抗肿瘤的“逆天病毒”和跑火车的“逆天编辑”

抗肿瘤的“逆天病毒”和跑火车的“逆天编辑”
http://blog.sciencenet.cn/blog-464637-836370.html


  

这两天中山大学颜光美课题组发表在PNAS上的论文“Identification and characterization of alphavirus M1 as aselective oncolytic virus targeting ZAP-defective human cancers”经各大媒体报道在网上火了起来。广大小白朋友们看到了各种报道不禁激动起来：是不是找到了癌症克星了，是不是肿瘤要被攻克了，是不是中国人要拿诺贝尔医学奖了......本着专业加娱乐的精神，我来做一点小小的科普。

   首先，得从肿瘤的靶向治疗说起。所谓靶向，就是精准地攻击你所设定的靶子，每次都打10环，不会因为脱靶而把举靶子的人给干掉了。肿瘤的治疗方法目前主流的还是三大法宝：手术，化疗，放疗。手术应该说是比较原始的靶向治疗，哪儿有肿瘤咔擦一刀给切了，简单粗暴。问题是肿瘤可能有转移灶，有些肿瘤细胞躲在血管里，附近的组织里，你切不到它又在别的地方长起来。化疗放疗属于散弹法，一枪下去所有鸟都完蛋，正常细胞也受到毒害，这两种方法目前还需要改进，以后可能会被淘汰。而肿瘤的靶向治疗是目前以及将来肿瘤治疗发展的方向，目标是准确地识别并杀死肿瘤细胞而不对其它细胞造成伤害。总的来说，目前肿瘤靶向治疗最有前景的有三个方向：一是小分子（包括化合物和抗体等），二是微生物（包括细菌和病毒），三是免疫治疗（利用机体自身免疫系统）。颜光美课题组最近发表的论文就是使用微生物的方法，下面我就简单八卦一下这一类靶向疗法。

   先说说细菌的肿瘤靶向。故事可以追溯到三百年前，当时有医生发现有些肿瘤病人在并发了细菌感染后，肿瘤奇迹般地缩小甚至消失了。这样的病例被逐渐报道，激发了一些的医生的灵感：是不是主动给病人注射一些细菌能辅助治疗肿瘤？目前能查到的最早的记录是1868年德国医生Busch试图使用丹毒致病菌链球菌治疗无法手术的肿瘤病人，但没有成功1。真正突破的实验是1890年美国医生William Coley试图使用化脓链球菌（Streptococcus pyogenes）治疗手术病人，但未获得成功。但他没有放弃，又加了一种细菌粘质沙雷菌（Serratiamarcescens），结果取得比当时已知的所有疗法都要疗效。此后这种配方被称为克雷毒素（Coley’s toxins）并被广泛用于肉瘤治疗直到1960年代1。1976年，三位医生（A. Morales, D. Eidinger, A.W. Bruce）报道了使用卡介苗（牛结核杆菌的减毒活菌苗）治疗表面膀胱癌的疗效，此后该方法一直被用于高危险性表面膀胱癌2。1990年代以后，多种能靶向治疗肿瘤的细菌被报道。随着技术发展，很多实验室开始改造已知的菌株使其具有更好的靶向性以及更低的毒性。例如，一株被改造的鼠沙门氏菌VNP20009其毒性基因被敲除，具有良好的耐受性，在小鼠实验中效果出色。2002年该菌株上了一期临床试验（即真正使用于病人），病人注射了该菌株后血清中能检测到各种抗肿瘤的细胞因子例如IL-1β，IL-6,  IL-12和 TNF-α等等，看上去前途光明。但是，没！效！果！肿瘤没变小，病人寿命也没延长3！这个例子说明人毕竟不是放大版的老鼠，老鼠实验放到人身上恐怕不能简单移植。不过，这毕竟是使用微生物靶向抗肿瘤的重要尝试，对后来的研究具有重要意义。还有一些科学家尝试将这种疗法和传统疗法联合使用。例如，Volgstein等人4将一株梭状芽孢杆菌与脂质体包裹的抗肿瘤药联用，完全治愈了他们实验中所有移植了肿瘤的小鼠。目前还有一些实验室在改造细菌用于肿瘤的显影和诊断，我就不再啰嗦。细菌遗传学手段非常成熟，改造起来比其它任何生物都更容易，可能在抗肿瘤研究中具有广泛的前景。

