从癌症患者处取出肿瘤细胞，并将其注射到斑马鱼胚胎中。肿瘤将在胚胎内生长，从而将这些胚胎有效地转变为特定癌症患者的化身。然后，可以在zAvatars上测试各种治疗方案——与传统的在小鼠身上进行的测试相比，这种方法可以在几天内而非几周或几个月内确定最适合该患者的治疗方案。该测试已经使用结直肠癌患者的样本进行开发和研究。
一段 21 小时视频的静态图像显示人类膀胱肿瘤（红色）被斑马鱼巨噬细胞（绿色）清除。图片来源：Mayra Martinez-López
斑马鱼模型正在为膀胱癌治疗带来新的突破，揭示了BCG疫苗触发的巨噬细胞如何摧毁癌细胞。这种创新方法提供了一种更快速的方式来个性化癌症治疗。
使用斑马鱼“化身”（Avatars），这是一种由Champalimaud基金会的癌症发展与先天免疫逃逸实验室（由Rita Fior领导）开发的动物模型，Mayra Martínez-López（曾是该实验室的博士生，现在在厄瓜多尔基多的美洲大学工作）及其同事研究了BCG疫苗对膀胱癌细胞作用的初步步骤。他们的研究结果今天（2024年8月1日）发表在《疾病模型与机制》期刊上，显示巨噬细胞——在感染后被激活的第一线免疫细胞——能够促使癌细胞自杀，并迅速吞噬死亡的癌细胞。
斑马鱼化身（zAvatars）的构思相当简单但非常有前景：从癌症患者处取出肿瘤细胞，并将其注射到斑马鱼胚胎中。肿瘤将在胚胎内生长，从而将这些胚胎有效地转变为特定癌症患者的化身。然后，可以在zAvatars上测试各种治疗方案——与传统的在小鼠身上进行的测试相比，这种方法可以在几天内而非几周或几个月内确定最适合该患者的治疗方案。该测试已经使用结直肠癌患者的样本进行开发和研究。
被斑马鱼巨噬细胞（绿色）包围的人类膀胱肿瘤（红色）。细胞核显示为蓝色。图片来源：Mayra Martinez-López 等人，《2024 年疾病模型和机制》
癌症免疫疗法的历史见解
Fior对应用该模型有了新的想法。马丁内斯-洛佩斯回忆说：“当我以博士生的身份加入丽塔的实验室时”（2019 年），“我们正在讨论我可以进行的几个项目，丽塔提到卡介苗正在用于膀胱癌患者。马丁内斯-洛佩斯（Martínez-López）记得，当她还是个孩子的时候，她在南美洲获得了针对结核病的卡介苗，后来她开始研究这种疾病。“但这是我第一次听说结核病疫苗可以作为癌症治疗方法，”她指出。这立即引起了她的注意。
卡介苗疫苗于 1920 年代首次用于对抗结核病，然后在 1976 年左右开始用作第一种癌症免疫疗法。但在此之前的几十年，在 1890 年代，在纽约医院（现为威尔康奈尔医学中心）工作的外科医生威廉·科利 （William Coley） 已经测试了一种不同细菌的混合物，创造了“科利毒素”，作为一种癌症免疫疗法！
科利注意到，医院里几名几乎无望的癌症患者在进行切除肿瘤的手术后感染了细菌感染，似乎“奇迹般地”缓解了他们的癌症（当时外科手术的无菌条件并不理想）。他的想法是，这种恢复远非奇迹，实际上是由患者对感染的免疫反应引起的。
人膀胱肿瘤（红色）被斑马鱼巨噬细胞（绿色）清除。图片来源：Mayra Martinez-López
Coley开始尝试在许多肉瘤患者中诱导细菌感染，并能够复制一些癌症缓解。然而，在当时，他的方法远未得到证实和安全——与此同时，还开发了其他治疗方法，例如放射疗法——因此他的研究没有得到深入。但近年来，免疫疗法领域获得了巨大的发展势头，带来了新的、更科学的方法来增强免疫系统以对抗癌症（https://fchampalimaud.org/news/check-up-19-cancer-immunotherapy）。
“卡介苗免疫疗法仍然相当经验性地使用，”马丁内斯-洛佩斯说。“然而，由于它对许多人有效，它已成为一种黄金标准疗法。令人惊讶的是，这是一种非常有效的免疫疗法，即使与许多正在开发的花哨免疫疗法相比也是如此。
巨噬细胞在癌症治疗中的作用
治疗包括将卡介苗直接滴入膀胱。当治疗起作用时，所谓的“非肌肉侵入性”（早期）膀胱癌患者的 15 年生存率为 60%-70%。然而，在 30%-50% 的病例中，膀胱肿瘤对 BCG 治疗无反应。在这些情况下，必须切除整个膀胱。
到目前为止，卡介苗疫苗作为免疫调节剂清除膀胱肿瘤的方式尚不完全清楚。
对免疫反应的微观洞察
该团队的想法是免疫细胞，特别是驻留在膀胱中的巨噬细胞，参与其中。他们能够确定在将卡介苗注射到斑马鱼阿凡达中后会发生什么。为了做到这一点，他们使用了所谓的光片显微镜和共聚焦成像，这使他们能够以单细胞分辨率和实时地看到巨噬细胞与肿瘤细胞的相互作用。
他们获得的由疫苗触发的过程（其中巨噬细胞和癌细胞用不同的荧光染料标记）的彩色视频显示，巨噬细胞在注射卡介苗时被大量募集到肿瘤部位，通过依赖于巨噬细胞分泌的称为肿瘤坏死因子（TNF）的细胞自杀（凋亡）过程直接杀死人类膀胱癌细胞， 它充当免疫系统的有效信号分子。
他们进一步表明，当巨噬细胞在zAvatar中耗尽时，BCG疫苗的抗肿瘤作用被完全阻断，从而证明巨噬细胞对于最初的抗肿瘤反应确实至关重要。
“Mayra所看到的，”Rita Fior说，“如果你注射卡介苗，进入肿瘤的巨噬细胞数量会显着增加。在卡介苗的存在下，免疫细胞的颜色从红色变为黄色，这意味着它们表达了TNF。
马丁内斯-洛佩斯总结道：“我们不仅揭示了疫苗抗肿瘤作用第一步所涉及的机制，而且还证明了斑马鱼阿凡达模型是肿瘤学药物发现的强大临床前工具。
参考资料：
“巨噬细胞通过TNF信号直接杀死膀胱癌细胞，对BCG疗法的早期反应”，2024年8月8日，疾病模型和机制。
DOI： 10.1242/dmm.050693