第四章 细胞追求永生

每个人的新生
作者:洛伦佐·科恩,艾利森·杰弗里斯

一切,都始于一个细胞。一个正常的、极小的细胞突然功能失常,由此触发了一系列变化,并最终引发癌症。1我们每个人都有37.2万亿个复杂脆弱的细胞,数量惊人。更难以想象的是,在差不多71年的时光中(世界平均寿命),这些细胞按其本来分工,各司其职。但是,有时候它们也会走偏,这是不可避免的,好比无垠夜空中的流星。这种细胞异常现象的发生频率是多少?无人知晓。但可以预料的是,细胞腐败,或癌细胞的生成,比我们想象的频繁得多。这些突变的细胞出现后,我们的身体会做出反应,不正常的细胞要么自我毁灭,要么被身体相应的调节机制毁灭。此时,我们饮食起居一切如常,并未意识到因为体内发生的这些复杂过程,我们才得以免受癌症侵袭。直到有一天,一个细胞的DNA受损,这个受损的DNA开始复制,于是更多的DNA受损,这样不断地发展下去,形成一个新的坏细胞群,一些不太明确的东西开始在我们体内变得不可控制。一个微小的细胞突变,不再按照基因编码的规则运行,就可能触发癌症。这个基因不会自我消亡,也不会被我们的免疫系统抑制,它会繁殖生长。

不是所有人都会罹患癌症,但是所有人体内都会有突变、行为异常和生长异常的细胞,这些细胞有可能扩散,形成癌症。那么,为什么我们都有突变细胞,却又不会都罹患癌症呢?答案很复杂,但本质上是由于内部的生物系统持续不断地检查细胞生长,包括检查细胞自身、周围的细胞、微环境下的物质、我们体内的其他系统等。2,3如果一个突变的细胞不受控制,它便会开始制造有利于这种细胞生长的环境,让体内自然防御系统更加难以工作,防御癌症也就变得更难。4

癌症的等待游戏

癌细胞从分裂到能够被检测到所需要的时间,从5年到40年不等。5这就意味着,假使我们在中年以后被确诊癌症,那么癌细胞可能在我们青少年早期便潜藏在体内。回想起自己懵懂年少时所做的种种危险粗心的事情,我只能摇头懊恼一番。但是癌症能有如此之长的潜伏期这个事实,倒是引发了我的兴趣,因为这说明尽管癌细胞已经在我们体内,但是如果身体能够阻止其生长,它对我们倒也并无害处。

按照这个逻辑,如果身体已有癌细胞却并未受其伤害,我们如何扩展这种控制癌细胞繁殖和增长的能力呢?如果我们使自己身体抵制变异细胞的能力更强,更加不利于其发展,情况会是怎样呢?如果对于癌症而言,预防的关键因素在于保持癌细胞不发威的状态,并使其行为变成良性,情况会是怎样呢?如果我们能将这些不能正常工作的细胞像萤火虫一样放进一个罐子,情况会是怎样呢?

早发现对癌症治疗很重要,因为癌细胞增殖时间越长,将“种子”扩散到身体其他部位的风险就越大,这种过程称为转移。如果细胞从其起源组织脱落,就会经历“失巢凋亡”的过程,这是细胞程序性死亡的一种形式。“失巢凋亡”简单点说就是“无家可归”。细胞一旦脱离原来的生存环境就会凋亡。但是,肿瘤细胞能有效避免失巢凋亡,因为它们能保持活力并转移。一旦癌细胞规避了体内细胞死亡的自然过程,并且转化为自由循环的适应性细胞,它们就会寻找新家将其变为“殖民地”。在这个阶段,治疗就变得特别复杂和困难,因为现在需要应对的是突变的突变的突变。当癌细胞成功转移后,那个最初激发致命进展的原始癌细胞会被消灭,这并不罕见。病人将死于疾病的继发变异。早期干预,包括改变生活方式和早期发现,之所以这么重要,就是因为可以预防转移。

