癌症研究泰斗苦苦寻找令肿瘤转移、复发的大boss，结果碰了一鼻子灰
罗伯特·温伯格是肿瘤研究领域的泰斗，图片来自biology.mit.edu
中国是世界上肿瘤负担最重的国家，2020年中国新发癌症457万人，占全球 23.7%，肿瘤患者不仅数量庞大，而且5年生存率也较其他发达国家低许多，近十年上升至40%左右，美国这一数字为70%。事实上，我国肿瘤患者生存率偏低与我们对肿瘤的治疗、筛查以及预防密切相关。很多肿瘤患者到了癌症晚期才被发现、接受治疗。
而这个阶段的肿瘤很容易转移，手术之后也容易复发，为何肿瘤细胞能够逃脱放化疗的治疗？近年来，有一个理论认为这是肿瘤干细胞在做怪，这些细胞如同种子一样，很早从病发灶潜入到身体的其他组织或器官，一旦时机成熟，就汲取身体的养分，快速分裂，建立新的根据地，让患者痛苦万分，甚至失去生命。
但现实情况是否是这样的？本文作者在文中分析到，不管是肿瘤领域的大牛温伯格，还是明星企业艾伯维，都在肿瘤干细胞疗法领域碰了一鼻子灰。“有关癌症干细胞的探索尚处在起步阶段，充盈着未知和吊诡矛盾，同时也赋予了科学更多的想象空间”。
欢迎阅读本文作者此前写的其他癌症科普文章：1.；2.；3.；4.；5.。
—— 悉达多·穆克吉
撰文 | 丁 零
责编 | 叶水送
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《众病之王：癌症传》作者悉达多·穆克吉曾说过一句话：“人类恐惧癌症，让癌症病人更惶恐不安的是复发”[1]。
2015年1月16日，乳腺癌复发夺走了年仅33岁青年歌手姚贝娜的生命，令人唏嘘的是，2011年5月31日，姚贝娜做完乳腺癌切除手术后曾充满希望地憧憬着：“以后每年6月1日都是重生纪念日”。
“复发”以外，癌症病人最惧怕听到的另一个词是“转移”。事实上，90%的癌症病人都死于肿瘤转移[2]。压倒癌症病人头上的这两座大山，谁又是始作俑者？
“雪崩时，没有一片雪花是无辜的”。对癌症而言，每一个癌细胞都难辞其咎，但有那么一小撮《权力的游戏》里的“夜王”，名号为癌症干细胞（cancer stem cell，简称csc），只有灭掉它，才能扳倒千军万马的异鬼。
头疼的是，灭掉癌症干细胞可没那么简单：癌症干细胞非常贼，患者接受治疗时，它装作佛系无害，忍辱负重躲过追杀。等危险过后，就开始无限地自我更新疯狂繁殖，极具侵袭性的狼子野心才昭然若揭。
很多类型的肿瘤都是通过血管来进行扩散和转移的，这是否是肿瘤干细胞在做怪，图片来自cancer.gov
于是，科学界出现了这样一个假说：癌症干细胞具备自我更新和分化能力，是肿瘤复发、转移、药物耐受的罪魁祸首；只有找到消灭癌症干细胞的方法，才有可能真正攻克癌症。
和干细胞疗法的道德伦理之争一样，癌症干细胞假说从它诞生之初就争议不断。
csc历史重要发现，图片来源：nat med, 2011. 17（3）: p. 313-9
自十九世纪以来，科学界基本达成共识：癌细胞看似一样，其实好比七个葫芦娃，个体间大相径庭，各有各的本事。早在1937年，furth和kahn就发现在健康小鼠体内注射单个小鼠癌细胞，就可凭一己之力筑建新的肿瘤[3]。这特殊的单个癌细胞就是最有本事的那位。
随后到二十世纪中叶，著名肿瘤学家pierce发现高产致瘤的肿瘤细胞，和干细胞一样，可以分化成多种非致瘤性（移植后不能形成肿瘤）细胞。举个例子，就好比孙悟空拔毛变出千万个小猴，但都不是美猴王。于是pierce灵机一动，信手拈来取了个名字，叫癌症干细胞[4, 5]。
1994年，多伦多大学干细胞生物学家约翰·迪克（john dick）站在前辈的肩膀上，又往前迈了一大步，首次发现癌症干细胞其实有可识别的标签，比如白血病癌细胞如果要评上癌症干细胞的职称，表面要有“cd34”标记物，并且还不能有过多“cd38”标记物 [6]。
