癌症的三大謎團

癌症三大謎分別是藥物耐受、腫瘤轉移和非腫瘤組織的作用。這是最近《自然》Outlook中關於腫瘤研究面臨的三大困境。前面寫過2次，在這裡匯總一下，以方便閱讀。http://www.nature.com/nature/journal/v509/n7502_supp/full/509S69a.html

一、耐葯問題

1996年，紐約斯隆凱特琳紀念癌症中心臨床腫瘤學家Charles Sawyers主持一個針對癌細胞特異性基因突變的藥物早期臨床實驗，這個藥物的是imatinib（格列衛），治療的疾病是慢性淋巴細胞白血病。Sawyers的這次臨床研究發現，這種藥物治療的效果非常理想。但不幸的是，一旦對這一藥物產生耐受，腫瘤細胞再次捲土重來。

格列衛的情況給腫瘤學家一頭霧水，格列衛是瑞士諾華公司的產品，是目前市場上最有潛力的個性化腫瘤治療藥物。通過確定疾病基因突變原因，並設計出針對性藥物，這算是醫藥技術上的一次革命。針對對該藥物的耐受，醫藥公司已經開發出兩個後續藥物。

不過只針對基因突變治療腫瘤不是一個通用模式，因為很少比例的惡性腫瘤象白血病的原因那麼簡單。事實證明，格列衛只是一種意外驚喜，這種策略只能針對少數腫瘤有效果。

現在生物學家對惡性腫瘤比10年前了解的要多很多。已經發現500個基因突變和惡性腫瘤發生有關，而且這個數字正在不斷增加。針對基因突變已經獲准上市的腫瘤治療藥物大約有100種，已經和手術切除和放射治療一起成為治療癌症的三種主要方法。這種新的治療方法已經取得了比較理想的效果，惡性腫瘤死亡率增加趨勢在一些地區已經受到一定程度的遏制。

大約50%的惡性腫瘤能通過改善生活飲食習慣和運動預防，戒煙和減少環境污染也十分重要。為控制惡性腫瘤，科學家必須對一些基本的科學問題進行回答。其中第一個問題就是如何對付癌細胞的耐葯問題。為克服癌細胞耐葯問題，科學家正在研究癌細胞基因組，提出新的藥物設計方案，利用聯合用藥的辦法，甚至從達爾文的進化論中尋找解決問題的智慧。

英國腫瘤研究院腫瘤學家Paul Workman說，從進化論的角度看，腫瘤就是一個生態系統，存在各種各樣基因突變的細胞類型。藥物治療就是給這些複雜的腫瘤細胞種群比較強烈的環境選擇壓力。按照達爾文進化論的觀點，許多腫瘤細胞死亡，部分細胞利用各種生存策略存活下來，這就是所謂適者生存，能存活下來的腫瘤細胞自然獲得耐受藥物的能力。腫瘤細胞耐受藥物的策略有很多，例如產生能將藥物排出細胞外的蛋白泵、加快DNA修復效率、或使用備用分子通路取代被藥物阻斷的細胞功能。英國腫瘤研究院腫瘤學家Charles Swanton認為，許多針對基因突變的一些腫瘤治療藥物本身也往往具有促進腫瘤發生的作用。

全面了解腫瘤細胞的基因多樣性，也許能幫助科學家找到對付藥物耐受的方法。因此，Swanton等科學家正在尋找更快更便宜的DNA測序技術。從目前掌握的數據看，腫瘤細胞似乎存在一組共同的基因突變類型。Swanton將這種現象稱為腫瘤干tumour"s "trunk"。不同腫瘤細胞亞群也存在各自獨特的一組基因突變，Swanton將這種現象稱為腫瘤枝"branches"。目前的治療只是砍掉腫瘤枝，而不顧其他腫瘤枝，這些被忽視的腫瘤枝會再次增生。

科學家現在正嘗試研究腫瘤進化。例如Swanton參加的 TRACERx (Tracking CancerEvolution through Therapy)，就是對850名新確診肺癌患者進行觀察。分別在治療前後對肺癌組織進行多部位採集樣本，然後對這些組織進行全基因序列分析。通過對比分析出和藥物耐受相關的基因突變。這種研究或者能幫助遺傳學家寫出「癌症進化手冊」這樣的文章，通過這種研究或許能不需要基因序列測定就可以預測腫瘤進化方向，以協助提前調整治療方案。

一些科學家擔心，基因變化不能提供腫瘤差異性和藥物耐受的全部信息，除基因突變以外，腫瘤也可以通過基因表達調控達到耐受藥物的目的。哈佛大學醫學院細胞生物學家Joan Brugge就是這樣認為。

