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)

本文接續上一篇: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(上)

在上一篇文章中,科學家透過梭菌屬 (Clostridium) 、沙門氏菌屬 (Salmonella) 研究了細菌治療癌症的效果,其中,雖然沙門氏菌沒有明顯的治療效果,但是卻啟發了科學家將細菌當作「運輸抗癌藥物的載體」的想法。

李斯特菌:偷偷藏到吞噬細胞裡面!

在日常生活中,若我們感染李斯特菌 (Listeria monocytogenes, L. monocytogenes) ,將會出現腸胃道症狀,嚴重者會引發如敗血症、腦膜炎等症狀,是最致命的食源性病原體之一,主要以食物為傳染媒介,其致死率甚至高過沙門氏菌及肉毒桿菌。

李斯特菌。圖/Wikipedia

李斯特菌與沙門氏菌一樣,是兼性厭氧細菌,無論在缺氧、有氧的條件下均能夠生存,因此在細菌療法的考量下,科學家不用擔心當腫瘤失去微環境時,李斯特菌會失去治療的效果。

特別的是,李斯特菌也是兼性胞內寄生菌註1,可在吞噬細胞中生長,也可以在細胞外存活!

李斯特菌被吞噬細胞吞噬後,會分泌 listeriolysin O (LLO) 這個溶胞素註2破壞細胞膜,進而入侵到吞噬細胞的細胞質內,並在吞噬細胞的細胞質內繼續生長。這項讓免疫系統頭痛的特點,卻也成為科學家相中牠的原因。

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負責撰寫「死亡筆記本」的吞噬細胞

人體的免疫系統由先天和後天組成,其中兩者的主要差異在於「專一性」。

先天免疫系統沒有專一性,只要辨識到非人體的病原體,就會啟動殺敵系統,當病原體感染人體後,受損的細胞會產生發炎反應。

而先天免疫系統的發炎反應會活化諸多細胞激素,吸引吞噬細胞和自然殺手細胞 (Natural Killer Cell,後稱 NK 細胞) ,前者會將被感染的細胞吞噬消化,後者則分泌毒素直接殺死被感染的細胞。

李斯特菌在吞噬細胞內脫逃示意圖。圖/參考文獻 4

吞噬細胞還有另一個稱呼:抗原呈現細胞 (Antigen Presenting Cell, APC),APC 會把病原體的抗原放在自己的細胞膜上,就像是後天免疫系統的死亡筆記本一樣,藉此來提供訊息給後天免疫系統。

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後天免疫系統具備高度專一性,一旦接受到 APC 提供的死亡筆記本,便會開始「量身訂製」殺敵策略。

執行後天免疫系統的主角,主要為兩類淋巴細胞: B 細胞和 T 細胞。B 細胞會分泌專一性的抗體,可與病原體的抗原結合,使其失活;T 細胞則會訓練一批殺手,專門獵殺帶有抗原的病原體或細胞。

後天免疫系統還有「記憶性」,當人體再被同樣的病原體感染後,後天免疫系統會徵招曾經參戰的 B 細胞和 T 細胞,達到更快速的制敵效率,而這個記憶特性,也是疫苗背後的基本原理。

先天與後天免疫系統間的相互配合。圖/參考文獻 5

先天和後天免疫系統並非各自為政,而是相輔相成。其中可看出,APC 是連結兩者的重要橋梁。

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癌細胞會分泌抑制免疫細胞的細胞激素,讓 NK 細胞和吞噬細胞無法作用。NK 細胞不作用,就無法毒殺癌細胞;吞噬細胞不作用,腫瘤的抗體資訊就無法傳遞給後天免疫系統,身體就無法針對癌細胞產生專一的殺滅作用。

看到這兒你可能會想,這些和李斯特菌的兼性胞內寄生有什麼關係?關係可大了!

逼迫細菌把腫瘤送入「死亡筆記本」!

正常來說,雖然李斯特菌會引起先天免疫系統的反應,但因李斯特菌可以靠 LLO 逃避吞噬細胞的消化,使得吞噬細胞無法紀錄牠的抗原訊息,也無法將抗原訊息提供給後天免疫系統。

科學家:嘿嘿,那我就改造你!

當李斯特菌跑到吞噬細胞體內後,科學家強迫李斯特菌不斷生產抗原,而且這些抗原還會跑到吞噬細胞表面,讓本來不能呈現抗原的吞噬細胞,瘋狂表現腫瘤抗原,並藉此活化後天免疫系統。

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在動物實驗中,即使是沒有被改造完全、不會生產腫瘤抗原的李斯特菌,本來就具有腫瘤組織專一性,也和活化先天免疫系統的能力,確實能讓腫瘤消退9

注射李斯特菌到小鼠體內,能有效抑制黑色素瘤的生長。圖/參考文獻 6

當科學家改造李斯特菌之後,實驗結果顯示,李斯特菌除了保持「腫瘤專一性」和「活化先天免疫系統」的兩個能力,科學家也確實觀察到後天免疫系統被活化了1。也就是說,腫瘤抗原真的成功被李斯特菌帶入吞噬細胞,而且被記上死亡筆記本、送給後天免疫系統了!

