有人问我:斑马到底是白马身上有黑条纹,还是黑马身上有白条纹?我只能回答:不知道。

我不知道的事情还有很多,即使在我自己的药学专业上,譬如这抗癌药物研究。据说人类现在对客观存在的认知只有5%左右。似乎可以说我们对如何治疗肿瘤唯一确定知道的也就是不知道。

抗癌药物研究为什么艰难?主要是我们缺乏认知,而且已获得的认知具有很大不确定性。我从网文得知:2018年12月9—13日,在美国加州美丽的滨海城市圣地亚哥举行的抗体工程和治疗学年会(2018 Antibodg, Engineering&Therapeutics metting, AET2018)上,假设你去问一位肿瘤免疫专家:“你认为将来哪类药和K药或O药联合用药会取得更加显著的疗效? ”,如果她回答:“Shit ! ”,她多半是认真的。Shit本意为粪便,在美国,更多的时候会被理解为非常粗鄙的脏话。直到今天,这一记忆仿佛是意象深刻的段子,挥之不去。

作者金淘沙拣在微信公众号“礼来亚洲资本”告诉我们,2015年,来自加拿大的Routy还是法国INSERM研究所的一名研究生,他的导师是Laurence Zitvogel教授。Routy经常需要往返于巴黎几个医院之间,采集癌症患者的粪便样品。为此他受到了很多取笑,医生们称他为“大粪先生”,还有的医生讥讽Routy, 说他在野心勃勃地建造一座“粪便之塔”。然而 2018年1月,他的这座“粪便之塔”转变成一篇轰动性的论文,发表在Science期刊上, 阐明了癌症患者的肠道菌群与免疫检查点抑制剂疗效的关系。在这篇论文中,Zitvogel团队和合作者发现, 非小细胞肺癌(NSCLC)或肾细胞癌症(RCC)病人在接受PD-1抑制剂治疗期间如果同时服用抗生素,疗效会大打折扣:NSCLC患者的总生存期(OS)几乎缩减了一半(从15.3个月降至8.3 个月), 而肾细胞癌(RCC)的中位无恶化生存期(median PFS)则从7.4个月缩减到4.3个月。 这是因为抗生素破坏了患者的肠道菌群,而这些菌群则能提高PD-1抑制剂的疗效。这种现象在小鼠肿瘤模型中也得到了证实。论文作者又进一步发现,当把对PD-1抑制剂有响应的患者(R)和无响应的患者(NR)的粪便分别移植到小鼠肠道后,PD-1抗体药对接受了R型粪便的小鼠的肿瘤的疗效要明显优于接受了NR型粪便的小鼠。 通过对粪便的菌群分析,他们还发现对PD-1抑制剂最有帮助的是Akkemansia muciniphila菌。

2019年9月18日《参考消息》报载:英国《卫报》网站9月12日报道,研究结果表明癌症治疗前使用抗生素会缩短存活时间。一项小型但开创性的研究结果显示,在免疫疗法开始前的一个月使用抗生素将大幅降低癌症患者的存活概率。英国帝国理工学院的科学家认为,抗生素去除了肠道中的益生菌,从而削弱免疫系统。这似乎降低了免疫疗法药物提高机体抗癌能力的可能性。在对英国国民保健署(NHS)两家医院近200名癌症患者进行的研究中,研究人员发现,那些因胸部感染等常见问题而仅使用了几天广谱抗生素的患者,在接受免疫疗法后中位存活期为2个月,而那些没有使用抗生素的患者则为26个月,存活时间存在巨大差异。CT扫描结果也提供了明确证据,证明使用抗生素的人肿瘤生长得更快,这促使研究人员呼吁采取更多紧急行动,为医生提供指导。这份研究发表在《美国医学会杂志·肿瘤学卷》月刊上。作者之一,帝国理工学院外科学与癌症系的戴维·皮纳托博士说:“抗生素显然消灭了一些肠道微生物群。如果你有良好的微生物组,就更有可能教育你的免疫系统更好地抗击癌症。”不管使用哪些抗生素,也不管罹患何种癌症,结果都一样。在胸部感染更为常见的肺癌中,开始使用免疫疗法药物即检查点抑制剂前使用过抗生素的患者,中位存活期为2.5个月,而没有使用抗生素的患者则为26个月。对黑色素瘤患者来说,这个数值分别为3.9个月和14个月,对其他癌肿患者来说,分别为5周和11个月。这一发现还引发了人们的疑问,即强化肠道微生物组是否能帮助免疫系统抗击癌症。这是帝国理工学院的研究小组眼下希望探究的问题。

