细菌与免疫疗法联用的抗肿瘤策略

利用细菌作为一种癌症治疗手段已有较长的历史。随着对肿瘤微环境和免疫机制等相关问题的不断探究,细菌疗法已逐渐发展成为一种平台技术,为肿瘤的免疫治疗开辟了新策略、新潜能。某些细菌依靠其自身特性,能够特异性靶向肿瘤组织,不仅对肿瘤生长产生直接抑制作用,还能刺激机体产生固有和适应性免疫应答,从而显著提升抗肿瘤治疗的疗效,甚至有助于解决转移性肿瘤等难题。通过基因工程技术,从基因水平上调控细菌的分子机制来定制其生物功能,高效递送各种免疫治疗剂至肿瘤病灶处而发挥作用,达到精确调控、有效激活的目的,这是其他药物传递系统所无法比拟的。此外,肿瘤靶向型细菌介导的治疗方案既可作为单一疗法应用,也可与其他治疗方式如化疗、放疗和光热治疗等联合,以获得更佳的临床治疗结果。因此,该文主要讨论了活细菌发挥肿瘤靶向性和抗肿瘤免疫作用的关键,总结了生物工程菌用于免疫治疗的相关研究及其与其他治疗方式联合应用的优势,为细菌疗法的进一步研究与发展提供依据。     

细菌外膜囊泡在抗肿瘤治疗方面的研究进展*

细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs)是在细菌生长过程中分泌出的一种直径为20~300 nm的膜性小泡。由磷脂、脂多糖、蛋白质、RNA或DNA等组成。OMVs包含大量细菌抗原,通过启动信号转导通路增强细胞因子和共刺激分子的表达,促进抗原呈递,有效激活免疫系统。OMVs中的毒力因子可以传递给宿主细胞,刺激细菌-宿主细胞之间的相互作用,具有内在的抗肿瘤活性。另外OMVs有利于进行工程设计,还可作为高效的药物运载体,实现免疫治疗和化疗-光疗的结合,从而提高药物的抗癌能力。OMVs在肿瘤免疫、肿瘤工程疫苗和载药等方面具有良好前景,被认为是抗肿瘤治疗的新型手段。从OMVs的结构组分、产生机制和抗肿瘤机制等方面概述了OMVs在肿瘤治疗中的研究进展,为将来OMVs的深入研究和临床应用提供参考。     

CD4+T细胞在肿瘤免疫治疗中的作用

近年来,人们对CD4 T细胞在肿瘤免疫治疗中的作用给予了极大的关注,CD4 T细胞不仅可通过IFN-γ依赖性等机制直接杀伤肿瘤细胞,而且在CD8 T细胞的激活、记忆性的细胞毒性T细胞(CTL)应答的产生、维持以及促进其存活等过程中发挥着重要作用,同时激活CD4 T细胞和CD8 T细胞是免疫治疗的理想策略;另外,CD4 CD25 调节性T细胞(Treg细胞)可能被肿瘤表达的自身抗原所诱导,与肿瘤免疫耐受的维持和抗肿瘤应答的下调有关,被认为是免疫治疗失败的主要原因,抑制该细胞亚群可增强治疗性肿瘤疫苗的临床效果.现就CD4 T细胞在肿瘤免疫治疗中的作用的研究进展作一综述.     

卵巢癌生物治疗的现状与进展

由于卵巢癌的早期临床症状较不明显,大部分患者就诊时就处于晚期阶段,这对其有效治疗造成了很大困难,使其成为妇科病死率最高的恶性肿瘤,一直广受关注。但目前传统的手术与放化疗方法的治疗效果不佳。近年来随着基础研究工作的不断发展与深入,生物治疗作为新的肿瘤治疗方法引起了人们的重视。生物治疗作为第四种卵巢癌的治疗模式,其采取的针对不同靶位点和靶途径的策略很大程度上促进了卵巢癌治疗的理论和实践研究。生物治疗主要是运用基因治疗、免疫治疗和重组病毒治疗的方法对患者进行治疗,基因治疗包括细胞毒性或自杀基因治疗、纠错性基因治疗、免疫增强性基因治疗和抗肿瘤血管生成基因治疗等。而免疫治疗又分为主动和被动免疫治疗,前者包括树突状细胞疫苗、自体肿瘤疫苗和分子疫苗治疗等,后者如细胞因子治疗、单克隆抗体拮抗治疗以及细胞过继免疫治疗等。上述目前在卵巢癌治疗研究中已取得了一些成果,本文就其卵巢癌的生物治疗现状与进展做一综述。     

