化学分子修饰的益生菌实现肿瘤的光动力-免疫协同治疗

光动力疗法（Photodynamic Therapy，PDT）是一种非侵入性治疗方式，在个性化医疗中获得了极大的普及。在特定波长光的激发下，光动力疗法的核心——光敏剂将细胞组织中的分子氧转化为高细胞毒性的活性氧物种（ROS），从而诱导肿瘤细胞死亡。凭借光稳定性强等优异的光物理性能，过渡金属配合物（钌、铱和铼等）作为光敏剂受到越来越多的关注，其中金属光敏剂的肿瘤靶向递送策略也变得愈发重要。此外，越来越多的研究表明，由于固有的乏氧趋向性，静脉注射的细菌通过血液循环系统能够靶向、穿透肿瘤组织并在肿瘤部位定殖，因此细菌被认为是靶向肿瘤的候选载体。

近日，中山大学化学学院的夏炜教授、毛宗万教授和温州医科大学的沈建良教授合作，开发了一种新型铱（III）光敏剂-细菌杂交体（Ir-HEcN），其能够靶向肿瘤部位，在光照下实现肿瘤的光动力免疫治疗。课题组首先对益生菌E. Coli Nissle 1917 进行基因工程改造，使其表面过表达HaloTag蛋白，并合成了带有氯代正己烷结构的环金属铱（Ⅲ）配合物IrCl。基于HaloTag蛋白与氯代正己烷结构之间形成的共价键，IrCl可以稳定地锚定在Nissle 1917 表面。（图1）

图1 ：（a）光敏剂IrCl的合成（b）铱（Ⅲ）光敏剂杂合体的构建（c）通过光动力免疫治疗消除实体瘤的示意图

相比于铱配合物，杂合体具有更优异的肿瘤渗透性。此外，凭借Nissle 1917的肿瘤部位定殖特性，与铱配合物不同的是，杂合体具有更高的肿瘤靶向性。因此，在525 nm绿光的激发下，杂合体能够显著抑制乳腺肿瘤的生长。最后，肿瘤部位的免疫细胞的流式分析结果表明：无论是先天性免疫的巨噬细胞和自然杀伤细胞，还是适应性免疫的树突状细胞、CD4+ T细胞和CD8+ T细胞, 杂合体+光照组都表现出最高的浸润率。（图2）

图2. （a）（b）MDA-MB-231细胞球磷光成像 （c）荷瘤小鼠各器官及肿瘤离体成像（d）荷瘤小鼠肿瘤生长曲线（e）荷瘤小鼠肿瘤体积（f）（g）（h）（i）（j）肿瘤部位免疫细胞浸润率

此项工作设计并构建了第一例铱光敏剂修饰的细菌杂合体。在525 nm绿光的激发下，该杂合体会导致肿瘤细胞发生焦亡并促进先天性免疫细胞（巨噬细胞、自然杀伤细胞）和适应性免疫细胞（树突状细胞、CD4+ T细胞和CD8+ T细胞）的浸润，最终实现肿瘤的光动力免疫治疗。此外，该肿瘤靶向策略也可能适用于其他抗肿瘤金属药物。

该研究成果发表在Angewandte Chemie International Edition上，并被评选为热点文章。中山大学化学学院博士研究生林文凯和温州医科大学硕士生刘宇（现为中山大学化学学院博士研究生）为该论文的共同第一作者，温州医科大学的沈建良教授、中山大学化学学院的毛宗万教授和夏炜教授为该论文的通讯作者。本论文受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和浙江省自然科学杰出青年基金等项目的支持。