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！