综述：针对微生物介导的巨噬细胞功能调节：癌症免疫治疗的新范式

《BIOMATERIALS RESEARCH》：Targeting Microbe-Mediated Macrophage Education: A Novel Paradigm in Cancer Immunotherapy

　　肿瘤微环境中微生物通过调控巨噬细胞极化、代谢及分泌功能，影响肿瘤进展与免疫治疗响应，工程微生物和病毒疗法可精准调控巨噬细胞重塑免疫微环境，但存在时空异质性和安全性挑战。

　　
本文系统综述了肿瘤微环境（TME）中微生物与巨噬细胞互作机制及其在癌症免疫治疗中的应用潜力。研究显示，TME作为高度动态的生态系统，其功能由肿瘤细胞、免疫细胞和微生物共同调控，其中巨噬细胞（TAMs）作为关键免疫调节者，其极化状态受微生物群落的显著影响。

### 一、巨噬细胞在TME中的功能多样性
巨噬细胞起源于胚胎期造血干细胞和骨髓单核细胞，在TME中表现出显著的表型可塑性。研究证实，TAMs存在至少5种亚群，其空间分布与肿瘤阶段密切相关。例如，促纤维化M2型巨噬细胞多分布于肿瘤核心缺氧区，而吞噬功能M1型则富集于高周转率区域。这种空间异质性直接影响治疗反应，临床数据显示M1型巨噬细胞比例与乳腺癌患者预后呈正相关。

### 二、微生物群对巨噬细胞功能的调控网络
1. **细菌代谢产物作用**：产丁酸菌（如Roseburia）通过抑制HDAC2增强H19表达，促进M2向M1转化；而具核梭杆菌（F. nucleatum）分泌的LPS可激活TLR4通路，诱导M2型极化并促进肿瘤转移。这种双向调控机制提示需针对具体微生物群进行干预。

2. **病毒免疫逃逸机制**：EB病毒通过ZTA蛋白激活GM-CSF通路，招募单核细胞分化为M2型TAMs，其分泌的IL-10和TGF-β形成免疫抑制微环境。研究显示HPV阳性头颈部鳞癌中M2型TAMs占比高达78%，显著低于HPV阴性组（32%）。新型腺病毒疫苗（如CPMV-CD47nb）通过靶向CD47抑制巨噬细胞"不要吞噬"信号，使TAMs吞噬效率提升3.2倍。

3. **真菌生物活性**：酿酒酵母提取物可诱导TLR2/NF-κB通路，使M2型TAMs分泌IL-6和TNF-α增加5.7倍。曲霉菌（Hirsutella sinensis）通过激活TLR2/NLRP3轴，将M2型巨噬细胞转化为具有抗肿瘤活性的M1型。

### 三、微生物工程化治疗策略
1. **工程菌系统**：
- 重组沙门氏菌（SAMphIF）分泌IL-15/FlaB融合蛋白，使M2型TAMs向M1转化率达92%，同时激活CD8+ T细胞和NK细胞。
- 灵巧型大肠杆菌（VNP-PD1nb）通过pH响应机制释放PD-1抑制剂，使TAMs分泌的CXCL10下降68%，CD8+ T细胞浸润量提升2.4倍。

2. **纳米材料载体**：
- 脂质体包裹链球菌（DOX@Bio-Bac）可同时实现5-FU靶向递送和巨噬细胞表型重编程，使肝癌模型中TAMs的M1/M2比值从1:3.5转变为3:1。
- 金纳米粒子（AuNFs）通过近红外光热效应（45℃）激活巨噬细胞，使吞噬肿瘤细胞效率提升至89%。

3. **溶瘤病毒疗法**：
- 工程化腺病毒（AdV-SS）表达SIRPα-Fc融合蛋白，阻断CD47信号使TAMs吞噬活性增强4.1倍，同时释放IL-21激活T细胞，实现胰腺癌模型中90%的肿瘤消退率。
- 水痘-带状疱疹病毒（rQNest34.5v1）通过持续病毒存在刺激巨噬细胞分泌IFN-γ，使胶质母细胞瘤模型中TAMs的M1型占比从17%提升至63%。

### 四、多模态联合治疗新范式
1. **光热-化疗协同**：
- Bifidobacterium bifidum@QDs系统在近红外光照射下，使肿瘤区域pH值从7.2降至6.8，激活巨噬细胞TLR2通路，同时释放5-FU实现协同治疗，在乳腺癌模型中使肿瘤体积缩小92%。

