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19 世紀時，柯立醫師發現將細菌注射到病患的體內後，有機會讓病患身上的腫瘤消失，因此研發出柯立毒素，成為「細菌療法」的鼻祖，並啟發了現在最火紅的免疫療法，然而，隨著免疫療法的快速發展，主流學界逐漸忘卻柯立毒素。
詳情請見細菌療法的「前世篇」：
但隨著科學家對癌細胞的研究更深入，他們發現癌細胞會產生特殊的「結界」，這種結界會大幅降低目前各種癌症療法的治療效果，甚至連免疫療法都被拒於結界之外，讓科學家頭痛不已…。
腫瘤微環境：癌細胞的防禦結界！
實體固態腫瘤 (Solid tumor) 不是只由癌細胞構成，而是癌細胞和附近的組織、血管、免疫系統及基質細胞等共同組成。這個複雜的實體，還會產生特殊的腫瘤微環境 (Tumor microenvironment, TME)。
這個微環境就像腫瘤的結界，不僅讓我們的治療手段如化療藥物、免疫細胞療法難以進入，即便進入後也難發揮作用，而在結界內的癌細胞，更是趁機獲得許多特異功能，讓我們更難對付。
腫瘤微環境最大的特徵之一，就是缺氧 (Hypoxia)。
缺氧時，癌細胞更容易轉移、更難被殺死
當腫瘤組織的體積只在 1-2 mm3 時，通常可以靠細胞間的擴散作用來吸收養分並排出代謝廢物，但是因為癌細胞生長非常快速，體積成長極快，當腫瘤組織的體積大於 3 mm3，就會因細胞間擴散作用不足導致缺氧。
缺氧也是腫瘤惡性發展的重要因素，缺氧環境會活化癌細胞內的缺氧誘導因子 (Hypoxia-inducible factors，HIFs)，當缺氧誘導因子被活化後，它會改變癌細胞的代謝，並產生一系列惡性後果1：
- 促進癌細胞的生長、侵襲和轉移 (Metastasis)。
- 降低化療和放射療法的效果。
- 讓微環境中充斥大量的發炎細胞，進而抑制免疫細胞的活性，讓免疫療法失效。
因此，在治療癌症上究竟該如何對付缺氧的腫瘤微環境？這一直是讓科學家們頭痛至極的大問題。
其他療法做不到的，就讓細菌出手吧！
然而，有趣的是，這個讓人類治療手段失效的缺氧環境，卻恰恰是某些細菌的最愛！！
可能連癌細胞也想不到，自己構築的強大結界，竟然會吸引比自己更兇狠的細菌入侵！當細菌入侵結界後，不僅會殺傷癌細胞，還會讓本來被癌細胞安撫的免疫細胞，發狂進攻，讓癌細胞陷入腹背受敵的窘境。
俗話說：「敵人的敵人，就是朋友！」，因此，藉由細菌能對付腫瘤微環境的特性，科學家們又重啟了「瘋狂」的細菌治療法。
下面讓我們一起看看，現在研究最多的 3 種細菌療法吧！
梭菌：攻其不備，缺氧就是我的愛！
梭菌屬 (Clostridium) 是一類能產生內孢子註1的專性厭氧菌 (obligate anaerobes)，專性厭氧菌僅能進行「無氧呼吸」，且無法在正常大氣（氧含量21%）的環境下存活。
看到這兒，大家應該就能理解為何梭菌為何有對抗腫瘤的潛力了吧！腫瘤微環境對牠而言簡直是天堂啊！缺氧、充滿養分、又沒有免疫細胞的攻擊，完美！
不過要將梭菌直接注射到人體，恐怕有不少疑慮。畢竟梭菌家族中，有不少會產生致命毒素的細菌，例如引起破傷風的破傷風梭菌 (Clostridium tetani)、會產生肉毒桿菌素的肉毒桿菌 (Clostridium botulinum)，若把這類細菌注射到體內，恐怕癌細胞還沒死，人就先被毒死了！
