NATURE：癌症療法的進化

與任何生物一樣，腫瘤也受自然選擇規則的支配。醫生們利用腫瘤的這一特性，開發了新的腫瘤療法。

大約六年前，義大利都靈大學（University of Turin）的癌症生物學家Alberto Bardelli遇到了研究上的瓶頸。他一直在研究癌症的靶向治療——一種靶向特定促腫瘤生長的突變的藥物。這一戰略似乎很有希望，一些病人也確實取得了驚人的療效。但是，不可避免地，腫瘤開始對這種藥物產生抵抗。Bardelli一次次見證了病人腫瘤的複發。Bardelli指出，就像是走進了一個死胡同。問題不在於特定突變，而在於進化本身。不幸的是，我們必須直面進化——地球上最強大的力量之一。

Tumour cells can evolve resistance to chemotherapy drugs such as oxaliplatin, shown under a microscope.

研究人員早就知道腫瘤會進化。隨著腫瘤的生長，突變不斷產生，種群中出現基因表型完全不同的細胞。對化療藥物不起作用的細胞存活下來，並迅速增殖。因此，無論使用哪種藥物，腫瘤都能適應，並逐漸形成藥物抵抗。科學家們難以追蹤這一過程，因為其在人體內花費數年逐漸形成。倫敦弗蘭西斯克里克學院（Francis Crick Institute）癌症研究人員Charles Swanton表示，儘管醫生一直對病人說，腫瘤遵循達爾文定律，但學界並沒有足夠的證據支持這一結論。

但事情出現了轉機。隨著測序技術以及大規模臨床樣本和數據收集的進展，科學家們一點點解析了癌症進化的軌跡，揭示了藥物抵抗的根源，以及如何克服這個問題。現在科學家們有了越來越多的技術，能夠將這些生物知識轉化為臨床手段。

Bardelli指出，癌症不斷變化，治療手段也需要隨之不斷改變。本著這種精神，他把實驗室的研究方向轉移到癌症進化上。他的團隊建立了直腸癌對聯合靶向藥物治療產生響應的模型，利用該模型尋找可能阻斷藥物抵抗的機制。該模型顯示，追蹤和治療癌症進化的可能性很高。

生命之樹

癌細胞具有豐富的突變。2012年，Swanton等人對來自2名腎癌患者的多個活檢切片進行序列測定。結果顯示，即使是來自同一個患者，也沒有兩個樣本的基因是一樣的。研究小組不僅檢查了原發性腫瘤，還研究了轉移瘤。在一個患者的樣本中，存在100多個突變，且僅有三分之一的突變是所有樣本共有的。

研究者們可以根據同一患者不同突變類型的癌症細胞的關係，識別出進化過程，畫成發育進化樹，並追溯到同一個原始祖細胞。在首批惡性細胞中發生的突變，位於進化樹的主幹上，這些突變會存在於所有腫瘤細胞中。之後才發生的突變則僅會存在於進化樹的分支上。Swanton表示，如果想清楚腫瘤，就必須靶向進化樹主幹中的突變。

目前已經有一些靶向主幹突變的療法，這種療法往往在治療初期療效顯著。但之後，還是會形成抵抗。Swanton表示，常規的想法往往是腫瘤越小越好，但這種治療會遺留很多問題。這一過程會將耐葯細胞篩選留存下來。Swanton認為，可以同時攻擊幾個主幹突變，畢竟一個腫瘤細胞能抵抗幾種靶向不同突變的藥物的可能性非常小。

一種方法是聯用靶向治療。「理論上，聯合療法應該有效。」 約翰霍普金斯西德尼基梅爾癌症中心（Johns Hopkins Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center）的癌症遺傳學家Bert Vogelstei這樣說道。事實上，他和哈佛大學（Harvard University）進化生物學家Martin Nowak對這一策略進行建模發現，兩種藥物抵抗機制不同的靶向藥物聯用，足以控制轉移性癌症。對於有很多轉移瘤的患者，Vogelstein建議採用三種藥物聯合治療。

研究人員已經在臨床上測試靶向藥物組合。然而，Swanton指出，對於大多數突變並沒有靶向藥物。現有藥物的聯用毒副作用是否明顯增強，也並不明確。所以Swanton目前聚焦免疫療法——幫助免疫系統識別和殺傷癌細胞。

Some cancer drugs (pictured here, dried adriamycin viewed under a microscope) might work better when paired with immunotherapies.

