多個研究小組的研究都表明，弓形蟲感染可以增强小鼠的抗腫瘤免疫反應。真的能把單細胞寄生蟲開發成安全有效的治療藥物嗎？
撰文| Annie Melchor
編譯|於濤（美國印第安那大學醫學院）
來源|返樸
我們都知道，人體內有一套複雜而高效的免疫系統，不但能够抵禦病原體的侵襲，還能够將“變壞”的細胞扼殺在搖籃之中。同時，人體還為免疫系統配備了一個被稱為“檢查點”的刹車系統，它能够防止免疫反應被意外啟動，或是持續的時間過長。而狡猾的腫瘤細胞則學會了“踩刹車”——它們能啟動刹車系統，抑制免疫系統的攻擊，從而得以在病人體內張揚跋扈。
圖1.免疫系統、腫瘤細胞、刹車系統三者之間的關係。丨改編自網絡圖片
近年來，科學家們找到了許多存在於免疫細胞上的刹車蛋白，並且研製出了相應的抗體，能够結合這些刹車蛋白，並抑制刹車訊號。將這些抗體輸入腫瘤病人體內，就能解除腫瘤細胞對免疫細胞的抑制作用，重新啟動免疫細胞的活性，從而起到抗腫瘤的效果，這便是近年來出現的“腫瘤免疫檢查點阻斷療法”。
不過，隨著越來越多臨床試驗的開展，醫生們發現，阻斷療法對一些類型的腫瘤病人並不能起到很好的效果，但其中的原因不得而知。而讓醫生們意想不到的是，一種大腦中的寄生蟲似乎給解决這個難題帶來了一絲曙光。
瘋狂的想法
用寄生蟲來對抗癌症，似乎聽起來危險而瘋狂，但其實類似的想法在一個多世紀以前就已經有了。
大約在十九世紀二十世紀之交，紐約有一名癌症外科醫生叫威廉·科利（William Coley），他在閱讀舊病歷時有了一個驚人的發現：一名本來會在七年前死掉的晚期癌症患者竟然活到了今天。病歷中一條不起眼的記錄引起了他的注意：這位病人曾經感染過一種細菌。那時，這樣的小事絲毫不會引起醫生的注意。但科利醫生卻做出了極為大膽的推測：會不會是這次細菌感染治好了病人的癌症？
於是他立刻開始進行試驗，給自己的癌症患者注射活的或者滅活的細菌。在感染細菌後，有一些病人身上的腫瘤縮小並存活了下來，但並不是所有的病人都能那麼幸運。經過長期的試驗後，科利醫生最終發明了一種含有滅活細菌的癌症治療疫苗，注射後可以誘發炎症反應，足以殺死腫瘤細胞。由於疫苗所含的是滅活細菌，囙此不會帶來任何細菌感染的風險。
這種滅活細菌就被稱為“科利毒素”。
圖2.左：科利毒素引發的感染幾天內使左圖患者的腫瘤液化；右：右圖中的患者在腫瘤縮小之前則經受了63次注射。還有些腫瘤患者死亡。可見科利毒素的效果是難以預測的。（圖源：Cancer Research Institute/Proceedings of the Royal Society of Medicine 01/1910/3（Surg Sect）：1-48）
然而，隨著時間的推移，科利毒素逐漸失去了醫生們的青睞。“很多人試圖複製科利的工作，但效果不佳”，達特茅斯蓋塞爾醫學院的腫瘤免疫學家史蒂文·菲林（Steven Fiering）說：“放射療法迅速取代了科利毒素。但不可否認的是，通過增强自身免疫系統以對抗癌症的總體思路一直都沒有被人們忽視。”
治療癌症的腦寄生蟲
