口服抗癌疫苗走进现实！中国科学家在口服肿瘤疫苗取得新进展

今年，中国国家癌症中心发布的“2016年我国癌症发病率和死亡率”的统计数据中，我国2016年估计新发癌症病例数为406.40万例，其中肺癌是男性最常见的癌症，约占男性癌症总数的24.6%，其次为肝癌、胃癌、结直肠癌和食管癌。女性中乳腺癌是最常见的类型，占所有新发癌症的16.72%，其次是肺癌、结直肠癌、甲状腺癌和胃癌。这五种癌症占女性癌症死亡总数的56.11%。

除了免疫检查点抑制剂，过继性细胞免疫疗法之外，癌症疫苗是属于癌症免疫疗法中最新的一种治疗方式，也是免疫治疗的第三张王牌。

5月2日，我国国家纳米科学中心聂广军团队和赵潇团队合作，在 Nature子刊《Nature Biomedical Engineering》发表题为《Antigen-bearing outer membrane vesicles as tumour vaccines produced in situ by ingested genetically engineered bacteria》的研究论文，介绍了其合作开发的基因工程化细菌肿瘤疫苗，并可通过口服的形式释放其带有肿瘤抗原的外膜囊泡（outer membrane vesicle, OMV）刺激机体内的抗肿瘤免疫反应来对抗肿瘤，为肿瘤疫苗开发提供了新策略。

肿瘤疫苗作为对抗肿瘤的“希望之星”，一直以来都备受研究者瞩目。然而目前为止开发的大多数肿瘤疫苗都是通过肌肉或皮下注射的，能够刺激的免疫效果优先。而口服疫苗可以借有肠道丰富的免疫环境来刺激强烈的抗肿瘤免疫反应，从而达到良好的免疫效果，但是肠道复杂的生理环境限制了口服肿瘤疫苗的开发。

细菌外膜囊泡(OMVs)是由革兰氏阴性细菌释放的直径为20~300nm的球形双层纳米结构，内含生物活性蛋白、脂质、核酸和代谢物等，可以有效刺激机体先天性免疫反应。而通过工程化改造的OMV可以充当肠道中的“人造机器人”，来通过释放特定抗原刺激产生特异性免疫反应。

Fig.1 Genetically engineered bacteria-derived-OMV-based oral tumour vaccine.

针对口服肿瘤疫苗的技术障碍，利用肠道共生菌的生物学特性，聂广军团队在NBE的这篇文章中开发了一种基因工程化细菌衍生的口服肿瘤疫苗。

首先，作者将肿瘤抗原 (Ag) 和小鼠免疫球蛋白 G (IgG; mFc) 的 Fc 片段融合到 OMV (ClyA–Ag–mFc) 的表面蛋白 ClyA 的 C 末端。其中，mFc 将通过 Fc 和 Fc 受体 (FcRn) 之间的相互作用增强 DC 对 OMV的识别和摄取。此外，为了实现严格的疫苗接种途径并避免长期抗原刺激引起的免疫耐受，作者引入了阿拉伯糖 (Ara) 诱导型启动子来控制融合蛋白的表达。通过口服修饰的细菌和表达诱导剂 Ara，文章实现了在肠道中原位可控地产生负载肿瘤抗原 (OMV-Ag-mFc) 的 OMV。这些 OMV-Ag-mFc 可以有效地穿过肠上皮屏障并被固有层中的 DCs 吸收，并进一步进入淋巴结引流来呈递肿瘤抗原刺激产生肿瘤抗原特异性的免疫反应，这一方法在在多种小鼠癌症模型中都取得了良好结果，可以显著抑制肿瘤生长，并提高机体的特异性抗肿瘤免疫反应。

在基于工程化细菌OMV的开发利用上，聂广军团队一直在创新开发新的应用方向。在3月22日，仍然是上述两个团队合作在国际顶刊《ADVANCED MATERIALS》上在线发表了题为《Rapid Surface Display of mRNA Antigens by Bacteria-Derived Outer Membrane Vesicles for a Personalized Tumor Vaccine》的研究性论文。

Fig.2 Schematic illustration of the OMV-based mRNA vaccine triggering TLR activation, innate immunity stimulation, and antigen presentation

随着新冠的蔓延，各类疫苗开发都被按下了加速键。其中，mRNA疫苗之前一直被作为概念性的疫苗，因为新冠被提前推向了市场应用。在这项工作中，聂广军等团队研究人员利用基因工程对 RNA 结合蛋白 L7Ae 和溶酶体逃逸蛋白李斯特菌溶素 O (OMV-LL) 进行表面修饰，将细菌衍生的外膜囊泡 (OMV) 用作 mRNA 递送平台。OMV-LL 可以通过 L7Ae 结合 (OMV-LL-mRNA) 的 C/D 序列标记 mRNA 抗原并将它们递送到树突状细胞 (DC) 中，然后通过李斯特菌溶血素 O 介导的免疫逃逸进行交叉呈递。动物实验结果显示OMV-LL-mRNA 可以显著抑制黑色素瘤生长并在结肠癌模型中产生 37.5% 的治疗效果。此外，OMV-LL-mRNA可以诱导长期免疫记忆并在60天后保护小鼠免受肿瘤感染。

这一研究拓展了OMV平台的应用场景，提供了一种不同于脂质纳米颗粒 (LNP) 的递送技术，可以在今后用于个性化 mRNA 肿瘤疫苗开发。此外，这种“即插即用”策略具有极强的临床应用前景。

无独有偶，针对OMV“即插即用”的开发策略，上述两个团队深耕多年。2021年4 月 6 日，他们就在国际著名期刊《Nature Communications》上发表了基于这种策略的研究性论文《Bioengineered bacteria-derived outer membrane vesicles as a versatile antigen display platform for tumor vaccination via Plug-and-Display technology》。

Fig.3  Schematic illustration of ClyA-Catcher (CC) OMVs system for antigen display

在这篇文章中，作者介绍了基于OMV的疫苗开发策略，这种策略具有“即插即用”的便捷性，可以根据不同的实验目的展示不同的抗原蛋白从而借由工程化细菌递送进入体内产生特异性的免疫效果。这篇文章可以说是2022年两篇文章的基础。

总的来说，上述两个团队在OMV平台上开发了不同的应用场景，也让我们看到了这类OMV平台的巨大临床应用场景。

参考文献：

1.Cheng, K. et al. Bioengineered bacteria-derived outer membrane vesicles as a versatile antigen display platform for tumor vaccination via Plug-and-Display technology. Nat Commun 12, 2041 (2021).

2.Yue, Y.et al. Antigen-bearing outer membrane vesicles as tumour vaccines produced in situ by ingested genetically engineered bacteria. Nat. Biomed. Eng (2022).

3.Li, Yao, et al. "Rapid Surface Display of mRNA Antigens by Bacteria‐Derived Outer Membrane Vesicles for a Personalized Tumor Vaccine." Advanced Materials (2022): 2109984.

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