早发现是早应对的首要途径。随着检测方法的改进,癌症病人的生存率也有提高。6全世界有很多实验室正致力于开发血液检测方法,以检测循环癌细胞、蛋白质或DNA,这样可以使发现更便捷、更及时。7已经确诊的病人也能从中受益,因为这种既简单又低成本的血液检测,也可以监测他们的病情缓解状况。例如,普渡大学的团队正致力于开发一种简单的试纸,和家庭中使用的早孕试纸很相像,用这种试纸可以检查与宫颈癌相关的蛋白质是否存在。这种常见的致命癌症,如发现及时,治疗会极其有效。8研究人员也在开发检测其他癌症的试纸。

毋庸置疑,癌症发现得越早,越容易控制,预计长期治疗效果也会更好。但是,如果我们在最初便能够预防癌症,情况会是怎样?

科学界的人士现在应当行动起来,关注如何预防一个单独的细胞癌变,或者细胞一旦已经癌变,如何更好地控制其生长。

癌症及其治疗简史

癌症的生物机理是什么,它对于改变癌症治疗方式有何影响,我们对这些问题的认识,经历了久远的发展。了解这种延续性非常重要,因为我希望我们将要进入的时代,人们对于真正的抗癌生活是什么,会有更好、更深、更有进步的理解。我们将会真正理解,个人的影响对于牵制这类疾病意味着什么。

癌症可能自人类诞生时便与我们同在。9公元前400年前后,“现代医学之父”希波克拉底将其命名为karkinos,这是一个希腊语单词,意为“螃蟹”。医学历史学家霍华德·马克尔认为,希波克拉底用“螃蟹”描述这类恶性生长,是很睿智的选择,因为它颇为形象地描述了癌症的几个特征:晚期肿瘤,由大量癌细胞组成,又硬又脆,甚至呈蓝色,看起来像是螃蟹的壳;这些肿块挤压健康的组织时,病人会疼痛难忍,据说像是被螃蟹钳子夹住撕裂一样。10在希波克拉底时代,癌症无法检测,直到最终肿块从患者身上破皮而出,方才暴露病情。当医生和好奇的科学家开始剖析这些恶性增长时,他们指出,变质的细胞和为其提供营养的血管,像熔岩一样在健康的组织中蔓延,恰似顽强抓握的螃蟹。

早发现:是福还是祸?

早发现具有争议性,因为对于某些情况而言,这可能会导致不需要的过度治疗。11,12准确地说,这类疾病处于“癌前病变”状态,并没有科学或医学证据表明,如果不治疗,这些细胞必会造成伤害,甚至致命。13目前多有讨论的一个例子是,前列腺癌早期发现的风险和收益是什么。12大部分前列腺癌的生长都极其缓慢,通常不需要施以手术、放疗或化疗。14但是,一旦癌症被发现,我们的医学“规范”是将其切除,进行药物治疗或射频消融,而不是考虑病人的生活质量和总体健康。13新的研究表明,对于患有低风险疾病的男性而言,前列腺癌症治疗与否和存活时间长短无关。15,16但是接受治疗的病人,不得不面对放疗或手术带来的副作用,例如永久性勃起功能障碍或尿失禁的风险。17,18确诊某种早期乳腺癌(乳腺导管内原位癌)的女性也面临类似的困境。我们并无证据表明,身体的自然防御功能可以控制病情,或是使病情失控进而发展为0级以上。19,20事实上,英美研究人员正在开展一项研究,探讨是否有必要治疗低风险的乳腺导管内原位癌。21,22有些乳腺癌专家甚至开始建议,这些极早期的癌症,不应再列为癌症范畴。也许“主动监测”辅以抗癌生活方式,将成为极早期癌症更加标准的首选治疗方案,因为我们已有更多证据表明,生活方式可以影响癌症进展。

