免疫疗法、基因疗法、干细胞,治癌“三剑客”的进展
长期以来,治疗癌症传统的三大手段:手术、放射治疗和化疗均有其局限性,除早期者外,根除肿瘤是很困难的。目前,免疫疗法、基因疗法和干细胞移植疗法倍受国内、外专家们的重视。本文将带读者简单了解上述三类疗法在治疗癌症方面的进展。
免疫疗法
过去人们对免疫系统认识欠缺,对诸多细胞、器官和特殊物质之间的相互关系上,看法有误。认为胸腺是一个退化 无用的器官。事实上,它是产生T细胞的地方,出生后继续生长,但随着年龄的增长逐渐萎缩,最后被脂肪组织所代替。它与癌症密切相关,丢失胸腺易患癌。胸腺,扁桃体、脾、盲肠、直肠、骨髓、白细胞和淋巴细胞都属于免疫系统的器官或细胞。它们不仅对机体具有防御和修复的双重功能,而且在预测肿瘤预后方面,也发挥着重要作用。
1960年以前,专家们对扁桃体炎、盲肠炎(阑尾炎)、多采用手术切除,认为,手术既能治病,又能预防炎症再犯。 其实,这是对免疫器官的无情催残。实际上,以上炎症患者,经抗生素消炎后,绝大多数人可被治愈。放、化疗对肿瘤细胞的DNA有杀灭作用,但对正常细胞的DNA同样有损害,会导致免疫功能的低下、蛋白质合成的抑制、酶失活、代谢紊乱、细胞损伤、进而,加速衰老和 认知力变弱。所以说,过量的放、化疗,不利于肿瘤的治疗,反而会加速肿瘤进一步恶化。 免疫功能有两种:
(生命不息,化疗不止)
T淋巴细胞:
被称为细胞免疫功能(cellular immunocompetence;CIC),它释放多种细胞因子,包括白细胞介素-2(IL-2)、干扰素-αβγ(TFN-αβγ)和肿瘤坏死因子-αβ(TNFαβ)等等。它们再激活其他细胞,共同杀灭肿瘤细胞。
B淋巴细胞:
被称为体液免疫(humral immuno-competence;HIC),它能产生特殊的免疫球蛋白,为免疫抗体。它与 肿瘤抗原结合,能诱导肿瘤细胞的凋亡和抗拒病毒。但有 时,宿主本身也可受到攻击,导致免疫系统疾病的发生,如哮喘、风湿性关节炎等。澳大利亚专家们称它为“坏”抗体。但专家们也发现,有时,好抗体不能战胜某些疾病时,“坏”抗体立即变成有力的武器去抗击这些疾病。可喜的是,“坏”抗体也是预防艾滋病(AIDS)所需的人类艾滋病病毒(HIV)疫苗的可贵药源。此外,“坏”抗体也可预防潜伏在宿主体内某些疾病的发生。以前,人们对淋巴细胞的免疫功能的价值认识不清。实际上,它在对人体免疫功能方面的贡献,也是十分宝贵的。
嗜中性粒细胞构成了人体抵御外敌入侵的首道屏障,被称为“先天免疫系统”。正是有了这些细胞,在一些罕见的病 例中,患者奇迹般地康复了。所以说,它不仅仅是简单的治疗疾患,而是彻底的治愈疾病。目前,国外正在建立以嗜中性粒细胞组成的细胞库,对它进行深入的研究。
2015年,斯坦福大学专家披露,白血病细胞或许能转换 成对人体无害的吞噬细胞[24],去吞噬、杀灭白血病细胞和其他病原体,从而治愈白血病。中国专家从晚期肺癌患者体内取出免疫细胞,利用基因编辑-CRISPR-cas9技术对免疫细胞进行编辑。改良后的免疫细胞,经过繁殖,再重新输回患者的血液中,期待此免疫细胞能杀灭癌细胞。国外专家们采用免疫联合放、化疗或其他疗法对食管癌、非小细胞肺癌、乳腺癌、胶质母细胞瘤、恶性黑色素瘤、结直肠癌、宫颈癌等,进行了免疫学的基础和临床治疗的研究,取得了可喜的成绩[1-10]。
生物反应调节剂(BRMs):
主要是通过调节宿主的天然防卫机制,或给予机体某些物质来取得抗肿瘤的效应。它主要是通过干扰肿瘤细胞的生长、转化或转移所产生的直接抗肿瘤作用,或是通过激活免疫系统的效应细胞及其所分泌的因子,来达到对肿瘤细胞进行杀伤或抑制的目的。生物反应调解剂的种类:主要包括细胞因子(IL-2,IFN-αβγ,TNFαβ)、造血生长因子(G-CSF,GM-CSF,rhu-erhthopoietin,rhu-thrombopoietion)、肿瘤疫苗和单克隆抗体等等。目前, BRMs药物的种类进展很快,有利于临床治疗的顺利开展。
