你好,我是王立铭,欢迎来到我的《科学前沿课:众病之王的解决方案》。
你可能听说过一个很有名的故事。
8月,美国前总统吉米·卡特在90岁高龄被诊断患上了死亡率非常高、几乎无药可治的恶性黑色素瘤,而且已经出现了大脑和肝脏的转移。
连他自己,都觉得自己的生命就剩下几周时间了。
但是在开始治疗之后仅仅半年,卡特向全世界宣布,他大脑里的肿瘤奇迹般的彻底消失了!
卡特总统现在仍然健在,并且已经成了美国历史上最长寿的总统。
吉米·卡特总统
这到底是怎么回事?
卡特总统用了什么治疗方法,为什么这么神奇?
拯救卡特总统的,其实就是我们上节课提到的新思路:挖掘内力对抗癌症。
但是,它跟我们上节课的方向又不一样。
回忆一下,上一节课里我们提到过,癌细胞和人体系统之间有着复杂的相爱相杀的关系:
一方面, 癌细胞需要从人体系统中获得支持,比如通过诱导血管的生长为自己提供养料和氧气。
另一方面,癌细胞也需要逃避人体免疫系统对它们的追杀。
上节课我们的方向是,断掉癌细胞的生命支持系统,取得了不错的成绩。
这节课,我们就从另一个方向入手,看看怎么样能重启我们的人体免疫系统,让它来追杀癌细胞。
值得一提的是,的诺贝尔奖就颁给了这个方向的两位科学家。
重启免疫系统,这个事儿听起来简单,实际上想要应用是非常困难的。这背后有两大基础生物学的难题:
第一,免疫系统的功能是如何实现的?
第二,癌细胞又是通过什么办法逃避免疫系统的追杀的?
解决了这两个难题之后,才谈得上去思考有什么手段能够重启人体的免疫系统,治疗癌症。
接下来,我们就对这两个难题来一一解答。
1.免疫系统如何工作?
先说这第一个难题,免疫系统是如何工作的?
简单来说,人体的免疫系统在一般时候总是保持沉默的,但是免疫细胞具备几乎是无限的模式识别能力。
意思是,一旦免疫细胞发现了人体当中没有的、从来没有见过的化学物质,特别是蛋白质分子,免疫系统的功能就会被快速启动,通过各种方式把这些外来入侵者吞噬、分解、杀伤。
你要知道,不管是细菌病毒还是身体内出现异常的细胞,它们的表面都携带着大量的、人体正常情况下不会出现的化学物质。
所以通过这个方式,免疫系统就能够识别并且清理入侵人体的各种细菌、病毒,还有人体当中产生的异常细胞——这里面当然也包括刚刚叛变的癌细胞。
但是我们也得知道,人体免疫系统的功能也必须被控制在一个合理的范围内。
如果免疫系统只能开启不会关闭,总是处在过度活跃的状态,或者如果免疫系统不光识别了外来的化学物质,还开始识别追踪人体本来就有的化学物质,那它就很可能会误伤友军,攻击人体内部正常的细胞和组织。
这就会导致所谓的自身免疫疾病。比如类风湿性关节炎、红斑狼疮、银屑病等。
常见的自身免疫病
换句话说,免疫系统不光需要油门,还需要刹车。不光需要知道谁是敌人,还需要知道谁是朋友。
那到底具体是什么东西在限制免疫系统的功能,防止自身免疫疾病的出现呢?