不同时期人们对于癌症的认知不同,这让我们看到了针对这种细胞疾病,医学方案经历了怎样的变化。尽管医学有了令人惊叹的进步,但是癌症仍是全球范围内主要死亡原因之一。现代医学千辛万苦想要跟上它的步伐,但并未成功,癌症如此顽固,也许与人类在地球上的进化方式有关。有些癌症发病率继续攀升,特别是年轻人和孩子发病率变高,看来现在我们真要转变焦点,看看我们的日常生活何以让我们面对这些疾病变得更加强大。

约2000年前,在古希腊,也就是希波克拉底的故乡,癌症病人能够准备的,只有面对痛苦甚至残酷的死亡。那时主要的,甚至很多情况下是唯一的治疗方法,便是对疼痛和不适予以同情,加以舒缓,我们今天将其称为姑息治疗。有时也尝试施行手术,但是在19世纪中叶现代麻醉问世之前,在不知道需用消毒技术杀菌之前,手术无疑过于粗野和危险。值得一提的是,据希腊古代医学文献记载,试行切除肿瘤手术后的生存者,也被鼓励改变饮食习惯,做某种特殊的体育运动,以期早日康复。即便在现代医学问世之前,好的生活习惯也被认为对治疗有积极影响,上述记载便是一个证据。

现代麻醉问世之后,19世纪下半叶,肿瘤切除成为治疗的焦点。此后差不多100年间,手术成为癌症治疗的不二选择,并且即便后来知道大部分癌症切除之后仍会复发,手术的地位仍未动摇。癌症手术的目标只有一个,就是快速准确地切除癌变及其周围的组织,毫不留情。其理念是,手术越彻底,复发的可能性越小。但有时事与愿违。例如,乳腺癌患者,失去的不仅是有病的乳房,还有腺体和淋巴结以及重要的肌肉和肌腱。其他癌症患者,可能因手术导致四肢不全、残疾或变丑,无法重获有意义的生活品质。即便付出如此代价,癌症还是可能卷土重来。

20世纪初,人们发现了放射线,并且很快认识到,这可能既是癌症的起因,也是癌症的治疗方法。癌细胞生长极快,与健康的细胞相比,对放射线更加敏感。但是,尽管放射线有效果,它也不可避免地带来很多副作用,癌细胞周围的健康组织也不能幸免。早期的放射治疗会灼伤患者,体内和体外都有,这引发了一系列继发性疾病,很多还相当严重。早期的放疗简单粗放,很多病人的生活质量因此大打折扣。

二战后,人们发现曾用于化学战争中的芥子气可以杀死癌细胞,由此开启了化学疗法时代。希望凭借化疗延长缓解期(术后癌症在其原始部位复发的时间段)以及预防转移(癌症转移到身体其他部位)。23

1971年,美国通过了《国家癌症法案》,拨款15亿美元用于为期3年的癌症研究。24这是癌症作为全国公共卫生危机第一次得以立法。我们取得的示范性成绩是,已拥有长期研究项目、众多病人数据库、帮助我们确定使用何种治疗工具的海量真实数据等。在过去的50年中,我们针对不同癌症的治疗方案变得更加细化,目标是减少不舒适的副作用,或减少继发性疾病。

往后的40年中,外科手术、放疗、化疗3种主要治疗方法协调运用,已成为癌症的治疗标准。多管齐下的治疗,助推我们走进了一个新时代,癌症生存率大幅提高,有些癌症如儿童白血病或早期甲状腺癌已被视为可治愈。到了20世纪90年代,尽管有些癌症(特别是结肠癌、直肠癌或其他胃肠癌,以及肝癌和口腔癌等与病毒有关的癌症)发病率上升,且在年轻人中尤甚,但是很多癌症的发病率下降了。现在越来越多的癌症患者生存时间更长,也愿意公开讨论病情,因此我们对于癌症如何影响身体已经有了更广泛的认识。

尽管我们对癌症生物学的认知已取得很多重要进展,但直到今天,大多数癌症治疗方案依然是三驾马车:手术、放疗、化疗。当然也有一些值得一提的重要改进。例如,新研发的靶向疗法以及免疫疗法,已改变了癌症治疗的蓝图。甚至手术本身也有了更加精细的方式。例如,自20世纪90年代以来,人们逐渐意识到,侵入性更低的手术(如肿块切除术)与创伤性更大的手术的效果完全一样,因此彻底的乳房切除手术比例便下降了。另外,与过去相比,现在终于强调不仅要延长癌症病人的生命,也要保证他们的生活质量了。

