卡介苗（BCG vaccine）含有活性減毒的結核菌（Mycobacterium bovis），最常用於預防結核病，但其實還有另一個相當實用的臨床用途—治療初期膀胱癌（urolethial bladder cancer） [註1]，這可說是歷史上最成功也進行最久的細菌免疫—腫瘤治療，其他微生物相關的腫瘤治療都還處於研究或試驗階段。過去科學家們推測T淋巴球（T lymphocyte）媒介 BCG 的療效，而且與 BCG 專一的淋巴球相關，但當初的認知僅限於此。所以，Memorial Sloan Kettering Cancer Center 的研究團隊使用小鼠及 MB49 膀胱癌細胞株當作模式，期望找出BCG 治療膀胱癌的機制。
整體實驗小鼠除控制組以外，還包含：只接受 BCG 的健康組、MB49 加 PBS [註2] 的癌症組、MB49 加 BCG 的治療組、MB49 加 BCG 且活到最後的癌症生還組。中途添加的控制邊因包含移除T淋巴球、移植 T 淋巴球等等。本研究主要觀察目標為，存活曲線、各類細胞數量，而團隊特別注重存活曲線，因為過去的研究常常缺少觀察長期的存活率。首先，團隊發現，BCG 治療不會增加腫瘤內部淋巴球的總數，但可以提高 CD4 T 淋巴球的比率、促進細胞生長分化、抑制 PD-1。前述趨勢也顯現於 CD8 T 淋巴球，但數據沒達到統計顯著差異。如果預先使用抗體，分別清除 CD4 T或CD8 T 淋巴球，即使使用 BCG 治療，老鼠仍會快速死亡，這證明 BCG 療效需要同時依靠 CD4 與 CD8 T淋巴球（圖一）。
圖一：(A)膀胱癌腫瘤內部的 CD4 T 淋巴球的絕對數量及相對百分比，PBS 為對照組、BCG 為疫苗治療組。(B)癌症小鼠接受各式處置的生存曲線，αCD4表示小鼠的 CD4 T 淋巴球被清除，αCD8 表示小鼠的 CD8 T 淋巴球被清除。 圖片來源：https://doi.org/10.1073/pnas.2004421117
接著，研究團隊想區分到底是「BCG 專一的」還是「腫瘤專一的」T 淋巴球提供免疫抵抗力。如果阻止 BCG 減活細菌被運送到淋巴結，BCG 治療依然有效。如果幫治療組小鼠（MB49 加 BCG）多移植入針對 BCG 的 CD4 T 細胞，可發現大量T細胞被活化，但這些小鼠並未特別長命，此結果與早前結果相反 [1]，BCG專一的T淋巴球並不足以抵抗腫瘤。
因為前述矛盾的發現，團隊轉而研究腫瘤專一的 T 淋巴球。團隊觀察到，癌症生還組的小鼠可以完全排斥第二次植入的腫瘤細胞，然而健康組的小鼠，無法完全抵抗腫瘤植入，所以腫瘤本身的抗原也跟 BCG 引發的免疫相關（圖二 A、B）。如果抑制癌症生還組小鼠的CD4 T淋巴球，第二次植入的癌細胞又恢復蓬勃生機，若是抑制 CD8 T 淋巴球，腫瘤還是被排斥。如果分離癌症生還組的T淋巴球，注射到普通小鼠，這些小鼠也可以抵抗植入的膀胱癌 MB49 細胞，相對來自健康組小鼠的 T 淋巴球，並沒辦法幫助普通小鼠免疫（圖二 C）。從這些實驗可見，BCG疫苗可以引發針對腫瘤的、CD4 T 淋巴球的免疫反應。接著發現，BCG 疫苗增強腫瘤專一的T淋巴球們分化、減少抑制性訊號（CD44 表現增加、PD-1表現減少），而且腫瘤專一的 CD4 T 淋巴球產生較多 IFN-γ（interferon gamma；丙型干擾素）。
而 IFN-γ 的接受者是誰呢？膀胱癌細胞表現總是表現干擾素受體，且能夠對 IFN-γ 正常反應。他們用 CRISPR 剃除 MB49 的干擾素受體，再植入小鼠，則 BCG 治療完全失效，甚至比癌症組的小鼠還短命。即使是癌症生還組的小鼠，也無法完全排斥缺乏干擾素受體的腫瘤細胞。由此可推論，BCG治療生效、針對癌細胞的長期後天免疫，都需要 IFN-γ（圖三）。
圖二：(A)利用 IVIS spectrum造影系統，小鼠體內的腫瘤產生螢光訊號。Naïve 指未經任何處置就植入癌細胞的小鼠，植入的腫瘤皆順利生長。Survivor 指已經利用 BCG 治療且痊癒的癌症小鼠，完全沒有腫瘤訊號。(B)植入的MB49腫瘤體積，依前處理分組。MB49+BCG 跟圖三 A 的survivor相同。(C)普通健康小鼠，接受不同來源的T細胞之後，抵抗膀胱癌的存活率。圖片來源：https://doi.org/10.1073/pnas.2004421117
