2018年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了美国的James Allison和日本的Tasuko Honjo。他们分别发现了两个免疫调节机制,并成功地推动了科学转化,让两类免疫治疗药物获批应用于肿瘤治疗,被誉为继手术、细胞毒性化疗、分子靶向治疗和放疗之后癌症治疗的第五大支柱。
Honjo发现了T细胞上有程序性死亡受体-1 (programmed death receptor-1,PD-1),肿瘤细胞为了生存,其细胞膜会产生PD-1的配体(PD-L1),诱导T细胞PD-1高表达及激活,从而诱导T细胞对其免疫耐受,同时分泌淋巴因子,助肿瘤生长。Allison发现了细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4,CTLA-4),CTLA-4高表达,可导致其免疫耐受。这一类耐受环节被称为“免疫检查点(check point)”。发明抗PD-1或PD-L1单克隆抗体,以及抗CTLA-4单克隆抗体,可有效地让20%的黑色素瘤实现长期临床缓解,被命名为“免疫检查点阻滞剂”(Check-point blocker)。特别令人兴奋的是,科学家发现,如果肿瘤的基因变异高,其自我修复能力差(repair deficiency),具有这种特质的肿瘤对这类单克隆抗体极为敏感,有效率可达90%,可谓疗效神奇。因此,FDA破例依据一组一百余人的观察性研究数据,批准了Check-point单克隆抗体用于治疗所有具备基因变异修复缺陷的肿瘤。
这一神奇的破例,足以让肿瘤医生摩拳擦掌,让肿瘤病人跃跃欲试,制药企业蜂拥而至,乃至于,多个单克隆抗体临床研究同时开展,临床试验基地发生抢病人战争,形成每入组一例病人,企业给予重奖的规则。整个世界对这类单克隆抗体给予了极高的期望,同时给予学术界无限的想象空间。
但是,和发明所有的革命性治疗手段一样,免疫治疗在其诞生之日起,就得到欢呼,被广泛应用,在具有创新精神的医学科学家的驱动下,根据推理,欲拓展适应证至所有肿瘤,甚至非肿瘤疾病,对其神奇效应的期待,如同20世纪50年代出现的糖皮质激素,然而,过高的奢望,会随之带来失望,这是新生事物的普遍规律,免疫疗法治疗肿瘤是否也会掉入这个陷阱?
几十年前,激素作为万能新药,被应用于类风湿关节炎、红斑狼疮、发热、疼痛等,尽管其固有的副作用在最初即显现,虽有学者警惕,但人们不愿意承认,总是自圆其说地寻找替罪羊,直到因果关系明确的“满月脸”、水牛背、股骨头坏死、感染等严重不良事件爆发,方得到学术界警惕。激素的神话及滥用,直接导致之后全社会“谈激素色变”,让一个好药成为“毁容药”、“致残药”的代名词。而在临床实践中,激素或许是适应症最广的药,其消炎镇痛作用无其他药物可比拟,在很多危急状态下,激素可救命。面对新的技术及疗法,医学总爱走极端,从让人们抱着巨大的期望无条件接受、广泛使用,到大量不良事件出现、快速降温,乃至全面否定,像一个钟摆,振幅越大,回归实际稳定状态的摆动周期越长。
笔者在美国从事过移植外科,目标是诱导受体对移植物的免疫耐受,其中包括诱导CTLA-4高表达,当敲除CTLA-4基因时,会出现免疫增强及淋巴因子风暴,同理,Honjo敲掉PD-1基因也导致了红斑狼疮样病变的出现,据此笔者推测,针对两个Check point阻断的抗肿瘤治疗,无可避免地会诱导出自身免疫疾病。不出所料,在2018年的美国风湿病年会(ACR)上,一个热门话题是:风湿病的新种系-irAE(免疫治疗相关的不良事件),作为新的以肿瘤和治疗方法为背景的新病种,迫使肿瘤医生和风湿科医生携手,应对这一医源性的“怪物”。
这一新风湿病物种的出现,并没有让人们对扩大免疫疗法至其他适应证的脚步慢下来,有的根据免疫疗法机理与疾病机理的吻合,还可接受,但有些拓展的机理模糊,乃至牵强、相互矛盾,从而埋下风险效益不均衡导致人造新病种的隐患。
阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森病(Parkinson’s disease,PD)和朊病毒病(如克雅氏病) 均以异常蛋白质聚集,神经元及突触进行性受损为病理表现。因此推理,既然免疫疗法可清除肿瘤细胞,给予AD、PD免疫治疗,应该可以清除那些异常蛋白。这是一个近乎荒唐的推测,在临床实践中已显示,接受免疫疗法的肿瘤病人,其AD症状没有减轻,反而加重。研究发现,在AD及PD模型中,免疫反应中起关键作用的大脑非神经元细胞也逐渐激活,简单的逻辑应该为加强抗炎及抗免疫治疗,而非加强免疫反应。同时,免疫治疗是一种激活特异性免疫的方法,而研究显示,抑制非特异性的免疫抑制对缓解AD及PD有效。因此,我们要头脑冷静,对符合科学逻辑的疗法小心尝试,对与科学逻辑相违的疗法不可轻易应用,当心掉入诱惑的陷阱,重蹈糖皮质激素历史的覆辙。在科学创新的冲动之前,老祖宗的忠告一定牢记:首先,不要伤害病人(First,do no harm)。
请关注本期现代观点——免疫疗法变革抗癌治疗,以及有争议的话题——免疫疗法治疗神经退行性疾病?