基因改造的溶瘤痘病毒在肿瘤治疗中的研究进展

目前,肿瘤的标准治疗包括手术、放射疗法、化学疗法、温热疗法和生物/免疫疗法。溶瘤病毒治疗,即利用病毒的复制能力,选择性感染和破坏肿瘤细胞,同时保留正常细胞和组织,是肿瘤生物/免疫治疗的一个新疗法。基因治疗一直是肿瘤生物治疗的重要策略,利用基因工程策略在溶瘤病毒载体上插入抗癌基因,将病毒治疗与基因治疗有机结合,成为具有很强杀伤作用的基因–病毒治疗手段。近年来,以溶瘤痘病毒为载体的肿瘤基因治疗受到较多关注,通过基因工程策略对痘病毒进行改造是提高其抗肿瘤作用的重要策略。目前,用于基因工程改造的溶瘤痘病毒主要有Wyeth株、WR(Western Reverse)株、Lister株、Copenhagen株和天坛株。该文就目前对痘病毒进行基因工程改造的常见形式以及经基因工程改造的痘病毒用于治疗肿瘤的研究进展作一综述。     

活体生物药的应用及在遗传性代谢缺陷病治疗中的展望

活体生物药(live biotherapeutic products,LBPs)是指来自于人体肠道内或自然界中能够治疗人类疾病的活性菌。但天然筛选的活菌存在治疗效果不明显、差异性较大等缺点,难以满足个性化诊疗的需要。近年来,随着合成生物学的发展,研究者利用生命科学及工程科学手段,设计并构建了若干可响应外界复杂环境信号的工程菌株,加快了活体生物药的研发和应用过程。遗传性代谢缺陷病(inherited metabolic disease)是因体内某些酶的遗传缺陷致使体内相应的代谢物不能正常代谢而引发一系列临床症状的一类疾病,因此利用合成生物学技术,针对特定缺陷的酶设计重组活体生物药,未来有希望用于遗传性代谢缺陷病的治疗。本综述以活体生物药为切入点,并结合国内外文献综述,来探讨活体生物药在疾病治疗中的应用,以及对遗传性代谢缺陷病治疗的潜力。     

导读

本期导读主题:活体生物药、类器官、肿瘤诊断与免疫治疗相关的生物标志物、新型抗菌药物、外泌体和干细胞治疗等技术与方法。按照美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)的定义,又称为活体生物药的生物治疗活制剂(live biotherapeutic products,LBP)是指符合以下3个特点的生物制剂:一是含有活体生物如细菌,二是用于防治人类疾病,三是非疫苗。而益生菌(probiotics)则指以保健为目的应用于人体的微生物活制剂。LBP可包括益生菌,但益生菌不仅可用作LBP。有更多的益生菌已在各国通过食品添加剂及美容产品等方式进入市场并应用于人体。     

溶瘤病毒联合CAR-T细胞治疗实体瘤研究进展

嵌合抗原受体修饰的T细胞(chimeric antigen receptor T cells, CAR-T)疗法属于肿瘤免疫治疗的范畴。该疗法在血液系统恶性肿瘤治疗中表现优异,但在实体瘤治疗中存在诸多挑战。近年来,溶瘤病毒(oncolytic viruses, OVs)在针对黑色素瘤、脑胶质瘤等实体瘤适应证的临床试验中展现出良好的疗效。溶瘤病毒一方面选择性地在肿瘤细胞中复制杀伤肿瘤细胞,另一方面通过激活机体自身的免疫系统发挥抗肿瘤作用。因此,溶瘤病毒与免疫检查点抑制剂、肿瘤浸润淋巴细胞疗法(tumor infiltrating lymphocytes, TIL)等免疫疗法的联合应用也在广泛开展。目前研究表明,溶瘤病毒不仅能够增加CAR-T细胞的抗肿瘤活性,而且通过传递肿瘤相关抗原或特异性抗原来增强CAR-T细胞对肿瘤的杀伤作用,同时溶瘤病毒还可以帮助CAR-T细胞克服免疫抑制性的肿瘤微环境。两种疗法的联合应用在临床前研究中展现出了良好的疗效和安全性,能够解决CAR-T在实体瘤治疗领域的瓶颈,具有广阔的临床转化前景。本文就溶瘤病毒与CAR-T细胞联合治疗实体瘤的药效及相关机制研究展开论述...     

