“细菌特工”装上近红外光控系统，为实体瘤治疗添利器

本文介绍了华东师范大学叶海峰和管宁子团队在实体瘤治疗方面的研究成果。研究利用自然界中的“厌氧特工”细菌，通过安装“近红外光控操作系统”，打造出能精准打击实体瘤的“溶瘤细菌”，并开发出多种治疗策略，为实体瘤治疗提供了全新方案。

想象一下，实体肿瘤仿佛一座“缺氧且布满防御工事的堡垒”。在这座堡垒之中，其核心区域恰似被层层守护的密室。这里氧气极度稀薄，而且弥漫着大量能够“麻痹”免疫细胞的抑制信号。如此恶劣的环境，使得传统药物和免疫细胞都难以突破防线，攻入其中。

然而，自然界中存在着一群神奇的“厌氧特工”，例如某些间性厌氧菌。它们就像是拥有天生的“肿瘤导航系统”，能够穿越复杂的身体地形，精准地潜入肿瘤核心的缺氧密室，并且在此安营扎寨，甚至开始就地繁殖。这一现象宛如在敌人的心脏地带安插了微型机器人，为抗癌治疗带来了全新的可能性。不过，这些“微型机器人”自身的战斗力却有所不足，它们如同没有指挥官的散兵，没有人能够给它们下达统一的作战指令，缺乏一个“远程遥控开关”来发号施令。

经过NETMAP系统工程改造的“溶瘤细菌特工”能够在肿瘤内定植并增殖。在710 nm近红外光的指令下，它们可以根据肿瘤的类型定制化生产“抗癌导弹”。

为了解决“厌氧特工”缺乏指挥的问题，科学家们为这些细菌特工装上了“近红外光控操作系统”（NETMAP系统）。近红外光具有穿透皮肤的能力，能够“隔空发令”，指挥细菌同步生产多种抗癌武器，如各种抗体药物、细胞因子、肿瘤杀伤蛋白等。更为厉害的是，在治疗结束后，还能一键启动细菌的“自毁程序”。这套“光控制药流水线”不仅保证了对肿瘤的精准打击，还避免了对正常组织的误伤，让细菌疗法真正成为对抗实体瘤的智能生物武器。

3月17日，华东师范大学生命科学学院叶海峰和管宁子团队在Nature Cancer上发表了题为“Engineered bacteria for near - infrared light - inducible expression of cancer therapeutics” 的研究成果。该研究成功打造出一种能够响应近红外光的“溶瘤细菌”，为实体瘤治疗提供了全新的策略。Nature Cancer杂志编辑高度评价说：“该研究脱颖而出，因为它描述了一种巧妙的近红外光诱导细菌基因表达策略。”

据华东师大介绍，科研人员给这些细菌特工进行了一次高科技升级——在它们体内安装了“光控生物开关”。

研究人员将能感应近红外光的光敏蛋白（PadC）嵌入细菌基因组。当特定波长的近红外光穿透皮肤照射肿瘤时，这个开关会立即启动细菌的“制药流水线”，让它们化身微型细胞药物工厂，按需生产抗癌导弹（如免疫激活剂）、破墙炸药（基质降解酶）等不同武器。更令人惊叹的是，这套名为NETMAP的“光子指挥系统”还能通过调节光照强度和时间，精准控制药物产量，真正实现“指哪打哪，要多少造多少”的智能抗癌作战。

NETMAP系统具有独特的近红外光响应动力学特性，包括光照时间依赖性、光照强度依赖性、可调性、普适性以及空间特异性。

在此基础上，研究团队进一步开发出新型减毒沙门氏菌株ΔXIV。通过精准敲除rpoS、purI及c - di - GMP相关基因簇（共15个基因），显著降低了毒副作用，展现出优异的生物安全性，同时保持了强大的肿瘤靶向能力和瘤内增殖活性，为肿瘤生物治疗提供了双重保障。

新型减毒沙门氏菌株ΔXIV在体内展现出良好的生物安全性。

基于肿瘤免疫原性的差异，研究人员开发了智能化的精准治疗策略。针对高免疫原性肿瘤，系统可精准释放CTLA - 4和PD - L1免疫检查点抑制剂，激活机体免疫应答；而对于低免疫原性肿瘤，则选择性输出azurin和clyA细胞毒性蛋白，直接杀伤肿瘤细胞。这种“智能切换、量体裁衣”式的精准治疗策略在多种肿瘤模型中展现出卓越的疗效，包括皮下淋巴瘤模型（A20）、结肠癌模型（CT26）、深部肿瘤模型——原位结肠癌模型（CT26）以及人源乳腺癌CDX模型（MCF - 7）等。尤为重要的是，为更贴近临床实际，研究团队成功构建了结直肠癌患者来源的异种移植模型（PDX），进一步证实了该策略的临床转化价值，为肿瘤精准治疗领域提供了创新性的解决方案。

NETMAP工程改造的溶瘤细菌对结直肠癌患者来源的异种移植（PDX）模型具有抑制效果。

该研究工作开发了“精准可控、智能递送、协同治疗”的下一代光控溶瘤细菌系统。华东师范大学生命科学学院、上海市调控生物学重点实验室、医学合成生物学研究中心研究员叶海峰表示，溶瘤细菌就像一支训练有素的微型细胞机器人战士，一旦接收到信号（近红外光），便迅速展开行动，精准释放出的武器（治疗蛋白），攻击癌细胞，使其土崩瓦解。这种创新的治疗方式，犹如为癌症治疗装上了一个智能导航系统，让药物精准空投到肿瘤‘指挥部’，推动癌症治疗迈向更加精准的未来。

华东师范大学生命科学学院2023届博士毕业生乔龙亮（目前为同济大学博士后），2022级博士研究生牛灵雪，2023级博士研究生王智浩为共同第一作者，叶海峰研究员，管宁子副研究员和同济大学附属同济医院乳腺外科蔡丰丰主任为论文的通讯作者。该研究受到了国家自然科学基金委、上海市科委合成生物学专项、上海市“尚思探索学者”项目资助。

本文围绕华东师范大学团队在实体瘤治疗方面的研究展开，介绍了利用“厌氧特工”细菌结合近红外光控系统打造“溶瘤细菌”的研究成果。通过对细菌的改造和策略的开发，实现了精准治疗不同免疫原性肿瘤，且在多种肿瘤模型中验证了疗效和临床转化价值，为癌症治疗的精准化发展提供了新方向。