   和细菌一样，病毒用于肿瘤的靶向治疗也开始于感染病毒后肿瘤消退的临床观察。1904年美国医生Dock发表了一篇论文报道了白血病人在受感染后白细胞数目出现了改善，但是否是由于病毒感染尚有争论，有人猜测是结核菌感染5。直到1964年才有真正的报道指出被病毒感染的白血病人出现短暂的改善6。1910年意大利医生N. G. De Pace在巴黎的一次会议上报道了她的一位宫颈癌病人在打了狂犬疫苗后肿瘤出现了消退。后来她又试图用狂犬疫苗治疗其他宫颈癌病人，有些病人出现短暂好转，但最后所有的病人都出现复发并死亡。这些早期的临床报道促使科学家系统地对这个问题进行研究。1902年法国巴斯德研究所的C. Levaditi 和S. Nicolau利用多种动物模型测试了大量病毒对肿瘤的治疗作用7。实验表明确实有一些病毒能够在肿瘤细胞中复制并杀灭肿瘤细胞。1957年德克萨斯的M. D. Anderson 医院召开了一次富有成果的肿瘤学会议，来自著名的Sloan-Kettering研究所的Alice Moore和她的助理ChesterSoutham报道了他们的临床实验。他们给癌症患者使用多种病毒，但他们发现即使某些病毒能够在肿瘤细胞中复制并杀死肿瘤细胞从而引起机体免疫反应，但这种免疫反应很快就停止了，肿瘤则继续生长。Koprowski报道了Bunyamvera病毒感染患有高度恶性肿瘤的小鼠可以检测到肿瘤抗原，而小鼠恢复后甚至可以对再植入的肿瘤细胞发生免疫。Syverton和 McLaren也报道了他们使用当时刚建成的HeLa细胞系发现脊髓灰质炎病毒，单纯疱疹病毒，以及牛痘病毒都能裂解肿瘤细胞8。1967年M. D. Anderson 医院监督委员会收到一份临床实验的申请，研究者希望使用A型流感病毒治疗黑色素瘤和肉瘤患者，并观察患者的免疫反应。委员会于次年批准了这项申请，但是美国国立癌症研究所（NCI）以优先级别不够为由没给经费。正规的临床实验直到1980年代中期一位弗吉尼亚州的匈牙利籍全科医生Csatary从美国回到他的家乡匈牙利才正式开始。他使用新城疫病毒（NDV）治疗神经母细胞瘤和纤维肉瘤患者，这是人类第一次经政府批准和资助的使用病毒进行抗肿瘤治疗的临床实验。当时匈牙利甚至在互联网上做广告，号召外国病人去布达佩斯参加他们的实验。其后匈牙利著名畅销书作家RalphW. Moss亲自倡导这种非传统的治疗方法，使得该项目火热起来。这时候美国NCI才意识到该项目的前景，此后多项临床实验开展起来。目前已有9个家族的病毒（腺病毒，小RNA病毒，疱疹病毒，副粘病毒，细小病毒，呼肠孤病毒，痘病毒，逆转录病毒和弹状病毒）已经被用于临床实验9。随着分子生物学技术的发展和细胞生物学的发展，科学家已经开始用基因工程的方法有意识地改造病毒使其具有更好的靶向性。例如根据很多肿瘤细胞p53蛋白缺失或突变的特性，将腺病毒E1B基因敲除。该基因编码的E1B蛋白能够与宿主细胞的p53结合并使其失活从而使得细胞不会凋亡，而敲除该基因的腺病毒由于不能抑制p53，在非肿瘤细胞中无法包装成为成熟的病毒，从而只能在p53突变的肿瘤细胞中繁殖10。这个领域发展很快，目前有很多实验室在尝试发现或改造新的抗肿瘤病毒。最近热门的中国学者颜光美课题组找到了一种新的甲病毒M1能够特异地在肿瘤细胞中复制并杀死肿瘤细胞。他们还阐明了其特异性来源于正常细胞含有一种称为锌指抗病毒蛋白（ZAP）的成分能够抑制M1病毒的复制，而很多肿瘤细胞都不表达这个蛋白11。这是我国学者在该领域做出的新贡献，值得我们祝贺。

