Virulentievermindering
Bacteriën zo manipuleren dat hun virulentie tegen het immuunsysteem van de gastheer wordt geminimaliseerd, is ook van essentieel belang46,47. Opgemerkt moet worden dat sommige bacteriële virulentiefactoren verantwoordelijk kunnen zijn voor hun intrinsieke antitumoractiviteit. Daarom moet vermindering worden bereikt zonder hun antitumoractiviteit te verminderen. Bij menselijke pathogenen bijvoorbeeld zijn dodelijk toxische stammen omgezet in grotendeels veilige stammen door deletie van belangrijke virulentiegenen2,10,21. VNP20009, een verzwakte S. Typhimurium stam, werd gegenereerd via deletie van de msbB en purI genen; deze stam werd uitgebreid bestudeerd in tumor-dragende muizen en vertoont een veelbelovende tumor-targeting specificiteit en tumorremmende effecten28,48,49,50. Deletie van msbB in het Salmonella-geslacht resulteert in myristoylering van de lipide A-component van LPS, wat resulteert in een aanzienlijke vermindering van de door LPS veroorzaakte inductie van TNF en het risico van septische shock kan verminderen51. VNP20009 werd vervolgens getest in fase I trials bij menselijke kankerpatiënten51,52,53,54. Teleurstellend was dat VNP20009 niet tumorspecifiek was en geen duidelijke waarde had voor de behandeling van tumoren bij de patiënten52,54,55. Deze mislukking kan worden toegeschreven aan de penta-geacyleerde lipide A geproduceerd door VNP20009, die een TLR4-antagonist is56. Om de LPS-structuur zodanig te wijzigen dat de antitumoractiviteit behouden blijft, werden mutante Salmonella-stammen gegenereerd die een homologe hexa-geacyleerde lipide A produceren, die een hoge affiniteit heeft voor TLR4, door deletie van de pagP-, pagL- en lpxR-genen47,57,58. Deze mutaties hadden geen effect op de virulentie in de msbB-mutantachtergrond59. Mutaties in rfaG en rfaD resulteren in de productie van afgekapt LPS, wat resulteert in een afgezwakte toxiciteit en tumorspecificiteit; de antitumoreffecten van deze bacteriën waren echter ook verminderd. Chromosomale integratie van de LPS biosynthesegenen in de araBAD locus overwon deze beperkingen, en de gemuteerde stam vertoonde verzwakte virulentie en therapeutische effecten60.
Een andere niet-toxische Salmonella stam werd gemanipuleerd door de expressie van endotoxine-geassocieerde genen te downreguleren of door hun functionele activiteit te remmen. Salmonella relA- en spoT-mutantstammen die defect zijn in de synthese van ppGpp, een signaalmolecule die betrokken is bij de expressie van toxinegenen, vertoonden een verwaarloosbare toxiciteit. De LD50-waarde van de ΔppGpp-stam was tot het 105-106-voudige verhoogd in vergelijking met die van de wild-type stammen61. De ΔppGpp-stam had een uitstekende antitumoractiviteit via zijn vermogen om het inflammasoom (NLRP3, IPAF) te activeren en de expressie van verscheidene proinflammatoire cytokines (IL-1β, IL-18 en TNF-α) te induceren21. Schrapping van de phoP en phoQ genen had geen invloed op de antitumoractiviteit van Salmonella, terwijl de deleties de virulentie in normaal weefsel verminderden62. Stammen met deze mutaties zijn gebruikt om een uitstekend vaccin te produceren en zijn onlangs gebruikt als afgiftesysteem voor tumortherapeutica63,64,65,66,67. Orale toediening van een S. Typhimurium-mutantstam die deficiënt is in de synthese van het zinktransportsysteem ZnuABC kan een effectieve immuunrespons opwekken die muizen tegen darminfecties beschermt68. Mutaties in de genen die coderen voor DNA-adeninemethylase, adenylaatcyclase en cyclisch adenosinemonofosfaatreceptoreiwit, die betrokken zijn bij verschillende pathogene genregulatietrajecten, kunnen de bacteriële toxiciteit in vivo verminderen69. Schrapping van het gmd-gen bij Salmonella remde de biofilmvorming en induceerde een immuunrespons in een vroeg stadium van de infectie28,57. Bovendien verminderde deletie van htrA, STM3120 en slyA de overleving van bacteriën in macrofagen aanzienlijk, evenals de antikankereffecten van de bacteriën70. Schrapping van genen die betrokken zijn bij celinvasie kan de cytotoxiciteit van Listeria monocytogenes afzwakken. Hly-deletie veroorzaakt defecten in de vrijgave van fagolysosomen52,71,72. L. monocytogenes mutantstammen die actA of ActA PEST-achtige sequenties missen, missen ook het intercellulaire diffusievermogen73,74, en mutantstammen die inlA en inlB missen, zijn invasiedefectief75,76.
