癌症治疗原则(ZT)

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免疫反应调节Immune Response Modulation) S. O% |$ i, G$ `3 S) o8 }8 _: Q9 M
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        多数肿瘤表达的抗原可能引起免疫反应，这是因为它们表达了引起特异性表位的变异蛋白。 然而在绝大多数的肿瘤病例中，可以通过有效地抑制肿瘤微环境中的免疫反应而避免被排斥(Muller and Scherle, 2006; Zou, 2005)。 虽然不是一个压力表型，这是一个能用于逆转这个标志的NOA的例子。多个机制可以保护肿瘤细胞逃避免疫监督。肿瘤细胞可以下调主要组织相容性复合物(MHC)分子的表达来减少抗原递呈(Garrido and Algarra, 2001)。" {- x8 u; D" ^  ]4 U
      肿瘤细胞也可以合成和释放如炎症趋化因子之类的免疫调节因子(如CCL2)，细胞因子(如 IL6和 IL10), 和前列腺素(如PGE2)以抑制细胞毒性T细胞的活性(Sharma et al., 2005)。 而且，肿瘤微环境中的关键性代谢产物的耗损，如葡萄糖，也会抑制细胞毒性T细胞的伸展(Muller and Scherle, 2006) .+ `: z- g! k; z" V! |5 @  _- I; i
肿瘤对“免疫抑制”NOA基因的依赖可以开发以得到治疗获益。例如环氧化酶2(COX2)抑制剂塞来考昔，以阻滞PGE2合成，已经表明它可以在荷瘤鼠中增强免疫反应(Stolina et al., 2000)。表达在肿瘤细胞中的MHC基因再激活使MHC下调，可能是通过抑制组蛋白脱乙酰基酶(HDAC)或转录抑制物，也是另外一个增强肿瘤免疫监督的方式。 在应用抗CTLA-4抗体干扰抑制性T细胞的研究中显示可以明显增强针对肿瘤抗原的主动免疫，这提供了另一个NOA样治疗的例子(Peggs et al., 2008)。重建抗肿瘤免疫的最大吸引力是它可以在多种肿瘤类型中以一种系统的方式应用，并且使免疫系统能在相对早期检测与消灭肿瘤。
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" Z  N9 w' S4 h: ]- [+ MImmune Response Modulation
8 [/ A% \, o2 S       Most tumors express antigens that could potentially elicit an immune response due to the expression of a mutant protein that gives rise to a novel epitope. However, in the vast majority of cases tumors are able to prevent rejection by effectively suppressing an immune response in the tumor microenvironment (Muller and Scherle, 2006; Zou, 2005). Although not a 9 H* z4 v! F+ i: }( `- e6 }1 y# r
stress phenotype, there are examples of NOA that can be used to reverse this hallmark. Several mechanisms protect tumor cells from immune surveillance. Tumor cells can down regulate the expression of major istocompatibility complex (MHC) molecules to reduce antigen presentation (Garrido and Algarra, 2001). Tumor cells also synthesize and release a num-
1 U0 t3 |2 J+ ]7 D7 C* xber of immunomodulatory factors such as chemokines (e.g., CCL2), cytokines (e.g., IL6 and IL10), and prostaglandins (e.g., PGE2) to suppress the activation of cytotoxic T cells (Sharma et al., 2005). Furthermore, the depletion of key metabolites in the tumor microenvironment, such as glucose, also inhibits cytotoxic T cell expansion (Muller and Scherle, 2006) .
