卡介苗（BCG）是由減毒結(jié)核桿菌制成的活菌疫苗，被用于預(yù)防肺結(jié)核已有過百年的歷史。1990年FDA批準BCG用于淺表性膀胱癌的灌注治療，至今BCG灌注治療仍然是非肌層浸潤性膀胱癌的標準一線治療方案，一般在腫瘤切除手術(shù)后持續(xù)使用1到3年時間。然而，約有30-45%的病人對BCG不響應(yīng)，約有40%的病人在最初響應(yīng)之后出現(xiàn)耐藥，約有20%的病人會產(chǎn)生嚴重的副作用。為了達到BCG增效減毒的目的，幾十年來，人們嘗試了多種手段改造BCG，但無一能夠在臨床上取代原始的巴斯德株。

BCG治療膀胱癌的機制尚不完全清楚?，F(xiàn)有理論認為，膀胱灌注的BCG首先要黏附于膀胱上皮表面并內(nèi)吞進入腫瘤細胞或巨噬細胞，然后激活局部的天然免疫和獲得性免疫反應(yīng)來殺傷腫瘤細胞。因此，BCG對膀胱癌細胞的有效黏附和內(nèi)吞是其發(fā)揮抗腫瘤效果的先決條件，提高BCG對膀胱癌細胞的黏附和內(nèi)吞能力可能是改造BCG的一個方向。

2017年，一篇發(fā)表于Nature的研究首次報道了FimH蛋白在致病性大腸桿菌導(dǎo)致的尿路感染中的關(guān)鍵作用。FimH蛋白是一種天然存在的可與細胞表面的甘露糖特異性結(jié)合的細菌鞭毛末端蛋白，大腸桿菌借此定殖于尿路上皮并導(dǎo)致持久的尿路感染。研究表明膀胱癌細胞表面高表達甘露糖，那么如果把大腸桿菌的FimH移植到BCG的表面，是否可以提高其對膀胱上皮的黏附能力和對膀胱癌細胞的選擇性呢？

基于這一理念，我院閆超課題組利用基因工程方法成功將FimH蛋白表達在BCG的莢膜表面，并在小鼠膀胱癌原位模型的灌注治療實驗中獲得了比BCG更好的抗腫瘤效果和更少的副作用（圖1）。

圖1. 莢膜表達FimH的重組BCG灌注治療膀胱癌的效果

在本研究進行的過程中，2020年發(fā)表于Nature Communication的一項研究表明，F(xiàn)imH蛋白自身可以做為一個免疫佐劑加強抗腫瘤免疫治療的效果。受此啟發(fā)，作者開展了深入的機制研究，發(fā)現(xiàn)相較于原始BCG菌株，F(xiàn)imH重組BCG可以顯著激活體內(nèi)的Th1和Tc1免疫應(yīng)答（圖2）。

圖2. rBCG-S.FimH體內(nèi)誘導(dǎo)Th1和Tc1免疫應(yīng)答

進一步的機制研究表明，rBCG-S.FimH可通過TLR4途徑激活樹突狀細胞活化和腫瘤抗原特異性的T細胞活化（圖3–4）。

圖3. rBCG-S.FimH通過TLR4受體發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)

圖4. rBCG-S.FimH通過TLR4途徑介導(dǎo)腫瘤抗原特異性的T細胞活化

該工作通過在BCG表面表達FimH蛋白，賦予了BCG靶向腫瘤細胞糖基化的能力，達到了增強BCG對膀胱腫瘤細胞的選擇性黏附和增強免疫反應(yīng)的“一箭雙雕”的效果，在膀胱癌原位模型中展現(xiàn)出了出色的抗腫瘤效果和良好的安全性，為臨床BCG菌株的減毒增效提供了新的策略。

這一成果以FimH confers mannose-targeting ability to Bacillus Calmette-Guerin for improved immunotherapy in bladder cancer為題，近期發(fā)表于腫瘤免疫治療領(lǐng)域的核心期刊Journal for Immunotherapy of Cancer。生科院博士生張楊、霍凡為文章的共同第一作者，江蘇省人民醫(yī)院泌尿外科呂強教授和李鵬超副教授、我院閆超教授為文章的共同通訊作者。

原文鏈接：https://jitc.bmj.com/content/10/3/e003939.long

來源：南京大學(xué)