免疫治疗药物:
目前研制的免疫治疗新药物,主要是针对肿瘤的微循环,通过2个免疫监测点抑制剂,调动机体的免疫功能来杀灭肿瘤。一个是在抗原递呈过程中叫CTLA-4抗体;另一个是在T细胞杀灭肿瘤过程中叫做PD-1或、PDL1单抗。只要其中的一个显示有免疫抑制的阳性表达,就能对肿瘤进行免疫治疗[11-12]。当今,对恶性黑色素瘤和非小细胞肺癌(NSCLC)的治疗,已取得了良好的疗效。但值得注意的是,由于免疫系统的激活,会导致一种独特的免疫相关的不良反应(irAES)发生,如肺炎、胰腺炎、肝炎和肾炎等。应注意,需早期发现,早期治疗。
基因疗法
影响癌症的发病机制是什么?就基因而言,癌基因被激 活、抑癌基因的失活、或基因过度表达、扩增、缺陷、变异、突变等均可致癌;就生物学而言,细胞增殖失控、细胞分化异常、细胞凋亡失衡和肿瘤微血管的生成亦可致癌。反之,阻止癌基因激活(例如,阻止食管EGFR激活)、或抑癌基因失活(阻止P53、Rb基因失活)、或促进癌细胞凋亡、或“饥饿”癌细胞微血管的形成等等,从理论上讲,均可抗癌。但这些以药物为主的基因疗法(如给予患者P53,或“饥饿”肿瘤微血管生成的药物等),目前疗效仍欠佳。
基因编辑-CRISPR-cas9:
2012年,法国和美国2位专家开发了该项技术,它是利用分子生物剪刀,对DNA序列的病变部位,通过剪切和粘贴重新编辑基因组的一门技术。其目的是,消除不良基因、或当正常基因缺乏时,提供正常基因以治疗多种疾病,其中,包括肿瘤、遗传性疾病和AIDS等[13-15]。基因是遗传生物单位, 是位于染色体内特定的位点上, 能自我复制的一种遗传物质。DNA存在于染色体内,组成基因。DNA其两条螺旋状平行链上,有核苷酸固定的排列,它就是遗传密码。
RNA是另一种遗传物质,位于细胞核内,负责信息的复制和转录,具有遗传信息。RNA通过腺嘌呤碱基编辑(ABE),形成碱基对。碱基A和T、G和C形成碱基对,是有规律的。DNA是通过RNA的碱基对,连接在一起的。如果DNA出现变异,可采用基因编辑-CRISPR-cas9修正。但值得提出的是,在精子、卵子或胚胎中,该编辑会破坏大量的基因组链,可导致意外的突变,发生“脱靶效应”,从而对细胞造成损害并遗传给子孙后代。这是违背论理标准的做法,遭到许多国家学者们的反对,但亦有争议。
基因编辑-CRISPR-cas13
当RNA碱基对错位时造成的疾病,中国专家创建了 CRISPR-cas13编辑法进行修正[16,17]。其优点是:RNA可持续性创新、可进行再循环、在编辑中如发现错误,有在24h内降解的功能。碱基对错位往往是单一的 “点突变”,只进行单一的碱基对修正即可。一般不遗传给后代,较为安全。但偶尔也有脱靶现象的发生,应警惕。中国专家们正在研究用替换RNA中的单个碱基对的方法治疗疾病,从而避免破坏DNA链,大大降低了意外突变的危险。在人类中,约有2/3遗传性疾病需用-cas13 治疗,并有可能获得痊愈。
干细胞疗法
SFRPs分子
干细胞是宿主体内未分化的原始细胞,被称为祖细胞。构成器官的所有细胞都来源于干细胞。干细胞分裂产生的细胞,发育成特定的组织细胞, 诸如形成大脑、肺、或骨髓等等。但随着年龄的增长,生物体内干细胞丧失了繁殖能力,许多干细胞陷入了永久的休眠状态。国外专家发现了一种SFRPs分子,其活性被消除后,可促进休眠状态的干细胞重新繁殖[18,19]。从而为“再生医学”开辟了新路。