靶向Rad51与肿瘤治疗的研究进展

DNA损伤反应在维持细胞基因组稳定性和机体存活发挥重要作用。DNA双链断裂(Double strand breaks,DSBs)是DNA损伤最严重的形式。同源重组修复是体内参与DSBs损伤修复的重要机制之一,其中Rad51是体内参与同源重组性DNA修复的关键因子。Rad51在人类的多种肿瘤组织中高表达,如乳腺癌、非小细胞肺癌、前列腺癌等,与肿瘤的转移和恶化相关。如何有效下调肿瘤组织中的Rad51的水平,降低肿瘤细胞的DNA损伤修复能力,从而提高肿瘤治疗的疗效具有潜在的临床应用价值。本文对近年来的一个研究热点靶向Rad51在肿瘤治疗研究中的应用进行综述。     

肿瘤的细胞免疫治疗研究进展

随着抗原递呈机制与细胞对特异性抗原识别机制的揭示、众多重要的人细胞因子及其功能的发现、分子克隆与细胞克隆技术的发展,细胞免疫治疗日益受到重视,并成为肿瘤等疾病临床治疗新思路、新方法的研究热点,肿瘤的细胞免疫治疗技术也在近20年内得到了广泛深入的研究和临床实践。在此,我们简要综述近年来肿瘤的细胞免疫治疗研究进展。     

细胞治疗的典范：嵌合抗原受体T细胞疗法

嵌合抗原受体T(CAR-T)细胞疗法是一种利用合成受体特异性靶向抗原的过继性细胞疗法(ACT),目前在血液肿瘤的治疗中有极大的临床应用价值。虽然美国食品药品监督管理局(FDA)已经批准两款CAR-T药物上市,但CAR-T疗法在治疗过程中仍然存在一些副作用,如细胞因子释放综合征(CRS)、神经毒性、B细胞功能缺失等。同时,CAR-T疗法在实体瘤治疗中的效果甚微,主要原因是缺乏特异性靶点以及肿瘤微环境对CAR-T细胞功能的抑制等。文中将从CAR的结构设计、临床应用、合成生物学对新型CAR的优化来阐述应用CAR-T细胞疗法治疗肿瘤所面临的挑战及广阔前景。     

Combinational adenovirus-mediated gene therapy and dendritic cell vaccine in combating well-established tumors

Recent developments in tumor immunology and biotechnology have made cancer gene therapy and immunotherapy feasible. The current efforts for cancer gene therapy mainly focus on using immunogenes, chemogenes and tumor suppressor genes. Central to all these therapies is the development of efficient vectors for gene therapy. By far, adenovirus （AdV）-mediated gene therapy is one of the most promising approaches, as has confirmed by studies relating to animal tumor models and clinical trials. Dendritic cells （DCs） are highly efficient, specialized antigen-presenting cells, and DC- based tumor vaccines are regarded as having much potential in cancer immunotherapy. Vaccination with DCs pulsed with tumor peptides, lysates, or RNA, or loaded with apoptotic/necrotic tumor cells, or engineered to express certain cytokines or chemokines could induce significant antitumor cytotoxic T lymphocyte （CTL） responses and antitumor immunity. Although both AdV-mediated gene therapy and DC vaccine can both stimulate antitumor immune responses, their therapeutic efficiency has been limited to generation of prophylactic antitumor immunity against re-challenge with the parental tumor cells or to growth inhibition of small tumors. However, this approach has been unsuccessful in combating well-established tumors in animal models. Therefore, a major strategic goal of current cancer immunotherapy has become the development of novel therapeutic strategies that can combat well-established tumors, thus resembling real clinical practice since a good proportion of cancer patients generally present with significant disease. In this paper, we review the recent progress in AdV-mediated cancer gene therapy and DC-based cancer vaccines, and discuss combined immunotherapy including gene therapy and DC vaccines. We underscore the fact that combined therapy may have some advantages in combating well-established tumors vis-a-vis either modality administered as a monotherapy.     

CD4+CD25- T cells transduced to express MHC class I-restricted epitope-specific TCR synthesize Th1 cytokines and exhibit MHC class I-restricted cytolytic effector function in a human melanoma model

Cytolytic T cell-centric active specific and adoptive immunotherapeutic approaches might benefit from the simultaneous engagement of CD4(+) T cells. Considering the difficulties in simultaneously engaging CD4(+) and CD8(+) T cells in tumor immunotherapy, especially in an Ag-specific manner, redirecting CD4(+) T cells to MHC class I-restricted epitopes through engineered expression of MHC class I-restricted epitope-specific TCRs in CD4(+) T cells has emerged as a strategic consideration. Such TCR-engineered CD4(+) T cells have been shown to be capable of synthesizing cytokines as well as lysing target cells. We have conducted a critical examination of functional characteristics of CD4(+) T cells engineered to express the alpha- and beta-chains of a high functional avidity TCR specific for the melanoma epitope, MART-1(27-35), as a prototypic human tumor Ag system. We found that unpolarized CD4(+)CD25(-) T cells engineered to express the MART-1(27-35) TCR selectively synthesize Th1 cytokines and exhibit a potent Ag-specific lytic granule exocytosis-mediated cytolytic effector function of comparable efficacy to that of CD8(+) CTL. Such TCR engineered CD4(+) T cells, therefore, might be useful in clinical immunotherapy.     

