前言
19世纪80年代，纽约的一名外科医生，William Colay 发现病人在急性感染细菌后肿瘤萎缩，于是他将链球菌用于恶性肿瘤的患者的治疗，这为以后利用病原体（主要是病毒与细菌）进行肿瘤治疗提供了思路。其中细菌类“药物”在目前的肿瘤治疗中涉及的主要机制有以下四点：
一，特殊靶向肿瘤厌氧环境
由于肿瘤内部，特别是起初的卫星肿瘤，缺少血管导致细胞处于缺氧状态，而O2又是常规的放射疗法杀伤细胞的关键因素，使治疗效果打了折扣；同时会使肿瘤深处的药物浓度降低。肿瘤内部缺氧成了阻挡癌症治疗的一座山峰，但厌氧菌反而可以直接利用肿瘤内部缺氧的微环境进行靶向治疗。
如，于斌团队对沙门氏菌进行改造，改造后的YB1对缺氧环境的要求更加严格（O2< 0.05%），有更好的肿瘤靶向性，且不能在正常组织环境中生存，进入肿瘤组织后诱发炎症反应。在乳腺癌小鼠模型中效果较好(Yu et al., 2015)。
二，对细胞的直接杀伤作用
如李斯特菌在瘤体内复制，其本身就是对肿瘤细胞的破获，同时由细菌引起的活性氧簇产生（ROS）和细胞内Ca2+水平升高，从而破坏线粒体，直接导致起瘤体细胞死亡。
如，诺维氏芽孢杆菌（Clostridiumnovyi-NT）是革兰氏阳性致病菌，可引起免疫反应，且对氧浓度敏感。营养形式的细菌不能在有氧环境存活，且孢子只能在缺氧条件下发芽繁殖。诺维氏芽孢杆菌的孢子可精准的扩散于肿瘤及其附近的微小卫星肿瘤，造成肿瘤细胞破裂坏死。
2014年，诺维氏芽孢杆菌NT首次用于治疗一位2006年检查出患有平滑肌肉瘤的病人（53，女）(NCT01924689)。采用1X104的注射方式给药(菌)；第三天服用抗生素（Piperacillin/tazobactam）终止治疗且伴有发烧；第四天MRI检查发现肿瘤显著减小，白细胞逐渐恢复正常；第29天，MRI检查肿瘤持续减小；第55天，对坏死的肱骨进行清创，组织病理学检测发现清除组织有大量肿瘤小灶。没有术后感染，患者仍在观察中(Roberts et al., 2014)。
随后2015年，M.D. Anderson Cancer Center的研究小组又对6名癌症患者进行了诺维氏芽孢杆菌注射治疗，但具体数据和文献还没有报道。
三，激起免疫反应来克服肿瘤抗原的耐受性
肿瘤相关抗原通常在癌细胞中过度表达或特异性表达，癌症免疫疗法是找到能够刺激产生强有力的抗肿瘤特异性T细胞应答反应的抗原，诱导体内的免疫系统产生特有的应答反应，通过免疫细胞来识别并杀死癌细胞。但先呈现给免疫系统的癌细胞很少具有抗原性，体内免疫系统很可能会对肿瘤抗原耐受而不是激活免疫反应。细菌通过粘膜表面侵入宿主可激起免疫反应，如，巨噬细胞受胞内细菌刺激后释放IL-12，作用于NK细胞使其释放IFN-γ，进一步活化巨噬细胞并引导Th1的分化来诱导CD8+T细胞。因此，利用病原的促炎症反应的特性来克服肿瘤抗原的耐受性，提高它的抗原性，称为病原的肿瘤免疫疗法。
四，携载DNA
细菌被APC吞噬，菌体溶解并且释放出瘤体抗原编码的cDNA到胞浆中，然后被表达为蛋白，通过APC抗原被表达和呈现给免疫系统。
如，李斯特菌（Listeria monocytogenes），被吞噬会释放LLO和PLC，进而降解噬菌溶酶体，重新释放入细胞浆中逃过先天免疫和体液免疫的破坏。Advaxis公司对其进行改造，可使其分泌宫颈癌的HPV-E7的片段，被APC呈递给免疫细胞，使其攻击人体的宫颈癌细胞。
用纳米颗粒包裹可以表达VEGFR2的DNA，负载在沙门氏菌上，制成口服的DNA疫苗。口服以后利用沙门杀菌被树突或者巨噬细胞吞噬，高携带的VEGFR2被表达并呈递在巨噬细胞表面，激活T细胞，被激活的免疫系统识别癌细胞表面表达的VEGFR2，对癌细胞进行杀伤 (QHu, 2015)。
此外，卡介苗Bacille Calmette-Gu´erin（减毒的结核杆菌），减毒的弗氏志贺菌（Shigellaflexneri）都可被用来运载DNA。细菌溶解后，携带的DNA被释并表达，如表达细胞因子来促进免疫反应，也可表达Her2，MUC1等来诱导免疫细胞来识别并杀死癌细胞。
其他
随着科研的深入，除了对氧浓度敏感性及外源基因的表达的改造外，还有一些巧妙的实验设计利用其本身特殊表达的基因进行肿瘤治疗：