治疗的新焦点:基因行为

2003年人类基因组图谱绘制完成后,我们进入了令人振奋的癌症治疗新时代。25通过专门研究基因生物学及其功能,我们能够从更加复杂、更加细微、更加个性化(这点尤为重要)的视角揭秘癌症。能够真真切切地“看到”活动中的人类基因,让我们这些癌症界人士真正意识到一个事实,没有两个癌症是一样的,我们的癌症治疗三部曲(手术、放疗和化疗)过于泛化,确定的目标过于随意。换言之,说我们是抡起大锤处理一个微观问题,可能也不为过;但这更多地反映了在2003年前我们不可能理解细微的基因变化。

现在我们有了人类基因的完整图谱,形势大为改观。我们能够监视基因功能,确定与多种不同慢性疾病(包括某些癌症)相关的特定基因的活性。科学家们现在认识到,基因表达和基因调控负责细胞的有序复制,而错误的基因调控是癌症的首要诱发因素。科学家们还发现,生活方式,包括本书提出的基本6项因素,影响基因表达和调控,也影响癌症诱发过程。

现在,细胞医学领域的顶级人物关注的焦点是,更加准确地理解并锁定控制癌症生长的关键生物过程。当然,这是一个不断发展的领域,会不断发现新的机制和目标。但是,回顾一些迄今已知的关键路径,将有助于我们更好地理解,一个突变细胞何以变成一群突变细胞,并最终威胁宿主的生命。也会说明,好的生活方式何以能够影响许多癌症进程,让我们的身体尽可能不利于癌症生长。

2000年,在人类基因组图谱绘制行将完成之际,瑞士研究人员道格拉斯·哈纳汉和罗伯特·温伯格发表了一篇文章,提出一种癌细胞发生和进展的简洁明了的理论。在其原文中,两位作者归纳了癌症生长的6种基本关键过程,他们称其为“癌症的标志”。26

1.维持增殖信号:癌细胞使正常控制失效并具有无限增殖的能力。

2.逃避生长抑制基因:其通过规避生长抑制因子以继续不受限制地增长。

3.抵抗细胞凋亡:癌细胞避免正常细胞凋亡过程(细胞自杀)的能力。

4.无限分裂:癌症通过过度表达一种酶来诱骗我们的系统,使细胞“永生”并继续增殖的方法(避免端粒磨损,端粒磨损是正常衰老过程的一部分)。

5.刺激新血管生成:滋养肿瘤的新血管的形成。

6.浸润及转移:允许癌细胞在体内自由循环的过程。

数年之后,哈纳汉和温伯格在他们的癌症标志理论中又增加了如下两条:3

• 能量代谢的重新规划:癌细胞以此最大化使用能量。

• 避免免疫破坏:癌细胞以此继续生长并扩散,不受免疫系统控制。

他们还增添了两个促因特征:3

• 基因组不稳定和突变:改变癌细胞的基因组特征以保护其免受“看家”基因的影响。

• 促发肿瘤的炎症反应:癌细胞模仿滋养肿瘤并助其生长的炎症状态的能力。

如需详细了解每部分细节,可参阅附录的相关内容。

“抗癌六法”中的每一部分均对癌症标志中至少一个方面(通常是多个方面)有影响。27-42换言之,我们生活中所做出的选择,有可能影响复杂的生物过程,正是这些过程决定着体内的癌症发展抑或萎缩。影响癌症生长的主要是4种标志过程,恰好也是与生活方式关联度最大的过程:维持增殖信号、浸润及转移、避免免疫破坏、炎症反应。38-40,43-45目标是改变肿瘤的微环境,也就是改变癌症(不管是第一个突变的癌细胞,还是已经形成癌症的细胞群)生长的土壤,将其变得不利于癌症生长。

