研究人员利用皮肤定植细菌在老鼠身上创造了一种局部癌症疗法

斯坦福大学医学院的研究人员和一位同事在研究一种生活在每个人健康皮肤上的细菌时，可能偶然发现了一种对抗癌症的强大新方法。

在对这种名为表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)的细菌进行基因改造后，他们产生了一种肿瘤抗原(一种肿瘤特有的蛋白质，能够刺激免疫系统)，然后将活细菌应用到患癌小鼠的皮毛上。由此产生的免疫反应强大到足以杀死一种侵略性的转移性皮肤癌，而不会引起炎症。

生物工程副教授Michael Fischbach博士说:“这看起来就像魔术一样。”这些老鼠有非常恶性肿瘤的在它们的侧面生长，我们给了它们一个温和的处理，我们只是取了一根细菌的棉签，在它们的头毛上摩擦。”

他们的研究于4月13日在网上发表科学．Fischbach是资深作者，Yiyin Erin Chen, MD, Ph.D，斯坦福医学院前博士后学者，现麻省理工学院生物学助理教授，是第一作者。

皮肤殖民者

数以百万计的细菌、真菌和病毒生活在健康的皮肤表面。这些友好的殖民者在维持皮肤屏障和预防感染方面发挥着至关重要的作用，但关于皮肤微生物群如何与宿主免疫系统相互作用还有很多未知的地方。例如，在定植细菌中，表皮葡萄球菌是独一无二的，它触发了被称为CD8 T细胞的强大免疫细胞的产生，CD8 T细胞是对抗严重感染或癌症的“杀手”细胞。

研究人员表明，通过将肿瘤抗原插入葡萄球菌表皮，他们可以欺骗老鼠免疫系统产生针对所选抗原的CD8 T细胞。这些细胞在小鼠体内游走，当它们遇到匹配的肿瘤时迅速增殖，并急剧减缓肿瘤的生长或者完全消灭肿瘤。

Fischbach说:“看着这些肿瘤消失，尤其是在离我们使用细菌的地方很远的地方，这令人震惊。”“我们花了一段时间才相信这是真的。”

T细胞什么都不做的奥秘

Fischbach和他的团队一开始并没有试图对抗癌症。他们想要回答一个更基本的问题:为什么宿主生物要浪费能量制造用来攻击有益的定植细菌的T细胞?特别是因为这些T细胞是“抗原特异性的”，这意味着每个T细胞都有一个与激活它的细菌的单个片段相匹配的归巢受体。

更奇怪的是，自然发生的表皮葡萄球菌诱导的CD8 T细胞不会引起炎症;事实上，他们似乎什么都不做。Fischbach说，大多数科学家认为，殖民诱导的T细胞肯定与普通的T细胞有本质上的不同，因为它们似乎不需要在全身到处寻找目标，而是停留在皮肤表面的正下方，以某种方式保持细菌和宿主之间的和平。

为了测试这些细菌诱导的CD8 T细胞是否能像普通的杀伤T细胞一样，研究人员设计了一种表皮葡萄球菌菌株来产生一种不同的抗原，这种抗原可以产生一种针对小鼠体内一种常见肿瘤模型的特异性T细胞。

他们将一小段编码卵清蛋白的DNA片段遗传移植到葡萄球菌表皮表面。他们选择了卵清蛋白，因为它被改造成许多常见的小鼠肿瘤系，包括一种侵袭性黑色素瘤，因此可以在多种类型的癌症中作为肿瘤抗原。

肿瘤特异性T细胞的力量

接下来，科学家们将基因工程细菌应用于健康的小鼠。因为表皮葡萄球菌是一种有效的皮肤定植剂，他们不需要清洁或剃除动物的皮毛，而是简单地在它们头上摩擦细菌。正如预期的那样，定植没有引起任何炎症或感染。