   但这个成果是不是像很多媒体报道的那样神奇呢？有些媒体将其称之为“中国人发明的专杀肿瘤的逆天病毒”，其实完全言过其实。科学家早已发现了多种具有肿瘤杀伤力的微生物，但目前还没有真正能在临床上推广。这是因为它们还没有比传统疗法更突出的疗效，特别是安全性的问题无法完全解决。病毒基因组很小，具有极高的变异性，如果用于治疗的病毒在病人体内变异成能高效感染正常细胞的病毒其后果可能不堪设想。传统媒体的记者和编辑在缺乏专业知识基础时其报道经常为了吸引眼球而使用爆炸性的，夸大其词的跑火车式的语言，很容易误导读者，甚至有时对科学家的工作产生影响。例如北京生命科学研究所的李文辉研究员去年发表的乙肝病毒的受体的论文被媒体广泛报道，有些媒体甚至写出“中国科学家解决乙肝问题”、“乙肝将被彻底治愈”的新闻稿，以至于很多乙肝患者将李文辉实验室的电话都打爆了。要解决这种问题，一方面，媒体工作者可能需要在报道专业领域的新闻时与专业人士沟通；另一方面，我们职业科学工作者也需要作出一定努力进行科普写作，让非科研工作者也能准确理解科学家所做的工作。

参考文献：





1.        Wei, M. Q., Mengesha, A.,Good, D. & Anné, J. Bacterial targeted tumour therapy-dawn of a new era. CancerLetters 259, 16–27 (2008).

2.        Morales, A., Eidinger, D.& Bruce, A. W. Intracavitary bacillus calmette-guerin in the treatment ofsuperficial bladder tumors. The Journal of Urology 167, 891–894 (2002).

3.        Toso, J. F. et al.Phase I study of the intravenous administration of attenuated Salmonellatyphimurium to patients with metastatic melanoma. J. Clin. Oncol. 20,142–152 (2002).

4.        Cheong, I. et al. ABacterial Protein Enhances the Release and Efficacy of Liposomal Cancer Drugs. Science314, 1308–1311 (2006).

5.        Kelly, E. & Russell, S.J. History of oncolytic viruses: genesis to genetic engineering. MolecularTherapy (2007).

6.        Wheelock, E. F. & Dingle,J. H. Observations on the Repeated Administration of Viruses to a Patient withAcute Leukemia. N. Engl. J. Med. 271, 645–651 (1964).

7.        Poetschke, G. &Klamerth, O. in Handbuch der Allgemeinen Pathologie 11 / 2, 315–505(Springer Berlin Heidelberg, 1965).

8.        Sinkovics, J. G. &Horvath, J. C. Natural and genetically engineered viral agents for oncolysisand gene therapy of human cancers. Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz.) 56Suppl 1, 3s–59s (2008).

9.        Miest, T. S. & Cattaneo,R. New viruses for cancer therapy: meeting clinical needs. Nat. Rev.Microbiol. 12, 23–34 (2014).

10.      Sinkovics, J. G. &Horvath, J. Can virus therapy of human cancer be improved by apoptosisinduction? Med. Hypotheses 44, 359–368 (1995).

