細(xì)菌治療犬自發(fā)性腫瘤的研究進(jìn)展

張紅,張迪,金藝鵬,林德貴(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院,北京海淀100193)

細(xì)菌治療犬自發(fā)性腫瘤的研究進(jìn)展

張紅,張迪,金藝鵬,林德貴
(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院,北京海淀100193)

近20年來我國癌癥呈現(xiàn)發(fā)病年輕化特點(diǎn),發(fā)病率和死亡率也呈走高趨勢.國內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)表明,犬自發(fā)性腫瘤是人類腫瘤研究理想的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型;另一方面,犬在當(dāng)今社會(huì)生活以及個(gè)人家庭中扮演著越來越重要的角色,對于犬本身的腫瘤進(jìn)行研究也十分具有意義.隨著臨床犬腫瘤病例不斷增多,惡性腫瘤也成為奪取犬生命的重要因素之一,因此對于腫瘤的治療以及相關(guān)研究也逐漸成為獸醫(yī)的關(guān)注點(diǎn).獸醫(yī)臨床方面,癌癥治療的一般方法包括外科手術(shù)切除、放療和化療.手術(shù)僅對部分腫瘤具有治療效果,其適應(yīng)癥也有局限性,臨床很多腫瘤病例根本不能進(jìn)行手術(shù),例如淋巴瘤,或者手術(shù)難以切除全部腫瘤組織,例如鱗狀上皮癌.此外,獸醫(yī)臨床上可用的化療藥物種類有限,價(jià)格昂貴,并且容易產(chǎn)生耐藥性.而目前國內(nèi)能夠?qū)θM(jìn)行癌癥放療的專業(yè)服務(wù)幾乎為空白.可見常規(guī)治療方法對抗腫瘤、控制惡性腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移都十分有限.人醫(yī)方面,現(xiàn)階段基因療法和免疫療法越來越受到關(guān)注,但目前也是處于研究階段,應(yīng)用到獸醫(yī)領(lǐng)域仍需要很長時(shí)間.

有研究發(fā)現(xiàn),腫瘤的微環(huán)境適宜某些細(xì)菌的生存和增殖.近些年也有文獻(xiàn)報(bào)道了多種細(xì)菌可用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、犬和人類的腫瘤治療.盡管存在不良反應(yīng),但確實(shí)獲得了抗腫瘤的效果,展現(xiàn)了良好的治療前景.

1　細(xì)菌感染與腫瘤微環(huán)境

早在150多年前,William B.Coley發(fā)現(xiàn)癌癥患者因嚴(yán)重感染了化膿性鏈球菌(Streptococcus pyro?genes)而治愈了腫瘤.經(jīng)病例總結(jié)后,他發(fā)現(xiàn)如果癌癥和感染都不是晚期,同時(shí)感染嚴(yán)重或持續(xù)時(shí)間長,某些腫瘤可完全消失并不會(huì)復(fù)發(fā)[1].自此開啟了細(xì)菌治療腫瘤的研究.

腫瘤的生理不同于正常組織,腫瘤的新生血管不規(guī)則,血管壁脆弱,氧含量呈高度異質(zhì)性,常見局部缺氧和壞死.腫瘤缺氧被認(rèn)為是放療(缺氧影響細(xì)胞放療的敏感性)和化療(缺氧細(xì)胞的增殖能力低以及藥物濃度低)耐性的重要因素[2].某些厭氧或兼性厭氧細(xì)菌能夠適應(yīng)腫瘤這種缺氧和壞死的微環(huán)境,同時(shí)實(shí)體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)(Enhanced permeability and retention effect,EPR)和免疫逃逸又可以庇護(hù)細(xì)菌,使其增值復(fù)制,發(fā)揮抗腫瘤的作用.

2　細(xì)菌治療犬自發(fā)性腫瘤的研究

細(xì)菌治療腫瘤的具體原理尚未確定,可能存在的作用機(jī)制包括:細(xì)菌的細(xì)胞毒性作用、增強(qiáng)非特異的固有免疫、爭奪腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)、改變腫瘤的微環(huán)境和免疫調(diào)節(jié)作用[3].

