癌細胞，哪裡逃！通過改造巨噬細胞，有效提高癌症早期篩查的靈敏度

早期發現是降低癌症死亡率的有效途徑，但是到目前為止，依靠檢測內源性生物標誌物（如循環腫瘤細胞、循環腫瘤DNA和癌症外泌體）的仍無法可靠地檢測早期疾病，部分原因是生物標誌物的快速清除、高背景信號和低循環濃度等。

另一種診斷策略是全身遞送探針，該探針在疾病存在的情況下被選擇性激活併產生信號。由於不再依賴於天然生物標誌物，這種方法比內源生物標誌物具有更高的靈敏度。雖然有希望，但這種策略受到探針的生物相容性、探針到病理部位的有效遞送以及探針測定疾病環境的多種特徵的能力的限制。

為了克服這些問題，史丹佛大學醫學院的研究人員以巨噬細胞為基礎，改造出工程化免疫細胞，將其注入靜脈後通過檢測血漿種的熒光素酶，可更靈敏地檢測出早期癌症，而且這一方法有其他疾病的早期檢測也有效。

這項研究於2019年3月18日發表在最新一期的 Nature Biotechnology 雜誌（影響因子：35.720）。

論文題目：Engineered immune cells as highly sensitive cancer diagnostics。工程化免疫細胞用於高靈敏度癌症檢測。

通訊作者：Sanjiv S. Gambhir（史丹佛大學醫學院）

巨噬細胞（Macrophages）是一種位於組織內的白血球，在脊椎動物體內參與非特異性防衛（先天性免疫）和特異性防衛（細胞免疫）。它們的主要功能是以固定細胞或遊離細胞的形式對細胞殘片及病原體進行吞噬以及消化，並激活淋巴球或其他免疫細胞，令其對病原體作出反應。

巨噬細胞有多種類型，主要有M1巨噬細胞和M2巨噬細胞。M1巨噬細胞產生促炎細胞因子，被稱為經典型巨噬細胞，具有很強的殺死微生物特性。M2巨噬細胞又稱替代性活化巨噬細胞，對寄生蟲、組織重塑、血管生成和過敏性疾病的反應中起著核心作用。

巨噬細胞吞噬細菌示意圖

免疫亞群存在於一系列人類癌症中。分析來自iPRECOG資料庫的5782個腫瘤中白細胞的分布，顯示M2巨噬細胞是大多數實體瘤中的主要免疫細胞。因此，選擇巨噬細胞作為泛癌診斷感測器的候選者。

在小鼠中，腫瘤相關的M2巨噬細胞極化的特徵在於參與支持免疫抑製微環境的基因的表達上調。腫瘤微環境（TME）的特徵在於酸中毒、缺氧、升高的IL-4和IL-13濃度以及腫瘤來源的細胞因子。BMDM（小鼠骨髓來源巨噬細胞）和RAW264.7（小鼠單核巨噬細胞）在用IL-4和IL-13刺激時均表現出M2標誌物Chil3、Retnla、Mrc1和Arg1的表達的時間依賴性增加。

BMDM和RAW264.7巨噬細胞在暴露於來自CT26結腸癌細胞系的TCM時也將Arg1上調至600倍。IL-4、IL-3和TCM對Arg1的作用也是劑量依賴性的，這對最終診斷的動態範圍很重要。

分泌型熒光素酶（Gluc）是一種主要分泌（95%分泌）的熒光素酶，其還允許細胞內可利用的Gluc的生物發光成像。

為了在體內非侵入性地測定巨噬細胞極化，該研究改造了了巨噬細胞，將Arg1啟動子和增強子區域克隆在Gluc基因的上遊，並改造了穩定表達Arg1-Gluc報告基因的RAW264.7細胞系（小鼠單核巨噬細胞）。使得Arg1的活化與分泌的生物標誌物產生偶聯。

為了確定工程化巨噬細胞感測器是否可以檢測體內腫瘤，研究人員將其通過靜脈注射引入到攜帶腫瘤的小鼠體內，隨後測定血漿中的Gluc含量。

首先採用轉移性乳腺癌的同系模型，其中靜脈注射4T1細胞在肺中形成局部微腫瘤，然後出現瀰漫性轉移性疾病。

實驗結果顯示，工程化巨噬細胞感測器通過血漿Gluc測量以100％靈敏度和特異性區分來自患腫瘤小鼠和健康對照。此外，活化的巨噬細胞（細胞內Gluc）和轉移瘤（Fluc）的成像顯示活化的巨噬細胞和轉移部位的共定位。

為了確定可用工程化巨噬細胞感測器檢測到的最小腫瘤體積，研究人員接將工程化巨噬細胞感測器應用於腫瘤體積為0-250立方毫米的皮下腫瘤模型。

在感測器注射當天用卡尺測量腫瘤大小，並在隨後的幾天通過血漿將測。在工程化巨噬細胞感測器注射後24小時，可以檢測到體積為50-250立方毫米的腫瘤，而且具有100％的靈敏度和特異性。並且能夠將25-50立方毫米的腫瘤與健康對照組成功區分開。

也就是說，通過工程化的巨噬細胞感測器，能有高靈敏度地檢測出50立方毫米以下體積的早期腫瘤。

構建工程化巨噬細胞感測器以及檢測腫瘤的流程圖

雖然，工程化巨噬細胞感測器在檢測早期癌症具有高靈敏度的優勢，然而，改造工程化巨噬細胞的成本還是太高了，因此很難成為一個常規的篩查工具。

但是，體內基因遞送技術可以通過病毒載體等方式讓人體原位產生工程化巨噬細胞感測器，而不需要細胞分離並在體外改造。或者，可以設計具有診斷功能的低成本同種異體的成品通用性感測器，然後由宿主免疫系統識別並消除為外來感測器。

因此研究人員樂觀地認為，這種工程化感測器將成為早期診斷的有力工具，並最終改善患者在各種病症中的治療效果。

論文鏈接：

請加入全中健康，您也是13億大家庭的一員！提升您的健康就是我們要做的事業！大家都來努力，一起打造13億人的健康！ 微信公號：全中健康