因此，在百般考量之下，科學家們相中了諾維氏梭菌 (Clostridium novyi, C.novyi)。
諾維氏梭菌產生毒素的基因很容易去除，當它的毒素基因被科學家去除後，我們稱呼這種沒有毒素的維氏梭菌為諾維氏梭菌-NT (Clostridium novyi-NT , C.novyi-NT)。
▌動物實驗結果
在動物實驗中，科學家首先將諾維氏梭菌-NT 注射進入老鼠體內，雖然老鼠體內的腫瘤大量壞死，但可惜的是，老鼠也因敗血症註2死亡。
隨後，研究人員改為注射諾維氏梭菌-NT 的「內孢子」到老鼠體內，結果發現，諾維氏梭菌-NT 的孢子只會在缺氧的腫瘤組織中萌發，血液中的孢子則很快就被免疫系統清除，而且不會引發敗血症。
更重要的是，在腫瘤組織中生長的諾維氏梭菌-NT，很快就讓腫瘤壞死！
隨著腫瘤的逐漸壞死，缺氧環境也消失，這些諾維氏梭菌-NT 也因為沒有了缺氧環境而不再生長，最終隨著腫瘤細胞一起消滅。
該研究也發現，若合併使用諾維氏梭菌-NT 的內孢子和化療藥物，不僅能降低化療藥物的使用濃度，腫瘤的消退也更快2。
後續的研究也發現，諾維氏梭菌-NT 不僅可以殺死腫瘤細胞（不過原因至今尚不明朗），同時也可以吸引免疫細胞來攻擊腫瘤。
▌臨床試驗結果
在最新的臨床試驗中，科學家將諾維氏梭菌-NT 的內孢子注射到 24 位實體固態腫瘤的病患體內。
其中有 23% 患者的腫瘤體積縮小超過 10%。
另外，研究人員也發現，注射諾維氏梭菌-NT 的內孢子後，病患體內能活化免疫細胞的細胞激素量有上升，同時也增加淋巴細胞到腫瘤組織的數量。這些結果都顯示，諾維氏梭菌-NT 確實能活化免疫系統，並讓免疫細胞攻擊腫瘤3。
該研究團隊目前也在申請將諾維氏梭菌-NT 和免疫檢查點抑制劑一同使用的臨床試驗，希望能達到更好的治療效果。
▌難以忽視的缺點
雖然諾維氏梭菌-NT 的初步臨床結果讓人期待，但牠有一個很大的問題，那就是牠「專性厭氧」的特性！
雖然這個特性讓牠能專一的在缺氧的實體腫瘤中生長，但一旦腫瘤的缺氧環境被破壞，牠的效力將無法延續。因此科學家們把眼光放到有不同氧氣特性的細菌上！
沙門氏菌：有氧、無氧都可以！
和梭菌屬的專性厭氧不同，沙門氏菌屬 (Salmonella) 是兼性厭氧菌 (Facultative anaerobes)，牠在氧氣充足時，可以進行有氧呼吸，在氧氣不足的情況下，也能進行無氧呼吸。牠的這項特點被科學家看上，作為另一細菌療法的候選。
不過既然沙門氏菌也能在有氧環境下生存，這就表示牠不會只在缺氧的腫瘤組織中生長，也有可能在人體其他器官中生長，因此必須「改造」牠，讓牠不會傷及正常組織與器官。
▌改造牠：讓牠更無毒、更愛腫瘤一點
首先，由於沙門氏菌外膜的重要成分中包含了脂多醣 (Lipopolysaccharide，LPS)註3 ，而脂多醣具有內毒性註4，很有可能引起人類過度的免疫反應，產生發炎症狀，嚴重甚至可能引發敗血症或死亡，因此科學家們的第一步，就是先去除沙門氏菌合成脂多醣3的基因，藉此降低沙門氏菌的內毒性4。
接下來，因有文獻指出腫瘤組織內會產生大量嘌呤 (purine)註5，因此，科學家去除沙門氏菌用來生產嘌呤註6的基因，並將將改造後的沙門氏菌屬和腫瘤細胞一起培養後，此時，因為沙門氏菌屬極度缺乏嘌呤，一起培養後，牠就會因此產生對腫瘤組織的依賴性。
最後，科學家們成功篩選出一隻對腫瘤組織有高度依賴性的沙門氏菌-VNP200094。
▌動物實驗結果