11.      Lin, Y. et al.Identification and characterization of alphavirus M1 as a selective oncolyticvirus targeting ZAP-defective human cancers. Proceedings of the NationalAcademy of Sciences (2014). doi:10.1073/pnas.1408759111

抗肿瘤的“逆天病毒”和跑火车的“逆天编辑”
http://blog.sciencenet.cn/blog-464637-836370.html


  

这两天中山大学颜光美课题组发表在PNAS上的论文“Identification and characterization of alphavirus M1 as aselective oncolytic virus targeting ZAP-defective human cancers”经各大媒体报道在网上火了起来。广大小白朋友们看到了各种报道不禁激动起来：是不是找到了癌症克星了，是不是肿瘤要被攻克了，是不是中国人要拿诺贝尔医学奖了......本着专业加娱乐的精神，我来做一点小小的科普。

   首先，得从肿瘤的靶向治疗说起。所谓靶向，就是精准地攻击你所设定的靶子，每次都打10环，不会因为脱靶而把举靶子的人给干掉了。肿瘤的治疗方法目前主流的还是三大法宝：手术，化疗，放疗。手术应该说是比较原始的靶向治疗，哪儿有肿瘤咔擦一刀给切了，简单粗暴。问题是肿瘤可能有转移灶，有些肿瘤细胞躲在血管里，附近的组织里，你切不到它又在别的地方长起来。化疗放疗属于散弹法，一枪下去所有鸟都完蛋，正常细胞也受到毒害，这两种方法目前还需要改进，以后可能会被淘汰。而肿瘤的靶向治疗是目前以及将来肿瘤治疗发展的方向，目标是准确地识别并杀死肿瘤细胞而不对其它细胞造成伤害。总的来说，目前肿瘤靶向治疗最有前景的有三个方向：一是小分子（包括化合物和抗体等），二是微生物（包括细菌和病毒），三是免疫治疗（利用机体自身免疫系统）。颜光美课题组最近发表的论文就是使用微生物的方法，下面我就简单八卦一下这一类靶向疗法。

   先说说细菌的肿瘤靶向。故事可以追溯到三百年前，当时有医生发现有些肿瘤病人在并发了细菌感染后，肿瘤奇迹般地缩小甚至消失了。这样的病例被逐渐报道，激发了一些的医生的灵感：是不是主动给病人注射一些细菌能辅助治疗肿瘤？目前能查到的最早的记录是1868年德国医生Busch试图使用丹毒致病菌链球菌治疗无法手术的肿瘤病人，但没有成功1。真正突破的实验是1890年美国医生William Coley试图使用化脓链球菌（Streptococcus pyogenes）治疗手术病人，但未获得成功。但他没有放弃，又加了一种细菌粘质沙雷菌（Serratiamarcescens），结果取得比当时已知的所有疗法都要疗效。此后这种配方被称为克雷毒素（Coley’s toxins）并被广泛用于肉瘤治疗直到1960年代1。1976年，三位医生（A. Morales, D. Eidinger, A.W. Bruce）报道了使用卡介苗（牛结核杆菌的减毒活菌苗）治疗表面膀胱癌的疗效，此后该方法一直被用于高危险性表面膀胱癌2。1990年代以后，多种能靶向治疗肿瘤的细菌被报道。随着技术发展，很多实验室开始改造已知的菌株使其具有更好的靶向性以及更低的毒性。例如，一株被改造的鼠沙门氏菌VNP20009其毒性基因被敲除，具有良好的耐受性，在小鼠实验中效果出色。2002年该菌株上了一期临床试验（即真正使用于病人），病人注射了该菌株后血清中能检测到各种抗肿瘤的细胞因子例如IL-1β，IL-6,  IL-12和 TNF-α等等，看上去前途光明。但是，没！效！果！肿瘤没变小，病人寿命也没延长3！这个例子说明人毕竟不是放大版的老鼠，老鼠实验放到人身上恐怕不能简单移植。不过，这毕竟是使用微生物靶向抗肿瘤的重要尝试，对后来的研究具有重要意义。还有一些科学家尝试将这种疗法和传统疗法联合使用。例如，Volgstein等人4将一株梭状芽孢杆菌与脂质体包裹的抗肿瘤药联用，完全治愈了他们实验中所有移植了肿瘤的小鼠。目前还有一些实验室在改造细菌用于肿瘤的显影和诊断，我就不再啰嗦。细菌遗传学手段非常成熟，改造起来比其它任何生物都更容易，可能在抗肿瘤研究中具有广泛的前景。