Inductie van specifieke voedingsstofafhankelijke mutaties in bacteriën is een aanvullende benadering om tumorspecifieke proliferatie te verbeteren met verzwakking van virulentie. De A1-R Salmonella-stam, die auxotroof is voor leucine en arginine, koloniseert bij voorkeur tumoren, vertoont antitumoreffecten en verhoogt de gevoeligheid van tumoren voor chemotherapie22,77,78,79. Een L. monocytogenes-stam werd gemanipuleerd om auxotroof te zijn voor de celwandcomponent d-alanine via inactivering van de dal/dat locus. Deze mutantstam was sterk verzwakt en kon cytotoxische T-lymfocyten induceren22,80. De Salmonella-stammen SL3261 en SL7207, die een aroA-deletie hebben, en BRD509, een aroA/aroD-dubbelmutantstam die auxotroof is voor aromatische aminozuren, zijn sterk verzwakt en verspreiden zich niet vrij in de gastheer29,57,81,82,83,84,85. Een andere S. Typhimurium stam, YB1, die werd afgeleid van SL7207 door het essentiële gen asd onder controle van een door hypoxie geïnduceerde promotor te plaatsen, kon niet overleven in normaal weefsel zonder een exogene toevoer van diaminopimelzuur, hoewel zij nog steeds hypoxische tumoren kon koloniseren; deze stam veroorzaakt dus minder schade aan normaal weefsel, terwijl zij haar vermogen om tumoren aan te vallen behoudt21,47,86,87. Bovendien resulteerde deletie van de purI en purD genen in de behoefte aan exogeen adenine, wat het vermogen van de bacteriën om zich efficiënt te vermenigvuldigen in purinerijke gebieden, zoals tumorweefsel, vergrootte2,88. De verzwakte bacteriestammen die voor kankertherapie worden gebruikt, zijn opgenomen in tabel 1.
