PNAS:发现癌症与免疫的“第三种状态”

 

莱斯大学的科学家们正在打一场对抗癌症的网络战争，他们在研究中发现免疫系统可能是临床医生最强大的盟军。研究结果发布在本周的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

 

论文的共同作者、莱斯大学的Eshel Ben-Jacob说：“近期的研究发现癌症善于利用网络战来对抗免疫系统，我们研究了癌症和免疫系统之间的相互作用，想看看我们该如何对癌症发动反攻。”

 

Ben-Jacob与莱斯大学理论生物物理学中心(CTBP)以及德克萨斯大学MD安德森癌症中心的同事们一起，开发了一种计算机程序来模拟与外来体（exosome）相关的一种特殊的细胞间通讯通道。外来体是含有蛋白质、信使RNA和其他编码信息片段的小囊泡，癌症和免疫系统都能够生成并利用它们来向其他的细胞发送信息。

 

Ben-Jacob说：“从根本上讲，外来体就是小型的信息盒，这些信息被包装及密封在小的纳米囊泡中。这些纳米载体被编写上一些特异的标记物，因此它们可以被传送到特定的细胞类型处。其中包含着信号蛋白、RNA片段、microRNAs等形式的大量特殊信息和其他的数据。一旦被靶细胞摄取，这些纳米载体可以命令细胞改变正在做的事情，在某些情况下甚至可以改变它们的身份。”

 

Ben-Jacob说，近期的研究表明，树突状细胞利用了外来体通讯来执行它们的专门角色，充当先天免疫和适应性免疫系统的仲裁人及调解人。先天免疫和适应性免疫系统利用了不同的策略来保护身体免于疾病。先天免疫系统始终对抗着所有的威胁，总是率先行动来对抗未知的入侵物。与之相反，适应性免疫系统更为有效地发挥作用，以一种特异的方式对抗识别的、确定的威胁。树突状细胞是先天和适应性免疫系统的组成部分，共享信息并帮助“指导”适应性系统的猎杀细胞应靶向哪些细胞，并且如何能够最好地破坏它们。

 

Ben-Jacob说：“我们受到两篇论文的启发完成了这项研究。一篇论文揭示了树突状细胞是如何利用外来体对抗癌症的，另一篇则阐明了癌细胞利用外来体系统来阻止骨髓生成树突状细胞，并使得树突状细胞丧失指导能力。这是一场网络战，简单而纯粹。癌症利用了免疫系统自身的通讯网络，攻击的并非是士兵，而是协调机体防御的将军。”

 

为了探讨外来体介导的细胞间通讯在癌症与免疫系统战争中的作用，Ben-Jacob和研究的第一作者、博士后研究人员陆明扬（Mingyang Lu，音译），以及莱斯大学理论生物物理学中心的同事们构建了一个计算机模型来捕获癌细胞、树突状细胞以及免疫系统中其他的细胞之间外来体交换的特殊方面。

 

论文的共同作者、莱斯大学理论生物物理学中心主任José Onuchic 说：“你可以想象一下，癌症与免疫系统之间有一场拉锯战。有时一方赢，有时候另一方胜。问题在于我们能够理解这场战争，利用放疗或化疗以这样一种方式来改变拉锯战的平衡状态，支持免疫系统。”

 

基于他们的研究结果，Ben-Jacob和Onuchic说，答案有可能是yes。尤其是，这一模型发现外来体的存在创造了一种状况：存在三种可能的癌症状态。其中的一种状态是中间状态，即癌症既不强也不弱，而免疫系统则处于高度戒备状态，这有可能是一种新治疗方法的关键，且副作用降低。

 

 “当外来体不涉及其中时，只有两种可能的状态：癌症强，免疫系统弱；或是癌症弱，免疫系统强，”Ben-Jacob说。

 

尽管癌症弱化这种状态更好，但越来越多的临床证据表明直接迫使癌症从强转弱极其的困难，部分原因在于放疗和化疗也会像削弱癌症一样地削弱免疫系统。

 

论文的共同作者、MD安德森癌症中心临床癌症预防教授Sam Hanash 说：“治疗后消退的癌症仅在短短数月或数周内就变得更强，这种情况相当的普遍。新模型捕捉了这一动态，提出了让免疫系统发挥职责，对抗癌症的备选方案。”

 

Ben-Jacob说，研究小组证实通过交替循环使用放疗或化疗及免疫增强疗法，有可能能够迫使癌症从强势转向中间状态。

 

Ben-Jacob 说：“我们的模型表明，只需几轮这样的治疗就可以改变癌症和免疫系统之间的平衡，帮助免疫系统将癌症带至中间状态。一旦进入到中间状态，通过几次短脉冲的免疫增强就可以让癌症进一步下落至弱势状态。”

 

“利用两步过程，驱使癌症从强势转向中间状态，再从中间状态转向弱势，这将更为的有效。没有外来体——这一癌症与免疫网络战争的纳米载体和第三种状态，这种两步方法将不可能起作用。”