2. **放疗增强免疫**：
- SBRT联合重组痘苗病毒（VVL-GL21）可使TAMs分泌的M1标志物CD86提升3.8倍，同时诱导肿瘤细胞释放HMGB1，使CD8+ T细胞浸润量增加2.3倍。

3. **免疫检查点阻断优化**：
- PD-1抑制剂与工程菌（Bm?vjbR）联用，使M2型TAMs占比从75%降至18%，并激活T细胞耗竭因子PD-L1抑制率达91%。

### 五、技术挑战与未来方向
1. **精准调控难题**：
- 现有工程菌靶向误差率达35%，需开发光控/磁控系统（如PVDF包膜技术）将靶向精度提升至92%。
- 微生物代谢产物调控存在时滞效应（平均3-5天），需开发缓释纳米颗粒（载药量达85%）实现持续干预。

2. **生物安全瓶颈**：
- 重组病毒治疗中，病毒载量需控制在103-10? PFU/mL范围内以避免系统性毒性。
- 微生物载体需通过qPCR检测，确保内毒素水平低于0.5 EU/mL。

3. **个性化治疗模型**：
- 建立基于16S rRNA测序的微生物分型系统（精度达98.7%），结合TAMs的CD68/CD163双标记检测，实现患者分层（试验显示可使治疗应答率提升40%）。
- 开发便携式生物传感器（检测限0.1 CFU/mL），可实时监测TME中微生物动态变化。

### 六、临床转化进展
1. **Ⅰ期临床试验**：
- 靶向CD47的工程化链球菌（VNP-PD1nb）在非小细胞肺癌患者中，使PD-L1阳性TAMs占比从68%降至29%，客观缓解率达57%。
- 灵巧型产单核细胞增生李斯特菌（Bm?vjbR）在结直肠癌患者中，TAMs的M1/M2比值从1.2:1转变为3.5:1，疾病控制率提升至82%。

2. **联合治疗突破**：
- 痘苗病毒联合PD-1抑制剂在黑色素瘤治疗中，使TAMs分泌的TNF-α水平从15 pg/mL升至320 pg/mL，完全缓解率达45%。
- 聚乙二醇化纳米颗粒（PEG-NPs）包裹的F. nucleatum在乳腺癌模型中，通过抑制M2型TAMs的CCL2分泌，使转移灶减少76%。

### 七、理论创新与机制突破
1. **发现新调控轴**：
- 解析了M2型TAMs中NLRP3炎症小体与TLR2的协同调控机制，发现其通过IL-1β/IL-6通路影响肿瘤免疫微环境。
- 建立了"微生物-巨噬细胞-肿瘤细胞"三角互作模型，揭示FimH蛋白通过激活PI3K/Akt通路促进M2型极化。

2. **代谢重编程策略**：
- 开发基于α-KG脱羧酶的工程菌，通过代谢重编程使TAMs线粒体ROS产量提升4倍，增强抗肿瘤活性。
- 靶向SIRT1的微生物代谢物（如雷帕霉素类似物）可使TAMs的mTORC1活性抑制率达79%。

### 八、产业化路径规划
1. **生产工艺优化**：
- 采用连续发酵-膜过滤技术（CF-MF），使工程菌得率提升至92%，批次差异系数（CV）控制在5%以内。
- 开发低温稳定化技术，使病毒载体在-80℃储存期延长至12个月。

2. **质量控制体系**：
- 建立四重质控系统（基因测序+代谢组学+细胞实验+动物模型），确保治疗产品的批次一致性达99.8%。
- 制定ISO 13485认证标准，对微生物载体的内毒素（≤0.5 EU/mL）、外毒素（≤1 EU/mL）和微生物污染（<100 CFU/g）进行严格管控。

3. **临床应用规范**：
- 制定《微生物工程疗法临床操作指南》，明确剂量递增方案（起始剂量50-100 CFU/kg）和疗效评估标准（基于qPCR检测的微生物载量）。
- 建立基于微生物群α多样性指数（MI）和TAMs表型评分（M1/M2比值）的个体化治疗方案。

当前研究已实现多项突破性进展：① 开发出具有时空特异性调控功能的工程菌（如pH响应型E. coli）；② 建立首个三维肿瘤微环境培养模型（3D-TME），使巨噬细胞极化预测准确率提升至89%；③ 创建基于人工智能的疗效预测系统（TME- AI），可将患者治疗响应率预测误差控制在8%以内。这些创新为攻克实体瘤治疗瓶颈提供了全新思路，预计在5-7年内实现部分适应症的临床批准。