不過在沒有完全弄清楚腫瘤耐葯的具體機制前，科學家仍試圖尋找解決藥物耐受的問題。例如採用幾種藥物聯合的策略減少腫瘤進化的可能（圍剿戰術）。這種方法的靈感是來自愛滋病治療的雞尾酒療法（不如說中醫理念）。和腫瘤細胞一樣，愛滋病病毒也具有基因多樣性和快速進化的特徵。但是採用正確的雞尾酒療法已經能將這種人間瘟疫進行控制，實現了使患者長期帶毒生存的目的。和愛滋病相比，癌症的情況更為複雜。愛滋病病毒只有7個基因，而人類基因組有2萬個基因，這讓腫瘤的複雜性遠超過愛滋病病毒。科學家已經提出了一些聰明的聯合治療方案，並在驗證其實際治療效果。

美國癌症研究院癌症診斷和治療負責人James Doroshow相信這種聯合治療方法應該非常可行。美國癌症研究院已經對5000種抗癌藥物進行不同組合驗證對60種癌細胞的效果，將對其中效果理想的聯合方案開展小鼠毒性試驗，這些結果目前還沒有公開發表，但，Doroshow說一些新的意想不到的聯合方案將展示給世人。

Workman小組採用基因網路計算機模型對數千種可能藥物組合和基因進行配對，尋找理想的藥物配方。他認為，雖然藥物聯合治療是目前控制藥物耐受唯一可行的策略。但是開發新藥物仍也十分必要。他估計，只有可憐的5%已知癌症基因有相應藥物，另外95%的癌症基因並沒有特異性藥物，只有5%的子彈，如何消滅100%的敵人？聯合治療的基礎現在仍不夠堅實。

更嚴峻的挑戰是，一些癌基因突變是通過沉默抑癌基因表達，相對於阻斷存在的分子，怎麼對這種不表達的基因進行激活是比較困難的技術。許多腫瘤相關蛋白的結構目前仍不清楚，在沒有弄清楚分子結構前，化學家很難提出解決問題的方案。另外，還有許多未知腫瘤相關蛋白沒有被發現，這就更沒有解決的可能了。

二、腫瘤微環境

惡性腫瘤發生的重要方式是基因突變。一方面，大多數促進腫瘤發生的物理化學因素都能誘發基因突變，另一方面，確實有許多惡性腫瘤明確存在基因突變問題。但是惡性腫瘤的複雜性之一是惡性腫瘤周圍正常組織對腫瘤的發生髮展也具有協助作用，這不僅挑戰人們對惡性腫瘤發生原因的理解，也給人們控制惡性腫瘤帶來了困惑和麻煩。

勞倫斯伯克利國家實驗室生物工程學家Mina Bissell主要研究分布在腫瘤周圍的無腫瘤組織，這些組織被稱為腫瘤微環境，這一領域過去一直被藥物研究領域忽視。來自腫瘤微環境的信號能將限制存在惡性突變的細胞惡性變，甚至放在這樣的微環境中癌細胞也能轉化為良性。

麻省理工學院科赫癌症綜合研究所Jacqueline Lees也認為腫瘤微環境十分重要，只考慮直接殺傷癌細胞，而忽視造成細胞癌變的腫瘤微環境是不全面的，腫瘤和非腫瘤細胞，腫瘤和免疫系統之間存在相互作用，沒有來自周圍組織細胞微環境的支持，腫瘤並不能單獨生存，而傳統的藥物研究完全忽視這一問題。

Lees 目前正在研究癌症休眠現象。腫瘤休眠最早於1864年提出，於1959年被定義，指在原發腫瘤切除後很長時間才發生全身或局部的腫瘤複發。「很長時間」指超出了低複發的時間，所以與腫瘤複發不能混為一談。令人感到興奮的是，處於腫瘤休眠的患者，如同處於慢性疾病患者疾病完全控制的狀態，沒有臨床癥狀和體征。經乳腺切除後處於臨床無病狀態的乳腺癌患者中20%在7年～25年間複發，其中術後10年～20年的複發率穩定在1.5%左右。臨床癌症休眠還常見於甲狀腺癌、腎癌、前列腺癌以及B細胞淋巴瘤和黑色素瘤，而肺癌和結腸癌很少出現這種現象。直到近20年一些新的研究發現才引起了人們對腫瘤休眠現象的關注。Lees正在研究為什麼會發生這種現象。

處於休眠狀態的腫瘤細胞對化療不敏感，因為這些治療方法是針對細胞增殖過程，休眠狀態的腫瘤細胞並不進入正常的細胞增殖分裂周期。是什麼來自微環境中的信號喚醒了這些細胞？Lees說炎症是關鍵因素，炎症是激活免疫系統的信號，手術和許多腫瘤治療方法都能通過炎症信號喚醒休眠的腫瘤細胞。這種從休眠到激活的轉變大約需要48小時，在這期間，休眠的腫瘤細胞需要從周圍正常細胞獲得支持。如果選擇合適的藥物阻斷這一過程，那麼就可以減少這種腫瘤復活的情況。這類藥物應該在化療前給予，以減少化療喚醒休眠腫瘤細胞的可能。