Verbetering van tumor targeting
De engineeringbenaderingen die worden gebruikt om bacteriële tumor targeting te verbeteren, kunnen ook zowel de veiligheid als de antitumoreffectiviteit verhogen. In één benadering om deze resultaten te bereiken, werd de ppGpp-deficiënte stam SHJ2037 genetisch gemanipuleerd om tumorspecifieke liganden op het celoppervlak weer te geven. Een Arg-Gly-Asp peptide dat zich bindt aan αvβ3 integrine werd gefuseerd met buitenmembraaneiwit A om de expressie ervan op het bacteriële oppervlak te stimuleren89. De resulterende stam vertoonde een verhoogde tumorspecificiteit en een duidelijk verhoogde antitumoractiviteit in MDA-MB-231 borstkankercellen en MDA-MB-435 melanoom xenograften die αvβ3 integrine tot overexpressie brengen. Bacteriën werden ook gemanipuleerd om tumor-geassocieerde antigenen aan te pakken, zoals carcino-embryonaal antigeen of het lymfoom-geassocieerd antigeen CD20. Deze stammen hadden effectieve antikanker effecten en verminderden niet-specifieke bacteriële accumulatie in de lever en milt90,91. Door gebruik te maken van biotine-streptavidine binding werd een L. monocytogenes stam geconstrueerd waarbij de cellen werden gecoat met plasmide-geladen nanodeeltjes die een bioluminescentiegen tot expressie brachten. Deze stam, een microrobot genoemd, leverde functionele nucleïnezuurmoleculen aan solide tumoren en kon worden getraceerd via bioluminescentiebeeldvorming60,92,93. Een intrigerend alternatief dat de selectiviteit van tumoren kan verhogen, is het aanbrengen van synthetische adhesines (SA’s) op het oppervlak van E. coli. SA’s hebben een modulaire structuur bestaande uit een stabiel β-domein dat nodig is voor verankering in het buitenmembraan en aan het oppervlak blootgestelde immunoglobuline domeinen met hoge affiniteit en specificiteit die geselecteerd kunnen worden uit grote bibliotheken94. Probiotische stammen vertoonden een verbeterde tumorspecificiteit door de injectiecapaciteit van de bacteriën te verhogen zonder hun intrinsieke eigenschappen te verzwakken95,96,97,98,99. Probiotische E. coli Symbioflor-2 cellen werden zeer snel verwijderd uit de milt en de lever en overleefden alleen in een tumor, wat wijst op een efficiënte tumor targeting. Muizen geïnfecteerd met een probiotische Salmonella stam verdroegen een grote bacteriële lading zonder pathologische symptomen; verbeteringen in het payload delivery systeem zijn echter nodig vanwege de inferieure therapeutische werkzaamheid van de stam, ondanks zijn uitstekende veiligheid in vivo57.
Drug expressie strategieën
De meeste payloads geleverd door tumor-targeting bacteriën zijn toxisch voor zowel tumorcellen als normale cellen; strikte controle van hun productie heeft dus de voorkeur boven constitutieve expressie. Nauwkeurige triggering van payload expressie kan de therapeutische effecten maximaliseren en tegelijkertijd de systemische toxiciteit minimaliseren. Een controleerbaar genexpressiesysteem kan theoretisch worden geconstrueerd door een specifieke promotorreeks in te voegen stroomopwaarts van een geneesmiddelcoderend gen, waardoor transcriptionele controle wordt verkregen via externe signalen. Een dergelijk systeem maakt het mogelijk om de timing en de locatie van de productie van geneesmiddelen in vivo te regelen. De strategieën voor dit type genregulatie, of triggering, behoren meestal tot de volgende drie categorieën: interne triggering, zelf triggering (quorum sensing-QS), en externe triggering100.
In tegenstelling tot normaal weefsel hebben TME’s speciale eigenschappen, waaronder hypoxie, acidose en necrose, die bacteriën kunnen opmerken en gebruiken om de tumorspecificiteit te verbeteren101. Bijvoorbeeld, hypoxie-induceerbare promotors zoals die van HIP-1 en pepT worden geactiveerd door fumaraat- en nitraatreductie in de hypoxische omgeving binnen tumorweefsel102,103,104. Dit hypoxie-induceerbare expressiesysteem is ontworpen om alleen onder anaërobe omstandigheden te functioneren voor de expressie van essentiële genen zoals asd105. Flentie et al. identificeerden vijf promotorsequenties die specifiek geactiveerd worden door de zure micro-omgevingen die geassocieerd worden met kankercellen in vitro en met tumoren in vivo. Acidose-specifieke promotors werden geïdentificeerd door gebruik te maken van een speciaal ontworpen promoterloze transposon reporter die codeert voor bacterieel luciferase om een bibliotheek van 7400 niet-afhankelijke Salmonella transposon insertiemutanten te screenen in cocultuur met melanoom- of coloncarcinoma-cellen. Een verzwakte Salmonella-stam die Shiga toxine tot expressie brengt onder controle van een door lage pH geïnduceerde promotor, vertoonde een sterke tumorselectiviteit en antitumoractiviteit106. Een glucosesensor werd ontwikkeld in E. coli via synthetische fusie van de Trg chemoreceptor met de EnvZ osmosensor. In deze constructie draagt Trg bij tot de periplasmatische en transmembrane domeinen alsook een kort cytoplasmatisch segment, en EnvZ draagt bij tot het cytoplasmatische kinase/fosfatase domein. De gemanipuleerde bacteriën detecteerden de glucosespiegels in tumorcelmassa’s en reageerden op de metabolische activiteit van de tumor, wat mogelijk tot het therapeutische effect heeft geleid. Deze kenmerken zijn waarschijnlijk geconserveerd in andere leden van deze sensor familie107.