迪克的发现是历史里程碑，但当时干细胞领域关注度比较低，整个癌症研究的重心也是停留在生理学层面，因此迪克的研究并没荣登头条，只是引起小小波澜。除此之外，一些科学家也开始抬杠：和其他实体瘤相比，血液癌有点奇葩，根本不具代表性。
既然看不上血液癌，那就动真格的，于是2003年迎来的一次真正的“革命”：密歇根大学的迈克尔·克拉克（michael clarke）从人乳腺癌中分离出癌症干细胞，并且只需两百个就可在小鼠体内形成肿瘤，相比之下，哪怕成千上万个非癌症干细胞也没啥用。除此之外，克拉克还进行了标记物鉴定[7]，提供了实体瘤中首个令人信服的证据。
几个月后，多伦多大学的彼得·迪克斯（peter dirks）发布了脑癌干细胞的文章[8]。2006年，迪克和一个意大利小组又不约而同地在结肠癌中发现了癌症干细胞[9, 10]。
癌症干细胞的下一个高光时刻来自2018年肿瘤免疫疗法car-t之父卡尔·朱恩（carl june）和melenhorst团队的一起乌龙事件：给一名白血病患者制造car-t时，本该加到t细胞上的car（简单来说，可以把car想象成t细胞的车头，带着t细胞开去肿瘤自治区），竟发生意外加到了患者癌细胞上，形成了“car-癌细胞”这个杂交品种。
不用说，结果自然是悲剧，患者接受治疗后不幸死亡。更神奇的是，研究人员发现致患者死亡的car-癌细胞来自同一个癌细胞，也就是说一个癌细胞就足以导致患者复发和死亡[11]。
这么多证据，是不是癌症干细胞假说就实锤了？并不然。
杠精一号当属《科学·转化医学》的知名博主德里克·洛（derek lowe），他在几篇博文中进行了夺命连环问[12, 13]：到底有多少癌症类型是受癌症干细胞驱动？异种移植肿瘤（人体肿瘤细胞接种到免疫缺陷小鼠）这种模型是否可靠？哪怕确实有一小部分癌细胞更具侵略性，我们就可以概而言之把它们叫做癌症干细胞？
约翰·霍普金斯的肿瘤学家威廉·马祖（william matsui）也指出，“如果过于依赖这些标记物，我们肯定会被愚弄”[14]。也就是说，当无法确认标记物是癌症干细胞的专属，就用标记物来分离癌症干细胞进行研究，有点钻逻辑学的空子。
除了动口，君子该动手时也不含糊。当时还在密歇根大学干细胞生物学中心担任主任的肖恩·莫里森（sean morrison）对癌症干细胞存在质疑，便决定亲自验证一下有多少黑素瘤细胞有再生能力，可自诩为癌症干细胞。和之前的数据不同（0.1%到0.0001%），莫里森团队发现25%的黑素瘤细胞可在小鼠体内形成肿瘤，并且从四名不同患者中未经挑选进行的单细胞移植，有27％形成了肿瘤[15]。
难道之前的研究有作假嫌疑？在这里还是要澄清一下，莫里森就移植技术做了改进，所以不能简单比对。但确实暴露了至少两个问题：
第一，移植方法不同就能造成如此之悬殊，那如何判断哪种移植方法和人体真实情况更接近？
第二，癌症干细胞如果确实占了整个肿瘤的25%，还有啥稀罕？要知道癌症干细胞理论受追捧的原因之一，是因为它是打不死的小强，病人接受治疗后看上去肿瘤消失了，实际上还有这些顽固分子藏在角落里。如果四分之一都是癌症干细胞，还能躲着看不见？
癌症干细胞假说：放疗和化疗等可消灭大量癌细胞（蓝细胞），而不能消灭癌癌症干细胞（橙色细胞） 图片来源：nat rev cancer, 2018. 18（11）: p. 669-680
不过莫里森作为知名科学家，秉承辩证看问题的态度，并没有一棒将肿瘤干细胞假说拍在沙滩上，他也说过：“即使干细胞模型仅适用于某些形式的癌症，此类研究也值得提倡，而且潜力无穷”[1]。
