診療合一新利器：腫瘤內細菌與天然紫光合菌組合的癌症治療功效

細菌，一群自出生就與我們緊密共生的生物，在近年研究中發現，不只在腸道等正常器官中能夠覓得他們的蹤跡，在腫瘤這種異常組織中，也可以捕捉到共生菌（symbiotic bacteria）的存在 [1]。在與癌症對抗的歷史長流中，如 CAR-T（chimeric antigen receptor T-cells；嵌合抗原受體 T 細胞）等細胞療法和免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors; ICI）、癌症疫苗（cancer vaccines）等免疫療法新 [2]，而一種傳統療法——細菌療法，也逐漸出現在科學家的視野中，並以新姿態展現在世人面前。

細菌作為治療癌症的媒介已行之有年 [3]，然而過往的細菌癌症療法都需要搭配基因工程（genetic engineering）[4] 或合成生物學（synthetic biology） [5] 技術，來降低細菌對身體的危害與增強療效（圖一 [6]）。因此，若是能找到與人體較為相容且針對癌症具有療效的細菌，便能另闢一條細菌癌症療法的蹊徑。日本的研究團隊便利用自腫瘤組織分離出的細菌來測試癌症治療的功效，並與一種天然紫光合細菌一併施打，來達到更好的治療效果。

在該團隊過去的研究中發現一種天然紫光合細菌 Rhodopseudomonas palustris （沼澤紅假單胞菌；RP）擁有許多功能和生物相容性可作為伴隨式診療（theranostic）的工具 [7]。在本篇研究中，研究團隊先將 RP 打入小鼠體內，接著取出腫瘤組織將 RP 分離出來，然而在分離培養的過程中，卻發現本該因為 RP 而呈現紅色的培養溶液，卻隨著時間逐漸變為灰色，再進行分離後便發現是一種腫瘤內細菌 Proteus mirabilis（奇異變形桿菌；PM），PM 為一種厭氧菌（anaerobic bacteria），因此在含有半胱胺酸 （L-cysteine; Cys）作為還原劑去除氧氣的培養基中，便會大量生長。研究團隊透過此種方式得到了純化後的 PM，而透過去除掉半胱胺酸的培養便能得到 RP 與 PM 的混合溶液，再將此混合溶液更進一步純化後得到完全的 RP，分別命名為 A-gyo、AUN、UN-gyo (圖二)。

研究團隊使用了大腸癌的小鼠模型，來測試這些細菌溶液對腫瘤的效果，發現施打單獨 PM 的細菌溶液（A-gyo）或是 PM 和 RP 的混合細菌溶液（AUN）皆能讓腫瘤體積顯著減少，甚至完全清除，並且能延長小鼠壽命 （圖三 A-C）。腫瘤組織中免疫細胞的數量也在施打 A-gyo 或 AUN 後有顯著上升，並且造成腫瘤細胞凋亡（apoptosis）（圖三 D）。研究團隊也在腫瘤被完全清除之後，再度注射腫瘤細胞至小鼠身上，結果發現並不會形成腫瘤，顯示小鼠能夠保有對抗腫瘤的免疫記憶（圖三 E-F）。

接著，研究團隊利用 RP 能夠吸收近紅外光（near infrared light; NIR）後放射出螢光的特性（圖四 A），照射 NIR 在小鼠身上，確認細菌進入小鼠體內後的位置。圖四 B 顯示細菌會集中在腫瘤的部位（圖中白色圓圈處），並且透過螢光原位雜交技術 （fluorescent in situ hybridization; FISH）確認 PM 和 RP 皆能夠深入到腫瘤組織中（圖四 C），代表細菌在注射進小鼠體內後能夠根據本身厭氧的特性自動導向至腫瘤處（低氧環境；hypoxia）。此外，在腫瘤被清除後，小鼠體內的 PM 和 RP 也能被有效清除，並不會對身體造成負擔，導致副作用（圖四 D）。

研究團隊也測試了細菌癌症療法在其他不同癌症種類的療效，發現在惡性肉瘤（sarcoma）（圖五 A-C）癌轉移（黑色素瘤轉移至肺臟）（圖五 D-E）和抗藥性癌症（圖五 F-H）的模型中，皆能有效清除腫瘤，防止癌轉移的發生。

總結來說，本篇研究利用自腫瘤分離出的細菌與天然紫光合細菌的組合，施打到帶有腫瘤的小鼠體內後，能夠有效引發體內免疫系統攻擊腫瘤，延長小鼠壽命，並且保有對抗腫瘤的免疫記憶。同時，也能作為辨識腫瘤的標記，結合前述攻擊腫瘤的溶瘤效果，具有成為伴隨式診療試劑的潛力，達到診療合一的目標，並為腫瘤治療的方式開闢了一條新道路。

 

Main Article:
Goto, Y., Iwata, S., Miyahara, M., & Miyako, E. (2023). Discovery of Intratumoral Oncolytic Bacteria Toward Targeted Anticancer Theranostics. Advanced Science, 10(20), 2301679. https://doi.org/10.1002/advs.202301679

參考文獻：

1. Yang, L., Li, A., Wang, Y., & Zhang, Y. (2023). Intratumoral Microbiota: Roles in Cancer Initiation, Development and Therapeutic Efficacy. Signal Transduction and Targeted Therapy, 8, 35. https://doi.org/10.1038/s41392-022-01304-4
2. Dagher, O. K., Schwab, R. D., Brookens, S. K., & Posey Jr., A. D. (2023). Advances in Cancer Immunotherapies. Cell, 186(8), 1814. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.039
3. Duong, M. T., Qin, Y., You, S., & Min, J. (2019). Bacteria-Cancer Interactions: Bacteria-Based Cancer Therapy. Experimental & Molecular Medicine, 51, 1–15. https://doi.org/10.1038/s12276-019-0297-0
4. Din, M. O., Danino, T., & Hasty, J. (2016). Synchronized Cycles of Bacterial Lysis for in Vivo Delivery. Nature, 536, 81–85. https://doi.org/10.1038/nature18930
5. Chowdhury, S., Castro, S., & Danino, T. (2019). Programmable Bacteria Induce Durable Tumor Regression and Systemic Antitumor Immunity. Nature Medicine, 25, 1057–1063. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0498-z
6. Nguyen, D., Chong, A., Hong, Y., & Min, J. (2023). Bioengineering of Bacteria for Cancer Immunotherapy. Nature Communications, 14, 3553. https://doi.org/10.1038/s41467-023-39224-8
7. Yang, X., Komatsu, S., Reghu, S., & Miyako, eijiro. (2021). Optically Activatable Photosynthetic Bacteria-Based Highly Tumor Specific Immunotheranostics. Nano Today, 37, 101100. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101100

撰文｜林大鈞
審稿｜林書岑