Bacteriën kunnen koloniseren en prolifereren in TMEs bij een tumor-normaal weefsel ratio van meer dan 10.000; dus, QS kan worden gebruikt als een genexpressie schakelaar108,109. Eén bruikbaar QS-systeem wordt gereguleerd door een auto-inducer, het synthetische LuxI-eiwit, en het transcriptieregulerende eiwit LuxR. Het door LuxI geproduceerde acylhomoserine lacton (AHL), dat afhankelijk is van de bacteriële dichtheid, activeert LuxR en bevordert de transcriptie van zijn doelgenen. AHL concentratie-afhankelijke QS systemen zijn met succes gebruikt om heterologe eiwitten in hoge mate tot expressie te brengen in bacteriekoloniserende tumoren90,109,110,111. De QS aanpak is gebruikt om een verscheidenheid van gen circuits te introduceren. Bijvoorbeeld, de introductie van een gesynchroniseerd lysiscircuit in bacteriën verbeterde de werkzaamheid tegen kanker door het vrijkomen van geneesmiddelen mogelijk te maken via periodieke introductie van de auto-inducer (positieve terugkoppeling) en de resulterende activering van een bacteriofaag lysis-gen (negatieve terugkoppeling)108.
Naast interne en zelf-triggering kan de expressie van gencircuits ook worden gecontroleerd door externe inducers, waaronder chemicaliën zoals l-arabinose, salicylzuur (ASA), en tetracycline. Transcriptie van de PBAD-promotor kan worden gecontroleerd via een interactie tussen de AraC-repressor en l-arabinose5,112. In een verzwakte Salmonella-stam kan de door pBAD gestuurde expressie van therapeutische payloads uit een plasmide worden gereguleerd via intraveneuze of intraperitoneale toediening van l-arabinose20,21,113. Een Salmonella-stam met een mutatie in het Ara-operon, die resulteert in een verstoord l-arabinose-metabolisme, vertoont een sterke activering van de PBAD-promotor114. In het ASA-expressiesysteem wordt de genregulatie gecontroleerd door de XylS2-afhankelijke Pm-promotor115,116,117. Een verzwakte Salmonella-stam met een ASA-expressiesysteem op een plasmide of op het chromosoom maakte een efficiënte regulatie mogelijk van genen die coderen voor prodrug-converterende enzymen (zie hieronder) en leidde tot een duidelijke vermindering van de tumorgroei115. Het pTet-expressiesysteem wordt gelijktijdig gereguleerd door de bidirectionele promotors PtetA en PtetR, die worden geïnduceerd door tetracycline of doxycycline118. In een preklinische studie werden onder deze bidirectionele promotors een reportergen en een therapeutisch gen ingevoegd om respectievelijk het targetingproces te visualiseren en therapeutische geneesmiddelen af te leveren7. Dit chemisch induceerbaar systeem wordt gereguleerd op een dosis- en tijdsafhankelijke manier119 ; daarom kunnen onnauwkeurigheden in de timing van de toediening van de inducer of de dosis van de inducer leiden tot niet-specifieke of suboptimale expressie van de doelmoleculen in TMEs. Een alternatief induceerbaar systeem maakt gebruik van de stralingsinduceerbare recA-promotor48. Straling veroorzaakt DNA-schade die de transcriptie van de genen onder controle van de recA-promotor activeert. Deze methode combineert de therapeutische effecten van stralingstherapie met stralingsafhankelijke inductie van antikankergenenexpressie120. Inductie van TNF-gerelateerd apoptose-inducerend ligand (TRAIL) expressie via een 2 Gy dosis γ-bestraling 48 uur na toediening van de gemanipuleerde Salmonella stam vertraagde de groei van 4T1 borstkankercellen aanzienlijk48. Bestraling is voordelig omdat het tot het tumorweefsel kan doordringen en kan worden gebruikt voor gelokaliseerde behandeling. Bestraling kan echter ook toxiciteit veroorzaken door het induceren van DNA-schade in de gezonde cellen rond de tumor en veroorzaakt waarschijnlijk fatale mutaties in de therapeutische bacteriën die hun therapeutisch effect zouden kunnen verzwakken101.