1 R# X  N6 T% S  P5 gThe tumor’s addiction to “immunosuppressive” NOA genes could be exploited for therapeutic gains. For example, the cycloxygenase-2 (COX2) inhibitor celecoxib, which blocks PGE2 synthesis, has been shown to enhance immune response to tumors in mice (Stolina et al., 2000). Reactivating MHC gene expression in tumor cells that have downregulated MHC, perhaps by inhibiting a histone deacetylase (HDAC) or a transcriptional repressor, is yet another potential means to enhance tumor immune surveillance. Active immunization against tumor antigens has been shown to be greatly enhanced by interfering with inhibitory T cells through the use of anti-CTLA-4 anti-bodies, providing another example of NOA-like therapy (Peggs et al., 2008). A major attraction of re-establishing the antitumor immune response is that one could potentially apply it in a systematic manner toward many tumor types and allow the immune system to detect and eradicate tumors at a relatively early stage.3 l* c2 I0 x6 B3 ^  |! Q

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外部的非癌基因依赖Extrinsic Non-oncogene Addiction
. z' f! O% B  U! {: D5 j血管生成Angiogenesis3 a5 d1 R1 M: w- G8 c2 a) c
       外部NOA最好的例子之一是实体瘤通过分泌血管生成因子补充新生血管的能力。肿瘤血管生成确保肿瘤内部的细胞接受到生存所需的充足的营养和氧。阻断肿瘤血管生成将严重地限制了肿瘤的生长(Folkman, 2007)。 在小鼠移植瘤的早期实验中表明抗体介导的血管内皮生长因子(VEGF)的抑制可以明显地抑制血管生成和肿瘤生长(VEGF的功能是启动血管内皮细胞的增殖和移行以及血管萌发)(Kim et al., 1993)。包括这个在内的研究导致抗VEGF抗体贝伐单抗在治疗应用上的发展。(Ferrara et al., 2004)。另外，小分子抑制剂索拉非尼和舒尼替尼能以多个受体酪氨酸激酶为靶点，其中包括VEGF受体，已经在转移性肾细胞癌的治疗中显示出其有效性(Escudier et al., 2007; Motzer et al., 2006)。大体而言，任何内皮细胞中血管生成所需要的蛋白都可能是一个外部的NOA。 1 I6 x% b0 B" I) {; _
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Extrinsic Non-oncogene Addiction' d4 t: Y/ d/ x/ H' h& S! s
Angiogenesis
4 T$ \5 t/ o9 ~1 `: w8 v      One of the best examples of extrinsic NOA is the ability of solid tumors to recruit new blood vessels through the secretion of angiogenic factors. Tumor angiogenesis ensures that cells in the interior of the tumor receive suffcient nutrients and oxygen to survive. Blocking tumor angiogenesis would therefore severely restrict tumor growth (Folkman, 2007). Early experiments using mouse xenografts indicated that antibody-mediated inhibition of vascular endothelial growth factor (VEGF), which promotes the proliferation and migration of vascular endothelial cells and vessel sprouting, could severely constrain angiogenesis and tumor growth (Kim et al., 1993). These and other studies led to the development of the anti-VEGF antibody bevacizumab for therapeutic use (Ferrara et al., 2004). Additionally, the small-molecule inhibitors sorafenib and sunitinib, which target multiple receptor tyrosine kinases including VEGF receptors, have shown effcacy in treating metastatic renal cell carcinoma (Escudier et al., 2007; Motzer et al., 2006). In principle, any protein required for angiogenesis in endothelial cells is a candidate for extrinsic NOA.

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间质支持Stromal Support
4 e0 s8 p5 n3 {: h0 p* V  J: N! R# p* h3 k5 M
