版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請聯(lián)系我們
多個研究小組的研究都表明,弓形蟲感染可以增強(qiáng)小鼠的抗腫瘤免疫反應(yīng)。真的能把單細(xì)胞寄生蟲開發(fā)成安全有效的治療藥物嗎?
撰文 | Annie Melchor
編譯 | 于濤(美國印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院)
我們都知道,人體內(nèi)有一套復(fù)雜而高效的免疫系統(tǒng),不但能夠抵御病原體的侵襲,還能夠?qū)ⅰ白儔摹钡募?xì)胞扼殺在搖籃之中。同時,人體還為免疫系統(tǒng)配備了一個被稱為“檢查點(diǎn)”的剎車系統(tǒng),它能夠防止免疫反應(yīng)被意外激活,或是持續(xù)的時間過長。而狡猾的腫瘤細(xì)胞則學(xué)會了“踩剎車”——它們能激活剎車系統(tǒng),抑制免疫系統(tǒng)的攻擊,從而得以在病人體內(nèi)張揚(yáng)跋扈。
圖1. 免疫系統(tǒng)、腫瘤細(xì)胞、剎車系統(tǒng)三者之間的關(guān)系。丨改編自網(wǎng)絡(luò)圖片
近年來,科學(xué)家們找到了許多存在于免疫細(xì)胞上的剎車蛋白,并且研制出了相應(yīng)的抗體,能夠結(jié)合這些剎車蛋白,并抑制剎車信號。將這些抗體輸入腫瘤病人體內(nèi),就能解除腫瘤細(xì)胞對免疫細(xì)胞的抑制作用,重新激活免疫細(xì)胞的活性,從而起到抗腫瘤的效果,這便是近年來出現(xiàn)的“腫瘤免疫檢查點(diǎn)阻斷療法”。
不過,隨著越來越多臨床試驗(yàn)的開展,醫(yī)生們發(fā)現(xiàn),阻斷療法對一些類型的腫瘤病人并不能起到很好的效果,但其中的原因不得而知。而讓醫(yī)生們意想不到的是,一種大腦中的寄生蟲似乎給解決這個難題帶來了一絲曙光。
瘋狂的想法
用寄生蟲來對抗癌癥,似乎聽起來危險而瘋狂,但其實(shí)類似的想法在一個多世紀(jì)以前就已經(jīng)有了。
大約在十九世紀(jì)二十世紀(jì)之交,紐約有一名癌癥外科醫(yī)生叫威廉·科利 (William Coley),他在閱讀舊病歷時有了一個驚人的發(fā)現(xiàn):一名本來會在七年前死掉的晚期癌癥患者竟然活到了今天。病歷中一條不起眼的記錄引起了他的注意:這位病人曾經(jīng)感染過一種細(xì)菌。那時,這樣的小事絲毫不會引起醫(yī)生的注意。但科利醫(yī)生卻做出了極為大膽的推測:會不會是這次細(xì)菌感染治好了病人的癌癥?