   和细菌一样，病毒用于肿瘤的靶向治疗也开始于感染病毒后肿瘤消退的临床观察。1904年美国医生Dock发表了一篇论文报道了白血病人在受感染后白细胞数目出现了改善，但是否是由于病毒感染尚有争论，有人猜测是结核菌感染5。直到1964年才有真正的报道指出被病毒感染的白血病人出现短暂的改善6。1910年意大利医生N. G. De Pace在巴黎的一次会议上报道了她的一位宫颈癌病人在打了狂犬疫苗后肿瘤出现了消退。后来她又试图用狂犬疫苗治疗其他宫颈癌病人，有些病人出现短暂好转，但最后所有的病人都出现复发并死亡。这些早期的临床报道促使科学家系统地对这个问题进行研究。1902年法国巴斯德研究所的C. Levaditi 和S. Nicolau利用多种动物模型测试了大量病毒对肿瘤的治疗作用7。实验表明确实有一些病毒能够在肿瘤细胞中复制并杀灭肿瘤细胞。1957年德克萨斯的M. D. Anderson 医院召开了一次富有成果的肿瘤学会议，来自著名的Sloan-Kettering研究所的Alice Moore和她的助理ChesterSoutham报道了他们的临床实验。他们给癌症患者使用多种病毒，但他们发现即使某些病毒能够在肿瘤细胞中复制并杀死肿瘤细胞从而引起机体免疫反应，但这种免疫反应很快就停止了，肿瘤则继续生长。Koprowski报道了Bunyamvera病毒感染患有高度恶性肿瘤的小鼠可以检测到肿瘤抗原，而小鼠恢复后甚至可以对再植入的肿瘤细胞发生免疫。Syverton和 McLaren也报道了他们使用当时刚建成的HeLa细胞系发现脊髓灰质炎病毒，单纯疱疹病毒，以及牛痘病毒都能裂解肿瘤细胞8。1967年M. D. Anderson 医院监督委员会收到一份临床实验的申请，研究者希望使用A型流感病毒治疗黑色素瘤和肉瘤患者，并观察患者的免疫反应。委员会于次年批准了这项申请，但是美国国立癌症研究所（NCI）以优先级别不够为由没给经费。正规的临床实验直到1980年代中期一位弗吉尼亚州的匈牙利籍全科医生Csatary从美国回到他的家乡匈牙利才正式开始。他使用新城疫病毒（NDV）治疗神经母细胞瘤和纤维肉瘤患者，这是人类第一次经政府批准和资助的使用病毒进行抗肿瘤治疗的临床实验。当时匈牙利甚至在互联网上做广告，号召外国病人去布达佩斯参加他们的实验。其后匈牙利著名畅销书作家RalphW. Moss亲自倡导这种非传统的治疗方法，使得该项目火热起来。这时候美国NCI才意识到该项目的前景，此后多项临床实验开展起来。目前已有9个家族的病毒（腺病毒，小RNA病毒，疱疹病毒，副粘病毒，细小病毒，呼肠孤病毒，痘病毒，逆转录病毒和弹状病毒）已经被用于临床实验9。随着分子生物学技术的发展和细胞生物学的发展，科学家已经开始用基因工程的方法有意识地改造病毒使其具有更好的靶向性。例如根据很多肿瘤细胞p53蛋白缺失或突变的特性，将腺病毒E1B基因敲除。该基因编码的E1B蛋白能够与宿主细胞的p53结合并使其失活从而使得细胞不会凋亡，而敲除该基因的腺病毒由于不能抑制p53，在非肿瘤细胞中无法包装成为成熟的病毒，从而只能在p53突变的肿瘤细胞中繁殖10。这个领域发展很快，目前有很多实验室在尝试发现或改造新的抗肿瘤病毒。最近热门的中国学者颜光美课题组找到了一种新的甲病毒M1能够特异地在肿瘤细胞中复制并杀死肿瘤细胞。他们还阐明了其特异性来源于正常细胞含有一种称为锌指抗病毒蛋白（ZAP）的成分能够抑制M1病毒的复制，而很多肿瘤细胞都不表达这个蛋白11。这是我国学者在该领域做出的新贡献，值得我们祝贺。