我们对基因、基因表达以及癌症的理解不断加深,“标志”模型随之变化或被修改。但是它为研究人员提供了一个特别有用的蓝图,研究人员开始理解癌症生长的基本机制特征,因此能够更有效地治疗癌症。

值得关注的是,每种标志对于不同癌症的影响有多大,科学家们并没有统一的观点。原因之一是,癌症是一种异质性的疾病,即便在特定器官(如乳腺癌)内也是如此。不同生物过程扮演着不同的角色。我们很难区分生物过程、基因异常、基因功能是癌症的“驾驶员”还是疾病发展过程中的“乘客”。此外,我们对于癌症的认知也在快速变化,过去认为重要的现在被搁置不理;过去不知道、被忽略或不认可的现在被接受了;作为治疗选项的新的生物过程,也在不断发现和探索之中。这就是科学进程。

试举一例说明科学界缺乏共识的真实情况。朱达·福尔克曼在2007年美国整合肿瘤学会年会上做主题演讲时,提到他试图为血管生成项目申报基金用于早期研究工作的经历。血管生成是癌细胞的一个能力,目的是刺激形成新血管,为其持续供应营养。他向我们展示了美国国家卫生研究院评审委员会的审查意见,其中一位评审专家说:“世界上只有一个人相信血管生成这个疯狂的想法,那就是申请这项基金的主要研究员。”结果毫无悬念,美国国家卫生研究院未批准这项基金申请。但福尔克曼并不气馁,他继续努力,证明血管生成对于许多癌症的发展极其重要。他的发现促成了很多药物的研发,这些药物成功治疗了多种不同癌症及其他疾病,例如心血管疾病和黄斑变性。46福尔克曼的发现为癌症标志理论提供了急需的依据,也为癌症研究界提供了一个从细胞学和机械学的视角研究癌症的伟大模型。

更具靶向性的治疗方法

我们在多个领域实现了科研和治疗的突破,这是因为我们已经愈发深入认识到,触发癌症生长的原因复杂且各不相同。这种更加个性化的思路非常重要,因为癌症就是一个变异大师,万金油式的治疗方案(尤其是根除方案)存在缺陷。

于是出现了一系列新的药物疗法,统称为癌症的靶向疗法,这些疗法有巨大的发展前景。47它们作用于分子层面,针对癌细胞独有的异常,提供一种更加精准的治疗方案,以限制癌细胞的生长。它们所“靶向”的,是癌细胞独有的特定基因,以及调节基因行为(它们是癌症的“助推器”)的蛋白质。这些精准疗法在癌细胞层面起作用,对健康细胞的危害小于传统的化疗方法。即便如此,靶向疗法也有副作用,小则引起皮肤问题,大则引发心脏病和代谢紊乱问题。48

靶向疗法有多种。其一,激素疗法,它可阻止由特定激素刺激的肿瘤的生长。激素疗法在治疗乳腺癌和前列腺癌时有广阔前景,但也有副作用,例如骨质疏松、慢性疼痛、“化疗”脑、面部潮红、体重增加等。49其二,信号传导抑制剂,它阻止信号在分子间传递,以阻断癌细胞的分裂和繁殖所需的信号通路。其三,凋亡诱导剂,它迫使癌细胞弃生求死。50,51其四,单克隆抗体疗法,它与癌细胞结合在一起,可被免疫系统快速识别。其五,血管生成抑制剂,能成功阻止肿瘤生长血管,从而切断它们的营养支持。52,53这些靶向疗法,通常会根据病人肿瘤基因异常的具体情况,与传统的化疗方法共同使用,形成一种多维的治疗方法。