聊完学术界的争议，再来看看工业界的热闹。《科学》杂志曾形容癌症干细胞是一场豪赌，而豪赌的主角之一便是桃李满天下的著名肿瘤学家罗伯特·温伯格（robert weinberg）。
《科学》杂志截图
“我已经在癌症领域奋斗了四十年，然而我们做过的许多研究在临床上被证明毫无用处。” 温伯格沮丧地说。
但在他古稀之年，温伯格对治疗癌症又重新乐观起来。“这是我第一次真正意义上被委任开发确实能给癌症患者带来希望的药品。”温伯格的乐观便是来自对靶向癌症干细胞疗法的认可[14]。
为此，温伯格“赌”上了自己的声誉，以及投资人2亿美元的巨额资金，创立了名为verastem的公司，决心用临床试验验证靶向癌症干细胞确实是攻克癌症的不二选择。
verasterm的初衷是筛选能抑制fak的化合物，因为温伯格相信，阻断fak能直接杀死癌症干细胞。这里暂且不深入讨论fak和癌症干细胞的亲疏关系，这个假定是否成立，直接看看verasterm在fak抑制物下的功夫。
verasterm总共有两个fak抑制物，老大叫vs-6063；老二叫vs-4718，是2014年从poniard pharmaceuticals领养的。可惜不到三年时间，verasterm就宣布不优先考虑vs-4718，毫不留情停了临床。潜台词大概就是，家里钱不够，得先养着老大。
vs-4718临床实验状态
那背负家族使命的老大又表现如何？
小学升初中考试（临床一期）vs-6063成绩还不错，9名亚洲实体瘤患者中有2名24周内没有进一步恶化[16]。于是，老大顺利考入初中（临床二期），只可惜期中考试（临床中期数据分析）间皮瘤这个科目没通过，于是只能叫停临床试验[17]。之后，vs-6063又发奋图强参加了非小细胞肺癌科目的考试，结果还是差强人意[18]。
但毕竟是亲生的，verasterm不忍放弃vs-6063，于是就让它和表亲vs-6766（raf/mek抑制剂）联合作战，无论结果怎样，已经很难佐证癌症干细胞的关键作用。verasterm的凯发k8一触即发官网上也悄悄地闭口不提癌症干细胞这些个字眼。
下注癌症干细胞的除了温伯格，还有大名鼎鼎的国际生物制药公司艾伯维。
事情还得从2016年说起。彼时大金主艾伯维的伯乐团寻觅千里马时遇到了stemcentrx，一家靠着明星产品rova-t风生水起的生物技术公司。双方一拍即合，艾伯维大手一挥，就给stemcentrx写了价值58亿美元的支票，美滋滋地坐等超额回报。
rova-t是什么黑科技，能让艾伯维这么挥金如土？简单来说，rova-t是给毒素安装了一个gps（dll3抗体），gps能精准地将毒素配送到癌症干细胞。如果癌症干细胞假说成立的话，听起来确实是很不错的策略。
然而，接下来几年里临床频频告败，花了重金，艾伯维也只能宣布暂且将rova-t雪藏起来。当时买stemcentrx，除了rova-t，还有其他四个其他的化合物，至于要怎么处置，艾伯维保持低调拒绝回答。
再丰满的理想也抵不过这动不动就打个上亿的水漂。靶向癌症干细胞的热潮慢慢回到冷静期。
证明消灭癌症干细胞与临床获益存在直接联系前，得先思考三个终极哲学命题：是谁，从哪来，到哪去。
名字是有了，癌症干细胞到底是谁？先看皮囊，再论内在。
所谓皮囊不外乎就是面上能看到的，也就是说瞅一眼，就能从细胞群里找到癌症干细胞，而不是其他癌细胞或正常细胞。对细胞来说，最容易识别的五官就是上文提到的标记物，不同细胞都有自己独特的标记物。确认标记物后，设计药物才能有的放矢。
可问题来了，哪怕是同一种癌症，比如说乳腺癌，有些专家说癌症干细胞的标记物是a，其他专家又说是b，还各有各的理（下图）。
不同癌症类型的癌症干细胞标记物。数据来源：nat rev cancer, 2008. 8（10）: p. 755-68.
