【文献速递】胸苷-嗜中性沙门氏菌能选择性肿瘤定殖和腺苷消耗用于癌症免疫治疗

细菌疗法利用活菌固有的肿瘤靶向性、免疫原性和基因可编程性，为实体瘤治疗提供了独特优势。减毒沙门氏菌（如VNP20009）和大肠杆菌（如EcN Nissle1917）等工程菌株可通过瘤内定殖递送治疗分子，例如破坏肿瘤甲硫氨酸代谢的SGN1（已进入I期临床试验）或重编程肿瘤微环境（TME）的Pin1抑制剂工程菌。这些策略通过代谢干预增强抗肿瘤免疫反应，展现出显著潜力。然而，活菌在体内的自我复制特性导致严重安全性问题——脱靶定殖可能引发全身炎症甚至败血症。VNP20009在临床试验中因肝脏/脾脏过度增殖和剂量限制性毒性而失败，凸显了临床转化的核心矛盾：如何平衡肿瘤靶向特异性与系统安全性。现有策略如局部给药（如膀胱内BCG疗法）应用受限，表面修饰存在稳定性缺陷，而基于嘌呤或D-丙氨酸代谢缺陷的工程菌则因代谢物在正常组织分布广泛而选择性不足。

针对上述挑战，研究人员提出代谢门控新策略，利用肿瘤微环境特异的核苷酸代谢重编程实现细菌增殖控制。跨癌种分析（TCGA）显示，胸苷酸合成酶（TYMS）在32/33类肿瘤中显著高表达（如结肠腺癌COAD中较正常组织高50%，与胸苷激酶TK1正相关）。通过敲减沙门氏菌VNP20009的thyA基因（编码TYMS），构建胸苷营养缺陷型菌株TK VNP，其生长严格依赖外源脱氧胸苷单磷酸（dTMP）。肿瘤因高增殖率和细胞裂解释放富含dTMP（小鼠MC38肿瘤较正常组织高2.9倍），而正常组织dTMP水平不足以支持细菌增殖。体内分布实验证实，TK VNP在肿瘤内定殖效率与母菌相当（CT26模型峰值达10⁹ CFU/g），但在肝脏等器官的残留降低10倍（第7天肝载量：VNP为10⁵ CFU/g vs. TK VNP为10³ CFU/g），肿瘤靶向指数提升近10倍。该设计大幅提高安全性：高剂量注射（10⁷ CFU）时VNP组5天内致死率达100%，而TK VNP组存活率>85%；治疗剂量下无肝脓肿形成或ALT/AST升高，且完全保留抑瘤效果（CT26模型第15天瘤重下降75%），解决了活菌疗法的核心安全性瓶颈。

基于此安全平台，进一步引入免疫代谢重编程模块。肿瘤微环境中，CD73介导的腺苷（ADO）积累激活A2A/A2B受体信号，抑制T细胞功能并诱导耗竭。本研究在TK VNP中表达腺苷脱氨酶（ADD），将ADO转化为免疫刺激性肌苷（INO：维持T细胞代谢并抵抗耗竭）。通过亚细胞定位优化构建三种变体：胞质表达（cTKA VNP）、分泌表达（OmpA信号肽引导，sTKA VNP）和表面展示（Lpp-OmpA锚定，wTKA VNP）。体外实验显示，sTKA VNP在20分钟内将ADO完全转化为INO，效率>97%，显著优于胞内型（60分钟转化率45%）。这种时空耦合设计通过精准重塑TME代谢环境，双重解除免疫抑制——既耗竭ADO又补充INO，为联合免疫检查点阻断（如抗PD-1）和放疗（诱导CD73上调）创造协同增效基础，为下一代肿瘤靶向菌的临床转化提供全新范式。

为验证工程菌TK VNP的肿瘤靶向特异性及全身安全性，使用广州博鹭腾生物科技有限公司 Aniview 多模式动物活体成像系统监测静脉注射发光标记菌株的小鼠体内生物发光的信号。结果显示在荷瘤小鼠中（图E），TK VNP与母菌VNP均能高效定殖于CT26肿瘤（48小时信号强度无显著差异），证实工程菌保留肿瘤定位能力；而在非荷瘤小鼠中（图F），TK VNP的全身生物发光信号于48小时内完全清除，而母菌组仍持续残留，同时高剂量注射实验（10⁷ CFU）中TK VNP组存活率高达88%，显著优于母菌组全部死亡的结果（p<0.0001）。这些证据共同表明：TK VNP通过胸苷代谢门控机制实现了肿瘤特异性定殖，同时在正常组织中因营养缺陷被迅速清除，从而彻底规避了母菌的致死性全身感染风险。