帝国理工学院希望探究的问题,即强化肠道微生物组是否能帮助免疫系统抗击癌症的想法和他们一项小型研究结果的结论与10个月前的AET2018记者报道的那个段子高度契合。似乎专家并不是说笑,只是说不清其中的偶然性和必然性。据说,现在全球很多生物制药公司和研究机构给病人移植粪便或益生菌已进入临床试验阶段,其最终目的是改善肠道菌群,提高肿瘤免疫疗法的疗效。

当肿瘤的免疫疗法在2018年获得诺贝尔生理或医学奖之后,接踵而至出现很多新问题,显而易见,这些问题具有挑战性,也许正是很多“不知道”构成了艰难的抗癌药物研究方向。肠道菌群是如何影响检查点抑制剂疗效的呢?其中一个假说是特定的微生物预警了免疫系统。当病人使用了检查点抑制剂后,先被预警再被解禁酶免疫系统会对肿瘤细胞展开更强烈的杀伤作用。但其机理尚不清楚——当AET2018会上有专家提问时,那位“大粪先生”Routy回答说:“我只想强调一点,人体的70%的T细胞分布在肠道中或肠道周围。”

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图:肠道菌群和检查点抑制剂的抗癌作用
  Source:Gut Microbes Join the Fight Against Cancer,Giorgia   Guglielmi,Nature,2018/05/24

在AET2018上最后一个演讲的Dr. Larrick指出:检查点抑制剂的作用机理并不像我们最初认为的那样。James Allison(2018年诺贝尔生理或医学奖获得者)以前提出CTLA-4抗体的抗癌机理是通过阻断APC与T细胞之间的B7–CTLA-4的分子结合,解禁T细胞,扩增T effector的数量。但在2013年,BMS的Alan Korman团队发表论文,证明CTLA-4抗体,至少其IgG2a亚型的抗体,是通过诱导在肿瘤微环境(TME)中巨噬细胞和NK细胞对T抑制细胞(Treg)的清除,来增加免疫抗癌作用的。基于这一新的机理,BMS正在开发第2代CTLA-4单抗药,包括去岩藻糖(afucosyl)和Probody两个版本。前者会加强单抗药的ADCC杀伤功能,而后者只有在TME中才会被激活,再结合CTLA-4,从而减少单抗药的副作用和毒性。无独有偶,我们之前确信无疑的靶向PD-1 / PD-L1的作用机理也受到了挑战。传统理论认为,肿瘤细胞通过在细胞表面上表达的PD-L1配体,和T细胞表面的PD-1受体结合,抑制T细胞的激活,从而达到免疫逃逸。而anti-PD-1或anti-PD-L1阻断了这种免疫逃逸。但来自Genentech的Dr. Mellman在12月10日AEC2018的报告中对这个理论提出了质疑。他们尚未发表的数据显示,浸润在TME中的骨髓免疫细胞表面也表达 PD-L1,而靶向PD-1/PD-L1通路的单抗药不仅仅会干涉肿瘤细胞和T细胞之间的交流,更影响了T细胞和骨髓细胞之间的相互作用。他们还证实,这种PD-L1阳性的浸润式骨髓免疫细胞主要是一种巨噬细胞。他们推测,PD-1/PD-L1的单抗药也会引起在肿瘤里或引流淋巴结中的T细胞的扩增。总而言之,anti-CTLA4和anti-PD-L1/PD-1的机理远比我们想象的复杂。我们知道的还太少,也许仅仅皮毛。

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图:肿瘤-免疫循环。黄色标题的文本框为anti-CTLA4和anti-PD-L1/PD-1的传统机理,而及黄色标题的文本框为anti-CTLA4和anti-PD-L1/PD-1的新机理。