合成生物学的医学应用

合成生物学旨在基于工程学原理,通过人工合成生物调控元件、模块和基因调控网络等对细胞进行设计和改造,以实现细胞和生命体的定向演化。在医学研究中,合成生物学主要采用人工设计合成治疗性的基因回路,制备工程化细胞植入体内,纠正机体已发生缺陷的生物调控元件,以达到治疗疾病的目的。本文对合成生物学的兴起、发展及其在医学中的应用和研究进展进行了综述。     

合成生物学在E. coli Nissle 1917靶向治疗癌症中的应用

癌症作为一种威胁人类健康的疾病，其病因极其复杂，人类至今尚无法完全治愈。在肿瘤治疗方法的探索中，研究者发现某些细菌可以有效靶向肿瘤细胞并抑制其生长。相比于传统的肿瘤治疗方法，细菌具备特异性定植于肿瘤微环境的能力，极大地避免了癌症治疗中对于正常组织的伤害，提高了治疗的靶向性和安全性。另一方面，合成生物学工具的发展使研究人员可依据肿瘤特征对细菌的性状进行“设计”，进而提高细菌的靶向能力和肿瘤杀伤能力以及细菌治疗的安全性。近年来，针对人益生菌E. coli Nissle 1917进行细菌靶向治疗肿瘤的研究越来越多。通过合成生物学理念在E. coli Nissle 1917中添加基因电路，使其具备更强的感应与靶向和杀伤肿瘤的能力，更加“智能化”地应用于癌症的治疗中。本文主要综述利用细菌治疗癌症的发展，介绍利用合成生物学改造E. coli Nissle 1917的方法，探讨基因改造活细菌的靶向性、高效性与安全性，并展望以合成生物学为指导的细菌治疗癌症的未来发展方向。     

改造肠道微生物在疾病诊断与治疗中的应用

肠道微生物是近年来新兴的热门研究领域,它与人类疾病健康存在着密切的关系。伴随高通量测序技术的发展,研究者们发现了肠道微生物在疾病的诊断与治疗中的潜力。合成生物学通过设计编辑工具以及反馈回路,可以构建具有诊断疾病或者靶向治疗疾病的肠道微生物工程菌株。这些工程菌能够对环境进行感知、计算和反馈。本文概述了改造后的肠道微生物在疾病诊断与治疗中的应用,同时阐述了目前改造后肠道微生物的临床应用现状,并对"工具短缺"以及目前改造后肠道微生物所存在的安全性等问题进行了讨论。     

Emerging mammalian gene switches for controlling implantable cell therapies

Engineered cell-based therapies have emerged as a new paradigm in modern medicine, with several engineered T cell therapies currently approved to treat blood cancers and many more in clinical development. Tremendous progress in synthetic biology over the past two decades has allowed us to program cells with sophisticated sense-and-response modules that can effectively control therapeutic functions. In this review, we highlight recent advances in mammalian synthetic gene switches, focusing on devices designed for therapeutic applications. Although many gene switches responding to endogenous or exogenous molecular signals have been developed, the focus is shifting towards achieving remote-controlled production of therapeutic effectors by stimulating implanted engineered cells with traceless physical signals, such as light, electrical signals, magnetic fields, heat or ultrasound.     

Inducible Suppression of Global Translation by Overuse of Rare Codons

Recently, artificial gene networks have been developed in synthetic biology to control gene expression and make organisms as controllable as robots. Here, I present an artificial posttranslational gene-silencing system based on the codon usage bias and low tRNA content corresponding to minor codons. I engineered the green fluorescent protein (GFP) gene to inhibit translation indirectly with the lowest-usage codons to monopolize various minor tRNAs (lgfp). The expression of lgfp interfered nonspecifically with the growth of Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, human HeLa cervical cancer cells, MCF7 breast cancer cells, and HEK293 kidney cells, as well as phage and adenovirus expansion. Furthermore, insertion of lgfp downstream of a phage response promoter conferred phage resistance on E. coli. Such engineered gene silencers could act as components of biological networks capable of functioning with suitable promoters in E. coli, S. cerevisiae, and human cells to control gene expression. The results presented here show general suppressor artificial genes for live cells and viruses. This robust system provides a gene expression or cell growth control device for artificially synthesized gene networks.