双歧杆菌和转基因双歧杆菌在癌症治疗中的应用价值

双歧杆菌和转基因双歧杆菌在癌症治疗中的应用价值 （第二军医大学南京军医学院分子医学研究所）
摘要：作为机体肠道数量占绝对优势的生理性细菌，双歧杆菌不仅对维持肠道的微生态平衡发挥重要功能，而且具有预防和抑制多种肿瘤生长的作用。最新的研究成果还发现，双歧杆菌是癌症基因治疗的一个理想的导向载体。 关键词：双歧杆菌肿瘤基因治疗导向治疗 双歧杆菌是栖居于人和动物肠道内的重要生理性细菌，为革兰氏染色阳性无芽胞厌氧菌。双歧杆菌被认为是一种驯化的非病原菌，与宿主和谐相处，在宿主肠道的微生态平衡中起重要作用。近年来的许多研究成果还证实，双歧杆菌能通过增强机体的免疫机能产生抗肿瘤作用；如将治疗肿瘤的基因转入双歧杆菌，它就很可能成为肿瘤导向治疗的理想载体。本文重点就双歧杆菌在抗肿瘤治疗的最新研究成果作一综合报导。 一．双歧杆菌的微生态调节效应 双歧杆菌是人体肠道正常菌群中的优势菌种，主要分布在结肠粘膜表面，通过胞壁酸与肠粘膜上皮细胞相互作用密切结合，与其它厌氧菌一起共同占据肠粘膜表面，形成一个生物学屏障，构成肠道的定植抗力，阻止致病菌、条件致病菌的定植和入侵。体外实验证实，它对痢疾杆菌、伤寒杆菌、乙型付伤寒杆菌、变型杆菌、致病性大肠杆菌、产气荚膜杆菌、绿脓杆菌、葡萄球菌以及某些真菌如白色念珠菌具有拮抗作用。 双歧杆菌还可以合成多种维生素，如硫胺素、核黄素、尼克酸、吡哆醇、泛酸、叶酸、维生素B12等。这些维生素都是人体代谢必不可少的。当双歧杆菌在肠道内数量下降时，宿主便发生不同程度的维生素缺乏症。双歧杆菌对食物中某些营养物质的吸收还具有促进作用，这是因为双歧杆菌与其它厌氧菌产生的酸性环境有利于二价铁、钙及维生素D等的吸收。 自由基和过氧化脂质被认为是机体在代谢过程中产生的对宿主细胞有害的物质，它们能加速细胞的衰老与死亡。双歧杆菌具有能清除自由基及过氧化脂质的能力，因而能延缓细胞的衰老，起到延年益寿的作用。另外，革兰氏阴性杆菌在肠道的过量繁殖会产生大量的内毒素，被吸收入血流后可致内毒素血症。这在临床上常见之于胃肠道功能紊乱和肠道正常菌群失调的病人。如给病人补充双歧杆菌活菌制剂，则可抑制革兰氏阴性杆菌的过度增殖，使内毒素释放量减少，从而降低了内毒素血症的发生。 十余年来，以双歧杆菌为主要成分的微生态调节剂在国内外迅速崛起。市场上常见产品有丽珠肠乐、培菲康、金双歧、三株口服液、昂立一号、回春生等。临床上巳用于婴幼儿保健、调整肠菌群失调、肠功能紊乱的治疗以及慢性肝脏疾患的辅助治疗等。 二．双歧杆菌的非特异抗肿瘤作用 早在1978年Kohwi等将婴儿型双歧杆菌注射于皮下移植有MethA纤维肉瘤的小鼠瘤体内，结果显示它能显著抑制该肿瘤的生长，并且其抗肿瘤活性随接种细菌量的下降而下降。随后，从双歧杆菌的细胞壁中纯化出3种成分即完整肽聚糖（wholepeptidoglycan,WPG）并证实将其中任何一种成分与瘤细胞混合接种到BALB/c小鼠皮下均能明显抑制肿瘤生成。目前巳知，双歧杆菌细胞壁中的WPG是一种生物反应调节剂，它们是双歧杆菌发挥抗肿瘤作用的最主要成分。此外，双歧杆菌还能预防多种化学致癌剂诱发的肿瘤发生。动物实验结果证实，双歧杆菌及促进因子对1、2-二甲基肼（DMH）和氧化偶氮甲烷（AOM）诱发的鼠结肠癌具有一定的预防作用，并能明显抑制2-氨基-3-甲基咪唑喹啉诱发的F344大鼠结肠癌、乳腺癌及肝癌的发生与发展。 在动物实验的基础上，许多学者在临床应用方面也作了很多有益的探索。Ishihara等将双歧杆菌的WPG和IL-2、TNF-α、IFN-r及OK-432等生物反应调节剂注射到恶性黑色素瘤患者的皮肤转移灶内，结果表明WPG能使肿瘤转移灶缩小，效果与IFN-r相当，并且无任何毒副作用。另有提示，人大肠腺瘤与癌的发生与演进与肠中双歧杆菌数量的减少具有一定的关联，而阴道内双歧杆菌的正常数量对预防和治疗宫颈癌具有重要意义。 