目前,人类正在利用干细胞疗法进行治疗各种疾病的研究,包括白血病和实体瘤等,它将给临床治疗带来新的飞跃,被称为“未来医学”。上世纪,国内、外专家们多用自体骨髓移植干细胞。现多采用新生儿脐带血移植,因其基因变异较少,质量更高[20-22]。目前,在治疗不能治愈的损伤性疾病中,诸如,难治的溃疡、毛发再生和老年退化性疾病,如关节、脊柱或烧伤等疾病已取得了可喜的治疗效果。现在,国内、外专家们对肝损伤、心脏、肾衰竭和癌症治疗等方面还在研究中。
如中国专家们2017年完成了首例基因编辑干细胞,进行艾滋病和白血病的治疗研究。美国专家采用基因疗法,将被人类艾滋病病毒 (HIV)受侵后的血液干细胞,移植给艾滋病(AIDS)患者,100周后,在核糖核酸酶的作用下,HIV显著减少,CD4免疫细胞数量明显增多,说明治疗既有效又安全。不久的将来, AIDS有可能被彻底治愈。
iPS:
日本专家通过患者的自体细胞或新生儿脐带血,研制出诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS),iPS再分化出正常组织细胞,去移植患者病变的组织细胞,以治疗疾病[23]。但地球地面因受重力等影响,分化成较大体积可供移植的正常组织细胞尚有困难,目前专家们还在进行动物实验中。
美国专家试图在猪体内培育人类器官,他们把人类干细胞注入到猪胚胎中,从而产生异种嵌合体(Chimaera),它再通过CRIPR基因编辑技术,从受精的猪胚胎中,剔除控制胰腺生成的DNA,使产生遗传“空白”。研究人员再把iPS 注入此胚胎中,经过“回调”能发育成人体各种组织干细胞。该项目研究的目的是解决人类移植器官短缺的问题。
展望
BRMs为临床提供了多样的细胞因子和造血生长因子等等,加之,免疫治疗新药物的研制,在免疫治疗中发挥了另一重要作用。学者们在白血病患者体内发现吞噬细胞,意味着今后白血病有望治愈。嗜中性粒细胞或许能治愈更多种类的疾病,包括癌症等。基因编辑-CRISPR-cas9将继续进行开发和改进,以获得更大的安全性和有效性,最终会成为某些疾病有用的治疗方法。国际合作项目“基因突变图谱”,对30多种癌症开发了新型诊断检测手段,能提前发现癌症迹象,做到早期发现,即时治疗。
为什么同一类药物治疗会有不同的治疗结果、原因都在 DNA中。为此,个体化治疗时代有望开启。由于SFRPs分子的发现,其活性被消除后,可促进休眠状态的干细胞重新繁殖,为癌症和难治的疾病开辟了一条治疗的新路。iPS 的研发,为今后的干细胞移植带来了新的希望。相信,今后还会有更多的疗法相继问世。科技在发展,包括癌症在内的所有难治的病种,在不久的将来,必将被人类根除。
参考文献
[1] Thorsson V,Gibbs DL,Brown SD, et al. The immune land-scape of cancer[J]. Immunity,2018,48:812-830.
[2] Burnette B,Weichselbaum RP,Radiation as an immune n nodu-lator J].Semin Radiat Oncol,2013,23:273-280.
[3] Rueckert M,Deloch L, Fietkau R,et al. Immune modu latory effects of radiotherapy as basis for well-reasoned rad oim-
018,munotherapy[J]. Strahlentherapie und Onkologie Springer,2194:509-519.
[4] Wu J,Waxman DJ, Immunogenic chemotherapy: dos and
schedule dependence and combination with immunotherapy [J].
Cancer Letter,2018,419:210-221.
