dna損傷揭示抗癌的新療法(2015年，癌癥治療有哪些突破？)

大自然中每一個有機體都會不惜代價保護自身的dna，但細胞如何精確區(qū)分自身dna的損傷還是入侵病毒外源dna的損傷依然是個謎底，近日刊登在國際雜志cell上的一篇研究論文中，來自索爾克研究所的研究人員通過研究揭示了細胞反應系統(tǒng)精確區(qū)分上述兩種威脅的機制，相關研究或可幫助開發(fā)新型的癌癥選擇性病毒療法，同樣也可以幫助理解為何老化和某些疾病似乎總在為病毒感染敞開著大門。

研究者clodagh o'shea教授說道，本文研究闡明了一種基本的機制，即機體如何區(qū)分細胞和病毒基因組的dna斷裂來誘發(fā)不同的保護宿主的免疫反應，該研究或可幫助解釋為何特定的狀況，比如老化、癌癥化療以及炎癥使我們機體對病毒感染變得更加敏感。

許多因子都會引發(fā)dna斷裂，研究者在文章中闡明了名為mrn復合體的一系列蛋白如何檢測dna和病毒的破裂，并且通過組蛋白來放大這種效應；mrn復合體蛋白會開啟一種多米諾骨牌效應，激活染色體周圍的組蛋白，最終引發(fā)一種廣泛的效應來幫助機體細胞修復dna。

一般來講，常見的dna病毒進入宿主細胞核后會開啟復制自身dna的基因的表達，而宿主細胞則會檢測到這種未授權的復制，同時mrn復合體就會在不誘發(fā)殺細胞的廣泛反應的前體下選擇性地中和病毒的dna，mrn對病毒的反應會在局部停留并且會僅僅選擇性地抑制病毒；如果入侵的病毒會引發(fā)類似強烈的反應，那么細胞將會頻繁地暫停生長。

文章中，研究者開發(fā)了新型病毒，其可以在正常細胞中被破壞，但可以在癌細胞中進行特異性復制，并不像正常細胞，癌細胞幾乎總是包含高水平的dna損傷，在癌細胞中，mrn或許會針對dna破裂做出反應，但工程化的病毒或許就可以逃脫監(jiān)視。癌細胞總是存在較高的突變率，而且在早期階段會存在基因組的不穩(wěn)定性，因此我們可以想象一下構建一種病毒來破壞早期機體損傷以及作為預防措施是多么困難的事情。

2015年，癌癥治療有哪些突破？

在過去的一年間，我們不知不覺便見證了一個個科技的奇跡，從堅強到感動億萬網(wǎng)友和知名媒體的月球車“玉兔號”，到上海建成的癌癥“克星”質(zhì)子重離子治療醫(yī)院，再到中國科學家制造出的“全球最輕材料”，無不令我們?yōu)橹贵@嘆。而在這一年，人類對于“眾病之王”——癌癥的研究，也同樣取得了許多可喜的進展。這篇文章將會以回顧的形式，對2015年腫瘤學領域最受關注的一些突破性進展進行總結。

“癌王”治療時隔數(shù)十年再獲突破

在知道日報的文章《“癌癥之王”哪家強？》中，我就曾對數(shù)種普遍被視為對生命具有極大威脅的腫瘤進行了總結，然而囿于篇幅，該文并沒能夠?qū)⒁恍┎惶Ｒ妳s往往致命的腫瘤收入，例如這篇文章將要介紹的脂肪肉瘤。作為軟組織肉瘤中惡性程度最高、最難治療的一類，脂肪肉瘤（liposarcoma）經(jīng)常令不少有著豐富經(jīng)驗的腫瘤醫(yī)生都十分頭疼，把它納入“‘癌王’家族”之中也毫不為過。