于是他立刻開始進(jìn)行試驗(yàn),給自己的癌癥患者注射活的或者滅活的細(xì)菌。在感染細(xì)菌后,有一些病人身上的腫瘤縮小并存活了下來,但并不是所有的病人都能那么幸運(yùn)。經(jīng)過長期的試驗(yàn)后,科利醫(yī)生最終發(fā)明了一種含有滅活細(xì)菌的癌癥治療疫苗,注射后可以誘發(fā)炎癥反應(yīng),足以殺死腫瘤細(xì)胞。由于疫苗所含的是滅活細(xì)菌,因此不會帶來任何細(xì)菌感染的風(fēng)險。
這種滅活細(xì)菌就被稱為“科利毒素”。
圖2. 左:科利毒素引發(fā)的感染幾天內(nèi)使左圖患者的腫瘤液化;右:右圖中的患者在腫瘤縮小之前則經(jīng)受了63次注射。還有些腫瘤患者死亡。可見科利毒素的效果是難以預(yù)測的。(圖源:Cancer Research Institute/Proceedings of the Royal Society of Medicine 01/1910/3 (Surg Sect): 1-48)
然而,隨著時間的推移,科利毒素逐漸失去了醫(yī)生們的青睞?!昂芏嗳嗽噲D復(fù)制科利的工作,但效果不佳”,達(dá)特茅斯蓋塞爾醫(yī)學(xué)院的腫瘤免疫學(xué)家史蒂文·菲林( Steven Fiering)說:“放射療法迅速取代了科利毒素。但不可否認(rèn)的是,通過增強(qiáng)自身免疫系統(tǒng)以對抗癌癥的總體思路一直都沒有被人們忽視?!?/p>
治療癌癥的腦寄生蟲
剛地弓形蟲(Toxoplasma gondii)是一種比細(xì)胞還要小的寄生蟲,它能夠感染宿主的細(xì)胞,在里面擴(kuò)增并產(chǎn)生后代。貓是弓形蟲的唯一終宿主,弓形蟲會在貓的體內(nèi)產(chǎn)生大量的卵囊,并隨著貓的糞便流入土壤或水中,感染大量的宿主。事實(shí)上,弓形蟲可以感染幾乎所有的溫血動物,并長期存在于被感染動物的骨骼肌和大腦內(nèi)。
圖3. 接觸貓的糞便很容易感染弓形蟲丨圖源:網(wǎng)絡(luò)
盡管弓形蟲在感染宿主時采取了巧妙的免疫逃逸策略,但在它生命周期的某些階段也可以觸發(fā)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。在感染初期,弓形蟲以“速殖子”形式快速復(fù)制。此時,如果宿主死掉或被捕食者吃掉,那么弓形蟲在經(jīng)過捕食者消化道時便會被殺死,無法感染新宿主,因?yàn)榇藭r弓形蟲尚未安全置身于包囊內(nèi)。
所以,為了確保在速殖子階段宿主不會被殺死,弓形蟲會在感染早期階段就觸發(fā)宿主強(qiáng)大的免疫反應(yīng),來控制其自身的復(fù)制擴(kuò)增水平。具體來說,速殖子侵入細(xì)胞后,迅速大量擴(kuò)增,并從細(xì)胞中噴薄而出,導(dǎo)致細(xì)胞死亡,同時引發(fā)全身和局部炎癥。一般經(jīng)歷幾周后,從最初的炎癥爆發(fā)中幸存下來的弓形蟲會隱藏在骨骼肌或大腦中的長壽命細(xì)胞中。
在這里,弓形蟲轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N緩慢的復(fù)制形式——“緩殖子”,并構(gòu)建一堵糖分子形成的“墻”,保護(hù)自己免受宿主免疫系統(tǒng)的攻擊(見圖4中的包囊)。雖然在偶發(fā)情況下,充滿寄生蟲的包囊會破裂并引發(fā)局部炎癥,但大多數(shù)弓形蟲可以在這些包囊中度過余生。在此之后,如果有捕食者攝入了含有包囊的組織,弓形蟲便可以成功感染新的宿主。
圖4. 剛地弓形蟲的不同形態(tài)。a. 速殖子, b. 速殖子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,c. 包囊,包囊內(nèi)充滿了大量的緩殖子,形態(tài)類似于速殖子,但蟲體較小。丨圖源:
https://www.jotscroll.com/forums/11/posts/204/toxoplasma-gondii-life-cycle-parasite-transmission-diagnosis-test.html
微生物學(xué)家帕斯卡爾·吉頓(Pascale Guiton)是加州州立大學(xué)東灣分校研究弓形蟲的專家。他說:“世界上約有三分之一的人可能已經(jīng)感染了這種寄生蟲。對于大多數(shù)人來說,感染弓形蟲后往往不會出現(xiàn)癥狀。然而,對于免疫功能低下的人、孕婦和發(fā)育中的胎兒來說,弓形蟲感染可能是致命的。目前還沒有針對慢性弓形蟲病的疫苗或治療方法。”
二十世紀(jì)60年代到70年代,有科學(xué)家發(fā)現(xiàn),弓形蟲感染可以增強(qiáng)小鼠對癌癥及多種感染的免疫抵抗力。隨后的幾十年中,弓形蟲感染可能有助于癌癥治療的證據(jù)越來越多。2021年11月份發(fā)表在Journal for Immuno Therapy of Cancer (《癌癥免疫治療雜志》)上的一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)了更直接的證據(jù):將弓形蟲直接注射入小鼠的腫瘤內(nèi),可以極大地促進(jìn)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的療效。
腫瘤原位疫苗接種
直接向腫瘤中注射免疫刺激劑(例如科利毒素、弓形蟲)的治療方法被稱為原位疫苗接種(in situ vaccination)。根據(jù)菲林的說法,腫瘤細(xì)胞常常會部署一系列自我保護(hù)策略,削弱機(jī)體的抗腫瘤免疫反應(yīng),而原位疫苗接種可以重新激活被腫瘤所抑制的免疫反應(yīng),類似于一種佐劑。它能打破腫瘤局部的免疫抑制,激活或招募更多的腫瘤特異性 T 細(xì)胞,這些 T 細(xì)胞不但可以殺死局部的腫瘤細(xì)胞,甚至可以在早期殺死轉(zhuǎn)移到其他部位的腫瘤細(xì)胞——而在這個階段,臨床醫(yī)生通常都很難發(fā)覺腫瘤轉(zhuǎn)移的跡象。
除了科利毒素,醫(yī)生們還嘗試了很多其他原位疫苗,比如減毒的李斯特菌,或包裹/攜帶著病原體抗原的納米顆粒。2016 年,菲林的研究小組在小鼠模型上發(fā)現(xiàn),含有滅活的缸豆花葉病毒(一種植物病原體)的納米顆??梢砸种坡殉舶?、結(jié)腸癌和乳腺癌等多種腫瘤的生長。近年被FDA批準(zhǔn)上市的溶瘤病毒T-Vec,在晚期黑色素瘤的治療上也顯示出很好的效果。
圖5. 注射溶瘤病毒示意圖丨圖源:
https://www.drugtargetreview.com/article/76602/developing-an-effective-vaccine-for-breast-cancer/
與眾多其他原位疫苗接種方案相比,弓形蟲所引發(fā)的免疫反應(yīng)類型與眾不同。這也是癌癥科學(xué)家對弓形蟲興趣不減的原因。賓夕法尼亞大學(xué)的免疫寄生蟲學(xué)家克里斯托弗·亨特(Christopher Hunter)解釋道:“病原體各有特色,我們的身體對不同病原體的感染會產(chǎn)生不同類型的免疫反應(yīng)。免疫系統(tǒng)應(yīng)對弓形蟲胞內(nèi)感染的機(jī)制,與機(jī)體對抗一些癌癥的途徑相同,比如,兩者都能引發(fā)強(qiáng)烈的T細(xì)胞反應(yīng),以及誘導(dǎo)白細(xì)胞介素12和干擾素γ之類的細(xì)胞因子”。
另外, 使用弓形蟲作為腫瘤的原位疫苗還有一個巨大的優(yōu)勢:它們可以感染多種細(xì)胞和組織,對腫瘤類型并不挑剔,科學(xué)家們可以在多種模式生物中對其進(jìn)行測試。
“當(dāng)弓形蟲被引入腫瘤時,它們確實(shí)會激發(fā)你所希望看到的抗腫瘤免疫”,達(dá)特茅斯蓋澤爾醫(yī)學(xué)院的寄生蟲免疫學(xué)家大衛(wèi)·比齊克(David Bzik)說道:“它重新喚醒了被腫瘤所抑制的免疫力”。