2.1鼠傷寒沙門菌鼠傷寒沙門菌(Salmonella typhimurium)是兼性厭氧菌,在有氧或無氧環(huán)境都可以生存,因此其可定植于大的腫瘤或小的轉(zhuǎn)移灶.1997年,Pawelek等篩選出營養(yǎng)缺陷型(purI-)鼠傷寒沙門菌,注射荷瘤小鼠體內(nèi)后,檢測腫瘤和正常組織中細(xì)菌單菌落形成單位(CFU)比為1 000∶1,說明營養(yǎng)缺陷型細(xì)菌可在腫瘤內(nèi)積聚增殖[4];1999年,Brooks Low敲除脂多糖誘導(dǎo)敗血癥的基因msb B,使鼠傷寒沙門菌對小鼠和豬的毒性大大減低并放大了抗腫瘤的效果[5].Xiang Luo等通過基因工程方法,敲除野生型鼠傷寒沙門菌的msb B、pur I、xy l基因,獲得減毒株命名為VNP20009[6],并將其用于多種異種移植腫瘤的治療,抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移.2002年Toso等人開展了VNP20009對人類轉(zhuǎn)移性黑色素瘤治療效果的Ⅰ期臨床試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,在最大耐受劑量內(nèi)靜脈輸注細(xì)菌具有安全性,腫瘤中也見細(xì)菌的定植,但沒有抗腫瘤的作用,因此需要深入的研究以降低VPN20009的毒性和增加其在腫瘤的聚集[7].

2005年Douglas及其同事進(jìn)行了VNP20009治療犬自發(fā)性腫瘤的Ⅰ期臨床試驗(yàn).研究選取了41只患不同惡性腫瘤的犬,每周或隔周一次靜脈注射VNP20009,劑量1.5X105～1X108CFU/kg,最大耐受劑量為3X107CFU/kg.治療中最常見的不良反應(yīng)包括發(fā)熱、腹瀉和嘔吐,呈現(xiàn)劑量依賴性毒性作用,其中一只犬治療后急性死亡.研究最終統(tǒng)計(jì)了35例犬的抗腫瘤作用,15%的犬表現(xiàn)抗腫瘤反應(yīng)(4例犬完全緩解和2例犬部分緩解),10%的犬至少維持6周病情穩(wěn)定.通過臨床試驗(yàn)表明,按照可接受毒性的劑量,全身給予VNP20009可以治療自發(fā)性腫瘤的患犬[8].

2.2諾維梭菌諾維梭菌(Clostridium novyi)是專性厭氧菌,從土壤中發(fā)現(xiàn),對牛羊豬致病.Long H.Dang和其同事敲除諾維梭菌芽孢的致死性毒性基因toxin,獲得減毒菌株命名為C.novyi-NT[9].研究發(fā)現(xiàn)靜脈或瘤內(nèi)注射C.novyi-NT芽孢后可以在腫瘤缺氧區(qū)域出芽生長,發(fā)揮抗腫瘤的作用,并誘發(fā)機(jī)體的免疫反應(yīng).此后,Erika等人評估了6例犬的C.novyi-NT芽孢的最大耐受劑量,證實(shí)了C.novyi-NT芽孢可以在犬的自發(fā)性腫瘤內(nèi)出芽生長.治療后4例患犬病情穩(wěn)定;有中毒表現(xiàn),但可以通過治療加以控制[10].

