肿瘤中 l - 精氨酸是有效抗肿瘤 T 细胞反应的关键因素。因此，肿瘤内典型的 l - 精氨酸浓度的增加可能大大增强免疫检查点抑制剂的抗肿瘤反应，如程序性死亡配体 1 (PD-L1) 阻断抗体。然而，目前还没有方法可以局部提高肿瘤内 l - 精氨酸水平。2021 年 10 月 6 日，来自瑞士贝林佐纳意大利大学肿瘤研究所的研究人员使用合成生物学方法开发了一种工程益生菌大肠杆菌 Nissle 1917 菌株来调节肿瘤微环境的代谢，从而提高免疫治疗的疗效，并在 Nature 上发表了题为 “Metabolic modulation of tumours with engineered bacteria for immunotherapy” 的研究论文。该研究团队研究了 l - 精氨酸是否与 PD-L1 阻断协同作用。在皮下 MC38 肿瘤小鼠中，每日口服 l - 精氨酸与抗 PD - L1 治疗具有协同作用，并增加小鼠的存活率。这些数据表明，l - 精氨酸和 PD-L1 阻断剂合作抑制小鼠肿瘤生长。由于细菌可以在肿瘤中生存和生长，该研究团队的目标是使用一种非致病性大肠杆菌 (大肠杆菌尼索 1917 (ECN)) 作为一种肿瘤内的、基于合成生物学的细胞治疗来产生高浓度的局部精氨酸。由于肿瘤通常会积聚氨，该研究团队设计大肠杆菌有效地引导氨用于精氨酸的合成。该研究团队删除了精氨酸抑制基因 (ArgR)，该基因的产物负调控精氨酸生物合成途径中所有基因的表达。由于 n - 乙酰谷氨酸合成酶 (ArgA)—— 精氨酸生物合成途径中的第一个酶 —— 被体内高水平的 l - 精氨酸抑制，该研究团队整合了 ArgAfbr，它编码了一个不被高水平的 l - 精氨酸抑制的反馈抗性显性突变体到细菌基因组中。此后，该研究团队将这种产生 l - 精氨酸的菌株称为 l - 精氨酸细菌。接下来，该研究团队研究了 l - 精氨酸细菌定殖 MC38 肿瘤是否与抗 PD - L1 封锁治疗协同。携带 MC38 肿瘤的小鼠接受四次肿瘤内注射大肠杆菌尼索 1917 (ECN) 或 l - 精氨酸细菌，单独或联合抗 PD - L1 抗体。L-Arg 细菌结合 anti-PD-L1 协同治疗减少了肿瘤生长，以及 74% 的小鼠肿瘤综合治疗是完全根除。排斥肿瘤的小鼠数量大约增加了 30%，这可以归因于工程细菌产生 l - 精氨酸的能力。与 PBS 对照相比，单独给予大肠杆菌尼索 1917 (ECN) 并不影响 MC38 肿瘤生长。总之，这些结果表明，l - 精氨酸细菌改善基于检查点抑制剂的免疫治疗。为了评估静脉注射工程菌作为一种潜在的治疗方法，该研究团队将越来越多的细菌注射到携带不同大小 MC38 肿瘤的小鼠体内。小肿瘤的定植并不一致 (数据未显示)，但体积至少为 100 mm3的肿瘤在静脉注射 5 × 107 菌落形成单位 (CFU) 的大肠杆菌尼索 1917 (ECN) 或 L-Arg 细菌后可长期有效定植。其他器官中未检测到细菌，表明大肠杆菌尼索 1917 (ECN) 和 L-Arg 细菌能特异性定植肿瘤。虽然肿瘤内细菌注射耐受性良好，但静脉注射可导致体重可逆下降。为了将该研究团队的分析扩展到一个不同的肿瘤模型，该研究团队皮下注射了 B16-OVA 黑色素瘤细胞，它会形成侵袭性和低免疫原性的肿瘤。携带 B16 的小鼠每两周接受一次大肠杆菌尼索 1917 (ECN) 或 l - 精氨酸细菌单独或联合抗 PD - l1 抗体的治疗。不同组之间的肿瘤生长没有差异，可能是因为没有有效的抗肿瘤 T 细胞反应，可以通过 l - 精氨酸和抗 PD - l1 抗体增强。该研究团队重复了这些实验，并过继地将 OT-I T 细胞转移到已建立 B16-OVA 肿瘤的小鼠中，以启动抗肿瘤 T 细胞反应。在这些条件下，l - 精氨酸细菌和抗 PD - l1 抗体联合治疗可降低肿瘤生长，证实了 l - 精氨酸细菌对不同肿瘤类型的治疗效果。综上所述，合成生物学方法和工程微生物疗法的使用代表了肿瘤微环境的局部代谢调节的独特手段。在这项研究中，该研究团队证明了 l - 精氨酸细菌治疗和 PD-L1 阻断之间的协同作用，以及它们产生强大的 T 细胞依赖、长期抗肿瘤免疫的能力。这些发现支持使用合成生物药物作为癌症的免疫疗法，并保证进一步发展在临床评估。https:///10.1038/s41586-021-04003-2
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