這種腫瘤通常由人體內(nèi)的脂肪細胞惡變而來，盡管早期腫瘤經(jīng)常能夠治愈，但總體死亡率卻居高不下（因為腫瘤早期的癥狀實在是難以被人發(fā)現(xiàn)）。從細胞學的角度來講，脂肪肉瘤如同一塊“牛皮糖”，癌細胞難以被包括手術、大劑量化療在內(nèi)的療法所完全清除（晚期患者中腫瘤經(jīng)初始治療后完全消退的幾率只有20%），而只要體內(nèi)殘留有癌細胞，就可以在很短的時間內(nèi)復發(fā)，并最終致命。更可怕的是，脂肪肉瘤在軟組織肉瘤中是出了名的“油鹽不進”，相當一部分對其他軟組織肉瘤有著良好效果的藥物（包括在2012年4月被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準治療軟組織肉瘤的突破性新藥培唑帕尼），卻對脂肪肉瘤無可奈何。直到2015年之前，脂肪肉瘤的治療方案僅僅包括幾種上世紀被確定有效的化療藥物，然而它們的效果只能說差強人意。

就在2015年，脂肪肉瘤的治療出人意料地迎來了新突破，兩種全新的化療藥物曲貝替定（trabectedin，2015年10月被FDA批準）和艾日布林（eribulin，2016年1月被FDA批準治療脂肪肉瘤）先后被證明在治療脂肪肉瘤方面具有優(yōu)異療效，而這兩種藥物都來自于海洋生物的分泌產(chǎn)物，可以說是“海洋賜給人類的寶藏”。

曲貝替定是一種海鞘素（ecteinascidins）的衍生物，顧名思義，海鞘素來源于古老的海洋生物——海鞘。曲貝替定早在實驗階段便顯現(xiàn)出了極好的抗癌活性，但開發(fā)它的西班牙制藥公司PharmaMar卻發(fā)現(xiàn)，想靠養(yǎng)殖海鞘來生產(chǎn)曲貝替定幾乎不可能（一噸該種海鞘僅可生產(chǎn)出不到1000mg的曲貝替定，而每個患者每次治療就需要2-4mg該藥）。在美國哈佛大學和伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）這兩所世界頂級理工科學校的研究團隊幫助下，PharmaMar公司終于得以人工合成出曲貝替定，但這一反應極度復雜，需要至少18步有機合成。

艾日布林來源自早已被發(fā)現(xiàn)具有抗癌效果的軟海綿素B（一種存在于多種海綿的物質(zhì)），軟海綿素B的結構復雜程度甚至遠超前面提到過的曲貝替定（每噸海綿僅可提取400mg，而完成前期臨床試驗就需要10g該化合物）。在哈佛大學和日本制藥公司衛(wèi)材（Eisai，開發(fā)軟海綿素B的藥企）的研究團隊的合作下，艾日布林這種能夠大大簡化合成路線卻又不犧牲療效的軟海綿素B產(chǎn)物得以成功合成，但這一合成路線被公認為“全球最復雜的有機合成路線”，因為它足足包括了62步有機合成！

免疫治療：“我們的目標是星辰大?！?/strong>

免疫治療其實并不是2015年才有的“新發(fā)現(xiàn)”（關于它的作用機理的介紹，詳見知道日報文章《免疫療法，能否阻止癌癥肆虐？》），早在2011年3月，全球第一款免疫治療藥物伊匹木單抗（ipilimumab）就已經(jīng)得到了FDA的批準，該藥用于治療惡性黑素瘤。然而在2015年，免疫治療取得了令眾人矚目的成就，適應癥不斷得到擴展，并一躍成為癌癥治療的主流療法之一，因此說免疫治療是2015年癌癥治療的重大突破也毫不為過。用一句著名的話概括免疫治療在去年取得的成就，那就是“我們的目標，是星辰大?！?。

盡管不同的免疫治療作用機理不盡相同，但它們的目標是一致的，即“激活人體免疫系統(tǒng)天然存在的抗癌潛力，從而對抗各種惡性腫瘤”。在2015年，各種類型的免疫治療均取得了巨大突破，而其中最受關注的則是免疫檢查點抑制劑和嵌合抗原受體T細胞療法：