圖三：(A) 正常/ IFN-γ 被敲除的腫瘤及治療的生存曲線。MB49^IFNGRKO 代表腫瘤細胞的IFN-γ的受體被剃除（knockout）。(B)膀胱腫瘤體積隨時間的變化，實線代表平均值，虛線為每個個體的趨勢。圖片來源：https://doi.org/10.1073/pnas.2004421117
這篇論文發表了一些跟早期推測相反的結果，也提出更細緻的解析，揭示 BCG 疫苗如何治療膀胱癌。團隊所發現的免疫機制，也可建議作為臨床的生物標記（biomarker）。筆者查詢到2篇不同時間發表的臨床論文，雖然沒引述本篇小新聞的主要文獻，但也初步認為IFN-γ跟膀胱癌病患的存活相關 [2, 3]。BCG 的作用與現代免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitor）類似，都需要 IFN-γ。免疫檢查點抑制劑的效果多與 CD8 T 淋巴球相關，然而 BCG 更依賴 CD4 T 淋巴球。未來，還需要探明 IFN-γ 及其受體如何作用於癌細胞。
註1：將 BCG 灌入病患的膀胱，停留一段時間再排出，為高復發風險、初期膀癌的標準治療。
註2：PBS（Phosphate-buffered saline）緩衝溶液，為等張溶液，類似生理實驗水，通常做為實驗的控制組。
Main Article:
Antonelli, A. C., Binyamin, A., Hohl, T. M., Glickman, M. S., & Redelman-Sidi, G. (2020). Bacterial immunotherapy for cancer induces CD4-dependent tumor-specific immunity through tumor-intrinsic interferon-γ signaling. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(31), 18627-18637. https://doi.org/10.1073/pnas.2004421117
參考文獻：
[1] Biot, C., Rentsch, C. A., Gsponer, J. R., Birkhäuser, F. D., Jusforgues-Saklani, H., Lemaître, F., … & Albert, M. L. (2012). Preexisting BCG-specific T cells improve intravesical immunotherapy for bladder cancer. Science translational medicine, 4(137), 137ra72-137ra72. https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.3003586
[2] Gillezeau, C., Movva, N., van Gerwen, M., Rabon-Stith, K., Shire, N., Brohawn, P. Z., … & Fryzek, J. (2022). Interferon gamma expression and mortality in unselected cohorts of urothelial bladder cancer patients. Plos one, 17(8), e0271339. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0271339
[3] Shan, G., Tang, T., Qian, H., & Xia, Y. (2018). Certain BCG-reactive responses are associated with bladder cancer prognosis. Cancer Immunology, Immunotherapy, 67, 797-803. https://doi.org/10.1007/s00262-018-2127-y
撰文｜王振宇
審稿｜蕭皓文