如，Hasty团队利用了“群体效应”机制设计了有遗传回路的沙门氏菌：1，沙门氏菌表达细菌间的通讯分子AHL(N-脂酰高丝氨酸内酯)；2，当AHL的浓度达到一定值（也就是细菌数量达到一定的值），感应高浓度的AHL的LuxI promotor就会激活启动Lux I, LuxCDABE来裂解细菌，释放药物。小鼠实验中此方法只针对肝癌，且在与化疗药物联用的情况下效果较好。(Din etal., 2016)。
McCormick组发现沙门氏菌III型分泌效应因子（Salmonellatype III secretion effector, SipA）可以通过调节Caspase3信号通路来抑制P-gp的表达，从而解决癌细胞的耐药性问题。接着，McCormick与韩纲团队合作用将金纳米颗粒高负载SipA，在与化疗药物doxorubicin联用的情况下在小鼠体内进行实验，研究发现SpiA-Au与doxorubicinl联用对抑制肿瘤生长的效果特别明显(Mercado-Lubo et al., 2016)。
小结：
细菌在癌症治疗的临床前实验已经显示出良好的效果，但癌症细菌疫苗在临床的发展面临很多技术和生物学上的挑战，如：
1， 在菌体内表达外来抗原可导致其代谢负担加重，影响细菌本身活性。
2， 细菌携带质粒（DNA）的丢失率。
3， 减毒：就是当体内已经存在一定水平的针对该抗原的免疫（曾被自然的细菌感染），再次使用相应的工程菌会导致激烈的免疫反应，细菌在发挥作用前就被迅速清除。
4， 在免疫低下的患者使用时的安全及有效性问题。
参考文献：
Clostridium novyi-NT in cancer therapy. Genes& Diseases (2016) 3, 144e152
Din, M. O., Danino, T., Prindle,A., Skalak, M., Selimkhanov, J., Allen, K., . . . Hasty, J. (2016).Synchronized cycles of bacterial lysis for in vivo delivery. Nature, 536(7614), 81-85.doi:10.1038/nature18930
Mercado-Lubo,R., Zhang, Y., Zhao, L., Rossi, K., Wu, X., Zou, Y., . . . McCormick, B. A.(2016). A Salmonella nanoparticle mimic overcomes multidrug resistance intumours. Nat Commun, 7, 12225.doi:10.1038/ncomms12225
Roberts,N. J., Zhang, L., Janku, F., Collins, A., Bai, R. Y., Staedtke, V., . . . Zhou,S. (2014). Intratumoral injection of Clostridium novyi-NT spores induces antitumorresponses. Sci Transl Med, 6(249),249ra111. doi:10.1126/scitranslmed.3008982
Viaud,S., Saccheri, F., Mignot, G., Yamazaki, T., Daillere, R., Hannani, D., . . .Zitvogel, L. (2013). The intestinal microbiota modulates the anticancer immuneeffects of cyclophosphamide. Science, 342(6161),971-976. doi:10.1126/science.1240537
Yu,B., Shi, L., Zhang, B. Z., Zhang, K. E., Peng, X., Niu, H. B., & Qu, J. L.(2015). Obligate anaerobic Salmonella typhimurium strain YB1 treatment onxenograft tumor in immunocompetent mouse model. Oncol Lett, 10(2), 1069-1074. doi:10.3892/ol.2015.3302
