肿瘤新生血管理论??佛克曼

 

美国国家科学院院士杰若米?佛克曼教授(MosesJudahFolkman)，有40年临床医学经验，这为他后来的研究工作提供了丰厚的实践基础。他提出了有异于传统学说的大胆假设??肿瘤新生血管理论，却一直得不到主流学派的认可。佛克曼怀着攻克癌症的坚定信念，继续探索肿瘤细胞繁殖的规律，进而提出了治疗的可能对策。广州医学院附属肿瘤医院胸外科薛兴阳

本书记录了他的研究历程。 “转移肿瘤”是怎么发生的 手术后肿瘤转移的问题，医学文献里记载很多。在主要肿瘤切除后，卫星般的小肿瘤四处兴起的图片，早在1900年就有了。科学家对于其中原委有各种说法，比较通俗的看法是，这要怪外科医师，医师把肿瘤切掉时，让一些癌细胞逃逸出来，到遥远的组织中另起炉灶了。 当杰若米?佛克曼思考这个问题时，他注意到，在某些病例中，只要那颗主要的大肿瘤还在生长，其他在体内各器官乱窜的小型“肿瘤种子”就会受到阻碍，没法长大到肉眼可见的程度。问题是，这些转移肿瘤为什么要等到手术后才开始生长？这个看似简单的问题里，包藏着癌症潜伏之谜，以及未来的癌症疗法。早在1985年，佛克曼就要求手下的外科医师探讨这个问题。佛克曼不相信肿瘤转移是外科手术的副产品，他认为，早在主要肿瘤摘除之前，转移的肿瘤就已经存在于身体的其他部位了。 1987年的一天深夜，佛克曼正和手下的博士后研究员哈罗德?布雷姆一起研究源自真菌的新药TNP-470的活性。虽然定量的TNP-470可以阻止动物肿瘤的生长达百分之七十或更多，但当反复给予的药物终于使得肿瘤生长减缓(有些案例甚至使得肿瘤变小)时，躲藏在其他部位原本看不见的肿瘤细胞，却突然间凶猛地生长起来。这情形就和多年来出现在手术后癌症病人身上的现象一样。佛克曼和布雷姆讨论到：会不会是某些天然机制被大家忽略了？佛克曼自问：这会不会是原先的大肿瘤制造了什么东西，如某种未知的抑制剂，使得转移肿瘤无法生长？然后，因为TNP-470打击了大肿瘤，令它萎缩，从而减少这种抑制剂的释放？ 这个想法虽然有些粗略，但却和佛克曼最喜爱的一个猜想相吻合。

从20世纪60年代初期，他就想到：除非肿瘤能送出化学讯号，征召一堆血管来供应它，否则其体积是永远无法超过一小点的。佛克曼相信，由于那个送出去的化学讯号，某个“血管新生开关”会因此而扳动，附近的血管才会忽然绽放，使肿瘤得以飞快成长。但从来没有人找到过控制血管新生的开关。尽管被发现的生长因子很多，但是这些生长因子的作用机制(肿瘤何时以及为何要开始制造生长因子)却一点儿都不清楚。至于肿瘤有时候也会制造另一种物质以关闭血管新生的开关，那就更不清楚了。

