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免疫系统竟是癌症帮凶

2018-12-07 02:44:16

免疫系统竟是癌症帮凶

免疫系统为人体健康保驾护航已成为一种常识,然而,近年来的一系列重大发现却让所有人大跌眼镜:参与炎症反应、促进伤口愈合的免疫细胞竟然与肿瘤的恶化息息相关,它们会促进肿瘤生长,帮助癌细胞转移到其他组织。由此,切断免疫细胞与肿瘤之间的联系,成为抗癌战役新的主旋律。

5亿多年前,为了抵抗外界侵袭,我们的祖先进化出了一套防御武器:一些特殊的酶和蛋白质。如果微生物和毒素突破了某种寒武纪动物的外部防线(如外壳),这些早期的免疫系统成员就会相互协作,对非法入侵者展开猛烈攻击——破坏微生物的细胞壁、将化学毒素赶出动物身体或者直接吞噬并消化它们。入侵者被完全消灭后,免疫系统开始修复受损细胞。如果某些细胞伤势过重,免疫系统就会销毁它们。

这种炎症免疫反应对动物健康的重要性不言而喻,因此,即使经历了亿万年的进化,免疫系统的很多功能和特性仍被保留下来。研究发现,就算是果蝇(fruit fly,蝇类的一种,常用的模式生物)这样的低等生物,拥有的很多免疫基因都与人类相同,脊椎动物与非脊椎动物也是如此——在5亿年前,人类和这些动物的祖先是同一种生物。

多年来,先天性免疫系统几乎从未引起免疫学家的重视。他们认为,所谓的先天性免疫系统只是一群生物分子,它们的作用就是歼灭任何穿过动物皮肤或外壳的外来物质。免疫学家把精力集中在更高级的后天适应性免疫系统。这种系统可以针对某一种外来物质,召集相应抗体和其他“武器”来识别它们,并有目的地进行攻击,先天性免疫系统则没有这种针对性的防护举动。

但在过去15年中,先天性免疫系统逐渐进入免疫学家的视野。炎症反应是先天性免疫的标志性特征,它几乎与所有慢性疾病的形成有关:除了类风湿性关节炎和克罗恩病等明显的炎症以外,还包括了糖尿病、抑郁症、心脏病、中风等致命疾病(参见第49页侧栏)。近几年,研究人员详细评估了炎症反应与癌症之间的相关性。美国麻省理工学院怀特黑德(Whitehead)生物医学研究所的罗伯特·A ·魏因贝格(Robert A .Weinberg)说:“在我们的研究领域,炎症反应与癌症之间的相关性已经是一个焦点问题。”对于这种研究重点的变化,他在自己主编的教科书《癌症生物学(修订版)》中作了重点论述。

癌症的爆发是一个连续过程:一系列遗传变化引起一群细胞过度增殖,向周围组织侵袭,形成真正的恶性肿瘤;一些肿瘤细胞“不安于现状”,转移到更远的组织,长出新的肿瘤。长久以来,我们的了解仅限于此。研究重点的变化就意味着,癌症生物学家和免疫学家已经认识到,在癌症形成过程中,免疫炎症发挥着重要的调节作用。在病变组织真正变成具有侵略性的肿瘤之前,一些具有伤口修复功能的细胞会被转移到病变组织,在这里,它们“被迫”变成恶性细胞的帮凶,加速癌症爆发——正如研究人员描述的那样:遗传损伤是“导火索”,炎症反应则是“火上浇油”。

在《癌症生物学(修订版)》中,魏因贝格认为,肿瘤并不是一个简单的畸变细胞集合体,它还具有一个供养其生长的系统、一个适于肿瘤生长的微环境(含有各种免疫细胞和纵横交错的化学信号传导途径)以及呈状分布的血管。在人体内,肿瘤被认为是一个“非法组织”,既不参与血液的输送,也不会清除体内毒素,一心为自己“谋取私利”。

这一全新观点暗示,治疗癌症也许并不需要铲除所有癌细胞。消炎抗癌疗法可以防止有癌变趋势的细胞发展为真正的癌细胞,或者阻止癌细胞在体内扩散。采用这种疗法,癌症患者的生存几率应该会有所提高。莉莎·M·库森斯(Lisa M. Coussens)是美国加利福尼亚大学旧金山分校的癌症生物学家,她评论道:“我并不认为非要根治癌症不可,没必要这样做。如果我们能驾驭癌症,安稳地过完一生,就已经是重大的胜利了。”

免疫防御

科学家眼中的抗癌分子,却被证明是癌症加速剂,甚至还有实验结果表明,没有免疫细胞的帮助,肿瘤就不会恶化。

要理解炎症与癌症之间的关系,首先得弄清两个基本问题:机体如何对入侵者作出反应;当炎症反应持续时间过长,正常的伤口愈合过程怎样加速癌变进程。如果你不小心踩到一颗钉子,一些细菌会乘机从脚底钻入身体,但它们无法在人体内兴风作浪,因为一进入人体,细菌就会受到一群免疫蛋白和细胞的猛烈攻击。参与防御的免疫蛋白除了抗体外,还有30来种补体蛋白。这些蛋白是其他人体防御机制的一个补充,因此得名“补体”。它们可以导致病菌溶解,而病菌一旦溶解,人体内的吞噬细胞就会出动,将病菌的残余部分吞食掉。

