「トロイの木馬型微生物」：細菌が腫瘍溶解性ウイルスを免疫システムから隠し、腫瘍に直接送り込む

腫瘍溶解性ウイルスはがん細胞を死滅させることができますが、私たちの免疫力には無力です。中和抗体が血液中のウイルスを遮断し、腫瘍への到達を阻止します。コロンビア工科大学の研究チームは、巧妙な回避策を提案しました。それは、腫瘍を発見して増殖する細菌の中にウイルスを隠すというものです。Nature Biomedical Engineering誌に、彼らはCAPPSIDプラットフォーム「安全な細胞内送達のための原核生物とピコルナウイルスの協調的活動」を発表しました。サルモネラチフス菌は腫瘍溶解性ウイルスであるセネカウイルスA（SVA）のRNAを産生し、腫瘍細胞内に放出します。ウイルスはそこから飛び立ち、拡散していきますが、循環する抗体には見えません。免疫能のあるマウスでは、この「仕掛け」によって腫瘍の増殖が抑制され、既存の抗ウイルス免疫があっても効果を発揮しました。

研究の背景

腫瘍溶解性ウイルスは長らく「自己複製型薬剤」と考えられてきました。つまり、ウイルスはがん細胞を選択し、その内部で複製し、腫瘍に対する免疫反応を引き起こします。しかし、このアプローチには、持続的な全身的障壁、すなわち送達という障壁が存在します。静脈内投与されたウイルスは、中和抗体や自然免疫系の要素によって速やかに遮断され、一部の粒子は肝臓や脾臓に「付着」しますが、密度が高く灌流の少ない腫瘍に到達するのはごくわずかです。そのため、多くの臨床プロトコルは腫瘍内注射に限定せざるを得ず、適応範囲が狭まり、複数の病巣の治療が困難になっています。

ウイルスと並行して、「生」抗腫瘍剤の新たな分野、すなわち遺伝子組み換え細菌が開発されました。サルモネラ菌、大腸菌、リステリア菌などの弱毒化株は腫瘍親和性を示し、低酸素状態の腫瘍領域に容易に定着し、細胞毒素、サイトカイン、あるいは遺伝子カセットを局所的に送達するためのキャリアとして機能します。しかし、細菌療法は局所的に作用し、コロニー形成の規模によって制限されます。つまり、「細菌の巣」の外側の細胞に到達することは困難であり、安全性と制御性は常に規制当局の厳密な管理下にあります。

このような背景から、両者の長所を組み合わせるというアイデアは理にかなっているように思われます。これまで、ウイルスをポリマーで「保護」したり、キャリア細胞（例えば間葉系幹細胞）に隠したり、エクソソームを使用したりといった試みがなされてきました。これらのアプローチはすべて抗体を部分的に回避しますが、その生成と制御を複雑化させます。細菌は自力で腫瘍を見つけ出し、「カーゴ」を組織の奥深くまで送り込むことができます。もし細菌が腫瘍細胞に直接ウイルスを発射するように訓練されれば、全身免疫の「防空傘」を回避し、同時にウイルスの拡散によってコロニーの外に感染範囲を拡大することが可能になります。

実用化の鍵は安全管理です。細菌内でむき出しの腫瘍溶解性ウイルスは、理論上は「暴走」する可能性があります。そのため、現代のプラットフォームは多層ヒューズを構築しています。ウイルスRNAは腫瘍細胞内でのみ合成・放出され、ビリオンの完全な組み立ては「鍵」、つまり細菌のみが供給する特定のプロテアーゼなどの因子に依存します。その結果、ウイルスは標的に到達するまで「盲目的な乗客」のままです。免疫系は血流中でウイルスを認識せず、標的を絞った方法で放出されるため、制御不能な拡散の可能性は低減されます。これが今回の新たな研究で開発された戦略であり、「運び屋細菌」が腫瘍溶解性ピコルノウイルスを腫瘍に確実に送達し、本当に必要な場所で活性化できることを実証しています。

仕組み

• 細菌スポッター。S . typhimuriumは自然に腫瘍に到達し、癌細胞に侵入することができます。内部では、特定のプロモーターを用いてウイルスRNA（SVAゲノム全長を含む）を転写します。
• 自己溶解の「引き金」。細菌は腫瘍細胞の細胞質内で溶解するようにプログラムされており、同時にウイルスRNAと補助酵素を放出します。ウイルスは複製サイクルを開始し、隣接する細胞に感染します。
• セキュリティ管理。ウイルスはさらに改変され、成熟したウイルス粒子を組み立てるためには、細菌からのみ供給されるプロテアーゼ「キー」（例えばTEVプロテアーゼ）が必要になります。これにより、制御不能な拡散が抑制されます。
• 抗体からの「シールド」。ウイルスRNAは細菌の中に「閉じ込められている」ため、血液中の中和抗体はそれを感知できず、腫瘍への送達を助けます。