芝加哥西北大学医学院一位专门研究癌症的分子生物学家鲍坷，使上述问题意外地有了答案。1987年鲍坷参加美国癌症研究学会的年会，听佛克曼讲解了血管新生现象，以及如果能控制血管生长，就有可能控制肿瘤生长的想法。鲍坷听后坚信这个理论，并把她的癌症研究方向转到血管新生理论上。不到两年，她和西北大学的同事发现了第一种由生长中的肿瘤所制造的血管新生抑制物质。经过生化试验，鲍坷发现该物质为“血小板反应蛋白”(thrombospondin)，是一种已知化合物，它从肿瘤中释出来，非常微小，但足够压抑其他肿瘤的生长。 对鲍坷的发现，佛克曼研究了好几个月。他每天都在思索其中的涵义：肿瘤为什么要同时分泌血管新生的刺激因子与抑制因子呢？最后他想通了：这不就是标准的平衡反应么？这原理有点像翘翘板，也许这正是“血管新生开关”之谜的答案。而在鲍坷的实验室，她手下一名研究生确是把这种情况画成了类似翘翘板的图形。当刺激性分子的力量超过抑制性分子时，血管就朝向肿瘤生长；而倾向于另一侧时，血管生长也就停止，甚至萎缩。 随着这项推理的证据增多，佛克曼和同仁们推断出了一个假说：即使只有非常微量的抑制因子，也足以阻止远方的转移肿瘤生长。这项假说的关键在于，刺激因子VEGF和FGF在血液中都只能存在短短三分半钟左右，但是抑制因子却能存在数小时。换句话说，刺激因子还没撑到自己到达远方的转移肿瘤，就消失了；相反，有效期长得多的抑制分子，在血液中运行时，很轻松就可以到达远方的转移肿瘤处。但是，在一些病例中，为什么原发肿瘤切除后，转移肿瘤就会生长呢？毕竟少了那颗大肿瘤，抑制因子和刺激因子都会停止制造才对。佛克曼猜测，这些早就在身体其他部位生根的转移肿瘤，也开始发展出自己制造刺激因子的能力了。然后它们会召募自己的血液供应系统，量大得足以独立供应肿瘤的生长。佛克曼猜测，如果某个转移肿瘤抢得先机，它便会制造足量的抑制因子，让其他芳邻无法长大。

“新血管阻生素”的来历

当然，佛克曼需要大量的证据。他在会议室黑板上“燃眉问题”的顶端写道：“原发肿瘤如何阻挠它的转移肿瘤发展？”他希望实验室的博士后研究员能接下战帖。但连续两年，没有人愿意接下这个任务。虽说α干扰素在血管瘤治疗上颇有进展，但是人体可能存有天然血管新生抑制剂，所以这个假说可能会是徒劳无功的赌注，甚至拖累年轻科学家的前程。 1991年7月，欧赖里成为当年度佛克曼实验室招收的博士后研究员。上班第一天，他的眼光飘向黑板最顶端的这个难题，立即决定应战。欧赖里开始思考文献中提供的各式假说：一种说法是，切除原发肿瘤时，某些癌细胞会逸出到其他部位；其次也有可能是免疫反应造成的；另外还有一种说法，肿瘤会释出某些物质阻止转移肿瘤生长。最后这个说法与佛克曼理论相近，但佛克曼的重点并不是原发肿瘤抑制癌细胞生长的能力，而是抑制血管生长的能力，也就是抑制血管新生。 由于这方面文献资料实在太少，欧赖里只得投入小鼠肿瘤液的研究，利用分离管柱来找寻抑制分子。他借由特别的试验(兔眼以及鸡胚试验)，证明了抑制因子确实存在，而且阻止了血管的生长。但是佛克曼的理论没有办法让赞助机构的评审委员信服，美国国家癌症研究所回绝了这项研究计划。为了筹钱，佛克曼到处接洽大药厂，但他们对血管新生理论不感兴趣。佛克曼拜访那些生物技术公司，发出近五百封信，却没有人肯打开支票簿。最后，一家成立不到一年，从事疫苗研究的小公司安翠梅德答应从1992年起，每年赞助二百万美元，不过研发权和销售权都将归于安翠梅德。 这样，欧赖里从小鼠开始，想研发一个“原发肿瘤特别能够阻止转移肿瘤”的系统。他找了特别凶猛的原发肿瘤，不但植入鼠体后要自己长得很好，还要有能力阻止转移肿瘤发作。欧赖里最初的实验结果很惨，他把肿瘤植入鼠体，却没办法抑制转移肿瘤。几个月后，欧赖里想到一个办法，他先把路易士肺癌肿瘤植入十只小鼠，然后观察哪一只小鼠身上的肿瘤最能阻挠转移肿瘤。接着他把这个肿瘤取出，再分别植入另外十只小鼠体内。而这十小片肿瘤组织又会发展成十个独立的新肿瘤，每个肿瘤都具备自己的特性，肿瘤的基因也继续突变。经过反复筛选，几个月后，欧赖里终于选出最能阻止转移的路易士肺癌肿瘤。每次把这些肿瘤植入鼠体，它们就大长特长，然而经由血液传至身体其他部位的转移肿瘤却维持冬眠状况。切除鼠背的原发性肿瘤，转移肿瘤不到两周就占满整个肺部!就这样，他终于可以搜寻能够阻挠血管生长的抑制因子了。 欧赖里搜集小鼠血液，采用好几个纯化步骤来处理血清，期盼能分离出这种抑制因子，然而花了一年半时间后证明此路不通，因为血浆里含有的蛋白质种类太多了。一天，他参加儿童医院的例行研讨会，演讲者提到，如果要从动物活体里搜寻生长因子，不妨从尿液开始。欧赖里大受启发，他花了整整一年，搜集到第一批十公斤鼠尿，进行萃取未知抑制因子的流程，最后终于提取到千万分之二克的抑制蛋白质。分析结果回来后，欧赖里很惊讶地发现，他追猎了这么久的神秘物质，竟然是“血纤维蛋白溶酶”(Plasmin)，它存在于血液中。欧赖里指出：“这告诉我们身体有办法把两种功能储存在同一种蛋白质中。”佛克曼提出，这个分子应该叫做“新血管阻生素”(angiostatin)，也就是能阻止血管生长。

