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肿瘤如何变异以摆脱危机

危急时刻需要采取危急措施,这是一句古老的谚语,但创造它的人肯定无法想象它会在如此小的范围内如此真实。大约半个世纪前,科学家们发现,当细菌迫切地想要避免致命的威胁时,它们会激活一种危险但有效的基因程序,称为SOS反应。

现在,魏茨曼科学研究所的研究人员发现,当癌细胞拼命抵抗抗癌药物时,它们会动员类似的SOS反应。研究人员提出了一种抗SOS方法,可以在小鼠中阻断这种机制。有朝一日,它可能会发展成为人类的抗癌疗法。他们的研究发表在癌症发现

由魏茨曼免疫学和再生生物学系的YosefYarden教授领导的科学家团队研究了一种影响非吸烟者的令人费解的肺癌亚型。这些癌症之所以特殊,不仅因为不涉及烟草烟雾,而且因为它们的发病率因地理区域而异。例如,它们在以色列和美国约占所有肺癌的12%,但在东亚则超过35%

在初始阶段,这些癌症可以得到有效治疗。他们的细胞在EGFR基因中发生突变,这些突变被许多药物成功靶向。但大约一年后,由于肿瘤产生耐药性,药物停止工作:二次突变使它们能够逃避药物治疗。患者通常接受第二代和第三代药物治疗,但在每一轮之后,他们的肿瘤最终会对药物产生耐药性。

“我们想了解这种抗性的潜在机制,以便我们能够学习如何预防它,”Yarden说。

他从细菌学中汲取灵感,或者更具体地说,是从对细菌SOS反应的研究中汲取灵感。这个应急系统由克罗地亚生物学家MiroslavRadman于1975年首次描述,它促使细菌在其DNA中产生大量突变,以应对突然的危及生命的挑战,例如暴露于有毒化学物质、抗生素或紫外线。

“当发现SOS响应时,科学家们起初很难相信,”亚登说。“细菌真的可以故意制造如此多的突变吗?毕竟,这些突变使生物体面临巨大的风险。但只有在细菌濒临死亡时才会启动SOS反应,因此风险得到了回报,因为至少有一些变种人结果证明对威胁有抵抗力。”

这一研究方向被证明是卓有成效的。Yarden及其同事发现,在抗癌药物的攻击下,非吸烟者的肺肿瘤通过类似于细菌SOS反应的机制产生抗药性。这一结论来自组织培养和小鼠实验,由当时是Yarden实验室研究生的AshishNoronha博士领导,与以色列、欧洲和美国的一个大型科学家和医生团队合作。

研究人员揭示了癌症版本的SOS如何在其所有分子细节中发挥作用。当癌细胞被大量杀死时,它们留下的碎片会触发幸存者体内的一种机制,这种机制会交换负责复制DNA的酶。取代产生忠实DNA拷贝的高保真酶,被称为低保真酶的新酶故意马虎,在细胞分裂过程中引入了许多新的突变。还有一种机制通过破坏适当数量的四种核苷酸A、T、G和C(复制DNA所需的构建块)的供应来促成突变。这种机制会导致一对核苷酸A和G超过另一对,这不可避免地会导致复制过程中的错误。

最重要的是,研究人员设法确定了癌症SOS反应的中央调节器:一种称为AXL的细胞表面受体。它不仅充当传感器,从垂死的癌细胞中获取信号,而且充当开启突变产生的主开关。而且速度很快:一年之内,肿瘤中的所有细胞都可能含有产生抗药性的突变。

有了这些知识,研究人员开始寻找阻断癌症SOS系统的方法。他们发现,通过消除肿瘤细胞中的AXL受体,他们可以防止出现耐药性。“这是一个灵光乍现的时刻——我们知道我们应该寻找一种能够禁用这种受体的疗法,”亚登说。

然而,事实证明,这项任务比预期的要难。研究人员创造了一种在小鼠体内阻断AXL的抗体,但无论是单独使用还是与用于治疗以EGFR突变为特征的肺癌的主要药物Tagrisso联合使用,它都未能产生足够强的效果。只有当研究人员对小鼠进行三联疗法——抗AXL抗体Tagrisso和基于Yarden和已故教授MichaelSela的研究开发的另一种抗癌药物Erbitux——时,肿瘤才没有产生耐药性,并且他们被永远淘汰了。

生产有效的人源化抗AXL抗体并在临床试验中测试三联疗法可能需要相当长的时间。但在未来,该研究的发现可能会导致一种有前途的新疗法,用于治疗非吸烟者的肺癌,以及目前倾向于对现有药物产生耐药性的其他癌症亚型。

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