在人类与癌症的漫长战争中，科学家们曾尝试过两种看似背道而驰的策略：让细菌潜入肿瘤释放“基因炸弹”，或者让病毒以毒攻毒地溶解癌细胞。然而，这两种方案各自撞上了一堵无法逾越的墙—细菌被囚禁在肿瘤核心无法向外扩散，病毒则在抵达战场之前就被人体免疫系统“缴械”。如今，一个来自哥伦比亚大学和洛克菲勒大学的科学家团队，用一种近乎科幻的智慧，将这两个“失败者”绑在了一起，让它们联手完成了一场对肿瘤的精准歼灭。这项发表在《Nature Biomedical Engineering》的研究，或许正在翻开癌症免疫治疗的全新篇章。

细菌为壳，病毒为矛：一场微观世界的“特洛伊木马”

这个名为CAPPSID的平台，全称“原核生物与微小RNA病毒协同活性实现安全胞内递送”。其构想之精妙，堪比古代军事史上最经典的计谋：让减毒的鼠伤寒沙门氏菌扮演“木马”，将溶瘤病毒的RNA基因组偷偷运进癌细胞的城池，然后在敌军心脏引爆一场致命的病毒感染。

研究团队巧妙利用了沙门氏菌天生的“潜入”本领。当这种细菌被癌细胞“吞入”后，其体内的SPI-2启动子会被激活——这是一个只有在细菌成功进入宿主细胞内部才会亮起的分子开关。一旦启动，细菌便开启了三条生产线：一是大量转录病毒RNA，二是制造两种裂解蛋白，三是在需要时生产一把“分子钥匙”。

裂解蛋白的组合堪称精妙：噬菌体ΦX174的E蛋白负责炸毁细菌自身的膜结构，溶血素E（HlyE）则在包裹细菌的液泡上凿开通道。两道“爆破”之后，病毒RNA得以从细菌体内释放，穿越液泡屏障，最终抵达癌细胞的细胞质。由于病毒RNA依赖内部核糖体进入位点（IRES）启动翻译，它绕过了哺乳动物细胞对5‘帽结构的依赖，如同拿到了在异国畅通无阻的通行证，立刻启动病毒复制。

实验数据显示，这种策略在多种癌细胞系中均展现出惊人效率——无论是人类宫颈癌HeLa细胞、结直肠癌HCT116细胞、小细胞肺癌H446细胞，还是小鼠乳腺癌4T1细胞、黑色素瘤B16细胞，GFP报告基因的亮起都证实了病毒RNA的成功递送与活跃复制。

图1 工程细菌将自我复制的 RNA 输送到宿主细胞的细胞质中^[1]

从局部启动到全面清除

为了验证这一平台的治疗潜力，研究团队选择了塞内卡病毒A（Senecavirus A，SVA）——一种天然倾向于感染神经内分泌肿瘤（如小细胞肺癌）的溶瘤病毒。将携带SVA基因组的沙门氏菌注射到荷瘤小鼠的右侧肿瘤后，令人惊讶的是，仅数日内左侧未注射的肿瘤也出现了病毒感染信号。这表明细菌启动的病毒不仅能在局部复制，还能以足够高的滴度“迁移”至对侧肿瘤。

在为期40余天的观察中，接受CAPPSID治疗的小鼠双侧肿瘤均在两周内完全消退，所有小鼠存活，而对照组（仅注射缓冲液或仅注射裂解性细菌）的肿瘤持续增长直至达到伦理终点。更重要的是，治疗小鼠的体重未见下降，肝脾中几乎检测不到细菌，表明该疗法具有良好的局部靶向性和安全性。

突破免疫屏障

溶瘤病毒临床应用中一个长期存在的挑战是：许多人体内已存在针对常见病毒的中和抗体，系统给药的病毒颗粒在到达肿瘤前就会被清除。CAPPSID的一个关键优势在于，细菌作为“衣壳”可将病毒RNA包裹起来，躲避循环抗体的识别。

为验证这一点，研究团队首先用野生型SVA感染免疫健全的A/J小鼠，确认其体内产生了高水平的中和抗体。随后，在肿瘤建立后，分别通过静脉注射给予CAPPSID/SVA或直接给予SVA病毒颗粒。结果显示，预先免疫的小鼠对病毒颗粒再攻击完全无反应——肿瘤内检测不到病毒信号，生存率也无改善。然而，接受CAPPSID/SVA治疗的小鼠肿瘤内清晰可见病毒复制信号，生存期显著延长。细菌生物分布分析再次证实，静脉注射的沙门氏菌高度富集于肿瘤组织，而肝脾中几乎无残留。

一把只属于细菌的“分子钥匙”

如果说递送效率是CAPPSID的第一重创新，那么生物安全控制则是它的第二重智慧。研究团队深知，溶瘤病毒一旦扩散失控，可能带来难以预料的风险。为此，他们为病毒的传播设置了一道只有细菌才能开启的“生物锁”。

科学家改造了SVA的结构蛋白区域，将其天然切割位点替换为一种“外来”蛋白酶——烟草蚀纹病毒蛋白酶（TEVp）的识别序列。这个设计的精妙之处在于：只有细菌同时表达这把“分子钥匙”，病毒的结构蛋白才能被正确切割、组装为成熟颗粒并感染邻近细胞。若缺少细菌提供的蛋白酶，病毒虽然能启动复制，却永远无法完成包装和扩散——如同一个被拆除了引信的炸弹，威力再大也无法引爆。

体外实验证实，这种改造后的病毒仅在稳定表达TEVp的细胞中才能形成感染灶。而体内实验更进一步：携带TEVp的沙门氏菌递送改造病毒后，肿瘤内产生了感染性病毒颗粒；若缺少TEVp，则完全检测不到扩散性病毒。

考虑到RNA病毒的高突变率（每复制1万个碱基就可能出现一个错误），研究团队还做了更前瞻性的设计——将TEV识别序列的关键位点从苯丙氨酸改为半胱氨酸。这意味着，病毒若想“逃逸”蛋白酶依赖，需要同时发生两次独立的突变，概率呈几何级数降低。经过这一改造的病毒在体内持续表达达两周，而未携带蛋白酶组则迅速失去信号，证明这把“生物锁”足够牢固。

从单兵作战到协同联盟

这项研究首次展示了细菌与溶瘤病毒之间的直接工程化协同。CAPPSID平台将细菌的肿瘤靶向性、基因递送能力与病毒的溶瘤效应、扩散能力有机结合，同时通过蛋白酶依赖性设计实现了对病毒传播的人为控制。

该策略不仅解决了系统给药时抗病毒抗体中和的问题，还突破了单一细菌疗法或病毒疗法的空间局限。值得注意的是，细菌和病毒在肿瘤微环境中可能协同激活先天免疫和适应性免疫，进一步放大抗肿瘤效应。

从更广阔的视角来看，这项研究为“微生物联盟”疗法提供了新范式——不同微生物各司其职，通过合成生物学设计实现信息交互和功能互补。未来，类似的合作模式或可拓展至其他细菌-病毒组合，针对不同肿瘤类型或递送不同类型的核酸药物。正如研究者所言：“这项工作展示了可编程药物之间定制化互作社区的潜力。”

参考文献：

[1] Singer ZS, Pabón J, Huang H, et al. Engineered bacteria launch and control an oncolytic virus. Nat Biomed Eng. Published online August 15, 2025.