免疫檢查點抑制劑：免疫檢查點（immune checkpoint）是人體天然存在的調(diào)節(jié)性信號分子，它們的作用是當免疫系統(tǒng)發(fā)動了針對正常細胞和組織的不恰當攻擊時，充當“哨卡”阻止免疫反應的發(fā)生。然而在某些癌癥患者中，癌細胞也會利用免疫檢查點的這一特性，防止免疫系統(tǒng)發(fā)動針對癌細胞的攻擊。在動物和人體臨床試驗中，免疫檢查點抑制劑（能夠抑制免疫檢查點活性的藥物，一般為能夠結合免疫檢查點的單克隆抗體）能夠有效激發(fā)宿主針對癌癥的免疫反應，對多種癌癥有著很好的療效。2011年批準的伊匹木單抗（抑制細胞毒性T細胞抗原-4，CTLA-4），以及2014年批準的哌妥珠單抗（pembrolizumab，抑制程序性細胞死亡因子-1（PD-1），用于治療惡性黑素瘤和肺癌）和納武單抗（nivolumab，同樣抑制PD-1，用于治療惡性黑素瘤、肺癌和腎癌）均屬于此類藥物。2015年10月，納武單抗和哌妥珠單抗共同獲得國際醫(yī)藥制品的年度最高獎項——2015美國蓋倫獎（最佳生物制品獎）。

嵌合抗原受體T細胞療法（CAR-T）：這是一種旨在通過幫助免疫系統(tǒng)識別癌細胞抗原，進而激活免疫反應的療法，該療法將患者的T淋巴細胞在體外輸入針對癌細胞抗原的抗體相關基因并培養(yǎng)后，回輸入患者體內(nèi)，這種被改造的T淋巴細胞可以產(chǎn)生識別癌細胞抗原的抗體，從而幫助免疫系統(tǒng)“定位”體內(nèi)的癌細胞。初步研究顯示，CAR-T對于某些傳統(tǒng)療法難以治療的白血病（如兒童的急性淋巴細胞白血?。ˋLL））和一些實體腫瘤（如卵巢癌）有著令人難以置信的療效，甚至可以在不需要造血干細胞移植的情況下治愈部分ALL患者。關于這種療法的研究目前已經(jīng)初步克服一些缺點（如治療步驟復雜、難以商業(yè)化等），預計有望于2017年左右推向市場。

2015年癌癥治療的其他進展

組蛋白脫乙酰化酶（HDAC）抑制劑：組蛋白脫乙?；甘菂⑴c細胞表觀遺傳（即在不改變DNA序列的基礎上，產(chǎn)生可遺傳變異的遺傳途徑）的重要酶類，而癌細胞往往會利用表觀遺傳來“關閉”對其生長有害的部分調(diào)控細胞增殖分化的基因。HDAC抑制劑可以抑制HDAC的活性，重新“啟動”調(diào)控細胞增殖分化的重要基因，令癌細胞得以“改邪歸正”成為正常細胞，或?qū)е掳┘毎蛲?。?015年，HDAC抑制劑的用途被再一次拓展，帕比司他（panobinostat）被FDA批準治療多發(fā)性骨髓瘤（一種常見于老年人的血液系統(tǒng)腫瘤，難以治愈）。與此同時，中國原研的HDAC抑制劑西達本胺（chidamide）的后期臨床試驗取得成功，在中國上市。

聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶（PARP）抑制劑：在2013年，好萊塢女星安吉麗娜·朱莉因在體檢中發(fā)現(xiàn)自己攜帶有可大大增加乳腺癌和卵巢癌患病風險的BRCA1基因突變，先后接受了乳房切除術和卵巢輸卵管切除術，一時間引起眾人關注。而在2014年年末，針對BRCA1突變引起的卵巢癌的新藥奧拉帕尼（olaparib）獲得FDA批準，2015年奧拉帕尼正式上市，并在幾個月后公布了最新的研究數(shù)據(jù)。BRCA1基因與DNA的修復機制密切相關，該基因突變使得細胞分裂中調(diào)控細胞增殖分化的基因異常，從而引發(fā)癌癥。而這種新藥的作用機理，頗有“以毒攻毒”的意味：PARP是BRCA1基因突變的癌細胞修復DNA損傷的唯一路徑（正常細胞可利用補救途徑完成DNA損傷修復），PARP受到抑制會導致癌細胞的DNA受損后無法修復，從而使癌細胞被人體的DNA錯配修復機制“消滅”（人體DNA錯配修復機制會檢查DNA中的損傷，首先嘗試修復，一旦損傷不能修復，細胞會自動凋亡）。目前PARP抑制劑在研究中還被用于治療前列腺癌、乳腺癌等癌癥，已經(jīng)取得了很大進展。