剛地弓形蟲（Toxoplasma gondii）是一種比細胞還要小的寄生蟲，它能够感染宿主的細胞，在裡面擴增並產生後代。猫是弓形蟲的唯一終宿主，弓形蟲會在猫的體內產生大量的卵囊，並隨著猫的糞便流入土壤或水中，感染大量的宿主。事實上，弓形蟲可以感染幾乎所有的溫血動物，並長期存在於被感染動物的骨骼肌和大腦內。
圖3.接觸猫的糞便很容易感染弓形蟲丨圖源：網絡
儘管弓形蟲在感染宿主時採取了巧妙的免疫逃逸策略，但在它生命週期的某些階段也可以觸發强烈的免疫反應。在感染初期，弓形蟲以“速殖子”形式快速複製。此時，如果宿主死掉或被捕食者吃掉，那麼弓形蟲在經過捕食者消化道時便會被殺死，無法感染新宿主，因為此時弓形蟲尚未安全置身於包囊內。
所以，為了確保在速殖子階段宿主不會被殺死，弓形蟲會在感染早期階段就觸發宿主强大的免疫反應，來控制其自身的複製擴增水准。具體來說，速殖子侵入細胞後，迅速大量擴增，並從細胞中噴薄而出，導致細胞死亡，同時引發全身和局部炎症。一般經歷幾周後，從最初的炎症爆發中倖存下來的弓形蟲會隱藏在骨骼肌或大腦中的長壽命細胞中。
在這裡，弓形蟲轉變為一種緩慢的複製形式——“緩殖子”，並構建一堵糖分子形成的“牆”，保護自己免受宿主免疫系統的攻擊（見圖4中的包囊）。雖然在偶發情况下，充滿寄生蟲的包囊會破裂並引發局部炎症，但大多數弓形蟲可以在這些包囊中度過餘生。在此之後，如果有捕食者攝入了含有包囊的組織，弓形蟲便可以成功感染新的宿主。
圖4.剛地弓形蟲的不同形態。a.速殖子，b.速殖子的內部結構示意圖，c.包囊，包囊內充滿了大量的緩殖子，形態類似於速殖子，但蟲體較小。丨圖源：https://www.jotscroll.com/forums/11/posts/204/toxoplasma-gondii-life-cycle-parasite-transmission-diagnosis-test.html
微生物學家帕斯卡爾·吉頓（Pascale Guiton）是加州州立大學東灣分校研究弓形蟲的專家。他說：“世界上約有三分之一的人可能已經感染了這種寄生蟲。對於大多數人來說，感染弓形蟲後往往不會出現症狀。然而，對於免疫功能低下的人、孕婦和發育中的胎兒來說，弓形蟲感染可能是致命的。現時還沒有針對慢性弓形蟲病的疫苗或治療方法。”
二十世紀60年代到70年代，有科學家發現，弓形蟲感染可以增强小鼠對癌症及多種感染的免疫抵抗力。隨後的幾十年中，弓形蟲感染可能有助於癌症治療的證據越來越多。2021年11月份發表在Journal for Immuno Therapy of Cancer（《癌症免疫治療雜志》）上的一項研究則發現了更直接的證據：將弓形蟲直接注射入小鼠的腫瘤內，可以極大地促進免疫檢查點阻斷療法的療效。
腫瘤原位疫苗接種
直接向腫瘤中注射免疫刺激劑（例如科利毒素、弓形蟲）的治療方法被稱為原位疫苗接種（in situ vaccination）。根據菲林的說法，腫瘤細胞常常會部署一系列自我保護策略，削弱機體的抗腫瘤免疫反應，而原位疫苗接種可以重新啟動被腫瘤所抑制的免疫反應，類似於一種佐劑。它能打破腫瘤局部的免疫抑制，啟動或招募更多的腫瘤特异性T細胞，這些T細胞不但可以殺死局部的腫瘤細胞，甚至可以在早期殺死轉移到其他部位的腫瘤細胞——而在這個階段，臨床醫生通常都很難發覺腫瘤轉移的迹象。