在漫长的演化历史上,人体大概发展出了这么两个方法。
首先,免疫细胞装上了刹车功能,能够随时被叫停。
在过去二三十年的时间里,人们陆续发现,免疫细胞上其实自带好几十个有刹车功能的蛋白质。
这些蛋白质也被叫做“免疫检查点”,就像汽车通过高速路,或者人流进入机场需要接受检查一样,免疫系统的开工运行也需要通过这些免疫检查点的绿灯放行才可以。
正常的人体细胞可以主动去接触和结合这些免疫检查点,给免疫系统踩刹车,防止免疫系统过度活跃。通过这个办法,人体就能把免疫反应局限在那些真的出现了入侵者,真的需要免疫细胞战斗的部位。
第二个办法,就是区分敌我。
大家发现,在免疫细胞诞生之后,首先需要学习的一件事就是区分人体自身的蛋白和外来的蛋白。
免疫细胞在诞生的时候就自带一套模式识别系统,能够识别某种特定的化学物质。
但是在诞生以后,这些免疫细胞就会经过一轮挑选,如果一个免疫细胞模式识别的对象是人体当中本来就有的物质,那它就会被人体主动清除掉。
因此,理论上讲,所有剩下的人体免疫细胞,都应该是专一对外的了。
2.给免疫系统踩刹车
知道了免疫系统是怎么工作的,那第二个难题也就迎刃而解了。
这第二个难题是,癌细胞是如何逃避免疫系统追杀的?
我们可以大胆推测:
既然免疫系统自带刹车,还能够严格区分敌我,那癌细胞就很有可能直接利用这两套现成的机制,要么干脆主动给免疫细胞踩刹车,要么伪装成正常的自身细胞,从而逃避免疫系统的识别和杀伤。
如果你想到要给免疫系统踩刹车,那就跟上个世纪90年代的美国科学家艾莉森(James Allison)不谋而合了。
艾莉森
他一直在关注一个免疫系统自带的刹车,名叫CTLA-4的蛋白质。
这个刹车蛋白质对于免疫系统的正常功能是很重要的,如果把它去掉,免疫系统就会过分活跃,让人患上自身免疫疾病。
根据这个特性,艾莉森猜测,也许癌细胞发展出了一种超能力,专门去踩CTLA-4刹车,把免疫系统的活动压制到最低。这样一来癌细胞就可以逃脱免疫系统的追杀,自己的生长繁殖就不受控制了。
于是,艾莉森立刻提出一种新的对抗癌症的技术手段:
如果能发明一种方法,破坏掉免疫系统自带的刹车,让癌细胞想踩刹车都无从踩起,不就可以让免疫系统重新活跃起来,帮助我们对抗癌症了么?
他立刻行动起来,设计了一种药物专门结合CTLA-4,破坏这个刹车的功能,并且证明了这个药物至少在动物模型里确实可以对抗癌症。
基于艾莉森的这个思想,在,专门结合CTLA-4刹车的新药益伏(Yervoy)上市,成为了人类对抗黑色素瘤的利器。
在此之前,人类还没有任何一种药物能够有效延长黑色素瘤患者的生命。
你可能还记得上映的电影《非诚勿扰》里, 香山患上了黑色素瘤之后,给自己办了场活人的追悼会然后投海自杀。
如果这部电影晚上映一年,可能这段情节就得重新换掉重拍了!
3.革命性的癌症免疫疗法
那卡特总统的黑色素瘤也是新药益伏治好的么?
其实并不是。
益伏当然是一种革命性的重量级新药。
但是益伏的潜在问题也挺大:别忘了,CTLA-4刹车对于人体免疫系统的正常功能是很重要的,如果破坏掉CTLA-4,人会患上严重的自身免疫疾病。
换句话说,用了益伏这种药,人体的免疫系统确实是被重启了,癌细胞也确实被追杀了,但是大量正常的人体细胞也同时被误伤了。这会产生严重的副作用,也大大限制了益伏这种药物的应用范围。
那怎么办呢?
逻辑上说,一个更合理的办法是,看看免疫系统的刹车当中,有没有哪种是专门被癌细胞偷偷利用的。
如果专门破坏这种刹车机制,就能让免疫系统重新活过来对抗癌症。与此同时,又不会让人体免疫系统变得过度活跃,引发副作用。
那到底有没有这样的东西呢?