      肿瘤间质在支持肿瘤生长中起着一个关键性作用(Hu and Polyak, 2008)。越来越明确的是，肿瘤和它的周围间质细胞之间的异型性相互作用引起更好支持肿瘤生长的间质的表现型改变。例如，乳腺癌周围的肌纤维母细胞是由正常的乳腺成纤维细胞分化而来的，它们能分泌基质细胞衍生因子1而剌激肿瘤生长和增加内皮祖细胞而使血管生成 (Orimo et al., 2005)。这个表现型差异从在这些癌相关间质细胞中观察到的重要基因表达和表观遗传变化中得到进一步支持(Allinen et al., 2004)。
) o7 p' K* Y; V0 y9 Y& c      另外，已经发现骨髓分化间叶干细胞和造血祖细胞在肿瘤转移中起着重要作用，分别通过细胞因子介导的旁分泌信号或通过它们移动到远处部位以有利于建立转移环境(Kaplan et al., 2005; Karnoub et al., 2007)。虽然肿瘤间质细胞的体细胞突变是罕见的(Allinen et al., 2004; Qiu et al., 2008), 在由NF1基因变异所致的家族性多发性神经纤维瘤病1的病例中，精心设计的鼠模型显示肥大细胞在肿瘤进展中的重要作用。 NF1异质的肥大细胞和骨髓细胞对疾病表现型的贡献依赖于这些细胞中的c-kit信号(可以被迅速伊马替尼抑制的受体)。确实伊马替尼能够成功地应用于减少NF1病人的肿瘤负荷(Yang et al., 2008)，这证实了针对肿瘤非固有的NOA途径的靶向治疗的有效性。我们曾经举压力表现型这个例子来说明NOA，然而认识到其它被抑制时也会与癌生成状态不相容的NOA途径的存在与压力不相关是重要的。7 k! c9 o0 B: R% y& r* \# d# e

( P) v- a5 J' q4 c5 r+ R; ~# O' MStromal Support1 F' R& H  t1 l0 V, M" r
     The tumor stroma plays a key role in supporting tumor growth (Hu and Polyak, 2008). It is increasingly clear that heterotypic interactions between the tumor and its surrounding stromal cells lead to phenotypic changes in the stroma that better support tumor growth. For example, the yofbroblasts surrounding breast tumors are distinct from normal mammary stromal ) [4 M1 @. @5 w
fbroblasts in their ability to secrete stromal-derived factor 1 to both stimulate tumor growth and recruit endothelial progenitor cells for angiogenesis (Orimo et al., 2005). This phenotypic distinction is further supported by substantial gene expression and epigenetic changes observed in these cancer associated . R: F6 d% s+ E
stromal cells (Allinen et al., 2004). In addition, bone marrow-derived mesenchymal stem cells and hematopoietic progenitors have been found to play important roles in tumor metastasis either through cytokine-mediated paracrine signaling or through their mobilization to distal sites to help establish the metastatic niche, respectively (Kaplan et al., 2005; Karnoub et al., 2007). Although somatic mutations in tumor stromal cells are rare (Allinen et al., 2004; Qiu et al., 2008), in the case of familial neurofbromatosis 1 caused by mutations in the NF1 gene, careful modeling of the disease in mice has revealed a striking contribution of mast cells to tumor development. The
" x, {: H( D. bcontribution of NF1 heterozygous mast cells and bone marrow cells to the disease phenotype is dependent on signaling

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新抗癌治疗的前景. p2 z, U; I* B' g# u0 e
(The Path Ahead to New Cancer Therapeutics)3 s* ^0 j, d6 J) _9 `
: d  w- N- v' {  z+ v. R5 V. v
       由于我们现在拥有了针对肿瘤形成这个问题发动一场有组织攻势的工具，我们正在临近一个新的癌症研究时代，我们可以应用这两种方式：了解潜在的致病进程和设计新的抗癌治疗。下面我们探讨鉴定癌症药物靶点的新方法，并在理论上就治疗应该如何攻击癌症才是最优的方式这个问题提供参考。 ' V3 U1 g; Q% y; x7 y; b$ e( W
: a8 p8 o! K2 y! A2 f3 _
The Path Ahead to New Cancer Therapeutics
1 }# |1 {; W' @; R7 e3 {      We are approaching a new era in cancer research as we now! X. l# h1 ?% |3 f! l9 v
have the tools to mount a systematic assault on the problem of2 c# J) d  N' l6 `; r) V, }1 A
tumorigenesis in terms of both understanding the underlying
5 B6 ?1 z! Z- \4 ?pathogenic process and devising new therapies to treat can-
3 W( A' U$ x& f5 C6 j! l6 n# ~* Rcer. Below we explore new approaches for identifying cancer
) u6 O4 [2 f+ ?/ {& j# S+ c; Bdrug targets and provide theoretical considerations of how