沙門氏菌-VNP20009 在動物實驗上有不錯的成果。
注射沙門氏菌-VNP20009 到小鼠體內後，牠會在腫瘤組織內大量生長，免疫細胞也會被牠活化而攻擊腫瘤，讓腫瘤組織快速壞死與消退5。
▌臨床試驗結果
但沙門氏菌-VNP20009 在臨床試驗上卻不甚理想。
首先不知道是不是減毒力道太猛，沙門氏菌-VNP20009 在注射到病患體內後，很難引起免疫反應，而且牠也「沒有」展現對腫瘤組織的依賴性，注射牠到 24 位病患體內之後，只有 3 個病患的腫瘤組織內有觀察到沙門氏菌-VNP20009 的生長，所有注射沙門氏菌-VNP20009的病患，腫瘤組織都沒有消退6。
不過慶幸的是，沙門氏菌-VNP20009 並沒有在人體的其他組織中生長，並未出現對人體健康造成負面影響的跡象。
▌沙門氏菌-A1-R
雖然沙門氏菌-VNP20009 在臨床上沒有理想的結果，但這是第一支用於治療癌症的沙門氏菌，科學家們認為這至少是個開始，因此後續他們又用類似的方法，篩選出另一支有潛力的沙門氏菌-A1-R。
A1-R 在動物實驗上，有著比 VNP20009 更好的腫瘤組織依賴性，而且能對應更多種類的腫瘤組織，同時 A1-R 活化免疫細胞的能力也不錯，A1-R 合併化療和標靶藥物的結果，也比 VNP20009 更好7！
但 A1-R 至今仍沒有進行臨床試驗，不確定在臨床上是否能比 VNP20009 表現更好。
如果只把細菌當作一種「交通工具」？
雖然沙門氏菌屬在臨床上沒有展現治療效果，但沙門氏菌屬提供科學家們一個新的思路：
如果細菌對腫瘤組織有專一性，那就把細菌當成治療手段的「載體」吧！
就像是把細菌當作通往腫瘤組織的直達車一樣，目前有團隊將抗癌物質的基因，放入沙門氏菌屬中，當沙門氏菌屬專一的到腫瘤組織中，就能分泌抗癌物質到組織中。
如此一來，不僅可以提高抗癌物質的效力，也能減少該物質對生物體的傷害8，而下一篇文章所介紹的第三種研究上常見的細菌療法「李斯特菌」，某種程度上就是受到載體想法的啟發……
接著閱讀：不只能夠「以毒攻毒」，當細菌從攻癌武器變成交通工具！細菌療法的今生（下）
註釋
- 內孢子：某些細菌特有的一種構造，是對惡劣環境具有高度抗性的特殊休眠體。內孢子對抗生素、熱、酸鹼、輻射等具有強耐受性，待環境變成適合生存時，內孢子會打破睡眠狀態甦醒發芽繁殖。
- 敗血症：由於感染所引起的全身性發炎的嚴重疾病。常見的臨床症狀包括發燒、呼吸頻率和心跳加速，以及意識不清。
- 脂多醣 (Lipopolysaccharide，LPS) ：是油脂和多醣由共價鍵相連組成的大型分子。LPS 是革蘭氏陰性細菌外膜的主要組成部分，提供並保持細菌結構的完整性，保護細菌的細胞膜抵抗某些化學物質的攻擊。LPS 也是內毒素，LPS 在人體內，會結合到細胞膜上的脂多醣受體複合體上，促進細胞發炎，並讓發炎細胞分泌多種細胞因子，產生強烈的免疫反應。
- 內毒素：存在於細菌內的天然化合物，具有潛在的毒性。內毒素不同於外毒素，活的細菌是不會分泌可溶性的內毒素的。內毒素是細菌的結構成分，當細菌被溶解時而被細菌釋放出來。
- 嘌呤：新陳代謝過程中的一種代謝物，它是核酸中最重要的組成部分。
- 癌細胞因生長快速，在細胞複製時需要大量的核酸，這表示也需要大量的嘌呤，因此腫瘤組織內部的嘌呤量，比人體其他組織都高很多。
參考資料
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