想法成為現(xiàn)實(shí)
2010年,比齊克的實(shí)驗(yàn)室敲除了弓形蟲身上一種合成嘧啶的關(guān)鍵酶,制造出了一種無法復(fù)制的弓形蟲,它可以在補(bǔ)充了尿嘧啶的培養(yǎng)基中正常生長和復(fù)制,但無法在宿主動物體內(nèi)復(fù)制。如同不可復(fù)制的病毒載體做成的疫苗,這種有缺陷的蟲株可以作為預(yù)防弓形蟲感染的疫苗。
2013年,比齊克和菲林的實(shí)驗(yàn)室共同發(fā)現(xiàn),在卵巢癌小鼠模型中注射這種缺陷弓形蟲,可以顯著提高腫瘤浸潤性T細(xì)胞的數(shù)量和活性。他們還發(fā)現(xiàn),如果把這些被激活的T細(xì)胞提取出來,注射到其他荷瘤小鼠體內(nèi),同樣能夠發(fā)揮出抗腫瘤效力。一些其他的研究也發(fā)現(xiàn),缺陷弓形蟲在胰腺癌和黑色素瘤小鼠模型上也能起到很好的效果。
諾丁漢大學(xué)的獸醫(yī)哈尼·埃爾謝哈(Hany Elsheikha)和中國的合作者在他們的新論文中進(jìn)一步證實(shí)了比齊克的發(fā)現(xiàn)。他們在多種荷瘤小鼠模型上采用了一種復(fù)制減弱的弓形蟲蟲株(不同于比齊克的蟲株),發(fā)現(xiàn)這個蟲株也能夠促進(jìn)殺傷性T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞侵入腫瘤中,并增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的效果。也就是說,復(fù)制弱化蟲株和免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合治療,比單獨(dú)使用抑制劑能夠更有效地縮小腫瘤。不過,聯(lián)合治療只有在使用活寄生蟲時才有效,而使用加熱滅活的寄生蟲則完全沒有效果。同時,在載有兩個腫瘤的小鼠模型上,將復(fù)制弱化蟲株注射到其中一個腫瘤中并進(jìn)行聯(lián)合治療,小鼠身上的另一個腫瘤也顯著縮小了!這說明該療法對于遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的腫瘤可能也具有治療潛力。
比齊克認(rèn)為這項(xiàng)研究具有重要的意義,特別是對癌癥晚期患者而言。有許多患者直到癌癥已經(jīng)轉(zhuǎn)移時才被診斷出來,此時要切除所有的腫瘤是幾乎是不可能的事情。比齊克說,但這一研究給了我們新的希望——聯(lián)合療法對于遠(yuǎn)端腫瘤也具有顯著的治療效果——這樣我們在治療原位腫瘤的同時也能夠靶向轉(zhuǎn)移腫瘤。
當(dāng)然,事情不會一直這么順利。使用弓形蟲作為原位腫瘤疫苗還面臨著一個巨大的技術(shù)障礙。
由于疫苗只能使用活的弓形蟲,而弓形蟲只能在宿主細(xì)胞內(nèi)生長和繁殖,因此在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)弓形蟲時也要依賴于細(xì)胞培養(yǎng),這大大增加了獲取弓形蟲的難度和成本。事實(shí)上,在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)蘇新鮮細(xì)胞后,需要培養(yǎng)好幾天才能夠獲得足夠滴度的弓形蟲,這在普通診所中是不可行的。菲林曾經(jīng)與達(dá)特茅斯的臨床醫(yī)生討論使用弓形蟲作為免疫療法的潛力:“我們需要一些可以從冰箱中取出并直接注射到患者體內(nèi)的現(xiàn)成產(chǎn)品,而不是每隔幾天就必須從活細(xì)胞培養(yǎng)中恢復(fù)的東西。即便這在理論上是可行的,但從臨床角度來看是不切實(shí)際的?!?/p>
拋開技術(shù)上的挑戰(zhàn)不談,許多科學(xué)家都懷疑,給患者注射活寄生蟲的療法(即使注射的是減毒的蟲株)——尤其是對免疫抑制患者具有潛在威脅的療法——是否真的能在臨床上占據(jù)一席之地?