動物實驗的結果讓科學家們相當振奮,他們認為,這代表「將李斯特菌當成表達腫瘤抗原的載體,並活化後天免疫系統」的想法,確實可行!

讓人沮喪的臨床試驗結果

雖然動物實驗的結果不錯,但李斯特菌,在臨床試驗的結果可謂差強人意。

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在最新的臨床試驗中,科學家對 15 位有侵犯性子宮頸癌的病患,施打了帶有腫瘤抗原的李斯特菌。所有的病患在施打後,都有很強烈免疫反應,但只有 6 位病患的腫瘤有消退(其中一位雖有消退,但腫瘤很快又長回);7 位病患的腫瘤沒有改變;2 位病患因強烈的免疫反應死亡2

從李斯特菌的臨床試驗來看,這種作法確實能活化後天免疫系統,也有消滅腫瘤的效果,但牠的「安全性」卻是非常嚴重的問題。

雖然用於治療的李斯特菌已減毒,但這種減毒李斯特菌的感染,仍會引起人體過度強烈的免疫反應,何況李斯特菌還會逃到吞噬細胞內,讓免疫細胞難以消滅,因此如何平衡毒性和治療性,是科學家們接下來的研究重點。

瘋狂的細菌療法,仍未到此為止

本文所簡介的梭菌、沙門氏菌、李斯特菌,是目前學術上最多人研究的 3 種細菌療法,除了這 3 種細菌療法外,還有更多我們並不清楚也並不瞭解的做法,永遠不要小看科學家們的腦洞,他們將各種奇思妙想融合到細菌療法中,造就許多遠比上面更瘋狂的方法3

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透過本文,大家也可以發現細菌療法仍有不少侷限,例如動物實驗和臨床試驗的結果之間的巨大鴻溝、治療性與安全性的平衡等等問題,都是科學家們必須正視的難題。

未來細菌療法究竟該往何處走,又有哪些難解的挑戰需要被克服?下期,也是細菌療法的最終章,將帶大家一起看看細菌療法的挑戰與展望。

註釋

  1. 兼性胞內寄生菌:可以在寄生於細胞內,在細胞外也可以存活。
  2. 溶胞素:一類由微生物、植物或動物分泌,對特定細胞有毒性的物質。溶胞素會因對某一類細胞具有特異性而獲得相應的名稱。例如專門裂解紅血球,並使其釋放出的胞內血紅蛋白的溶胞素,就被命名爲溶血素。

參考資料

  1. Jahangir A, Chandra D, Quispe-Tintaya W, Singh M, Selvanesan BC, Gravekamp C. Immunotherapy with Listeria reduces metastatic breast cancer in young and old mice through different mechanisms. Oncoimmunology. 2017 Jul 5;6(9):e1342025
  2. Maciag PC, Radulovic S, Rothman J. The first clinical use of a live-attenuated Listeria monocytogenes vaccine: a Phase I safety study of Lm-LLO-E7 in patients with advanced carcinoma of the cervix. Vaccine. 2009 Jun 19;27(30):3975-83. doi: 10.1016/j.vaccine.2009.04.041. Epub 2009 May 3
  3. Torres W, Lameda V, Olivar LC, Navarro C, Fuenmayor J, Pérez A, Mindiola A, Rojas M, Martínez MS, Velasco M, Rojas J, Bermudez V. Bacteria in cancer therapy: beyond immunostimulation. J Cancer Metastasis Treat 2018;4:4.
  4. Pizarro-Cerdá, J., Kühbacher, A., & Cossart, P. (2012). Entry of Listeria monocytogenes in mammalian epithelial cells: an updated view. Cold Spring Harbor perspectives in medicine, 2(11), a010009.
  5. Lindahl, G. (2019). The effects of flaxseed and tamoxifen on the inflammatory microenvironment in normal breast tissue and in breast cancer (Vol. 1714). Linköping University Electronic Press.
  6. Vitiello, M., Evangelista, M., Di Lascio, N., Kusmic, C., Massa, A., Orso, F., … & Poliseno, L. (2019). Antitumoral effects of attenuated Listeria monocytogenes in a genetically engineered mouse model of melanoma. Oncogene, 38(19), 3756-3762.

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羅夏

同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟

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