Drug delivery
Ondanks studies naar de antitumor effecten van bacteriën, zijn bacteriën alleen vaak onvoldoende om tumoren volledig te onderdrukken. Om de positieve resultaten van bacteriële kankertherapie te verbeteren, is het nut onderzocht van eukaryote en prokaryote expressiesystemen voor de toediening van therapeutische payloads, waaronder cytotoxische middelen, prodrug-converterende enzymen, immuunregulatoren, tumorstroma-doelmoleculen en siRNA’s (opgesomd in tabel 2). De hierboven besproken prokaryotische expressiesystemen zijn de meest gebruikte aanpak, en deze systemen zijn afhankelijk van de transductie van bacteriën met prokaryotische plasmiden die coderen voor doelgenen70,121,122 ; eukaryotische expressiesystemen daarentegen omvatten transductie van gastheercellen, zoals immuuncellen of tumorcellen, met eukaryotische plasmiden die coderen voor de cDNA’s van de doelgenen123.
Cytotoxische stoffen
Cytotoxische stoffen die door tumor-targeting bacteriën worden meegevoerd, kunnen een intrinsieke antitumoractiviteit hebben. In combinatie met het gebruik van induceerbare promotors kan de expressie van cytotoxische agentia strak worden gecontroleerd om hun toxische effecten op normaal weefsel te beperken. Cytolysine A (ClyA), een porievormend hemolytisch eiwit van 34 kDa, geproduceerd door E. coli, S. Typhimurium, en Paratyphi A, kan naar het bacterieel oppervlak worden getransporteerd en zonder posttranslationele modificatie worden gesecreteerd. Verschillende bacteriestammen, zoals E. coli en verzwakte S. Typhimurium, zijn gemanipuleerd om ClyA tot expressie te brengen vanuit een constitutieve promotor5 of vanuit induceerbare promotors geactiveerd door arabinose5 of doxycycline7, en deze stammen hebben uitstekende tumorremmende effecten laten zien.
