溶瘤疗法的发展长期受到递送方式的限制。病毒疗法虽然能够选择性杀伤细胞求股票配资,但在临床输注时常因血液中预存抗体而迅速被清除,导致多数患者无法从中获益。另一方面,工程化细菌具备肿瘤靶向性,能够在缺氧坏死区域定植并释放药物分子,但它们往往被限制在肿瘤核心区域,难以实现大范围杀伤。如何解决病毒递送和细菌扩散这两方面的瓶颈,成为溶瘤疗法跨越临床障碍的关键问题。
哥伦比亚大学 Tal Danino 团队在 Nature Biomedical Engineering 报道了一种颠覆性平台——CAPPSID。研究人员利用减毒作为智能载体,将溶瘤塞内卡病毒 RNA 封装并运送至肿瘤内部,在合成生物学电路的精细调控下,实现了免疫逃逸、精准扩散和安全控制。与传统直接注射病毒的策略相比,这一系统展现出完全不同的设计理念,即通过细菌提供动态保护外壳和关键蛋白酶,使病毒在肿瘤局部完成成熟和扩增,从而规避抗体中和并确保空间限制。该成果以“Engineered bacteria launch and control an oncolytic virus”为题。
CAPPSID 的设计建立在三方面的工程化创新。其一,沙门氏菌基因组被植入低氧感应开关(SPI-2 启动子),在肿瘤微环境下特异激活裂解蛋白,触发细胞破裂并释放所负载的病毒 RNA。这一过程保证了病毒在合适的时机才进入复制循环,从而避免过早暴露。其二,研究团队对塞内卡病毒结构蛋白切割位点进行了重写,使其依赖 TEV 蛋白酶的特异性识别序列完成成熟装配。由于 TEV 蛋白酶只由细菌表达,病毒在细菌存在的局部环境之外无法扩增,形成严格的正交控制。其三,病毒 RNA 本身得以利用宿主细胞的复制机制实现持续扩增,低剂量细菌即可启动整个细胞层面的感染,极大放大了局部效应。
在动物实验中,小鼠预先免疫塞内卡病毒,静脉注射 CAPPSID 后肿瘤内检测到显著病毒发光信号,而直接注射游离病毒则完全检测不到信号。这说明细菌外膜有效屏蔽了抗体,使病毒能够安全抵达肿瘤。进一步的移植瘤实验显示,在接受单次瘤内注射后,所有小鼠在 14 天内肿瘤完全消退,40 天时依然保持 100% 存活率,对照组则在三周内全部死亡。值得注意的是,远端未注射的肿瘤也出现同步缩小,表明病毒能够通过体内扩散实现跨病灶杀伤。
为了确保安全性,研究人员构建了对病毒扩散的限制系统。由于结构蛋白成熟依赖细菌提供的 TEV 蛋白酶,病毒复制严格局限于细菌定植的位置。实验结果显示,含有 TEV 蛋白酶的细菌能使病毒持续扩增两周,而缺乏该酶时病毒在三天内完全失活。此外,研究团队优化了切割位点的序列,使其需要双位点突变才能逃逸,大幅降低了潜在风险。这一控制策略不仅为溶瘤病毒提供了更高的安全边界,也展示了合成生物学在跨物种正交调控上的新范式。
从合成生物学角度来看,CAPPSID 平台的价值在于其跨层级整合能力。细菌端的环境感应电路和裂解系统保证了病毒的时空释放;病毒端的正交蛋白酶依赖机制(orthogonal control)形成了天然的扩散安全锁;宿主细胞内的自我复制又赋予了病毒疗法传统上的扩增优势。这三方面相互协同,构成了一个在体内高度可编程的“细菌-病毒”复合系统。与单一使用细菌或病毒的策略相比,CAPPSID 有效弥合了二者的缺陷,为溶瘤疗法开辟了全新的设计思路。
研究团队也为未来的临床转化提供了明确路径。目前已有安全性较高的临床菌株,如 VNP20009,可以作为升级版本的载体,以进一步降低潜在风险。同时,CAPPSID 平台并不局限于塞内卡病毒,还具备兼容其他溶瘤病毒的潜力,例如柯萨奇病毒和脊髓灰质炎病毒。由于不同病毒具有不同的细胞嗜性和复制特点,这种灵活适配性将有助于拓展平台在多癌种中的应用。此外,联合疗法的可能性也正在被探索,例如与 CAR-T 细胞疗法或免疫检查点抑制剂结合,以形成更持久的抗肿瘤效应。值得一提的是,该团队已布局相关专利,显示其推动临床应用的决心和策略性。
总体来看,CAPPSID 不仅是一种新型溶瘤病毒递送平台,更是合成生物学介入癌症治疗的典型案例。它展示了如何利用微生物在人体内执行程序化的协同任务,通过跨界设计解决传统疗法的固有瓶颈。这一工作为后续研究提供了范式,即通过合成电路的精细调控与跨物种正交机制的结合,实现更加可控和高效的体内治疗。随着工程化菌株与病毒的进一步优化,CAPPSID 有望成为临床可转化的工具,为癌症患者带来新的治疗选择。
1.Singer, Z.S., Pabón, J., Huang, H. et al. Engineered bacteria launch and control an oncolytic virus. Nat. Biomed. Eng (2025). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01476-8
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