从普适到精准,癌症治疗突破怎样发生?

作者: 吴培煌

来源: 知识分子

发布日期: 2017-08-24

本文详细介绍了从普适性到精准性的癌症治疗模式的突破过程,包括癌症的特征、传统化疗的局限性、分子靶向药物的发展以及个体化治疗方案的重要性。通过具体案例分析,如慢性粒细胞白血病的治疗,展示了精准医疗在癌症治疗中的应用和成功。

癌症是威胁人类生命健康的重大疾病之一。多年来,科研人员一直致力于研究开发治疗癌症的药物,而发现具有普遍适用性的药物是医学界孜孜以求的目标。理想癌症治疗效果应该是特异性杀伤癌细胞、预防耐药性发生,以及降低毒副作用。根据患者的个体信息制定治疗方案,从分子水平差异控制治疗效果或毒副作用等,并根据患者的临床反应适时调整治疗措施,以实现癌症治疗“私人订制(精准)”的目标。

首先,我们要了解治疗对象的特征,才能做到精准。目前大多数观点认为,癌症是基因突变导致,而非入侵机体的异类,基因结构和功能发生变化使得细胞发生癌变。癌细胞能够无限增殖,抵抗细胞死亡,消耗并占用大量营养资源。有些癌细胞能量异常,具有生成血管的能力。有些癌细胞能向其他组织器官浸润和转移。

有些癌细胞呈现异质性,不断改变自己的“面貌”以逃脱免疫系统的巡逻和监视——这些是癌症细胞有别于正常组织细胞的特征,也是研究人员开展癌症治疗研究的基础。

化疗是癌症的传统治疗手段,化疗药物可以随着血液循环到达全身各处,消灭转移和扩散的癌细胞。这种治疗方式具有普遍适用性。癌细胞再生需要各种蛋白的合成,而化疗药物正是针对癌细胞具有活跃的增殖特性来杀伤癌细胞。

它通过各种手段干扰DNA,防止细胞再生所必需的蛋白质合成。但是,机体内存在一部分代谢旺盛的正常血液细胞,淋巴细胞,表皮和胃肠道粘膜细胞等,因为它们活跃的再生能力,往往会遭到化疗药物的攻击,导致药物副作用的发生。

而且,某些癌细胞分泌产生的细胞膜蛋白(P-糖蛋白)能够将化疗药物排出细胞外,或对化疗药物进行充分分解稀释,使细胞内的药物浓度不足以杀死癌细胞,使化疗药失去原有细胞毒作用,癌细胞产生抗药性,导致治疗失败。

近年来,随着细胞分子生物学研究领域的不断发展,以及相关临床实践经验的累积,治疗癌症的新思路层出不穷。科学家们采用不同新技术,对患者的癌细胞进行基因层面分析,以极其精确的方式定位细胞的位置、组成和功能,可以更好地去瞄准目标,杀伤癌细胞。个体化癌症治疗方案的核心是合理设计药物。分子靶向药物“甲磺酸伊马替尼”(商品名:格列卫)的研发进程就体现了癌症治疗模式从普适到精准的突破。

慢性粒细胞白血病(chronic myeloid leukemia, CML,简称慢粒)是一种造血干细胞恶性克隆疾病,现在我们知道,对比其他恶性肿瘤,它的致病机理并不复杂。

1960年,Peter Nowell发现这种癌细胞存在染色体异常;1973年Janet Rowley通过染色体染色技术确定费城染色体为9号染色体与22号染色体部分区域位置交换;后来随着癌基因研究的兴起,Annelies de Klein证实费城染色体是9号染色体上原癌基因ABL和22号染色体上的BCR(染色体易断裂区)基因交换融合而成。

蛋白质的合成由一整套密码控制,密码信息就存在我们的染色体DNA中。在编码合成蛋白的过程中,密码的解读需由阅读框进行,在编码过程中是没有分隔的,三个连续的碱基为一个密码子,翻译为一个特定的蛋白质氨基酸序列。密码阅读是从一个固定的起点开始,这就好像我们跑步时有起跑线和终点线,有特定的密码(碱基序列)作为起始信号和终止信号。细胞的整套密码分布在各条染色体上,各自负责特定蛋白的翻译。

慢粒中基因融合的费城染色体,导致细胞里原先那套标准遗传密码发生变化,ABL密码连接了BCR密码就翻译出了新的蛋白——酪氨酸激酶BCR-ABL,这种酪氨酸激酶活性持续升高就导致了慢性粒细胞不断增殖。

知道了酪氨酸激酶活性升高是罪魁祸首,能不能设计药物抑制这个融合蛋白(酪氨酸激酶BCR-ABL)的活性,从而达到治疗慢性粒细胞白血病的目的呢?

这个想法首先来自肿瘤学家Brian Druker,1993年,他开始与诺华公司生化学家Nicholas Lydon合作,最终针对费城染色体融合基因BCR-ABL设计合成出了靶向药物,经过一系列细胞学实验、动物实验到临床试验各角度筛选并评估药物安全性和有效性。生物物理学家John Kuriyan则阐明了药物与BCR-ABL作用的生物物理学机制。在此基础上,科学家最终研发得到了被称为“格列卫”的药物。

“格列卫”治疗慢性粒细胞白血病取得了巨大成功,但是,癌细胞耐药性的产生引起了人们极大的关注。Druker对“格列卫”的治疗进行了5年随访,发现大约35%的患者出现耐药或药物副作用。随后,Tomi Sawyer发现“格列卫”的治疗过程中,BCR-ABL的基因位点发生突变,而突变后产生的BCR-ABL融合蛋白的空间构象发生了改变,导致“格列卫”无法与之结合。

因此,Sawyer联合百时美施贵宝制药公司合作研发新的“格列卫”类似物,使新药物可以同时作用于突变和未突变的BCR-ABL蛋白,可以用于对“格列卫”耐药或不能耐受的费城染色体阳性的慢粒患者。至此,酪氨酸激酶抑制剂“甲磺酸伊马替尼”的问世实现了慢粒治疗史上的飞跃,达到了延长患者生存期的目的。

基于对癌症治疗方式的深入研究,我们知道要找到一种广谱治疗癌症的灵丹妙药基本是不可能的。“格列卫”在治疗慢性粒细胞白血病上的巨大成功,预示癌症治疗将进入一个“精准”时代。癌症治疗方式的突破有赖于对癌症的基础研究、新技术更新、药物设计研发及临床数据的深入总结,同时,也依赖多个国家几代药物学家、肿瘤学科研人员和临床医生的集体智慧,更是基础学科、药物研发公司和临床医疗中心密切合作的转化医学经典。

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