《Nature Communications》：Engineered BCG selectively triggers trained immunity in tumor-associated macrophages and sensitizes glioblastoma to radiotherapy in mice
编辑推荐：
针对胶质母细胞瘤放疗后易复发的问题，研究人员通过生物正交化学技术开发了一种巨噬细胞膜伪装的工程化BCG，它可穿越血脑屏障靶向肿瘤，并通过自身过氧化氢酶活性缓解缺氧，在胶质母细胞瘤模型中展示出抗肿瘤效果。研究发现，该工程化BCG还能诱导肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）产生训练免疫，从而促进炎性因子产生、释放活性氧、增强吞噬并招募CD8+T细胞，最终协同增强放疗的免疫应答。该研究为将训练免疫策略应用于肿瘤增敏提供了新思路。
胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是中枢神经系统最常见且最具侵袭性的原发性恶性肿瘤。尽管手术联合放化疗是标准疗法，但患者预后极差，肿瘤几乎不可避免地会复发。放疗在胶质母细胞瘤的治疗中扮演着关键角色，它不仅能直接杀伤肿瘤细胞，还能重塑肿瘤微环境，激发抗肿瘤免疫反应。然而，胶质母细胞瘤内部复杂的免疫抑制微环境，如严重的缺氧状态和大量的免疫抑制细胞浸润，严重限制了放疗的疗效。如何打破这种免疫抑制，将“冷”肿瘤转变为“热”肿瘤，从而增强放疗的敏感性，是当前胶质母细胞瘤治疗领域亟待攻克的核心难题。正是在这一背景下，一项发表于《Nature Communications》的研究，巧妙地利用一种拥有百年历史的“老兵”——卡介苗（Bacillus Calmette-Guérin, BCG），通过现代生物工程技术对其进行“武装”，使其能够深入敌后，精准靶向肿瘤，并唤醒肿瘤内部的关键“守卫”——巨噬细胞，通过一种名为“训练免疫”（trained immunity）的免疫记忆机制，与放疗协同作战，最终显著抑制了肿瘤的生长，为克服胶质母细胞瘤的放疗抵抗带来了新希望。
为了开展这项研究，研究人员运用了几个关键的技术方法。首先，他们利用生物正交化学（bioorthogonal chemistry）将巨噬细胞膜“伪装”到BCG表面，成功构建了工程化BCG。其次，在体内疗效评估中，他们构建了小鼠原位胶质母细胞瘤模型和人源化小鼠模型，以验证工程化BCG的穿透血脑屏障、靶向肿瘤和抗肿瘤能力。再者，为了明确训练免疫的作用机制，他们使用了肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的细胞清除和过继转移实验，并结合转录组学、细胞因子检测、活性氧（ROS）检测、细胞吞噬实验和流式细胞术等多种功能与表型分析手段。最后，他们通过联合免疫检查点阻断剂（如抗PD-1抗体）进一步评估了组合疗法的潜力。研究中的小鼠样本均通过上述模型构建获得。
研究结果
工程化BCG的构建与表征
研究人员通过生物正交点击化学反应，将从小鼠巨噬细胞系提取的细胞膜修饰到BCG表面，成功制备了巨噬细胞膜伪装的工程化BCG。表征显示，该工程化BCG保留了BCG原有的形态和活性，并成功“穿上”了巨噬细胞膜，为其后续的靶向递送奠定了基础。
工程化BCG穿越血脑屏障、靶向肿瘤并缓解缺氧
在构建的小鼠原位胶质母细胞瘤模型中，静脉注射的工程化BCG能够有效穿过血脑屏障，并富集在肿瘤部位，显示出良好的靶向性。得益于BCG自身表达的过氧化氢酶活性，工程化BCG能够分解肿瘤微环境中过量的过氧化氢，从而显著缓解了肿瘤内部的缺氧状态。这为后续放疗（其疗效高度依赖氧）创造了更有利的条件。
工程化BCG与放疗联合发挥强大的抗肿瘤作用
体内疗效实验表明，无论是单独使用工程化BCG还是单独放疗，对小鼠胶质母细胞瘤生长的抑制作用都有限。然而，两者联合治疗则表现出显著的协同抗肿瘤效果，能大幅抑制肿瘤生长并延长荷瘤小鼠的生存期。这一结果在免疫系统更接近人类的人源化小鼠模型中也得到了验证。
工程化BCG诱导肿瘤相关巨噬细胞产生训练免疫
机制探索是本研究的关键。研究发现，工程化BCG能够“教育”肿瘤内部的巨噬细胞，即肿瘤相关巨噬细胞，使其产生训练免疫。这是一种先天免疫细胞的“记忆”功能，表现为细胞在初次刺激后，其代谢和表观遗传会发生持久性重编程，当再次遇到刺激时，能产生更强的免疫反应。转录组学分析显示，经工程化BCG处理的TAMs，其与炎症、代谢和免疫应答相关的基因表达谱发生了显著变化，符合训练免疫的特征。
训练免疫重塑TAMs功能并增强抗肿瘤免疫
为了直接证明训练免疫的关键作用，研究人员通过细胞清除实验去除TAMs后，联合治疗的疗效几乎完全消失。反之，将经工程化BCG预处理的TAMs过继转移给荷瘤小鼠，能够重建联合治疗的疗效。深入的功能分析揭示，经“训练”后的TAMs表现出强大的效应功能：它们分泌更多的促炎细胞因子（如TNF-α, IL-6），释放更多的活性氧（ROS），吞噬肿瘤细胞的能力也显著增强。更重要的是，这些被激活的TAMs还能招募大量的细胞毒性CD8+T细胞浸润到肿瘤中。
联合治疗与免疫检查点阻断具有协同效应
尽管联合治疗已能有效激活抗肿瘤免疫，但免疫抑制微环境中的检查点分子可能限制免疫反应的持续性。研究进一步发现，在工程化BCG联合放疗的基础上，再加用免疫检查点阻断剂（抗PD-1抗体），能够产生“三重协同”效应，最大程度地抑制肿瘤生长，甚至在一些小鼠中观察到肿瘤的完全消退，展现了极具潜力的治疗前景。
研究结论与讨论
本研究系统性地证明，通过生物工程改造的BCG，不仅能靶向递送至脑胶质瘤并改善其缺氧微环境，更能创新性地诱导肿瘤相关巨噬细胞产生训练免疫。这种训练免疫并非传统意义上的获得性免疫记忆，而是通过重编程先天免疫细胞，使其获得长期、更强的效应功能。被“训练”后的巨噬细胞转变为促炎、抗肿瘤的表型，通过分泌细胞因子、释放活性氧、增强吞噬以及招募细胞毒性T细胞等多重机制，极大地放大了放疗所触发的抗肿瘤免疫应答。最终，这种由工程化BCG启动的、以巨噬细胞训练免疫为核心的先天免疫激活策略，与放疗及免疫检查点阻断相结合，形成了强大的协同抗肿瘤效应，在小鼠胶质母细胞瘤模型中取得了显著疗效。这项研究不仅为克服胶质母细胞瘤的放疗抵抗提供了一种全新的、基于训练免疫的联合治疗策略，也为利用“旧”疫苗（BCG）开发“新”的肿瘤免疫疗法开辟了富有前景的方向。它强调了调控肿瘤微环境中的先天免疫细胞，特别是巨噬细胞的功能状态，是提升现有肿瘤治疗效果的一个关键突破口。