一旦遇到不速之客,巨噬细胞 (macrophage)和嗜中性粒细胞 (neutrophil)就会将它们整个吞下,消化掉。除了上述两种细胞,吞噬细胞还包括自然杀伤细胞(natural killer cell)、肥大细胞(mast cell)和嗜酸性粒细胞(eosinophil)。伤口的愈合除了要消灭入侵病菌,还需要血小板的参与:它们从充斥着血管的内间质层迁移至表皮破损处,使血液凝固。然后,在一些酶的作用下,大量蛋白质形成一个错综复杂的络,将皮肤细胞固定下来。伤口开始结痂,皮肤又会长回原样,炎症战场也逐渐沉寂下来。不过,炎症反应有时并未真正停止。不仅是皮肤,任何组织都可能因为病原体、毒素或遗传损伤的存在而长期发炎,从而变成心脏病、癌症等疾病的“温床”。

除了道防线,脊椎动物还有其他对付病原体的“武器”:适应性免疫应答可以识别入侵者的分子特征,然后有针对性地进行攻击。这项任务的主要执行者是B细胞和T细胞。B细胞制造的抗体分子既可以直接“镇压”病原体,也可以在病原体上打上印记,让其他分子或细胞消灭病原;T细胞可以诱导被感染的细胞自杀,或者分泌特殊的化学物质,指导其他免疫分子的活动。

大量证据显示,慢性炎症与某些肿瘤的恶化有着密切的联系。其实,很早就有研究人员怀疑炎症与癌症存在某种关联性。1863年,德国着名的病理学家鲁道夫·魏尔啸(Rudolf Virchow)在恶性肿瘤中发现了免疫细胞;1978年,意大利米兰大学附属仁爱临床医院(Humanitas Clinical Institute)的阿尔贝托·曼托瓦尼(Alberto Mantovani)在某些肿瘤附近,观察到先天性免疫细胞有聚集的倾向;1986年,美国哈佛医学院的癌症生物学家哈罗德·F·德沃夏克(Harold F. Dvorak)指出,癌症是“无法愈合的伤口”。不过,仍有生物学家坚持认为,免疫系统不仅可以保护机体免受病原体的侵袭,还会剔出有癌变倾向的细胞。到底孰是孰非?仔细观察了癌症周围的微环境后,科学家似乎有了答案。

抗癌还是致癌?

一靠近肿瘤,巨噬细胞就会受到肿瘤细胞发出的信号分子的干扰,成为免疫系统的叛徒,为肿瘤的生长提供便利。到底是什么分子拥有如此魔力?

上世纪90年代末,英国伦敦大学玛丽女王癌症研究院的弗朗西丝·鲍尔克威尔(Frances Balkwill)研究了人体内的一种蛋白分子。这种分子类似于激素,是一种免疫信号分子,在浓度较高时,可以杀死癌细胞,因此科学家把它叫做肿瘤坏死因子(TNF)。但是,当低浓度的肿瘤坏死因子长期滞留于肿瘤中时,却可能起到截然相反的作用。在一次试验中,鲍尔克威尔敲除了小鼠身上编码肿瘤坏死因子的基因,使它无法合成肿瘤坏死因子。试验结果令人惊讶:小鼠竟变成了癌症“绝缘体”!她回忆道:“这一结果在科学界引发了一场‘地震’,所有把肿瘤坏死因子当作抗癌药物来研究的科学家都傻眼了,原本的抗癌分子一下子变成了癌症加速剂。”

今天,基因敲除技术已经十分成熟,选择性地敲除小鼠的某个基因,就能验证该基因的具体功能。我们可以利用这种方法,研究癌症与炎症之间的相关性。

1999年,库森斯和道格拉斯·哈纳汗(Douglas Hanahan)、泽纳·韦布(Zena Werb)发表文章指出,转基因小鼠的癌基因即使被激活,产生了癌变前组织,只要没有肥大细胞(mast cell,一种先天性免疫细胞),仍不会形成真正的肿瘤。2001年,美国爱因斯坦医学院的杰弗里·W·波拉德(Jeffrey W. Pollard)和同事培育了一些易患乳癌的转基因小鼠,虽然能在小鼠身上发现具有癌变倾向的组织,但只要没有巨噬细胞的协助,这些组织就不会彻底恶化。

新发现并非对传统观点的全盘否定。实际上,免疫系统是一把“双刃剑”。这个系统的细胞和分子络的复杂程度仅次于大脑,而且存在自相矛盾之处:有时它对癌症亮“绿灯”,但有时它又亮“红灯”。有些先天性免疫细胞,比如自然杀伤细胞,的确可以抑制肿瘤的生长。而其他免疫细胞,在平时都是消灭肿瘤的“正义之师”,只有当微环境处于炎症状态时,才有可能“助纣为虐”。而且,炎症反应并不是在所有器官中都会导致肿瘤的形成。关于炎症与通过血液扩散的癌症之间的关系还有待进一步确定。

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