5 L$ y: E- T' H  @! ]/ Stherapies attacking cancer might be optimally applied.

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识别靶点的方法
0 Y- B9 `: u! |. l4 k  O$ d$ L3 J(Approaches to Target Identification)
$ _; l$ S! U3 ]. B" y
3 {) {  @2 g1 N; Y1 W* X       基于根本的细胞功能已经列出了各种可能的癌症靶点，哪一个是我们作为癌症研究者所迫切需要并能快速拿来产生治疗效果的？ 明确的靶点鉴定和病人分类，也就是用普通的生物标志将病人分群的能力，并将他们与合适的治疗相联系，将是新的治疗进展中的重要因素。因而新的生物标志和确定治疗靶点的方法是必需的。一般意义上讲,在第一代研究中很好服务于我们的方法(辛苦地鉴别单基因并试图将它们开发于治愈癌症)可能将不能满足于下一阶段的癌症研究。鉴别癌细胞的薄弱点需要全基因组和无偏见的系统方法。这两者是互补和互相增强的并且将系统地鉴别候选药物靶点，提供于一个发现癌症药物靶点的方案。前者是鉴别癌细胞基因缺陷的经典方法，并利用这个知识用于治疗，一个试验或有用的方法会导致多个药物靶点的确定。这个方法当前应用于癌症基因组图和目的在于发现大量癌症类型的基因组特征性改变的其他应用中，这些特征性改变包括拷贝数的改变、转录谱、表观遗传修饰和DNA序列的改变。因为昂贵，这个方法只是一种潜在检测普通改变如癌基因和对深层功能肿瘤抑制因子的分析以及揭示可作为靶点的癌基因依赖途径的方法(Cancer Genome Atlas Research Network, 2008; Jones et al., 2008; Parsons et al., 2008)。很明显地，这些作用将产生人类癌症的重要的新信息并帮助生物标志的发现以及病人分类。然而这个方法在靶点发现方面有两个局限性。
! p9 o. Y% l2 E$ K       第一，当前的测序能力主要局限于编码区域，虽然在应用更昂贵的和更高度并行测序方法后全基因组将成为可能。第二个局限性是这个方法不能发现支持肿瘤生成的NOA途径，如前文讨论的那些，因为它们在癌症病人中没有突变。
+ i: U2 w  Z; Q* z" H     第二种方法是应用一种更功能化，系统生物学的方法鉴别癌细胞的脆弱点 (Ngo et al., 2006; Schlabach et al., 2008; Silva et al., 2008)。RNA干扰(RNAi)带来的***使这个成为可能。哺乳动物细胞RNAi技术的进展使它成为可能，人类第一次能够系统地检测每一个细胞蛋白的癌细胞潜在依赖。使用RNAi的功能性方法提供了多个发现靶点的优势。首先RNAi介导的蛋白敲除可以使全部或部份功能缺失，从而在很多研究中很好地模拟抑制剂的作用。再者，RNAi可以用于任何人类基因组的注释基因中，只要基于序列信息而不依赖于先验的癌症基因细胞功能或变异状态。因而这个方法能发现已知的和以前在癌症中未牵涉到新基因。第三，RNAi能很容易地应用于动物模型(Dickins et al., 2007)。 这就提供了一个快速的体内的靶标确认方法，它的优势是在很多鼠模型的癌症中，不需要先研发一种抑制剂。最后也是最重要的，全基因组RNAi筛选将鉴别在癌症中没变异的基因并显示NOA的特征。
9 q: z( b+ y5 R4 X% C! l         系统的RNAi筛选的目的在于应用一系列的癌细胞和正常细胞检测出对抗特定癌基因或抑癌基因的“综合致死信号”以及“癌症致死信号”，而揭示癌症脆弱点的遗传背景并引导一个合理的治疗方法设计。 当前RNAi方法的局限性是很多筛选的研究对象是体外的细胞系，并局限于分析基因在增殖和生存方面的重要性。因而这些筛选将错过那些只是完全在体内环境中有功能的特殊基因类型。如果大规模的遗传筛选在特定癌症的鼠模型中系统地进行，这个局性是可以克服的。RNAi文库的持续发展有助于提高基因敲除效率和整合特征(如条形码)，使非常高通量的筛选将能进一步增强这个方法的能力。这个作用需要持续的资源供给，就像一个有组织的协会的作用，但是结果能以相对无偏见的和广泛地方式鉴定出重要的癌症药物靶标。     ( h8 d1 M0 h, Y  U
