上海交大刘尽尧团队Nat. Commun.：活体细菌药物的瘤内递送

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2021年11月22日 09:36

长久以来，细菌因为容易导致感染而通常被认为是有害生物。众多的研究集中在如何预防病原菌感染和抵制细菌耐药性。随着免疫学和生物技术领域的不断发展，通过合成生物学手段对细菌进行改造，可有效增加细菌的可操作性和安全性。对于特定细菌，尤其是兼性厌氧菌（例如沙门氏菌和大肠杆菌等），可定植于肿瘤组织，这为细菌介导的肿瘤生物治疗提供了便捷。然而，细菌疗法目前依然面临较低的抗肿瘤功效以及剂量依赖的毒副作用，主要由于给药后细菌在肿瘤病灶较低的富集率。减毒鼠伤寒沙门氏菌 VNP20009 临床Ⅰ期试验的失败进一步突显了该问题的严峻性。与传统生物学改造手段（比如基因工程）不同，对细菌进行表面改造以操控其生物学功能是解决该问题的可行方法之一。 上海交大刘尽尧课题组 提出了一种通过共价偶联来修饰细菌表面的改造方法，即通过一步酰胺化反应将核酸适配体接枝于细菌表面，使得修饰细菌具有肿瘤细胞特异性识别作用，从而改善给药后细菌在肿瘤病灶的富集与定植。

上海交大刘尽尧团队Nat. Commun.：活体细菌药物的瘤内递送的图1

首先，通过一步酰胺反应将肿瘤特异性核酸适配体偶联至细菌表面制备适配体偶联细菌 (ApCB)。通过调控投料比，可将细菌表面适配体修饰密度从每细胞0.7×10 ⁵ 调至 5.7×10 ⁵ 个适配体。有趣的是，当适配体偶联细菌暴露于含10%血清缓冲液 24小时后，仍有多达80%的适体能稳定存在，说明表面缀接能降低核酸酶对于适配体的水解能力。通过对比不同核酸适配体密度的ApCB，表面修饰有 2.8×10 ⁵ 个适体的细菌在体外实验中表现出显著的肿瘤细胞特异性结合作用。与未修饰适配体的细菌相比，小鼠尾静脉注射12和60小时后， ApCB在肿瘤组织的富集和定植分别提高了 2倍和4倍。

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最后，为了验证细菌的体内抗肿瘤作用，作者选用表面核酸适配体修饰的减毒沙门氏菌进行了体内抗肿实验。实验结果表明表面修饰后，细菌在肿瘤部位的定位能力有所增加，并且显示出良好的抑瘤能力。与此同时，核酸适配体辅助的细菌疗法诱导了强有力的抗肿瘤免疫反应。为了探索该策略普适性，作者将另一核酸适配体 TLS11a 修饰的沙门氏菌在其对应的肿瘤模型中进行了验证，得到了类似的增强效果。这工作揭示了如何通过表面修饰来调控细菌的生物学功能，对于解决细菌疗法目前面临的困境提供了新思路。

该工作以Aptamer-assisted tumor localization of bacteria for enhanced biotherapy为题发表在《Nature Communications》上。上海交通大学医学院分子医学研究院博士后耿忠民为该论文第一作者，刘尽尧教授为通讯作者，谭蔚泓院士对该论文进行了大力指导。该工作得到第十四批国家海外高层次人才引进青年项目、科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金委面上项目、上海市探索者计划等支持。