免疫系統通過識別細胞表面的抗原，識別惡性細胞。癌細胞的基因缺陷有時會編碼能引起免疫響應的抗原。但Swanton等人想知道的是，免疫系統對位於進化樹主幹和分支上的抗原響應是否有差異。

今年4月發表的一篇論文中，Swanton等人癌症基因圖譜資料庫（Cancer Genome Atlas，包含幾千個癌症病人的基因數據）的分析發現，主幹突變較多的患者，或者說，主幹抗原和分支抗原比例較高的患者的生存期更長。並且，攜帶較多主幹突變的癌症患者對免疫治療響應更好。這一點完全符合邏輯，因為免疫系統靶向主幹抗原時，能殺傷大部分癌症細胞。

這項研究仍處於初始階段，但Swanton現在正負責一項研究，確認這一發現。該研究名為TRACERx（Tracking Cancer Evolution through Treatment RX）——將隨訪850名肺癌患者的治療過程。該項目會記錄腫瘤的突變變化，確定肺癌的進化軌跡，以及治療如何影響這一過程。

Swanton希望利用這些數據，籌集到足夠的資金，測試基於進化的治療策略。一種方法是識別腫瘤中的免疫細胞，在實驗室條件下培養這些細胞，然後將它們注入病人體內，這種方法被稱為細胞過繼轉移。現在已有研究者利用這種策略培養靶向特定抗原的免疫細胞，但Swanton等人會選擇靶向主幹抗原的免疫細胞。

Killer T cells (orange) are recruited to attack malignant cells (mauve) in the viral-based cancer therapy T-VEC.

這種策略費用極高，但比起一個個靶向治療最終失敗，這種策略成本相對低。Swanton指出，每個療程的治療，基本要花費1萬到10萬美元。如果研究人員能夠開發一種治療轉移性癌症的療法， 那麼整個成本-收益模型和健康經濟模型會發生翻天覆地的變化。從整體來看，是有助於降低癌症的診療成本的。

利用癌症細胞的進化規律，可幫助免疫系統清除癌症細胞。美國Moffitt癌症中心（Moffitt Cancer Center）分子腫瘤學專家Robert Gatenby設立了一個不那麼遙遠的目標：他希望幫助病人與癌共存。上世紀90年代早期，Gatenby就開始思考癌症進化的問題，當時他就職於費城福克斯蔡斯癌症中心（Fox Chase Cancer Center）。他見過太多癌症複發的病人，他覺得這不像是個生物問題，更像是一種詛咒。「無論你多努力，癌症總會捲土重來。」但當他開始從進化的角度思考癌症時，這個問題就可以理解了。

Gatenby開始嘗試對癌症的最佳治療策略進行數學建模。他的模型表明，許多腫瘤學家使用了錯誤的治療策略。通常情況下，醫生會選擇給予患者最大劑量的化療，以殺死最多的腫瘤細胞，希望在出現抵抗前消滅腫瘤。

但從近幾年的研究表明，在接受治療以前，耐葯細胞株就已經存在。只不過，耐葯細胞的數量較少，這是因為耐葯有代價，會影響細胞的機能。然而，大量化療後，耐葯細胞比敏感細胞更有生存優勢。為了解釋這個問題，Gatenby把耐葯比喻成傘：如果下雨了，傘是很有用的。但如果不下雨，傘是一個負擔。Gatenby認為，可以利用細胞群之間的競爭，管理化療劑量和試劑。

最近，他使用兩種乳腺癌小鼠模型測試這一想法的可行性。當他給對照組小鼠使用常規最大劑量化療藥物紫杉醇，治療停止後，腫瘤很快複發。他們也曾嘗試過，當腫瘤開始縮小時，停止化療，療效也沒有提高。第三組小鼠起初接受最高劑量的化療，但一旦動物腫瘤開始縮小，就減輕劑量。第三組治療方法療效最好，小鼠存活率最高，五分之三的小鼠可以完全停掉化療藥物。這種療法根據腫瘤的響應調整，保持藥物抵抗和敏感細胞之間的平衡（圖「進化策略」）。Gatenby的合作者，亞利桑那州立大學（Arizona State University）的生物學家Carlo Maley表示，這是癌症生物學一個令人振奮的進展，因為這種療法治療非常簡單。