DNA修復到底分幾類？各類作用過程如何？

DNA修復分為核苷酸切除修復、堿基切除修復、重組修復和錯配修復四種。

對不同的DNA損傷，細胞可以有不同的修復反應。在哺乳動物細胞中發(fā)現(xiàn)了四個較為完善的DNA修復通路，分別是核苷酸切除修復、堿基切除修復、重組修復和錯配修復。

1、重組修復

此過程也叫復制后修復。對于DNA雙鏈斷裂損傷，細胞必須利用雙鏈斷裂修復，即重組修復，通過與姐妹染色單體正?？截惖耐粗亟M來恢復正確的遺傳信息。人重組修復中原損傷沒有除去，但若干代后可逐漸稀釋，消除其影響。所需要的酶包括與重組及修復合成有關的酶，如重組蛋白A、B、C及DNA聚合酶、連接酶等。

2、誘導修復

DNA嚴重損傷能引起一系列復雜的誘導效應，稱為應急反應，包括修復效應、誘變效應、分裂抑制及溶原菌釋放噬菌體等。細胞癌變也可能與應急反應有關。應急反應誘導切除和重組修復酶系，還誘導產(chǎn)生缺乏校對功能的DNA聚合酶，加快修復，避免死亡，但提高了變異率。

單鏈DNA誘導重組蛋白A，可水解LexA蛋白，使一系列基因得到表達，如RecA、UvrABC、SOS修復所需的酶等，產(chǎn)生應急反應。應急反應可作為致癌物的簡易檢測方法。采用缺乏修復系統(tǒng)、膜透性高的E.coli突變株，并添加鼠肝勻漿液。

3、錯配修復（mismatchrepair,MMR）

錯配修復可校正DNA復制和重組過程中非同源染色體偶爾出現(xiàn)的DNA堿基錯配，錯配的堿基可被錯配修復酶識別后進行修復。

4、核苷酸切除修復：通過切除-修復內(nèi)切酶使DNA損傷消除的修復方法。一般是切除損傷區(qū)，然后在DNA聚合酶的作用下，以露出的單鏈為模板合成新的互補鏈，最后用連接酶將缺口連接起來。形成胸腺嘧啶二聚體會引起DNA雙螺旋結構的變形，這樣的損傷也可以通過核苷酸切除系統(tǒng)修復。修復系統(tǒng)中的主要酶ABC切除核酸酶。

擴展資料

切除修復的幾種情況：

（一）細胞內(nèi)有多種特異的核酸內(nèi)切酶，可識別DNA的損傷部位，在其附近將DNA單鏈切開，再由外切酶將損傷鏈切除，由聚合酶以完整鏈為模板進行修復合成，最后有連接酶封口。

（二）堿基脫氨形成的尿嘧啶、黃嘌呤和次黃嘌呤可被專一的N-糖苷酶切除，然后用AP（apurinic/apyrimidinic，缺嘌呤或缺嘧啶）核酸內(nèi)切酶打開磷酸二酯鍵，進行切除修復。DNA合成時消耗NADPH合成胸腺嘧啶，可與胞嘧啶脫氨形成的尿嘧啶相區(qū)別，提高復制的忠實性。RNA是不修復的，所以采用“廉價”的尿嘧啶。

（三）切除修復不需光照，也稱暗修復。大腸桿菌中有UvrABC系統(tǒng)，可切除修復嘧啶二聚體。人體缺乏相應系統(tǒng)則發(fā)生“著色性干皮病”，皮膚干燥，有色素沉著，易患皮膚癌?？杉尤隩4內(nèi)切酶治療。

參考資料來源--DNA修復