微生物与癌症

研究癌症的另一个焦点是,我们越来越多地认识到,微生物(这里指在我们体内及身上发现的细菌菌群)可能是癌症发展不解之谜的一部分。54已有理论认为,改变肠道细菌可能会提升治疗效果,尤其适用于免疫疗法。55该领域的研究表明,癌症病人的微生物群落与常人不同,但有何影响尚不明确。56我们也知道,有些微生物(例如幽门螺杆菌)的确是引发癌症的原因,因此进一步研究菌群是否致癌具有重要意义。57自2011年以来,已有多项研究指明二者之间存在关联,其中尤为重要的一项研究,由欧洲分子生物学实验室完成。2014年,研究人员发现,通过检测粪便样本中的某种细菌,可判定是否患有直肠癌,检测准确性与标准筛查测试几乎相同。58这只是数个有信服力的研究之一(包括MD安德森癌症中心最近完成的一项 55),这些研究正开始得出有意义的结论:某些细菌与致癌的细胞腐蚀之间存在因果关系。研究结论还包括,如何创造出健康的微生物,详见第十一章。

尽管靶向疗法颇有前景,但是如果癌细胞有多个基因突变,则治疗成效就会打折扣。59共有40000多个基因突变,影响超10000个独特的基因,其中有500个基因被列为癌症的驱动因素。将真正引发疾病的异常基因与仅携带突变的基因区别开来,仍然有许多困难。60但是,癌症基因组图谱在这个领域取得了成绩,新的发现表明,有些癌症的“驱动变异”可能低至一两个。医学靶向特定基因的最大挑战是,癌症有能力改变或表达新的突变,这通常会导致接受靶向疗法的病人产生抗药性或癌症复发。60

另一种癌症治疗的方法是免疫治疗。通过增强免疫系统的功能,成功摧毁癌细胞或消除免疫系统的制动作用,或者两者结合,从而真正治愈少部分癌症患者。如果没有免疫疗法,这部分癌症病人或将死于癌症。61最新的研究正探讨将靶向治疗和免疫治疗结合,但效果如何尚待证明。我们不知道的是,如何确定哪些病人适用于免疫疗法。我们有很多理由可以假定,对免疫系统有影响的生活方式因素,能够改善免疫治疗的反应。这正是我们目前积极探索的领域。

预防癌症的疫苗

人乳头瘤病毒(HPV)非常普遍,九成性活跃的美国人在其人生的某个时点会感染该病毒。6210年前,人们研制出一种疫苗,用以预防感染这种可引发宫颈癌和其他致命疾病的病毒。这些疫苗的成功令人惊叹,病毒的发病率有效降低了一半。63美国癌症学会建议,9至14岁的孩子(在变为性活跃之前)应接种疫苗。62,64

“过去数年的研究表明,疫苗的效果甚至比预期更好。”美国癌症协会人乳头瘤病毒癌及妇科癌高级主任黛比·萨斯洛博士说道。65

疫苗实际上能够预防某些由病毒引发的癌症,包括与人乳头瘤病毒(HPV)有关的宫颈癌、阴茎癌及头部颈癌症,以及由乙型肝炎病毒或丙型肝炎病毒引发的癌症,如肝癌。62

最近密集研究的另一种疗法是基因治疗。该疗法提取癌症病人的细胞,改变其基因,再重新植入身体。66该疗法成功率较低,经济负担也让人望而却步,并且再次取得这样的成功非常困难,至少在目前我们对癌细胞基因行为知之甚少的阶段是这样的。67

医学界正朝着细胞层面治疗癌症的方向迅猛前行。靶向疗法问世之前,肿瘤药物研发的终极目标是,制出最猛的药物,杀死最多的癌细胞,又不至于杀死病人。这种方法的附带损害太大,代价太高,过去如此,今天依然如此。更加靶向化的目标,用药的目的是重塑某物,而非摧毁某物。这是治疗目标的思维巨变,仅仅这一个转变,便会在不远的将来为无数癌症患者带来极大的慰藉。我认为会从根本上改善预后和生活质量。我们对DNA和RNA(进而延伸到我们的基因)如何响应癌细胞的每一次突破性理解,都会让我们在从源头预防癌症的道路上更进一步。同时,让人信服的科学证据证明,生活方式的调整会直接影响癌症的某些生物标志,也会积极影响控制癌症进程的基因,有时其方式与化学干预相同,但没有副作用。

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