2015年5月，Moffitt癌症中心開展了試點研究，測試這種適應性療法能否幫助治療前列腺癌。醫生們會監測病人的PSA（prostate specific antigen, 前列腺特異抗原）——前列腺癌進展的標誌物。然後，根據檢測結果，確定是使用常規治療或是停止治療。研究人員研究了過去的間歇療法，不過間歇療法遵循嚴格的周期控制。適應性治療中，治療周期由腫瘤響應決定。Gatenby也計劃使用試驗中的分子學和臨床數據來建立電腦模型，以用於指導未來的適應性治療。

雙重束縛

很多基於癌症進化理論的療法的研究正在進行中。1月，馬薩諸塞州總醫院胸部腫瘤學家Jeffrey Engelman等人在《新英格蘭醫學期刊》（The New England Journal of Medicine）中詳細解析了一位52歲轉移性肺癌女性患者的案例。該患者的腫瘤中ALK蛋白出現突變，因此醫生首先使用克里唑蒂尼阻斷ALK蛋白的作用。前18個月，患者響應良好。但後來癌症複發。第二代療法也失敗了，所以醫生開始使用仍處於臨床試驗的第三代療法。三代療法在最初一段時間有效，但不到一年，該患者出現肝臟衰竭，不得不住院治療。然後醫生髮現，三代治療使患者的腫瘤出現了一個新的突變，該突變讓腫瘤再次對克里唑蒂尼敏感了起來。當他們再次使用克里唑蒂尼治療時，患者的肝臟恢復了，病情有了好轉，最後順利出院。

對於Engelman博士等人來說，該患者對唑蒂尼恢復敏感是個幸運的意外。但研究人員可以刻意地使用這種策略來治療腫瘤。Gatenby稱這策略為進化的雙重束縛，他這樣解釋道：如果你通過引進鷹來控制老鼠的數量，那麼那些喜歡躲藏在草叢中的老鼠就獲得了生存優勢。此時，你再引進蛇來對付那些愛隱蔽在草叢中的老鼠，那麼喜歡在開闊空間活動的老鼠就獲得了生存優勢。這時，再引入鷹，就能有效解決這些老鼠。同樣的想法也適用於癌症。使用療法A，留下對療法B更敏感的細胞。然後，療法A和療法B交替使用。Gatenby表示，這並不是簡單的打地鼠，而是有效利用了癌症的動態進化特點。

澳大利亞Peter MacCallum癌症中心的癌症研究人員Ben Solomon也計劃測試這一策略的有效性。很多肺癌患者攜帶EGFR基因突變。現在市面上已有一些通過認證的、靶向EGFR突變的藥物，但腫瘤易對這些藥物產生耐藥性。大約一半的病人中，對這類藥物的抵抗是由T790M引起。去年，美國FDA批准了一種抑制常規EGFR突變和T790M突變的藥物osimertinib，但對該藥物起響應的患者往往會在一年內複發。

Solomon等人計劃研究患者對osimertinib的響應情況，同時通過追蹤血液中的腫瘤DNA，監測耐藥性。研究人員期望看到T790M突變的減少。當這種情況發生時，他們會切換到不抑制T790M的第一代EGFR抑製劑。然後，當T790M突變水平上升時，研究人員再適用osimertinib。Solomon認為，這將延緩對osimertinib耐藥性的出現。他希望這項試驗能很快獲得最終批准。

沒人能保證這些策略會湊效。但即使實驗失敗，試驗結果將幫助研究人員校正理論，並解開一些謎題。例如，腫瘤中不同基因的細胞如何互動？細胞環境又起到了什麼作用？波士頓哈佛醫學院（Harvard Medical School）的研究人員Kornelia Polyak指出，癌症研究者往往聚焦在細胞內的突變上，並沒有考慮到這些突變的細胞可能會影響其周圍的細胞。她認為，這還是一塊有待開發的處女地。

腫瘤的動態變化非常複雜，但Engelman並不氣餒。臨床分析將有助於研究人員了解這種複雜性。他指出，這些研究幫助我們一步步接近正確答案。比起試驗失敗來，一無所知更讓人沮喪。

原文檢索：Cassandra Willyard. (2016) Cancer therapy: an evolving approach.Nature, 532(1038): 166-168.

張潔/編譯

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