実験で分かったこと

• 培養において、CAPPSID は、細菌に感染していない細胞（H446 神経内分泌肺がん細胞株を含む）において、本格的な SVA 感染およびウイルス拡散を引き起こしました。
• マウスでは、腫瘍内および静脈内にCAPPSIDを投与すると腫瘍の成長が抑制され、強力なウイルス複製が可能になりました。一部のモデルでは、皮下のSCLC腫瘍が完全に根絶されました。
• 免疫の「ノイズ免疫」：このシステムはSVAに対する中和抗体が存在する場合でも機能した。細菌がゲノムを腫瘍に送達し、ウイルスは「防御線の背後」に発射された。
• 拡散の抑制: ウイルスは細菌のプロテアーゼに条件付きで依存しているため、元の細胞の外での感染サイクルの数を制限することができ、安全管理をさらに強化できます。

これがなぜ重要なのか（そして従来のアプローチとどう違うのか）

従来の腫瘍溶解性ウイルスには、2つの問題があります。1つは抗体が血中でウイルスを捕捉すること、もう1つは全身への拡散による毒性リスクです。一方、遺伝子操作された細菌は腫瘍を好みますが、局所的に作用し、腫瘍の末梢に「到達」するのが困難です。CAPPSIDは、この2つの長所を兼ね備えています。

• 細菌による送達 → 抗体を回避して腫瘍に到達する可能性が高くなる。
• ウイルスが内部に存在する → 隣接する細胞に感染し、細菌コロニーを超えて活動範囲を拡大する。
• 細菌のプロテアーゼを必要とするウイルスの形で組み込まれた「ヒューズ」により、制御不能な拡散のリスクが軽減されます。

技術的な詳細

• サルモネラでは、 SPI-1/SPI-2 病原性アイランドプロモーターが採用され、ウイルス RNA と溶解タンパク質 (HlyE、φX174 E) の転写を適切な時期と場所で正確に活性化しました。
• 研究者らは、レプリコン（自己増幅するが拡散しないRNA）と完全長SVAの両方をテストしたが、後者は再感染による病変の拡大により効果的であった。
• TEVプロテアーゼは、ウイルス粒子の組み立ての「外部キー」として使われました。これがなければ、ウイルスは「成熟しません」。

今後の参考のための制限事項と質問

• 現時点では、これは前臨床段階であり、細胞、免疫能のあるマウス、限られた腫瘍モデル、同所性モデル、GLP 毒性学がこれから先にあります。
• 全身投与中の細菌の安全性と、ウイルスの変異による逃避に対する「ヒューズ」の耐性について徹底的な評価が必要です（著者らはすでに、逆戻りの可能性を減らす切開部位の選択を定めています）。
• 実際の臨床では、安全性が証明された菌株（例えば、ヒトの弱毒化サルモネラ菌由来物）と免疫療法とのよく考えられた組み合わせが必要になります。

これは明日何を意味するのでしょうか?

• 送達が主なボトルネックとなっている固形腫瘍に対する新しい「生薬」。
• ウイルス標的の個別化: SVA は神経内分泌腫瘍に対する向性を示しており、理論的には、このプラットフォームは他の腫瘍溶解性ピコルナウイルスまたはレプリコンにも再利用できます。
• 感染部位への局所的な放出により、ウイルス粒子の消費量と全身的副作用のリスクが低減します。

結論

エンジニアたちは、細菌を「生きたカプシド」へと変化させました。このカプシドは、ウイルスを抗体から隠蔽し、腫瘍へと送達し、安全に体内に送り込む鍵となります。マウスでは、このカプシドが腫瘍の成長を抑制し、抗ウイルス免疫を回避します。次のステップは、臨床試験に向けて、このプラットフォームの安全性とカスタマイズ性を確認することです。

出典：Singer ZS、Pabón J.、Huang H.、他「遺伝子操作された細菌が腫瘍溶解性ウイルスを発射・制御する」Nature Biomedical Engineering（2025年8月15日オンライン版）doi: 10.1038/ s41551-025-01476-8