也可以通過調節免疫系統達到同樣的目的，腫瘤細胞擁有多種方法逃避免疫系統的剿滅，例如表達一些能滅活重要抗腫瘤細胞的受體。最近幾年，科學家設計出能阻斷這些受體的藥物，已經獲得令人滿意臨床研究結果。這類藥物被稱為免疫檢查點抑製劑，能夠增強免疫系統對抗惡性腫瘤活性。

但是這種藥物並不能對所有患者有效，科學家也不清楚具體原因。對這樣的腫瘤患者，聯合多種藥物或者能延長患者生存時間。

Lees也同意這種看法，治療惡性腫瘤必須採用多種策略，傳統的治療方法、免疫系統激活以及阻斷正常組織和腫瘤細胞相互聯繫等方法聯合使用才能取得比較理想的效果。

三、腫瘤轉移

導致惡性腫瘤患者死亡的最重要原因是腫瘤轉移。流行病學調查表明，90%的腫瘤患者死於腫瘤轉移。腫瘤轉移的情況比較複雜，有的很快發生，有的很慢，甚至有時候在患者被確定治癒10年後再發生轉移。因此深入理解腫瘤轉移的機制將有利於尋找預防患者死亡的方法。

馬薩諸塞州懷特海德生物醫學研究所腫瘤生物學家Robert Weinberg認為，腫瘤開始轉移的過程已經逐漸被認識。腫瘤生長過程一些細胞很活躍，能進入血液循環。進入血液循環的腫瘤細胞能在其他組織器官定居並形成新瘤體。這一過程最神秘的是這些細胞如何適應並在新環境生存下來。例如，腦組織和骨髓組織是和乳腺組織完全不同的組織類型，但腫瘤組織竟然能在這裡生根發芽。這些組織的葡萄糖、氧濃度、酸礆度等都可能和原發組織有很大不同。在原發組織，腫瘤細胞可以獲得生長因子、蛋白信號等支持性信息，轉移瘤細胞如何獲得這些支撐？Weinberg推測這種適應能力主要依靠基因表達調節，而不是基因突變。更不可思議的是，這些轉移的腫瘤細胞在到達和開始增殖之間的過程。腫瘤細胞可以在轉移目的地保持長達10多年和周圍組織和平共處。德國漢堡艾本德大學腫瘤生物學家Klaus Pantel說，在這些組織中存在阻止這些腫瘤細胞增殖分化的因素，當出現合適條件時，這些細胞重新激活（不就是休眠狀態）。

這些信號目前都不清楚，也沒有太多學者研究這個問題。Chambers說，腫瘤休眠的研究比較枯燥棘手，就好象觀察一面沒有圖象的白牆，科學家不喜歡研究沒有變化的東東。

腫瘤轉移的研究還存在其他一些困難。轉移瘤一旦被識別，患者的身體狀況往往比較差，採集活體標本比較困難，切除腫瘤的價值也往往比較小，這也是轉移瘤研究的困難之一。轉移瘤往往都比較小，難以用常規臨床顯像技術識別。即使人們開發出針對腫瘤轉移的藥物，當前的臨床研究模式也難以確定其治療效果。臨床研究趨向於招募晚期或已發生轉移的腫瘤患者，對這種患者，控制轉移的策略已經完全失去意義，也不可能獲得有效性結果。

為治療已經發生轉移的腫瘤患者，必須弄清楚腫瘤轉移的機制。首先，科學家必須明白腫瘤組織中那些細胞是能轉移的，這些細胞和其他腫瘤細胞的特徵存在那些區別。

Brugge已經開發出一種識別腫瘤起源細胞的方法，她的小組從一個原發腫瘤標本中分離到100個腫瘤細胞，然後克隆這些細胞並對每個克隆進行基因序列測定和標記。然後他們將這些細胞注射到小鼠身上，那些具有轉移特性的細胞將會生長出腫瘤，一旦這些細胞在動物身體內形成腫瘤，將這些腫瘤切下來，根據基因特徵確定是那些細胞，然後對那些正在培養的這種細胞和那些不具有轉移能力的細胞進行對比研究，以確定出轉移腫瘤細胞和非轉移腫瘤細胞的差異特徵。

另外一種方法是從患者血液中分離腫瘤細胞，這些在血液循環中的癌細胞可能存在腫瘤轉移能力的秘密，因為這些細胞中必然存在那些能轉移的細胞。分離到這些腫瘤細胞後，可以用測序、成像和基因表達分析等方法進行研究，和原發腫瘤細胞進行對比獲得轉移腫瘤的特徵。

雖然關於腫瘤生物學的信息仍不夠精確全面，但是新的技術能幫助科學家獲得這些信息。快速基因組序列分析和生物信息學技術能幫助預測具有藥物耐受的腫瘤細胞類型，並協助制定聯合治療的方案。科學家已經建立了腫瘤細胞和正常組織之間相互作用的新模型，轉移細胞也能在轉移前被識別出來。儘管前途充滿艱辛，但科學家仍對克服癌症報樂觀主義看法，畢竟在過去想都不敢想的許多問題現在都已經被提出和克服。