Inductie van apoptose in tumorcellen is een veelbelovende strategie voor kankertherapie. Apoptine, een van het kippenanemievirus afgeleid eiwit, induceert selectief apoptose in een groot aantal menselijke kankerceltypen via een p53-onafhankelijke, Bcl-2-ongevoelige route, zonder effecten op normaal weefsel124. Door een apoptine coderend eukaryotisch expressieplasmide (pCDNA3.1) te transformeren in een verzwakte S. Typhimurium stam, constateerden Wen et al. een significante tumorregressie met minimale systemische toxiciteit bij muizen die drager waren van larynxkanker65. Andere cytotoxische stoffen die op soortgelijke wijze kunnen worden gebruikt om apoptose te induceren zijn drie leden van de TNF-α familie (TNF-α, TRAIL, en het Fas ligand); door hun korte halfwaardetijd en hepatotoxiciteit wordt het nut van deze cytotoxische liganden echter beperkt door hun onvoldoende blootstelling aan tumoren en schadelijke effecten op de leverfunctie125. Om de biologische beschikbaarheid en de duurzaamheid van deze eiwitten te verbeteren, zijn bacteriën gebruikt om ze rechtstreeks in het tumorgebied af te leveren48,78,126,127. Forbes et al. ontwikkelden een niet-pathogene S. Typhimurium stam die murine TRAIL tot expressie brengt onder controle van de stralingsinduceerbare recA promoter. Na bestraling werd TRAIL uitgescheiden, waarna het de groei van borsttumoren aanzienlijk vertraagde en het risico op overlijden verminderde48.
Invasin, een Yersinia oppervlakte-eiwit, kan zich selectief binden aan β1 integrine om de bacteriële toegang tot gastheercellen te bewerkstelligen. Met behulp van een niet-pathogene, recombinante invasieve E. coli-stam die invasine en het modelantigeen ovalbumine alsook LLO coëxpresseert, toonden Critchley-Thorne et al. aan dat de gemanipuleerde stam β1 integrine-expresserende cellen kon binnendringen en eiwitten aan tumoren kon afleveren om therapeutische effecten bij muizen teweeg te brengen128. Azurine, een laag-moleculair-gewicht redox eiwit, kan efficiënt worden geïnternaliseerd om kankercel apoptose te initiëren door de intracellulaire p53 en Bax niveaus te verhogen om het vrijkomen van mitochondriaal cytochroom c in het cytosol te induceren. De doeltreffendheid van op E. coli gebaseerde azurinetoediening bij het onderdrukken van de groei van B16-muismelanoom en 4T1-muisborstkanker werd aangetoond door Nissle in 1917; bovendien voorkwam deze aanpak ook longmetastase en stimuleerde ontstekingsreacties29.
Prodrug-converterende enzymen
De expressie van prodrug-converterende enzymen kan prodrugs omzetten in cytotoxische agentia, specifiek in het tumorgebied. Het nut van deze strategie om de doeltreffendheid van de kankerbehandeling te verbeteren en de neveneffecten van systemische toediening te verminderen, is onderzocht. Verschillende prodrug-converterende enzymen zijn door bacteriën toegediend96,129,130,131. Cytosine deaminase (CD) zet het niet-toxische 5-fluorocytosine (5-FC) om in het chemotherapeutische middel 5-fluorouracil (5-FU). 5-FU is zeer giftig omdat het verder wordt gemetaboliseerd tot een product dat interfereert met de DNA- en RNA-synthese132,133,134,135. Bij gelijktijdige toediening van een verzwakte S. Typhimurium (VNP20009) stam die E. coli CD tot expressie brengt en 5-FC aan patiënten, werd omzetting van 5-FC in 5-FU waargenomen, wat wijst op bacteriële productie van functioneel CD in de tumor54.
Het herpes simplex virus type I thymidine kinase/ganciclovir (HSV1-TK/GCV) systeem is een andere prodrug-converterende enzym/prodrug combinatie die op grote schaal is bestudeerd voor gebruik bij tumortherapie. Tumorweefselspecifieke HSV1-TK expressie kan de niet-toxische precursor ganciclovir omzetten in ganciclovir-3-fosfaat, een toxische stof die tumorcellen doodt. Liu et al. testten de in vivo werkzaamheid van een Bifidobacterium infantis stam die HSV1-TK en GCV tot expressie brengt voor prodrug therapie in een rat blaastumor model. De resultaten toonden aan dat deze gerichte aanpak de groei van blaastumoren bij ratten effectief kon remmen door de expressie van caspase 3 te verhogen en apoptose te induceren131. Een andere stam voor de toediening van prodrugs die enzymen omzet, E. coli DH5α die β-glucuronidase tot expressie brengt en de glucuronide prodrug 9ACG hydrolyseert in de topoisomerase I inhibitor 9-aminocamptothecine (9AC), toonde een efficiënte inhibitie van tumoren129. Het gebruik van verzwakte S. Typhimurium VNP20009 als vector voor het toedienen van carboxypeptidase G2 toonde een verhoogde antitumor werkzaamheid in combinatie met toediening van prodrugs130.