[5]Gopalakrishnan V,Helmink BA,Spencer CN,et al. The influ-
ence of the gut microbiome on cancer, immunity and cancerim munotherapy[J].Cancer Cell,2018,33:570-580
[6] Chaput N,Lepage P,Coutzac C,et al. Baselin gut microbiota
predicts clinical response and colitis in metastatic melanoma pa- tients treated with ipilimumab [J]. Ann Oncol,2017,28:1368-1379.
[7]Shah P,Yan X,Jing L,et al. A reversed CD4/CD8 ratio of tu-
mor-infiltrating lymohocytes and a high percentage of CD4 FOXP3+regulatory T cells are significantly associated with clini- cal outcome in squamous cell carcinoma of the cervix [J]. Cell Mol immunol,2011,8:59.
[8] Salama P,Phillips M,Grieu F, et al. Tumor-infiltrating
FOXP3+T regulatory cells show strong prognostic significance in colorectal[J.JClin Oncol,2009,27:186-192.
[9] Liu F,Lang R,Zhao J,et al.CD8+ cytotoxic T cell and FOXP3+
regulatory T cell infiltration in relation to breast cancer survival and molecular subtypes[J]. Breast Cancer Restreat,2011,130:645-655.
[10] Duru N,Fan M,Candas D,et al. HER2-associated radioresis-
tance of breast cancer stem cells isolated from HER2-negative breast cancer cells[J]. Clin Cancer Res,2012,18:6634-6647.
[11]杨惠,牛润桂老年肺鳞癌细胞治疗进展[J]肿瘤研究与临床,2017,29(4):279-283.
[12] WangY, ZhangH, He YW. The complement receptors C3Ar
and C5AR are a new class of immune checkpoint receptor in cancer immunotherapy[J].Curtin University,2019,19:1574.
[13] Bikard D,JiangW,SamaiP,et al.Programmable repression
and activation of bactenal gene expression using an engineered CRISPR-Cas system [J]. Nucleic Acids Res,2013,41:7429-7437.
[14] Bak RO,Deve DP,Porteus MH. CRISPR-Cas9 genorne edit
ing in human hematopoietic stem cells[J]. Nat Protoc,2018,13,358-376.
[15]Batra R, Nelles DA, Pine E, et al. Elimination of toxic mi
crosatellite repeat expansion RNA by RNA-targeting- Cas9 [J] Cell,2017170:899-912.
[16] Cox DBT,Gootenberg JS,Abudayyeh OO,et al. RNA editing
with CRISPR-Cas13[J]. Science,2017,358:1019-1027
[17]Kim D,Kim DE,Lee G,et al. Genome-wide target specificity of
CRISPR RNA-guided adenine base editors[J]. Nat Biotechnol,2019,37:430-435
[18] Lavergne E,Hendaoui I,Coulouarn C,et al. Blocking wnt sig
naling by SFRP-Like molecules in vivo cell proliferation and tu- mor growth in cells carrying active β-catenin [J]. Oncogene,2011,30:423-433.
[19] Liang CJ,Wang ZW,ChangYW,et al. SFRPs are biphasic
modulators of Wnt-signaling-elicited cancer stem properties be yond extracellular control[J].Cell Reports,2019,28:1511-1525
[20] Mannick JA,Lochte HL,Ashley CA,et al. Autografts of bone
marrow in dogs after lethal total-body radiation[J]. Blood,1960,15:255-256.
[21] Thomas ED,Buckner CD,Banaji M,et al. One hundred pa-
tients with acute leukemia treated by chemotherapy, total body irradiation and allogeneic marrow transplantation [J]. Blood,1977,49:511-33.
[22]王鹤皋,戴建平10例晚期恶性淋巴瘤的自体骨髓移植和预
处理[J].中华放射肿瘤学杂志,1993,2(1):29-30.
[23] Alexandros N,Maria T. Induced pluripotent stem cell(iPSC)-
derived lymphocytes for adoptive cell immunothera-py: Recent advances and challenges [J].Curr Hematol Malign Reports,2019,14:261-268.
编辑:南风、嬉戏
校对:西西 | 排版:南风
运营:西西 | 统筹:摩西
不想错过精彩内容?
那就点进细胞王国主页关注+星标吧!