在肿瘤的内部，具有独特的微环境。越来越多的研究发现，有一些细菌会选择在缺氧的肿瘤内部生长，构成了肿瘤微环境的重要组成部分。另一方面，人们仍在不断寻找具有更高抗癌效力、更小副作用、更低成本的新疗法来对抗癌症，而利用能够侵入肿瘤环境中生活的细菌靶向杀死肿瘤细胞成为了一种极富希望的可能性。
然而，目前大多数研究主要着眼于细菌如何影响肿瘤的发展以及影响化疗的效果，或是以细菌作为药物载体，而非直接将瘤内提取分离的细菌作为抗癌治疗剂。此外，这些细菌抗癌疗法往往需要运用基因工程技术、合成生物工程技术和纳米技术来降低细菌的毒性和提高药效，这使得这些疗法的实施门槛变高，无法得到更好的推广。比如使用通过基因重组减毒的沙门氏菌和李斯特菌，目前已有进入3期临床试验的案例，但仍不免造成一定的风险。
因此，科学家希望能够找到这样一些瘤内细菌，其本身就具有较高的抗癌效力和对肿瘤的靶向性，同时兼具生物相容性，不会对身体其他健康组织造成伤害。
5月7日，日本高级科学技术研究所（Japan Advanced Institute of Science and Technology，JAIST）副教授宫古英次郎领导的研究团队在Advanced Science上发表论文“Discovery of Intratumoral Oncolytic Bacteria Toward Targeted Anticancer Theranostics”，公开了他们从结肠癌组织中分离出的三类细菌，并证明了这些微生物在抗癌能力上表现优异。
图1 研究成果（图源：[1]）
沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris，RP）是一类非致病性的天然紫色光合细菌，可在近红外光（near-infrared light，NIR）照射下激发出荧光，具备光热转换、活性氧生成的能力，且具有良好的生物相容性，可借助NIR高度靶向肿瘤消除，并在免疫系统的帮助下精确标记肿瘤位置。奇异变形杆菌（Proteus mirabilis，PM）则是一种厌氧的革兰氏阴性菌，属于瘤内细菌家族肠杆菌科成员。
研究人员通过向小鼠静脉注射市售的RP，利用RP的肿瘤归巢属性，在数天后重新从小鼠的肿瘤组织中收集、分离出在小鼠体内共生了一段时间的纯化的RP菌、纯化的PM菌以及RP-PM的聚生体（比例RP:PM = 97:3）。研究人员将纯PM菌命名为A-gyo（阿形），纯RP菌命名为Un-gyo（哞形）， RP-PM聚生体命名为AUN。
图2 三种细菌的提取过程（图源：[1]）
在日本的许多神社和寺庙中，常常会出现成对的石狮、门神、金刚力士等，A-gyo代表其中张嘴的那一个，意为开始或生命；Un-gyo代表其中闭嘴的那一个，意为结束或死亡。
图3 A-gyo（阿形）和Un-gyo（哞形）（图源：[2]）
研究人员在结肠癌小鼠身上研究了这三种细菌的抗癌效力。结果发现，AUN、A-gyo和A-gyo+UN-gyo在单剂量给药后实现了显著的肿瘤抑制和完全缓解（Complete response，CR），且AUN和A-gyo的表现优于A-gyo+UN-gyo，因为后者在细菌注射15天后出现了肿瘤的复发。Un-gyo和市售RP也显示出部分肿瘤反应，但远不如AUN、A-gyo和A-gyo+UN-gyo。
图4 注射细菌或磷酸盐缓冲液后肿瘤的体积变化（图源：[1]）
另外，注射市售PM导致小鼠出现运动障碍和体温过低，这表明，A-gyo的生物相容性是从活体小鼠中获得的，A-gyo在保有了强效抗癌功效的同时减弱了毒性。其余细菌均未导致小鼠显著的体重减轻，即均具有较低的全身毒性。
研究人员还对注射细菌后的免疫反应进行了分析。结果显示，静脉注射A-gyo和AUN后，免疫生物标志在肿瘤组织表达，并在一定时间后唤起各种免疫细胞。细菌混合物A-gyo+UN-gyo对巨噬细胞有显著刺激。A-gyo、AUN和A-gyo+UN-gyo均促进了癌细胞的凋亡，染色显示出明显的肿瘤损伤和细胞间碎裂，进一步证实了这些细菌的抗肿瘤效果。
另外，在肿瘤消除后，研究人员在肾脏、肝脏、脾脏、心脏和肺等重要器官中均无法检测到这些细菌的菌落，这表明这些细菌会随着肿瘤的消失而自然消失，无需额外的抗生素治疗。
研究人员还测试了这些细菌对于具有不同免疫原性的其他类型肿瘤的抗癌功效。结果发现，对于皮肤肉瘤、黑色素瘤转移性肺癌、广泛耐药乳腺癌，AUN或A-gyo均表现出可观的功效。
该研究还考察了AUN作为肿瘤特异性诊断探针的潜力，AUN不仅能够激发出显著的NIR荧光，还具备较好的生物相容性，对活组织影响很小。
宫古英次郎表示：“这项研究中考察的抗癌细菌可以通过简单、可持续、低碳、低成本的方式进行大量生产，在目前其他先进抗癌疗法都十分昂贵的背景下，细菌抗癌疗法有望提升全球癌症治疗的可及性。”同时，这项研究也是同类研究中的首例，将引起人们开发肿瘤内细菌作为天然抗癌药的广泛兴趣。
参考资料：
[1]Yamato Goto, Seigo Iwata, Mikako Miyahara, et al, Discovery of Intratumoral Oncolytic Bacteria Toward Targeted Anticancer Theranostics, Advanced Science (2023).
[2]https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/press/2023/05/08-1.html
[3]https://ryugendo.jp/column/2-a-gyo-and-un-gyo [4]https://medicalxpress.com/news/2023-05-tumor-bacteria-anticancer-therapy.html