   但这个成果是不是像很多媒体报道的那样神奇呢？有些媒体将其称之为“中国人发明的专杀肿瘤的逆天病毒”，其实完全言过其实。科学家早已发现了多种具有肿瘤杀伤力的微生物，但目前还没有真正能在临床上推广。这是因为它们还没有比传统疗法更突出的疗效，特别是安全性的问题无法完全解决。病毒基因组很小，具有极高的变异性，如果用于治疗的病毒在病人体内变异成能高效感染正常细胞的病毒其后果可能不堪设想。传统媒体的记者和编辑在缺乏专业知识基础时其报道经常为了吸引眼球而使用爆炸性的，夸大其词的跑火车式的语言，很容易误导读者，甚至有时对科学家的工作产生影响。例如北京生命科学研究所的李文辉研究员去年发表的乙肝病毒的受体的论文被媒体广泛报道，有些媒体甚至写出“中国科学家解决乙肝问题”、“乙肝将被彻底治愈”的新闻稿，以至于很多乙肝患者将李文辉实验室的电话都打爆了。要解决这种问题，一方面，媒体工作者可能需要在报道专业领域的新闻时与专业人士沟通；另一方面，我们职业科学工作者也需要作出一定努力进行科普写作，让非科研工作者也能准确理解科学家所做的工作。

参考文献：





1.        Wei, M. Q., Mengesha, A.,Good, D. & Anné, J. Bacterial targeted tumour therapy-dawn of a new era. CancerLetters 259, 16–27 (2008).

2.        Morales, A., Eidinger, D.& Bruce, A. W. Intracavitary bacillus calmette-guerin in the treatment ofsuperficial bladder tumors. The Journal of Urology 167, 891–894 (2002).

3.        Toso, J. F. et al.Phase I study of the intravenous administration of attenuated Salmonellatyphimurium to patients with metastatic melanoma. J. Clin. Oncol. 20,142–152 (2002).

4.        Cheong, I. et al. ABacterial Protein Enhances the Release and Efficacy of Liposomal Cancer Drugs. Science314, 1308–1311 (2006).

5.        Kelly, E. & Russell, S.J. History of oncolytic viruses: genesis to genetic engineering. MolecularTherapy (2007).

6.        Wheelock, E. F. & Dingle,J. H. Observations on the Repeated Administration of Viruses to a Patient withAcute Leukemia. N. Engl. J. Med. 271, 645–651 (1964).

7.        Poetschke, G. &Klamerth, O. in Handbuch der Allgemeinen Pathologie 11 / 2, 315–505(Springer Berlin Heidelberg, 1965).

8.        Sinkovics, J. G. &Horvath, J. C. Natural and genetically engineered viral agents for oncolysisand gene therapy of human cancers. Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz.) 56Suppl 1, 3s–59s (2008).

9.        Miest, T. S. & Cattaneo,R. New viruses for cancer therapy: meeting clinical needs. Nat. Rev.Microbiol. 12, 23–34 (2014).

10.      Sinkovics, J. G. &Horvath, J. Can virus therapy of human cancer be improved by apoptosisinduction? Med. Hypotheses 44, 359–368 (1995).

11.      Lin, Y. et al.Identification and characterization of alphavirus M1 as a selective oncolyticvirus targeting ZAP-defective human cancers. Proceedings of the NationalAcademy of Sciences (2014). doi:10.1073/pnas.1408759111