不但如此，癌症干细胞标记物还随着局部微环境而变化。比如说，在顺铂化疗诱导下，普通肿瘤细胞不但能生成癌症干细胞标记物，还获得了自我更新能力，完美演绎了“杀不死我的，必使我强大”的脚本[19]。反之亦然，癌症干细胞也被发现在特殊条件下会丢失掉标记物[20]。
所以，科学家认为，追捕癌症干细胞不能这么肤浅只看表面，要对它的内在有个清晰的画像。
听起来确实道理，那就给癌症干细胞照个x光，看看它心肝脾肺肾是否藏了什么玄机。一拍片可就更傻眼了，这错综复杂的关系该如何理清头绪（下图），有不少特质（比如bcl-2）在普通癌细胞里也有，所以到头来哪怕药物有效，还是道不清究竟是刺杀了癌症干细胞，还是普通癌细胞。
癌症干细胞信号通路图。图片来源：cell stem cell, 2019. 24（1）: p. 25-40
最后，再来看看功能，和其他癌细胞不同，癌症干细胞既然有干细胞这个头衔，就是因为有自我更新和分化能力，因此不少药物开发尝试都围绕着wnt和hedgehog等赋予自我更新能力的信号通路。
癌症干细胞，按照英文命名，可以理解为名癌症，姓干细胞，也就是还是属于干细胞家族，最开始的理论普遍认为癌症干细胞是正常干细胞突变而来。
事实上，不少证据都肯定了这个假设，比如说，有这么六名患者，骨髓移植后又得上了癌症，因为骨髓移植的捐赠者是异性，在追踪癌细胞时就很容易区分是自己的细胞还是捐赠者的细胞，结果发现，肿瘤内皮有4.9%是来自捐赠者的干细胞[21]。
癌症干细胞的起源。图片来源：nat rev cancer, 2005. 5（11）: p. 899-904.
除此之外，分化的细胞也有可能去分化，转变成癌症干细胞，不过和干细胞比稍微费功夫一点。毕竟无限生长潜力是高门槛核心技能，而这项技能干细胞已经掌握，所以只需要简单的变化就可出圈，但对已经分化细胞来说，就得卯足劲进行脱胎换骨的改变。
既然癌症干细胞来源这么宽泛、随机、任性，显然很难从根上入手。好在无论是干细胞还是分化细胞，都需要肿瘤微环境（niche）的助力。肿瘤微环境就好比一个摇篮，管你鸡蛋、鹅蛋、鸭蛋，进了这个摇篮就被孵化成坏蛋。因此，与其纠结癌症干细胞从什么细胞进化而来，不如研究研究肿瘤微环境，琢磨如何阻挡它给入住细胞提供恶之养分，进行不良教育。
癌症干细胞如此变幻莫测，控制它去处不失为一妙计。
其中一个办法就是诱导癌症干细胞走向分化之路，从而剥夺它作恶能力，并锁定在这种状态。既然分化了，那就相当于摘下干细胞的光环，变成普通癌细胞，这样就能轻而易举拿下。
意大利米兰干细胞研究所的科学家曾经很机智的用了这一招：他们将脑癌症干细胞暴露于一种诱导正常干细胞分化的蛋白质，于是癌症干细胞不知不觉进行了分化，形成新肿瘤的能力也随之降低[22]。
爱因斯坦曾说过一句话，“如果我们知道自己在做什么，就不会称之为研究。” 这句话形容癌症干细胞领域再恰当不过。
有关癌症干细胞的探索尚处在起步阶段，充盈着未知和吊诡矛盾，同时也赋予了科学更多的想象空间。如今所谓的争议也好，误解也好，兴许都是迈向真理的热闹伴奏乐。
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作者简介
丁零，生物化学博士，青年写作者。曾就职霍华德·休斯医学研究所及md安德森癌症中心，现从事咨询行业。
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参考文献
制版编辑 | morgan