     由于在遗传学上长期成功地提供生物学和疾病机制上无偏见的洞察力，我们的目标只有一个，鉴别所有癌细胞依赖以维持肿瘤生成状态的途径。确定药物靶标只是研发新癌症治疗发展进程的第一步。下一步的挑战是具有以下能力，识别和设计有合适药理学作用的小分子抑制剂并对抗任何给定的靶标的能力。当前，大多数的努力集中在所谓“可药化基因组”上，它代表的蛋白质具有酶功能而可以很容易地检测并作为靶点。但是最近的研究表明很多先前认为难以作为靶点的蛋白质，实际上能被小分子化合物所抑制(Wells and McClendon, 2007)。 鉴别能与特异蛋白结合和干扰蛋白质之间相互作用的小分子物质新的方法将拓宽使用范围并允许更多从物理图谱和遗传筛选明确的靶点进入药物研发流水线。当然我们寄予厚望的是，一旦将其有效地传送入肿瘤的溶剂被发现，RNAi本身在不久的将来会成为一种癌症的治疗方法。如果是这样的话，这将能克服小分子抑制剂的很多固有局限性并为药物发展带来***。

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用正交治疗精确清除癌症* V* A6 k- \7 J# J! ]- J( @
(Mathematical Elimination of Cancer using Orthogonal Therapies)
5 F: S; E# h; n0 b
# }; \, O0 S1 P0 ?. I& A        肿瘤依赖的癌基因和非癌基因在将来充当成功治疗癌症靶点是非常有可能的。 然而，事实上很明显地，包括最好的治疗在内的治疗单独应用在大多数病例中是失败的。每一种治疗可以当作是能移除一系列具有特定性质癌细胞的过滤器(图 3)。一个亚类的肿瘤细胞通过了这个过滤器并最后形成了克隆，而表现为治疗无效。这些罕见的，事先存在的变异细胞包含能逃避治疗抑制突变。 抑制突变的例子可能包括：预期靶标的双链位点改变，药物靶标的扩增，药物流出泵的活化，代替途径的活化如生长因子信号途径，这些因素执行了与抑制途径相同的功能。 % c, f1 R7 p6 H% N2 V- l
      抑制突变的表现率是癌症治疗的重要参数。不幸的是癌细胞的固有特性之一是它们增强的基因组不稳定性，这加快了抑制突变的表现。从理论上讲，为了克服这个问题，消除病人的所有癌细胞必需同时联合应用一系列的过滤器。如何完成这个方法仍有待研究，我们假设正交癌症治疗是同步应用的。 两种治疗正交使用，协同作用，它们以两种不同的方式攻击癌症，第一种治疗的抑制突变不能抑制第二种治疗，反之亦然。 必需注意的是某些非正交治疗的联合应用可能也是有效的，如果只是一部分抑制因子可以同时逃避两种治疗。这引出了癌症逃避治疗的概率这个简单的数学命题，复发指数(the recurrence index) RI, 是初始癌细胞数目N的比例数。 治疗1的抑制突变时间频率ν1, 治疗2的抑制突变时间频率ν2，以此类推产生了RI=Nν1ν2…νj。# B9 j: J6 p  z9 }
     一旦RI远小于1，从癌症的生存率就高。 重要的是这个综合治疗充分地考虑了肿瘤细胞的异质性如肿瘤干细胞的存在，肿瘤干细胞与整体肿瘤比较有不同的性质。虽然这个方程式中的参数的值目前尚不明确并可能因肿瘤类型而变化，但可以明确的是这个方法是有效的，因为和HIV的治疗相类似。对于HIV，与肿瘤相似有高度的可变异性，三种HIV复制抑制剂的混合物能控制这种疾病的进展。我们假设癌症治疗将采纳这种演算，并与AIDS相似将癌症从终末期转变成慢性病变或甚至提供可治疗的机会。由于肿瘤实际上是不同疾病的集合，正交联合治疗将按肿瘤基因型也可能是按病人的基因型而产生变化。" O8 O% z% H: H$ v+ _2 Y
          治疗方案的选择可能要按不同肿瘤的一系列生物标志分析而定，这已经在先前的研究中表现出来，对于特定的治疗可以预测出其疗效。联合治疗当前已经用于大量的癌症。然而当设计联合治疗时，了解抑制剂使每个治疗失败的性质和频率是很重要的，这样才能达到联合治疗正交性最大的目的。 另外一个重要的问题是，如果病人可以耐受，这种治疗最好同时进行而不是序贯进行，因为序贯治疗将导致起始肿瘤细胞的数目N值在下一次治疗前扩增，从而提高RI值。最后必须注意的是如果这种治疗中的其中一种是DNA损伤药物，可能会增加联合应用的另一种药物的抑制突变的频率。
2 Z8 _) G( P3 ?5 t          总的来说，有很多途径可以到达将来的癌症治疗。我们希望这些额外的标志描述癌细胞的压力表现型将提高对于现存治疗疗效的理解同时也为新的疗法提供理论基础。癌症的治疗靶点可能会通过经典的癌基因的分析而找到，也可以通过对组成NOA的一类新的基因的分析而得到。新的全基因组从一个系统的生物学角度努力解决癌症，在鉴别新的抗癌治疗靶点方面极具潜力。最后我们预测，通过合适的正交联合抗癌治疗，将癌症从宣判死刑转变成可控制的甚至是可治疗的疾病是可能的。