除了科利毒素，醫生們還嘗試了很多其他原位疫苗，比如减毒的李斯特菌，或包裹/攜帶著病原體抗原的納米顆粒。2016年，菲林的研究小組在小鼠模型上發現，含有滅活的缸豆花葉病毒（一種植物病原體）的納米顆粒可以抑制卵巢癌、結腸癌和乳腺癌等多種腫瘤的生長。近年被FDA準予上市的溶瘤病毒T-Vec，在晚期黑色素瘤的治療上也顯示出很好的效果。
圖5.注射溶瘤病毒示意圖丨圖源：https://www.drugtargetreview.com/article/76602/developing-an-effective-vaccine-for-breast-cancer/
與眾多其他原位疫苗接種方案相比，弓形蟲所引發的免疫反應類型與眾不同。這也是癌症科學家對弓形蟲興趣不减的原因。賓夕法尼亞大學的免疫寄生蟲學家克裏斯托弗·亨特（Christopher Hunter）解釋道：“病原體各有特色，我們的身體對不同病原體的感染會產生不同類型的免疫反應。免疫系統應對弓形蟲胞內感染的機制，與機體對抗一些癌症的途徑相同，比如，兩者都能引發强烈的T細胞反應，以及誘導白細胞介素12和干擾素γ之類的細胞因數”。
另外，使用弓形蟲作為腫瘤的原位疫苗還有一個巨大的優勢：它們可以感染多種細胞和組織，對腫瘤類型並不挑剔，科學家們可以在多種模式生物中對其進行測試。
“當弓形蟲被引入腫瘤時，它們確實會激發你所希望看到的抗腫瘤免疫”，達特茅斯蓋澤爾醫學院的寄生蟲免疫學家大衛·比齊克（David Bzik）說道：“它重新喚醒了被腫瘤所抑制的免疫力”。
想法成為現實
2010年，比齊克的實驗室敲除了弓形蟲身上一種合成嘧啶的關鍵酶，製造出了一種無法複製的弓形蟲，它可以在補充了尿嘧啶的培養基中正常生長和複製，但無法在宿主動物體內複製。如同不可複製的病毒載體做成的疫苗，這種有缺陷的蟲株可以作為預防弓形蟲感染的疫苗。
2013年，比齊克和菲林的實驗室共同發現，在卵巢癌小鼠模型中注射這種缺陷弓形蟲，可以顯著提高腫瘤浸潤性T細胞的數量和活性。他們還發現，如果把這些被啟動的T細胞選取出來，注射到其他荷瘤小鼠體內，同樣能够發揮出抗腫瘤效力。一些其他的研究也發現，缺陷弓形蟲在胰腺癌和黑色素瘤小鼠模型上也能起到很好的效果。
諾丁漢大學的獸醫哈尼·埃爾謝哈（Hany Elsheikha）和中國的合作者在他們的新論文中進一步證實了比齊克的發現。他們在多種荷瘤小鼠模型上採用了一種複製减弱的弓形蟲蟲株（不同於比齊克的蟲株），發現這個蟲株也能够促進殺傷性T細胞和自然殺傷細胞侵入腫瘤中，並增强免疫檢查點阻斷療法的效果。也就是說，複製弱化蟲株和免疫檢查點抑制劑聯合治療，比單獨使用抑制劑能够更有效地縮小腫瘤。不過，聯合治療只有在使用活寄生蟲時才有效，而使用加熱滅活的寄生蟲則完全沒有效果。同時，在載有兩個腫瘤的小鼠模型上，將複製弱化蟲株注射到其中一個腫瘤中並進行聯合治療，小鼠身上的另一個腫瘤也顯著縮小了！這說明該療法對於遠端轉移的腫瘤可能也具有治療潜力。
比齊克認為這項研究具有重要的意義，特別是對癌症晚期患者而言。有許多患者直到癌症已經轉移時才被診斷出來，此時要切除所有的腫瘤是幾乎是不可能的事情。比齊克說，但這一研究給了我們新的希望——聯合療法對於遠端腫瘤也具有顯著的治療效果——這樣我們在治療原位腫瘤的同時也能够靶向轉移腫瘤。