转向人体治疗 欧赖里和佛克曼用新血管阻生素在15只小鼠身上进行实验，接受新血管阻生素治疗的小鼠的肺脏，全都纯净无瑕。这显示它确能阻止肿瘤转移，至少对小鼠有效。 欧赖里一战成名，1994年秋天，生物医学界最著名的刊物之一《细胞》期刊，把欧赖里实验的详尽报告做成封面目录，这篇论文震惊了科学界。欧赖里的第二篇论文登上《自然医学》期刊。之后欧赖里便转战人类肿瘤，先制造人体的新血管阻生素，再把它们当成抗癌药物来试验。 安翠梅德与必治妥施贵宝公司投资血管新生抑制因子研究。美国国家癌症研究所也改变观点进行赞助。佛克曼提出，新血管阻生素或许只是一大类抑制因子中的一员而已，或许还有其他物质。为此欧赖里建造了另一个小鼠系统，结果不到一年，他就找到了第二个抑制分子，这种分子也具有抑制转移肿瘤的功效，被命名为“血管内膜阻生素”(endostatin)。 1994年6月，住在美国罗得岛的一个叫珍妮佛的五岁小女孩得了下颚肿瘤。切除几个月后，她的脸部又肿了起来，医生找到佛克曼。佛克曼愿意尽最大努力，他主张赶紧替珍妮佛采集尿液样本，看看里面是否含有过量的纤维母细胞生长因子(FGF)。假使她的FGF含量增加，那就可以用α干扰素来治疗。采样结果，珍妮佛尿液中的FGF含量是一般人的28倍。经过差不多一年的注射，肿瘤终于完全消失。又观察了两年，肿瘤没有再发生。这说明，有好几种血管肿瘤都可以用干扰素或是其他血管新生的抑制因子来治疗。对于佛克曼来说，这是抗血管新生疗法第一次消灭实体肿瘤。 1997年又出现了一个病人，那是个只有两个多月的男娃，他患了一种名为血管母细胞瘤的凶猛肿瘤，几乎毁掉了他一整只手掌。和处理珍妮佛的程序一样，佛克曼建议先采集尿液样本，结果显示，小男娃的肿瘤也释出了大量的FGF，比正常情况高出约50倍。于是小男娃开始接受定期低剂量的α干扰素注射。等小男娃长到十一个月大，血管母细胞瘤就完全消失了。更惊人的是，被肿瘤吃掉的掌骨又重新长回来，只有受肿瘤挤压而歪向一旁的小指被切除了。 1997年秋天，佛克曼受邀到美国国家卫生研究院，担任院长讲座的演讲人。这一次，除了小鼠和它们身上消失的肿瘤照片外，佛克曼还展示了珍妮佛的照片，讲述了她的故事，赢得了在场数百名医师和研究人员的喝彩。从此，血管新生研究进入了它的黄金时代，佛克曼长久以来追踪探究的想法终于成为科学，一种正处在不断发展中的科学。