免疫療法＋功能性癌症基因圖譜，能讓腫瘤君滾蛋嗎？

2006年，癌症基因組圖譜計劃啟動，該項目致力於繪製出人類全部癌症的基因組變異圖譜。截至2017年，已有33種癌症的基因突變數據得到繪製。在該項目中，現任耶魯大學助理教授的陳斯迪帶領團隊繪製了兩類高致死率癌症——膠質母細胞瘤和肝細胞癌的功能基因組圖譜，為癌症的診斷、治療建立堅實的基礎。

撰文 | 李曉慧

2500年前，波斯王后阿托莎剛剛36歲，便發現她的乳房長出了腫塊並有滲血，「御醫」傾其全力卻治療未果，她用布裹住自己的乳房，痛苦地要求奴隸用刀把她的乳房割了下來。這是古希臘史學家西羅多德所記載的一段歷史，彼時的人們並不知道這個被稱為乳腺癌的疾病。

如果一定要追溯，癌症可能要追溯到四千年前，就像《眾病之王：癌症傳》的作者所述，癌症是一種古老的疾病，由於其致命性，它常常被稱為「我們這一代的典型瘟疫。」

難解的千年謎題

癌症已經折磨了人類上千年，但是直到現在人們仍然對絕大多數癌症束手無策。1971年12月，美國總統尼克松簽署了《國家癌症法案》（National Cancer Act），這被認為是人類對癌症正式宣戰（War on cancer）的標誌性事件。

此後的幾十年，全世界投入了巨大的人力、資源研究癌症產生的機制以及治療癌症的手段，外科手術、放療、化療作為各種常規癌症治療手段，已經難以取得更加令人滿意的療效，儘管靶向治療對乳腺癌、非小細胞癌及白血病等部分癌症的治療取得了重要突破，但人們對於多數癌症仍然缺乏有效的治療手段。

世界衛生組織稱，世界範圍內，癌症已經成為發病和死亡的主要原因，2012年約有1400萬新發癌症病例，預計未來二十年新發病例數將增加約70%，從全球情況看，近六分之一的死亡由癌症造成，癌症已經成為全球第二大死因。

癌症的根源在於人體內正常的基因發生突變，科學家們希望從根本上遏制癌症，決定從基因入手。2006年，癌症基因組圖譜計劃（The Cancer Genome Atlas，TCGA）啟動，科學家們試圖通過應用基因組分析技術將人類全部癌症的基因組變異圖譜繪製出來，以找到所有致癌和抑癌基因的變異，了解癌細胞發生、發展的機制，在此基礎上取得新的診斷和治療方法。該計劃花費了近10年時間，於2017年完成了33種癌症的基因突變數據，產生了2.5PB的數據，相當於53萬張DVD光碟所存儲的數據量。

「癌症基因組圖譜發現了基因各種各樣的突變，有一部分突變的功能是已知的，但是絕大部分突變的功能都不太清楚。」耶魯大學系統生物研究所助理教授陳斯迪說，在某些癌症中，可能會有上千種基因突變，但是「根據癌症基因組圖譜，我們並不知道單一的基因突變在癌症發生、發展過程中所起的作用，也不知道什麼樣的基因突變組合會導致癌症，這種複雜度，每種癌症都不一樣。」

破解癌症基因突變功能密碼

基因突變以及突變組合在癌症發生、發展過程中究竟發揮著哪些功能和作用？為了回答這樣的問題，為癌症治療提供更加精準的目標，陳斯迪和他的團隊提出了新的想法和概念——建立一個功能性的癌症基因組圖譜，而要做出這樣一個圖譜，需要了解從基因突變開始的整個癌症發生髮展過程。

依靠自然而然發生的基因突變顯然是不現實的，因此陳斯迪與他的團隊利用CRISPR/Csa9基因編輯技術誘導了活的小鼠發生基因突變。他們在現有的癌症基因組資料庫中尋找到最常見的突變基因，構建了一套sgRNA庫，使用腺相關病毒（AAV），將這些能突變特定基因的系統引入小鼠體內。這一技術可以令小鼠產生隨機的基因突變，令小鼠自然患上癌症。接下來，對癌變組織進行基因測序，他們反推出是哪些基因突變組合誘發了癌症，以及突變的頻率。

耶魯大學系統生物研究所助理教授陳斯迪（圖譜來源：耶魯大學）

「我們在研究中要看具體是哪個基因突變導致了癌症，怎樣導致的癌症，或者它們的組合如何導致癌症，以及怎樣的突變會導致癌症，還有哪些突變更強哪些突變更弱？我們都用定量的方式來檢驗。」陳斯迪說。

目前，使用這一方法，陳斯迪和他的團隊已經報告了膠質母細胞瘤和肝細胞癌的功能基因組圖譜，分別發表於Nature Neuroscience和Science Advance中。

陳斯迪和他的團隊首先選擇的這兩種癌症致死率和治療難度都很高，膠質母細胞瘤是一種惡性腦腫瘤，它的基因不穩定，臨床特性難預測，儘管手術、放化療等治療手段不斷進步，其預後仍然很差，中位生存期只有12-14個月。而肝癌也是病死率最高的惡性腫瘤之一，據統計，在中國每年約有超過38萬人死於肝癌，佔全球肝癌死亡病例數的51%。

「我們通過腦癌和肝癌的研究，已經證明了我們這種方法的有效性，其它的癌症也都可以利用這種方法，來繪製功能性的癌症基因組圖譜。」陳斯迪說道。

陳斯迪和他的實驗室成員（圖譜來源：耶魯大學）

「加持」免疫療法

了解了癌症基因組的功能之後，工作還遠遠沒有結束。陳斯迪希望它能夠與癌症免疫療法相結合，為癌症治療提供更有力的工具。

美國德州大學安德森癌症中心癌症免疫治療研究先驅詹姆斯·埃里森（James P. Allison），曾經發現並開發了單克隆抗體療法，激活免疫系統以對抗癌症，這一突破被認為是人類完全治癒癌症的新希望，埃里森也獲得了2015年的拉斯克醫學獎。2013年，癌症免疫療法被Science評選為當年的十大科技突破之首。不過，有專家表示，癌症免疫療法能否取得大幅進步，還要突破尋找癌症特異性靶標的難題。

「免疫療法為未來癌症治療提供了新的希望，但是如何找到免疫療法的靶點確實是一個問題。」陳斯迪說，「利用我們的平台，在免疫完整的環境下做的高通量模型，不僅可以繪製功能性的癌症基因組圖譜，而且非常有利於免疫療法的靶點篩選。」

目前，陳斯迪和他的團隊也正在利用這種方法，進行免疫療法靶點的篩選。「我們也會將它共享到整個科學社區，其它科學家也可以利用我們的模型，進行癌症免疫療法靶點的篩選。」陳斯迪說。一個個癌症基因突變功能的揭示，再加上推陳出新的治療方式，希望人類能夠有一天終結這個千年難題。

原始論文：

AAV-mediated direct in vivo CRISPR screen identifies functional suppressors in glioblastoma

Mapping a functional cancer genome atlas of tumor suppressors in mouse liver using AAV-CRISPR–mediated direct in vivo screening

《環球科學》3月刊現已上市

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