當然，事情不會一直這麼順利。使用弓形蟲作為原位腫瘤疫苗還面臨著一個巨大的科技障礙。
由於疫苗只能使用活的弓形蟲，而弓形蟲只能在宿主細胞內生長和繁殖，囙此在實驗室培養弓形蟲時也要依賴於細胞培養，這大大新增了獲取弓形蟲的難度和成本。事實上，在實驗室中復蘇新鮮細胞後，需要培養好幾天才能够獲得足够滴度的弓形蟲，這在普通診所中是不可行的。菲林曾經與達特茅斯的臨床醫生討論使用弓形蟲作為免疫療法的潜力：“我們需要一些可以從冰柜中取出並直接注射到患者體內的現成產品，而不是每隔幾天就必須從活細胞培養中恢復的東西。即便這在理論上是可行的，但從臨床角度來看是不切實際的。”
拋開科技上的挑戰不談，許多科學家都懷疑，給患者注射活寄生蟲的療法（即使注射的是减毒的蟲株）——尤其是對免疫抑制患者具有潜在威脅的療法——是否真的能在臨床上佔據一席之地？
弓形蟲作為工具
事實上，基於弓形蟲的治療從來都不是埃爾謝哈的目標。他說：“我們不會把它作為一種治療方法來文宣，我們的研究目標是弄清楚弓形蟲的感染和啟動免疫反應的機制。”他不僅僅把弓形蟲看作是一種病原體，而是將弓形蟲視為瞭解基本生物學機制的有力工具。既然弓形蟲能迫使靶細胞改變其正常的生物學特性，他想知道，是否可以創造性地利用這一點——“這正是我們在研究中所要努力搞清楚的東西”。
弓形蟲還有另一個巨大優勢，那就是它的遺傳易處理性。
弓形蟲基因改造有悠久的歷史。與許多其他模式生物不同，操縱弓形蟲的基因相對要容易些，免疫學家和微生物學家可以輕鬆地將弓形蟲用作解决免疫系統問題的工具。亨特發現了白細胞介素27在弓形蟲感染期間抑制免疫反應的機制，基於該研究成果的1期臨床試驗已經在進行中。研究團隊期待著，能否在晚期實體瘤中看看怎麼通過阻斷白細胞介素27來解除腫瘤免疫抑制。
埃爾謝哈最近的研究成果也許可以告訴我們，對抗腫瘤需要什麼類型的免疫反應。從這裡開始，研究人員接下來需要搞清楚，如果不使用活弓形蟲，如何在腫瘤中激發這樣的免疫反應。
現時的研究還發現了一條很重要的線索，即，死亡的寄生蟲不會引起相同的反應。這意味著，可能是活弓形蟲分泌的某一種蛋白質增强了抗腫瘤免疫反應，而其表面的組成型蛋白質則沒有這樣的功能。如果能够鑒定出這種分泌蛋白，我們離目標就不遠了。
此外，從癌症生物學的角度來看，重中之重是要瞭解感染是怎麼促進免疫檢查點阻斷療法的。比齊克說：“現時FDA準予的所有治療方法都在使用免疫檢查點抑制劑。但科學家和臨床醫生並不知道為什麼對有些患者（其實是大多數患者），或是在某些類型的癌症中，免疫檢查點阻斷療法的療效卻不怎麼好。如果研究人員能够弄清楚“感染”是怎樣克服腫瘤的免疫抑制的，他們可能會發現改善療效的方法。”
吉頓補充說：“用寄生蟲來治病並非聞所未聞，但我們現時還不能廣泛地使用它，因為我們對寄生蟲生物學瞭解得還不够深入。部分原因是政府對基礎寄生蟲學研究的資助不足，尤其是在受寄生蟲影響較輕的國家。要想通過探索這些寄生蟲來幫助人類，比如治癒更多的癌症病人，我們真的需要深入研究它們。”
本文經授權編譯自TheScientist.com，原文標題為Turning Toxoplasma Against Cancer，配圖為譯者所加。