还真有。
在上个世纪90年代,就在艾莉森开始憧憬利用CTLA-4来治疗癌症差不多的同时,日本科学家本庶佑发现了免疫系统的另一个重要刹车,PD-1。
如果事情只到这里为止,那PD-1和CTLA-4,两个免疫系统的刹车似乎看起来没什么不一样的。
但是在十几年之后,在21世纪初,华人科学家陈列平发现,癌细胞特别喜欢偷偷踩PD-1这个刹车。
很多种类的癌细胞都会大量生产一个名叫PD-L1的蛋白质,这个蛋白质专门识别和结合PD-1刹车,让免疫系统停止工作。
陈列平
到这里,CTLA-4和PD-1两个刹车就立刻分出了高下。
既然癌细胞会专门利用PD-1刹车,那破坏掉PD-1刹车的疗效和安全性应该都会更好。
事实也确实如此。
在,专门结合和破坏PD-1刹车的新药,欧狄沃(Opdivo,也叫O药)和可瑞达(Keytruda,也叫K药)正式上市。
这两个药物的作用原理很简单,它们的形状就像一个大笼子,能够结结实实地套在刹车蛋白PD-1上面,让癌细胞想要猛踩刹车都够不着。
通过这样的方法,人体免疫系统就可以比较安全地被重新启动,重新开始对癌细胞的追杀了。
这两个药物立刻成为人类对抗癌症的神兵利器。奇迹般治好了卡特总统绝症的,就是可瑞达。
利用CTLA-4和PD-1杀灭癌细胞示意图
你也许已经意识到了,这节课我们讲到的,就是你在新闻媒体上经常看到的大名鼎鼎的癌症免疫疗法。
癌症免疫疗法是人类对抗癌症历史上的一次重大革命。
特别让人觉得充满希望的是,在很多场合,这些药物不光能显著延长患者的寿命,在一部分患者当中,这些药物还能彻底治愈癌症!
而且,和咱们上节课讲过的抑制血管新生、对抗癌症的思路相似的是,既然癌细胞的生长繁殖一定需要逃避免疫系统的追杀,那通过重启免疫系统治疗癌症的药物,天然就具备“广谱”属性,可能同时能够用来对付多种不同的癌症。
就拿欧狄沃做例子,这个药物已经被用来治疗黑色素瘤、非小细胞肺癌、结直肠癌、肾癌、肝癌、胃癌等等很多癌症,适应症多的都数不过来!
因为这个原因,最早把癌细胞和免疫系统刹车联系在一起的两位科学家,艾莉森和本庶佑,也获得了的诺贝尔奖。
和我们之前讨论过的所有癌症治疗方案一样,癌症免疫疗法的发明,也深深地依赖人类对人体免疫系统的生物学理解,特别是癌细胞到底是如何逃避免疫系统追踪和杀伤的。
既然癌细胞能主动给免疫细胞踩刹车,那反过来通过挖掘内力,控制免疫系统这个刹车,就能够重新唤醒免疫系统,让它继续追杀癌细胞了。
总结
这一讲,我们继续沿着“从外力到内力”的思路,利用癌细胞和人体免疫系统相杀的关系,对抗癌症。
我们首先解决了两个生物学难题:
我们知道了免疫细胞有刹车功能,也懂得区分敌我。而癌细胞为了逃避免疫系统的追杀,会给免疫系统踩刹车,来压制免疫系统的活动。
针对这两点生物学知识,革命性的癌症免疫疗法就被开发了出来。原理很简单,就是把刹车蛋白套上笼子,让癌细胞没办法猛踩刹车。这样人体免疫系统就可以被重新启动,追杀癌细胞了。
这种“从外力到内力”的思路,也为我们解决生活中其他难题带来了启发。
请注意,给免疫系统踩刹车只是癌细胞逃避免疫系统的猜想之一。
既然免疫系统还可以区分敌我,那癌细胞会不会伪装成正常的身体细胞,来逃脱免疫系统的识别呢?
这个问题直接引出了癌症前沿的另一场挖掘内力的革命,我们下节课再仔细讨论。
王立铭
两位癌症免疫疗法的先驱艾莉森和本庶佑获得了诺贝尔奖。从我们今天的课程里,你也应该发现了,华人科学家陈列平在这个过程中也发挥了重大作用。你觉得他应不应该获得今年的诺贝尔奖呢?欢迎在留言区跟我互动。
我们下一讲见。
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