弓形蟲作為工具
事實(shí)上,基于弓形蟲的治療從來都不是埃爾謝哈的目標(biāo)。他說:“我們不會把它作為一種治療方法來宣傳,我們的研究目標(biāo)是弄清楚弓形蟲的感染和激活免疫反應(yīng)的機(jī)制?!彼粌H僅把弓形蟲看作是一種病原體,而是將弓形蟲視為了解基本生物學(xué)機(jī)制的有力工具。既然弓形蟲能迫使靶細(xì)胞改變其正常的生物學(xué)特性,他想知道,是否可以創(chuàng)造性地利用這一點(diǎn)——“這正是我們在研究中所要努力搞清楚的東西”。
弓形蟲還有另一個巨大優(yōu)勢,那就是它的遺傳易處理性。
弓形蟲基因改造有悠久的歷史。與許多其他模式生物不同,操縱弓形蟲的基因相對要容易些,免疫學(xué)家和微生物學(xué)家可以輕松地將弓形蟲用作解決免疫系統(tǒng)問題的工具。亨特發(fā)現(xiàn)了白細(xì)胞介素 27在弓形蟲感染期間抑制免疫反應(yīng)的機(jī)制,基于該研究成果的1 期臨床試驗(yàn)已經(jīng)在進(jìn)行中。研究團(tuán)隊(duì)期待著,能否在晚期實(shí)體瘤中看看怎么通過阻斷白細(xì)胞介素27來解除腫瘤免疫抑制。
埃爾謝哈最近的研究成果也許可以告訴我們,對抗腫瘤需要什么類型的免疫反應(yīng)。從這里開始,研究人員接下來需要搞清楚,如果不使用活弓形蟲,如何在腫瘤中激發(fā)這樣的免疫反應(yīng)。
目前的研究還發(fā)現(xiàn)了一條很重要的線索,即,死亡的寄生蟲不會引起相同的反應(yīng)。這意味著,可能是活弓形蟲分泌的某一種蛋白質(zhì)增強(qiáng)了抗腫瘤免疫反應(yīng),而其表面的組成型蛋白質(zhì)則沒有這樣的功能。如果能夠鑒定出這種分泌蛋白,我們離目標(biāo)就不遠(yuǎn)了。
此外,從癌癥生物學(xué)的角度來看,重中之重是要了解感染是怎么促進(jìn)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的。比齊克說:“目前 FDA 批準(zhǔn)的所有治療方法都在使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑。但科學(xué)家和臨床醫(yī)生并不知道為什么對有些患者(其實(shí)是大多數(shù)患者),或是在某些類型的癌癥中,免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的療效卻不怎么好。如果研究人員能夠弄清楚“感染”是怎樣克服腫瘤的免疫抑制的,他們可能會發(fā)現(xiàn)改善療效的方法。”
吉頓補(bǔ)充說:“用寄生蟲來治病并非聞所未聞,但我們目前還不能廣泛地使用它,因?yàn)槲覀儗纳x生物學(xué)了解得還不夠深入。部分原因是政府對基礎(chǔ)寄生蟲學(xué)研究的資助不足,尤其是在受寄生蟲影響較輕的國家。要想通過探索這些寄生蟲來幫助人類,比如治愈更多的癌癥病人,我們真的需要深入研究它們?!?/p>
本文經(jīng)授權(quán)編譯自 TheScientist.com,原文標(biāo)題為Turning Toxoplasma Against Cancer,配圖為譯者所加。原文可點(diǎn)擊文末“閱讀原文”查看。
歡迎掃碼關(guān)注深圳科普!
我們將定期推出
公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的科普活動和科普好物!