作为对照，其他小鼠要么用无细菌、野生型表皮葡萄球菌(不表达卵清蛋白肽)，要么用热杀死的表达卵清蛋白的表皮葡萄球菌(它不能在皮肤上定植，因为它已经死亡)处理。

六天后，科学家们给小鼠注射了表达卵清蛋白的黑色素瘤细胞。虽然所有三种类型的对照组小鼠都迅速长出了皮肤肿瘤，但那些用活的基因工程表皮葡萄球菌治疗的小鼠长出肿瘤的速度要慢得多，在许多情况下，根本不会长出肿瘤。

当研究人员寻找解释时，他们在皮肤的引流淋巴结、脾脏和缓慢生长的肿瘤中发现了卵清蛋白特异性CD8 T细胞——这意味着，Fischbach说，由定植细菌产生的T细胞必须具有与常规杀伤T细胞相同的免疫潜能。

陈说:“说实话，我没想到它能起作用。”“其他所有类型的肿瘤疫苗研究都涉及放疗、化疗或手术，但我们几乎没有对这些小鼠做任何事情。T细胞为我们做了这项工作。”

16个肿瘤中有15个消失了

为了弄清楚他们的方法是否可以治疗已经形成的黑色素瘤，研究人员尝试在癌细胞定植前两周注射转基因表皮葡萄球菌。

即使黑色素瘤已经转移到肺部，用细菌治疗也能大大缩小或消除肿瘤，显著提高小鼠的生存时间。当研究人员使用天然的黑色素瘤抗原而不是卵清蛋白时，这种方法也有效。

当研究人员将这种新疗法与第二种旨在增强T细胞活性的免疫疗法(称为“检查点封锁”)结合起来时，益处更加明显:16个已确诊的肿瘤中有15个消失了。30天后，当老鼠再次被注射更多的癌细胞时，肿瘤仍然没有生长。

“这似乎是记忆免疫反应的证据，”Fischbach说，“类似于接种疫苗后发生的情况。”

研究人员现在认为，宿主生物产生这些T细胞本质上是为了对殖民者进行免疫，保护自己免受不可避免的割伤和擦伤，这些割伤和擦伤可能会让细菌突破皮肤屏障。

“在这些实验中，我们基本上骗过了宿主，让它以为肿瘤是被细菌感染的，”Fischbach说，“然后宿主就会积极地追踪肿瘤。”

科学家们还将黑色素瘤抗原换成了前列腺肿瘤抗原并在患有前列腺癌的小鼠模型上测试了他们的方法。这种疗法再次极大地减缓了肿瘤的生长，这表明基因工程的皮肤定植细菌可以产生强大的免疫反应，不仅仅是针对皮肤癌。

将这种疗法应用于人类

研究人员很快指出，在老鼠身上开发的癌症疗法并不总是对人类有效。但是Fischbach说，我们有理由充满希望。首先,之前的研究该研究的共同作者、美国国立卫生研究院元有机体免疫部门负责人Yasmine Belkaid博士领导的这项研究表明，表皮葡萄球菌在灵长类动物中诱导的CD8 T细胞反应与在小鼠中诱导的相同类型。其次，虽然表皮葡萄球菌通常会在几周内从老鼠皮肤上消失，但大多数人却会永久地寄居在这种葡萄球菌的某些菌株上细菌．

“人类皮肤是表皮葡萄球菌的天然家园，”Fischbach说。“在人类体内，这种细菌会更有效地定植，可能会导致肿瘤特异性T细胞的不断更新供应。”

其他形式的癌症免疫治疗需要从患者身上收集T细胞，在实验室中改造它们以产生肿瘤特异性抗原，然后将它们注射回同一个体，通常会有严重的副作用。

Fischbach说:“我们已经发现，宿主每天都在为自己接种疫苗，以对抗生活在屏障表面的生物。”“如果我们能将这种免疫系统的注意力转移到特定的癌症或潜在的传染性疾病上，我们将拥有一种非常有效、低成本的治疗方法，可以简单地应用于癌症皮肤．"