  Sources:
  Dr.Mellman's AET2018 talk
  Oncology Meets Immunology:The Cancer-Immunity Cycle D.S.Chen &   I.Mellman,Immunity 39,07/25/2013

最近,2019年9月12日上线的《科学—转化医学》(Scinence Translational Medicine)发表美国冷泉港实验室研究人员的研究成果,他们在研究一种乳腺癌细胞时,发现一个奇怪现象:之前的研究显示肿瘤细胞的增殖是由于一种MELK的蛋白过度表达引起的。但研究人员在使用CRISPR基因编辑技术敲除编码该蛋白的基因之后,癌细胞的生长居然没有受到任何影响,更不可思议的是,之前认为靶向MELK的药物依然能很好地抑制MELK敲除的癌细胞生长,哪怕药物应该针对的靶点已经不存在了。研究人员觉得应该看看别的靶点是否也存在这个问题。由此,他们开展了一项系统研究,最终宣告解开了一批癌症药物研发失效谜底:一种用来降低蛋白表达的实验方法的高脱靶率,在很大程度上影响了科学家对抗癌靶点的判断。CRISPR技术可以产生背景更干净,更好的敲除细胞系,但CRISPR也存在脱靶和其他我们目前尚未可知的问题。

2019年7月16日,中国证监会科创版第一届咨询委员会委员、中国临床肿瘤学会(CSCO)理事长、上海东方医院肿瘤医学部主任李进教授在聪明投资者与国泰基金联合主办的医药论坛上说:“如果今天我讲完之后,你还再投钱给PD-1单抗,今天就白听了,千万不能再投PD-1了。”

早期的抗癌药物多数为细胞毒性药物,尤其是影响细胞分裂的药物。它们抗癌的原理是癌细胞通常具有比正常细胞更快的分裂速度,因此这些药物对癌细胞的毒性更大。但这类药物对正常细胞毒性也很大,副作用非常明显。随着研究的深入,人们逐渐理解到不同的癌症是由不同的基因突变所导致,其不正常的生物学特性也是由于不同的细胞通路被异常激活或抑制。通过设计小分子药物来特异性地影响这些通路中关键的蛋白(通常是酶),可以精准地杀死或抑制癌细胞,使药物对正常细胞的影响大大降低。这就是通常所说的靶向药物,它们所针对的关键蛋白被称为药物靶点。以2018年诺贝尔生理或医学奖为标志的肿瘤免疫治疗,呈现了五花八门发散性的新知识、新技术、新思维、新梦想……同时科学家们对抗癌药物研究发现的问题之多,对研究方向的分歧之大,说明问题很大,水也很深。我很容易想起,我的老师,北京大学国家发展研究院著名经济学家周其仁教授对经济现象的一个著名判断:水大鱼大。不知道这一社会科学观察能否给自然科学一点启示。千百年来,智慧的人类总会有办法。也许你已经知道,对肿瘤的免疫治疗而言,双特异抗体这一全新概念正向我们走来。

我不知道大家会不会从一个段子的叙说,感受到抗癌药物研究之艰难、之茫然、之惊奇、之珍贵、之成就、之快乐……对此,我有期待。

致谢:“礼来亚洲资本”APP作者金淘沙拣、“知识分子”APP作者王承志。

作者简介

夏也 实名夏伦祝,教授、主任药师,安徽中医药大学药理学和药剂学硕士研究生导师,安徽中医药大学第一附属医院督导,从事人文药学、临床药学、药学教育、药事管理和新药创制学习研究40年。现任安徽省药学会副理事长、中国药学会循证药学专业委员会委员、安徽省药学会医院药学专业委员会主任委员等十多个国家级和省级学会委员。担任《中国药房》杂志副主编及九本药学学术杂志编委。承担国家科技部重大新药创制项目“注射用新藤黄酸的临床研究”(一类新药)等三项重大新药创制项目的临床前研究。参与国家自然科学基金等国家级和省部级12项科研课题研究。发表学术论文百余篇。主编《超临界萃取与药学研究》《循证中药学》《人文药学随笔》等学术著作和高校教材五部,参编10余部。孤芳哲学文学药学边缘研究,自赏京戏书法篆刻内心荒凉。期许学界:药学唇齿,人文襟抱。