Immunomodulatoren
Cytokinen kunnen antitumor effecten bereiken door de proliferatie, activering en differentiatie van immuuncellen te vergemakkelijken, door apoptose in tumorcellen te induceren, en via antiangiogenese effecten op de tumor vasculatuur. Verscheidene cytokinen, waaronder GM-CSF, IL-12, en IL-18, zijn klinische proeven voor kankertherapie begonnen136. Cytokines die tot expressie worden gebracht door tumor-targeting bacteriën werden specifiek aan de tumorregio afgegeven, waar zij de antitumor immuunrespons in het TME versterkten20,29,49,62,137,138,139,140. Intraveneuze toediening van een IL-18-expresserende verzwakte S. Typhimurium stam remde de primaire tumorgroei in muizen, induceerde massale leukocyten infiltratie (voornamelijk granulocyten), en verhoogde NK en CD4+ T-cel maar niet CD8+ T-cel rekrutering. Bovendien verhoogde deze benadering ook de cytokineproductie in het tumorgebied, waaronder die van IL-1β, TNF-α, IFN-γ, en GM-CSF49. IL-2 is het meest bestudeerde cytokine in de context van bacteriële toedieningssystemen. Orale toediening van een S. Typhimurium Ty21a-stam die IL-2 tot expressie brengt, remt hepatocellulair carcinoom (HCC) in muismodellen23,29. Flagelline, dat het aangeboren immuunsysteem activeert via TLR5, is een uitstekende immunotherapie-adjuvans gebleken141. Onze groep behandelde muizen met darmkanker met een verzwakte ΔppGpp S. Typhimurium stam die heteroloog flagelline uitdrukt en toonde aan dat het de antitumor immuniteit verbeterde via samenwerking met de TLR4 en TLR5 signaalwegen. Deze benadering bevordert ook een M2-naar-M1 verschuiving in macrofagen en verhoogt stikstofoxide niveaus in tumoren.20
Geënteerde bacteriën die tumor-geassocieerde antigenen tot expressie brengen kunnen TME’s sensibiliseren en de zelftolerantie overwinnen die wordt opgewekt door regulerende T-cellen, waardoor effector en geheugen T-cel reacties worden opgewekt tegen antigeen-producerende tumorcellen.142,143 Een aantal prostaatkanker-geassocieerde antigenen zijn gerapporteerd. Op bacteriën gebaseerde vaccins tegen prostaat-specifiek antigen (PSA) zijn getest in verschillende muismodellen139,144. Endogene PSA-gentoediening met behulp van verzwakte S. Typhimurium SL7207 verminderde de immuuntolerantie tegen muizen prostaat stamcelantigenen en vertraagde de tumorgroei aanzienlijk84. Gentherapiebenaderingen met antigenen tegen HER-2/neu143, NY-ESO-183, survivin88, en Mage-b145 hebben ook veelbelovende tumorremmingseffecten laten zien.
Grote belangstelling heeft zich ontwikkeld op het gebied van immuuncheckpointblokkade (ICB) kankertherapie. Ondanks het succes van ICB-therapie in klinische trials, hebben slechts enkele patiënten baat bij deze behandeling. Er zijn verschillende redenen voor de gastheerweerstand die aan dit effect ten grondslag ligt, waarvan het immuunsuppressieve TME de belangrijkste is146,147. Studies tonen aan dat tumorkolonisatie door bacteriën pro-inflammatoire reacties kan induceren met verhoogde expressie van IL-1β, TNF-α, en IFN-γ, evenals NK- en T-celactivatie; daarom kan een combinatie van ICB en bacteriële therapieën de gastheerweerstand overwinnen131.
