点是具有兼性厌氧的特性;而肿瘤微环境的特征使得这些微生物能够在肿瘤部位高效定殖随后激活肿瘤免疫,实现肿瘤消退。然而,部分细菌疗法,如减毒沙门氏菌VNP20009,的临床肿瘤治疗效果并不乐观。临床结果表明,仅有少部分患者瘤内可检测到细菌的定殖,而该少部分患者也未有显著的治疗获益。此外,细菌因体内脱靶所致毒副作用仍不可忽视。因此,如何既提高细菌疗法的安全性,又增强细菌疗法的肿瘤靶向性与治疗效果是细菌疗法走向临床应用转化的关键瓶颈和严峻挑战。但是沙门氏菌等溶瘤导的癌症疗法,其背后详细的分子机制仍不清,因此,进展缓慢

南京大学生命科学学院华子春教授团队长期从事原创生物药的研制与转化,是国内最早开展活体微生物药物研的团队。近日,该团队围绕抗肿瘤活菌药物的研究取得系列研究成果。

细菌鞭毛是细菌感染宿主过程中,诱发机体免疫反应的关键因子。鞭毛在沙门氏菌导的癌症疗法中所扮演的角色尚为未知华子春教授团队在国际知名药学综合期刊Acta Pharmaceutica Sinica BPharmacology & Pharmacy学科排名:9/275)发表了题为Salmonella flagella confer anti-tumor immunological effect via activating Flagellin/TLR5 signalling within tumor microenvironment的研究论文(图1

1.研究论文刊登略图(左)与本文机制示意图(右)

该研究首先通过比较沙门氏菌对免疫功能正常缺陷小鼠体内黑色素瘤异体移植的肿瘤抑制作用,证实宿主机体免疫反应在细菌抗肿瘤过程中积极作用。进一步利用鞭毛基因缺失菌株进行治疗,结果发现鞭毛缺失菌株不再具备显著的抗肿瘤效果,菌株主要通过鞭毛蛋白Toll样受体5TLR5信号通路来激活宿主的免疫细胞实现有效抗肿瘤活性该研究确定了沙门氏菌与宿主免疫反应之间的治疗响应信号通路,揭示TLR5激动剂在癌症免疫治疗中的潜在应用价值。

华子春教授团队在深入理解沙门氏菌肿瘤治疗响应感染致病过程的基础上,新近开发了肿瘤细菌治疗的全新策略相关成果Macrophage-mediated tumor-targeted delivery of engineered Salmonella typhimurium VNP20009 in anti-PD1 therapy against melanoma研究论文形式发表在ActaPharmaceutica Sinica B

他们将减毒沙门氏菌事先藏匿在巨噬细胞内制备获得特洛伊木马型巨噬细胞。沙门氏菌凭借其自身特性可在巨噬细胞内长期存活并不断增殖。经静脉注射入体内的巨噬细胞,凭借肿瘤趋化效应可实现向荷瘤小鼠肿瘤内部的快速富集。同时,细胞内减毒沙门氏菌对巨噬细胞的长时间刺激与胞内增殖会引发巨噬细胞胀亡,随后实现胞内细菌在肿瘤部位的延迟释放。得益于巨噬细胞的肿瘤高效靶向与对细菌的深度伪装保护,有效避免了大量细菌抗原直接暴露而引发的机体过度免疫,降低菌株引发的毒副反应,增强了细菌的肿瘤靶向性。

进一步基于对特洛伊木马型巨噬细胞治疗后的肿瘤微环境变化、尤其是免疫检查点的改变,该团队构建了可表达分泌抗PD1纳米抗体的工程化沙门氏菌菌株,并装载在巨噬细胞中,形成了集免疫检查点阻断免疫疗法(抗PD1纳米抗体)-最早的细菌免疫疗法(溶瘤细菌)-新兴的免疫细胞疗法(巨噬细胞)三种疗法于一体的二代特洛伊木马型巨噬细胞免疫治疗新方法(图2

2. 特洛伊木马型巨噬细胞免疫治疗新方法示意图

该系统不仅保留了巨噬细胞低毒副作用,高肿瘤靶向性的特点,更是凭借其运载的溶瘤细菌持续表达分泌抗PD1纳米抗体而产生更高效的肿瘤免疫激活。最终实现对荷瘤小鼠持久且强烈的肿瘤抑制。

这一巨噬细胞导的肿瘤靶向递送工程化减毒沙门氏菌治疗策略,为溶瘤细菌治疗如何兼顾安全性、靶向性、有效性提供了新的解决方案;同时,这种多重肿瘤免疫疗法相互嵌套,层层联动的结合策略,有效实现了各疗法间的优势叠加,为如何更高效与更具针对性的结合多种癌症疗法,提供了新的思路。

基于微生物肿瘤治疗机制探索,首创的新治疗策略以及自主研发的新型底盘溶瘤菌株,华子春教授团队陆续开发出多种新型肿瘤活体微生物药物抗病毒疫苗,相关技术已申请国内外发明专利30连续两年荣获日内瓦国际发明展银奖两项(图3

  

3. 自研发活体微生物药物荣获两项日内瓦国际发明展银奖

上述两项研究成果历经十年摸索和积累,南京大学生命科学学院2010博士毕业生陈建翔为第一篇研究论文的第一作者南京大学生命科学学院博士生吴乐阳为第二篇研究论文的第一作者,华子春教授为两篇论文的通讯作者该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目,江苏省前沿引领技术基础研究专项,国家高技术研究发展计划国家重点研发计划项目江苏省自然科学基金重点项目资助。

原文链接

Jianxiang ChenYiting QiaoGuo Chen, et alSalmonella flagella confer anti-tumor immunological effect via activating Flagellin/TLR5 signalling within tumor microenvironment Acta Pharmaceutica Sinica B (2021). DOI: 10.1016/j.apsb.2021.04.019

Leyang Wu, Lin Lia, Shufeng Li, et al. Macrophage-mediated tumor-targeted delivery of engineered Salmonella typhimurium VNP20009 in anti-PD1 therapy against melanoma Acta Pharmaceutica Sinica B (2022), https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.05.006.