最新的一項(xiàng)研究對16例自發(fā)性軟組織肉瘤患犬進(jìn)行對比試驗(yàn).每個(gè)病例至少接受一個(gè)療程的C.novyi-NT芽孢瘤內(nèi)注射治療,單次劑量1X108個(gè)芽孢,共接受4個(gè)療程治療,每次間隔1周.初次瘤內(nèi)注射后追蹤90 d.13例腫瘤組織形態(tài)學(xué)診斷為軟組織肉瘤(8例外周神經(jīng)鞘瘤、1例纖維肉瘤、1例黏液肉瘤、1例橫紋肌肉瘤和1例滑液細(xì)胞肉瘤),其他3例分別診斷為骨肉瘤、惡性黑色素瘤和肥大細(xì)胞瘤.所有犬至少接受1個(gè)周期的治療,其中10例犬接受了4個(gè)療程的治療.其中在注射細(xì)菌芽孢后21 d內(nèi),2例犬手術(shù)切除腫瘤故評估了14例犬的細(xì)菌治療反應(yīng),3例完全緩解,3例部分緩解, 5例疾病穩(wěn)定,3例疾病發(fā)展.治療的客觀評價(jià)率(objective response rate)是37.5%(16例犬中的6例,95%的置信區(qū)間,15.2%～64.6%).不良反應(yīng)中等至嚴(yán)重,與局部注射C.novyi-NT芽孢有關(guān),包括發(fā)熱(16例)、腫瘤炎癥(6例)、腫瘤膿腫(10例)、食欲不振(9例)和嗜睡(6例).16例犬中的14例在注射部位發(fā)生了感染癥狀(87.5%),包括腫瘤炎癥、腫瘤膿腫、腫瘤疼痛和腫瘤破潰.膿腫需要服用抗生素(氨芐青霉素、阿莫西林和甲硝唑)和鎮(zhèn)痛藥(曲馬多和非甾體抗炎藥物),并接受外科手術(shù)治療[11].

3　現(xiàn)階段存在的問題

文獻(xiàn)報(bào)道的多數(shù)細(xì)菌是致病菌株或弱毒菌株.治療犬自發(fā)性腫瘤一般采用靜脈輸注或瘤內(nèi)注射的方式;呈現(xiàn)劑量依賴性毒性反應(yīng),不良反應(yīng)包括發(fā)熱、腹瀉、嘔吐、食欲不振和嗜睡等,并可造成機(jī)體的細(xì)菌感染,嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生急性死亡.Jun Fang等人研究發(fā)現(xiàn),益生菌干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)與硝酸甘油和依那普利的聯(lián)合使用能靶向治療實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的異種移植腫瘤[12].目前尚無開展益生菌治療犬自發(fā)性腫瘤的臨床試驗(yàn),但相信其毒副作用會(huì)小于現(xiàn)有報(bào)道細(xì)菌的毒副作用.

此外,將外源性細(xì)菌注射體內(nèi)還有很多問題需要進(jìn)一步研究闡明,例如能否治愈或抑制腫瘤的發(fā)展、延長病患的生存期,及其可能的機(jī)理;該種療法適用于哪些腫瘤;何種體況能夠承受細(xì)菌療法,如何避免細(xì)菌療法的毒副反應(yīng)等.

4　展望

癌癥是極其復(fù)雜、異質(zhì)性的疾病.雖然有多種療法用于癌癥的治療,但癌癥仍能保持增殖的潛能,發(fā)生轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā),很少能治愈.功能冗余(增加細(xì)胞的異質(zhì)性)和反饋調(diào)節(jié)能夠使腫瘤在抗腫瘤治療和缺氧的環(huán)境中生存[13].常規(guī)的化療藥物一般通過血液遞送,但由于腫瘤中心局部缺氧、血管分布稀疏,所以化療藥物很難遞送至腫瘤的中心,發(fā)揮殺傷腫瘤細(xì)胞的作用,而這些腫瘤細(xì)胞很可能是腫瘤干細(xì)胞,殘存的腫瘤干細(xì)胞可造成腫瘤的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā).

目前化療多采用聯(lián)合療法,單一的藥物難以治愈腫瘤;細(xì)菌療法亦是如此,因此聯(lián)合常規(guī)治療方法可能取得更加理想的治療效果.有研究者聯(lián)合使用VNP20009和環(huán)磷酰胺(CTX)治療小鼠異種移植的黑色素瘤,結(jié)果表明,聯(lián)合使用顯著減低腫瘤微血管密度和血清中的血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的水平,提高兩者單獨(dú)使用的抗腫瘤療效[14].細(xì)菌治療能夠靶向殺傷腫瘤及其局部缺氧的腫瘤細(xì)胞,誘發(fā)機(jī)體的非特異性免疫反應(yīng),展現(xiàn)良好的治療前景.本實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行奇異變形桿菌治療腫瘤的相關(guān)研究,最終目標(biāo)是希望將其應(yīng)用于寵物腫瘤性疾病的治療,為人類腫瘤治療提供基礎(chǔ).本研究的初步結(jié)果發(fā)現(xiàn),奇異變形桿菌野毒株能在異種移植模型小鼠的腫瘤內(nèi)定植,腫瘤細(xì)胞發(fā)生壞死,抑制腫瘤的生長.但臨床批準(zhǔn)細(xì)菌用于治療腫瘤仍是漫長的道路,需要開展大量的科學(xué)研究和臨床試驗(yàn)證實(shí)細(xì)菌治療犬及人類腫瘤的有效性及安全性.