Targeting the tumor stroma
Angiogenese speelt een belangrijke rol in tumorgroei en metastase. Het aanpakken van tumorneovascularisatie is een veelbelovende richting voor kankertherapie. Endostatine is een 20 kDa C-terminaal fragment van type XVIII collageen dat het ontstaan van tumorvaten op een dosis-afhankelijke manier kan remmen zonder duidelijke bijwerkingen of resistentie tegen geneesmiddelen148,149. Xu et al. kloneerden endostatine en een siRNA tegen signaaltransducer en activator van transcriptie 3 (Stat3) in een verzwakte S. Typhimurium-stam. Zij testten vervolgens de therapeutische werkzaamheid van de stam in orthotroop HCC en toonden aan dat deze de tumorproliferatie en -metastase kon remmen, de hoeveelheid tumormicrovasculatuur kon verminderen, de CD4+/CD8+ T-celpopulaties en de expressieniveaus van verschillende ontstekingsbevorderende cytokines (waaronder IFN-γ en TNF-α) kon verhogen, en de expressie van TGF-β, regulatoire T-cellen en vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF) kon downreguleren149. VEGF en zijn receptor (VEGFR) regelen de angiogenese van tumoren121,145. Orale toediening van verzwakte S. Typhimurium SL3261 die het extracellulaire VEGFR2 domein tot expressie brengt, remde tumorgroei, neovascularisatie en pulmonaire metastase. Bovendien namen de percentages CD4+ en CD8+ T-cellen in het tumorgebied aanzienlijk toe121. Endoglin (CD105) is een lid van de TGF-β receptorfamilie. TGF-β1 en hypoxie kunnen de promotor van het endoglin-gen upreguleren, en deze promotor is zeer actief in tumorale endotheelcellen. Daarom wordt endoglin beschouwd als een doelwit voor kankertherapie150. Paterson et al. gebruikten op Listeria gebaseerde vaccins tegen CD105, Lm-LLO-CD105A, en Lm-LLO-CD105B om borstkanker in een muismodel te behandelen. De vaccins stimuleerden een robuust antiangiogenese-effect en een antitumor immuunrespons die primaire en metastatische tumoren remde151.
Gene silencing
siRNA’s, een klasse van 20-25 basepaar lange dubbelstrengs RNA’s die bemiddelen bij het stilleggen van specifieke doelgenen, hebben een veelbelovende benadering voor kankertherapie opgeleverd. De grootste belemmering voor RNA-interferentie therapie is echter de behoefte aan specifieke levering van siRNAs aan het tumorgebied. Op bacteriën gebaseerde toedieningssystemen voor siRNA’s tegen Stat363,122,149,152, IDO153,154, survivin155, Sox230, en het aan de celcyclus gekoppelde polo-like kinase 1 (PLK1)57 zijn in tumormodellen van muizen getest. Orale toediening van een verzwakte S. Typhimurium stam met een eukaryotisch expressieplasmide dat codeert voor siRNA-Stat3 versterkte de NK cel activiteit en T-lymfocyten functie en verhoogde het percentage CD8+ T cellen, terwijl het het aantal CD4+ CD25+ regulatoire T cellen in de tumor verminderde; deze effecten leidden tot remming van tumorgroei en verlengde overleving van tumor-dragende muizen122. Het uitschakelen van gastheer IDO expressie met behulp van een S. Typhimurium VNP20009 stam die shIDO tot expressie brengt, leidde tot significante tumorinfiltratie door ROS-genererende polymorfonucleaire neutrofielen, die intratumorale celdood bevorderden en aanzienlijke controle van B16F10 melanomen153 en CT26 of MC38 colorectale kankers156.