[研究成果] 2022/04/29

細菌癌症療法:以TNF-α做為媒介的木馬屠城記

 

中研院生醫所牟昀研究團隊於今年4月在國際知名期刊「分子治療」(Molecular Therapy)上發表了一篇新穎的癌症療法。該研究利用癌細胞偏好TNF-α發炎因子的特性,成功設計出一個免疫毒素(immunotoxin),能躲藏在TNF-α身後進入癌細胞,達到毒殺癌細胞的效果。研究團隊更進一步利用大腸桿菌與腫瘤共生的性質,設計出「活藥物」,能長時間在腫瘤內持續釋放該免疫毒素,並同時刺激發炎反應釋放大量TNF-α,促進藥物被癌細胞吸收,在小鼠實驗中,成功壓抑黑色素瘤生長。

 

TNF-α是一種多功能的細胞激素,平常在體內維持在很低的濃度,但在發炎組織中會大量提升局部濃度。TNF-α是透過細胞表面的TNFR1接受器來傳遞訊號,當TNF-α與TNFR1結合後,便會引發內吞作用進入細胞。在許多自體免疫疾病中(例如:類風溼性關節炎、炎症性腸病等等),TNF-α都扮演著致病因子的角色。因此有許多FDA許可的抗體藥物便是透過阻斷TNF-α/TNFR1的作用力,來達到治療的效果。除了自體免疫疾病以外,TNF-α在許多癌症中也扮演了促進的角色。在小鼠中如果剔除了TNF-α基因,該小鼠在致癌物的刺激下便不會形成皮膚癌。如果在癌細胞中過量表達TNF-α,會造成多種小鼠腫瘤(例如:黑色素瘤、肺癌、乳癌等等)的生長增快。然而臨床實驗顯示,使用TNF-α/TNFR1阻斷性抗體並無法成功地抑制腫瘤生長。

 

細菌癌症療法源於19世紀末的免疫治療之父Dr. William Coley。近代的研究發現,細菌對於癌症治療有以下幾點優勢:(1)選擇性地與腫瘤共生;(2)刺激免疫系統;(3)易於基因工程改造。例如將大腸桿菌過量表達TRAIL蛋白,能成功引發細胞凋亡,達到治療癌症的目的。或是將免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitors)置入大腸桿菌中,亦能夠達到良好的腫瘤抑制效果。目前在臨床一期的實驗當中,也有利用大腸桿菌中的一支益生箘Nissle 1917來當作載體,於腫瘤局部釋放免疫促進劑STING agonist,以激發免疫系統治療癌症。實驗結果顯示人體耐受性良好,並達成目標參與(target engagement)與疾病穩定(disease stabilization)。

 

在此研究中,我們試圖發展一個非傳統的TNF-α標靶療法。不像傳統的TNF-α抗體屬於中和性抗體,我們設計一個非中和性的TNF-α抗體,目的是要能躲藏在TNF-α身後一併進入癌細胞,達到細胞內藥物輸送的目的。我們利用噬菌體呈現(phage display)和酵母菌表面呈現(yeast surface display)技術,篩選出大量高親和力、高專一性的TNF-α抗體,並利用生物膜干涉技術(Biolayer interferometry)來鑑定不與TNFR1競爭的抗體。我們利用細胞實驗證明非中和性的TNF-α抗體能成功在TNF-α的存在下一同被吞噬進入細胞內部。於是我們進一步將該抗體製作成抗體藥物復合體(antibody-drug conjugate)以及免疫毒素(immunotoxin),並在細胞實驗中證明這些藥物必須透過TNF-α才能展現細胞毒性。我們將含有immunotoxin基因訊息的質體放入一株特製的大腸桿菌,該株細菌的lpp基因被剔除,導致外膜鬆散,能順利釋放immunotoxin進入外界。我們將該細菌打入小鼠的黑色素瘤當中,發現大量的TNF-α分泌,並且長時間地抑制腫瘤生長。透過腫瘤浸潤免疫細胞分析,我們發現許多抑制腫瘤的免疫細胞增生,例如N1的嗜中性顆粒白血球(neutrophil),M1的巨噬細胞(macrophage),還有活化的CD4+和CD8+ T細胞。

 

此研究中特洛伊木馬概念,與傳統的阻斷概念不同。我們期待這樣新的概念能引發新的抗體設計,對於各種人類疾病能有不同的切入角度與治療機制。此外,細菌療法已在美國與歐洲食藥署皆有明文規範,期待能在CAR-T之後,成為下一個世代成功的「活藥物」。

 

此研究第一作者為生醫所研究助理胡哲瑋,依序作者為張佑群、劉程豪、于耀安、牟昀(通訊作者)。


論文網址 (Molecular Therapy)


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