目前认为双歧杆菌主要是通过调整和激活机体的免疫系统来发挥其抗肿瘤作用。很多研究表明，双歧杆菌能激活和增强机体的免疫系统，特别是单核一巨噬细胞，NK细胞和B淋巴细胞，而对T淋巴细胞则无直接作用。被激活的单核一巨噬细胞能合成和分泌IL-1、IL-6，TNF-α和IFN-r等一系列淋巴因子和一氧化氮（NO），从而显著增强宿主的抑瘤能力。由于该菌为生理性细菌，对宿主无致病性，所以它较目前巳在临床上广泛应用的其它非特异性生物反应调节剂如OK432、卡介苗等更具有优越性。 三．双歧杆菌作为肿瘤基因治疗和导向治疗的载体 肿瘤的导向治疗是指应用一种有一定特异性的载体，把药物或其它杀伤肿瘤细胞的物质选择性地运送到肿瘤部位，以期降低毒性，提高疗效。随着淋巴细胞杂交瘤技术的发展，可以得到高度特异性单克隆抗体（单抗），大大促进了导向药物的研究。人们将它形象地比拟为生物导弹或导弹药物，并对它寄于厚望。以单抗为载体的导向药物在实验研究阶段巳显示引人注目的治疗效果，并逐步进入临床研究。然而，由于导向药物对靶肿瘤的选择性高低取决于导向载体即单抗的特异性，而至今尚未确定有特异性肿瘤抗原，加之瘤细胞的异质性和遗传不稳定性，以单抗为导向治疗载体可能很难在临床上普及和广泛使用。 基因治疗是指将具有治疗作用的基因通过适当的转移载体，导入人体细胞中，使之在细胞内合成有治疗作用的多肽或蛋白质而达到对疾病的治疗作用。用基因治疗方法攻克癌症是当前国内外癌症研究领域的最大热点。基因治疗癌症成功的两大关键一是治疗基因的获取和构建，二是载体的导向特异性。只有把治疗基因高选择性地导入靶细胞（如肿瘤细胞）并能在靶细胞中高效表达，方可达到预期满意的疗效。目前较理想和最常用的治疗基因载体系统为各种类型的重组假病毒，它的主要不足之处是缺乏靶选择性。 双歧杆菌为肿瘤的基因治疗提供了一个十分理想的导向载体。由于双歧杆菌是一种专性厌氧菌，它在有氧的环境中不能分裂繁殖，不宜生存。而大部分实体肿瘤的一个显著特征是瘤体内氧分压偏低。因此，将野生型或转基因双歧杆菌静脉注入带瘤实验动物体内，一定时间（4-7天）后，用组织切片染色法鉴定发现，只有在肿瘤组织中才能检出双歧杆菌，并发现其还能在瘤体组织中分裂繁殖（YazawaK,2000）。说明肿瘤组织提供了适于该菌生存、生长的环境，其原因当是瘤体内的乏氧环境所致。无论是肿瘤原发病灶，抑或是肿瘤的播散转移灶，只要乏氧状态存在，均适宜双歧杆菌居住生长。以双歧杆菌作为肿瘤基因治疗的导向载体，不仅具有肿瘤定位特异性，并且没有毒性，使用安全。 第一个以双歧杆菌作为导向载体进行肿瘤基因治疗的学者是徐根兴教授。1998年，徐根兴将抑制血管生长的人内皮抑素基因转入双歧杆菌，研制出转基因双歧杆菌口服液，并迅速试用于临床。经305例多种类型实体瘤病人志愿服用，显示出明显的抑癌效果，没有发现毒性反应。经电脑查新检索，徐根兴的人内皮抑素转基因双歧杆菌制剂为国内外首创。最近，徐根兴实验室正在进一步研制人内皮抑素转基因双歧杆菌针剂，用于实体肿瘤的介入治疗。从前期动物实验的结果看，瘤体内坏死严重，残余瘤组织中几乎找不到血管，与对照实验动物相比，差异十分明显。 四．展望 目前，对双歧杆菌的研究和医学应用巳进入了一个全新的时期。如果说，双歧杆菌研究应用的第一阶段是发现双歧杆菌在微生态平衡中的重要作用并应用于保健和一些慢性疾患的辅助治疗。第二阶段是证实双歧杆菌的非特异性免疫增强和调节作用并应用于抗肿瘤辅助治疗。今天，双歧杆菌的研究应用巳进入第三阶段即作为抗肿瘤基因治疗的导向载体。理论上，凡对实体瘤有治疗作用的基因，诸如血管生长抑制因子的基因，肿瘤自杀基因，校正和修复突变的癌基因的基因片段，具有杀伤瘤细胞的淋巴因子的编码基因等，均可用双歧杆菌作为导向载体。可以预期，双歧杆菌很可能为恶性肿瘤的治疗提供新的契机。当务之急是要对双歧杆菌的基因组成，遗传稳定性等作进一步深入的研究。