[1]John M Pawelek,K Brooks Low,David Bermudes.Bacteria as tu?mour-targeting vectors[J].THE LANCET,2003,4:548-556.

[2]JMartin Brown,Amato JGiaccia.The Unique Physiology of Solid Tumors:Opportunities(and Problems)for Cancer Therapy[J].Can?cer Res,1998;58:1408-1416.

[3]Nishant Agrawal,Chetan Bettegowda,Ian Cheong,et al.Baterio?lytic therapy can generate a potent immune response against ex?perimental tumors[J].PNAS,2004,101(42):15172-15177.

[4]Pawelek J,Low K B,Bermudes D.Tumor-targeted Salmonella as a novel anti-cancer vector[J].Cancer Res,1997;57:4537-44.

[5]Low K B,Ittensohn M,Le T,et al.Lipid A mutant Salmonel?lawith suppressed virulence and TNF induction retain tumour-tar?geting in vivo[J].Nat Biotechnol,1999;17:37-41.

[6]Xiang Luo,Zujin Li,Stanley Lin,et al.Antitumor Effect of VNP20009,an AttenuatedSalmonella,in Murine Tumor Models [J].Oncology Research,2001,12:501-508.

[7]John F.Toso,Vee J.Gill,Patrick Hwu,et al.Phase I Study of the Intravenous Administration of Attenuated Salmonella typhimuri?um to Patients With Metastatic Melanoma[J].J Clin Oncol,2002, 20(1):142-152.

[8]Douglas H.Thamm,Ilene D.Kurzman,Ivan King,et al.Systemic Administration of an Attenuated,Tumor-Targeting Salmonella ty?phimuriumto Dogs with Spontaneous Neoplasia[J].Phase I Evalua?tion,2005,11:4827-4834.

[9]Dang LH1,Bettegowda C,Huso D L,et al.Combination bacterio?lytic therapy for the treatment of experimental tumors[J].Proc Natl Acad Sci,2001,98(26):15155-15160.

[10]Erika L,Krick,Karin U.Sorenmo,et al.Evaluation of Clostridi?um novyi-NT spores in dogs with naturally occurring tumors[J]. AJVR,1021,73(1):112-118.

[11]Nicholas J.Roberts,Linping Zhang,Filip Janku,et al.Intratumor?al injection of Clostridium novyi-NT spores induces antitumor re?sponses[J].Science Translational Medicine,2014,6(249),1-11.

[12]Jun Fang,Long Liao,HongzhuanYin,et al.Enhanced Bacterial Tumor Delivery by Modulating the EPR Effect and Therapeutic Potential of Lactobacillus casei[J].Pharmaceutical Nanotechnolo?gy,2014,103:3235-3243.

[13]Hiroaki Kitano.Cancer as a robust system:implications for anti?cancer therapy[J].Nature Reviews,2004,4:227-235.

[14]Li-Jun Jia,Dong-Ping Wei,Qi-Ming Sun,et al.Tumor-targeting Salmonella typhimuriumim proves cyclophosphamide chemotherapy at maximum tolerated dose and low-dose metronomic regimens in a murine melanoma model[J].IntJCancer,2007,121:666-674.

S852.65+5文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

0529-6005(2016)02-0066-03

2015-03-02

張紅(1988-),女,博士生,研究方向?yàn)樾?dòng)物腫瘤外科學(xué),E-mail:0811250505@cau.edu.cn

張迪(1981-),女,講師,博士,從事小動(dòng)物臨床診療工作, E-mail:dzhangdvm@cau.edu.cn

注:張迪與張紅對本文具有同等貢獻(xiàn)

林德貴,E-mail:csama@sina.com