2018年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了美国的James Allison和日本的Tasuko Honjo。他们分别发现了两个免疫调节机制,并成功地推动了科学转化,让两类免疫治疗药物获批应用于肿瘤治疗,被誉为继手术、细胞毒性化疗、分子靶向治疗和放疗之后癌症治疗的第五大支柱。
Honjo发现了T细胞上有程序性死亡受体-1 (programmed death receptor-1,PD-1),肿瘤细胞为了生存,其细胞膜会产生PD-1的配体(PD-L1),诱导T细胞PD-1高表达及激活,从而诱导T细胞对其免疫耐受,同时分泌淋巴因子,助肿瘤生长。Allison发现了细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4,CTLA-4),CTLA-4高表达,可导致其免疫耐受。这一类耐受环节被称为“免疫检查点(check point)”。发明抗PD-1或PD-L1单克隆抗体,以及抗CTLA-4单克隆抗体,可有效地让20%的黑色素瘤实现长期临床缓解,被命名为“免疫检查点阻滞剂”(Check-point blocker)。特别令人兴奋的是,科学家发现,如果肿瘤的基因变异高,其自我修复能力差(repair deficiency),具有这种特质的肿瘤对这类单克隆抗体极为敏感,有效率可达90%,可谓疗效神奇。因此,FDA破例依据一组一百余人的观察性研究数据,批准了Check-point单克隆抗体用于治疗所有具备基因变异修复缺陷的肿瘤。
这一神奇的破例,足以让肿瘤医生摩拳擦掌,让肿瘤病人跃跃欲试,制药企业蜂拥而至,乃至于,多个单克隆抗体临床研究同时开展,临床试验基地发生抢病人战争,形成每入组一例病人,企业给予重奖的规则。整个世界对这类单克隆抗体给予了极高的期望,同时给予学术界无限的想象空间。
但是,和发明所有的革命性治疗手段一样,免疫治疗在其诞生之日起,就得到欢呼,被广泛应用,在具有创新精神的医学科学家的驱动下,根据推理,欲拓展适应证至所有肿瘤,甚至非肿瘤疾病,对其神奇效应的期待,如同20世纪50年代出现的糖皮质激素,然而,过高的奢望,会随之带来失望,这是新生事物的普遍规律,免疫疗法治疗肿瘤是否也会掉入这个陷阱?
几十年前,激素作为万能新药,被应用于类风湿关节炎、红斑狼疮、发热、疼痛等,尽管其固有的副作用在最初即显现,虽有学者警惕,但人们不愿意承认,总是自圆其说地寻找替罪羊,直到因果关系明确的“满月脸”、水牛背、股骨头坏死、感染等严重不良事件爆发,方得到学术界警惕。激素的神话及滥用,直接导致之后全社会“谈激素色变”,让一个好药成为“毁容药”、“致残药”的代名词。而在临床实践中,激素或许是适应症最广的药,其消炎镇痛作用无其他药物可比拟,在很多危急状态下,激素可救命。面对新的技术及疗法,医学总爱走极端,从让人们抱着巨大的期望无条件接受、广泛使用,到大量不良事件出现、快速降温,乃至全面否定,像一个钟摆,振幅越大,回归实际稳定状态的摆动周期越长。
笔者在美国从事过移植外科,目标是诱导受体对移植物的免疫耐受,其中包括诱导CTLA-4高表达,当敲除CTLA-4基因时,会出现免疫增强及淋巴因子风暴,同理,Honjo敲掉PD-1基因也导致了红斑狼疮样病变的出现,据此笔者推测,针对两个Check point阻断的抗肿瘤治疗,无可避免地会诱导出自身免疫疾病。不出所料,在2018年的美国风湿病年会(ACR)上,一个热门话题是:风湿病的新种系-irAE(免疫治疗相关的不良事件),作为新的以肿瘤和治疗方法为背景的新病种,迫使肿瘤医生和风湿科医生携手,应对这一医源性的“怪物”。
这一新风湿病物种的出现,并没有让人们对扩大免疫疗法至其他适应证的脚步慢下来,有的根据免疫疗法机理与疾病机理的吻合,还可接受,但有些拓展的机理模糊,乃至牵强、相互矛盾,从而埋下风险效益不均衡导致人造新病种的隐患。
阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森病(Parkinson’s disease,PD)和朊病毒病(如克雅氏病) 均以异常蛋白质聚集,神经元及突触进行性受损为病理表现。因此推理,既然免疫疗法可清除肿瘤细胞,给予AD、PD免疫治疗,应该可以清除那些异常蛋白。这是一个近乎荒唐的推测,在临床实践中已显示,接受免疫疗法的肿瘤病人,其AD症状没有减轻,反而加重。研究发现,在AD及PD模型中,免疫反应中起关键作用的大脑非神经元细胞也逐渐激活,简单的逻辑应该为加强抗炎及抗免疫治疗,而非加强免疫反应。同时,免疫治疗是一种激活特异性免疫的方法,而研究显示,抑制非特异性的免疫抑制对缓解AD及PD有效。因此,我们要头脑冷静,对符合科学逻辑的疗法小心尝试,对与科学逻辑相违的疗法不可轻易应用,当心掉入诱惑的陷阱,重蹈糖皮质激素历史的覆辙。在科学创新的冲动之前,老祖宗的忠告一定牢记:首先,不要伤害病人(First,do no harm)。
请关注本期现代观点——免疫疗法变革抗癌治疗,以及有争议的话题——免疫疗法治疗神经退行性疾病?
很多人都爱喝茶,在动物身上,不论是体外还是体内实验均已证实茶多酚能够预防癌症的发生,这是由于茶多酚的抗氧化、抑制生长和诱导凋亡作用。然而,人体研究的证据却没这么肯定,喝茶是否真能使人降低癌症风险一直存有争议。一些研究甚至提示:喝茶的人胃癌和乳腺癌风险增加,这可能是因为茶刺激了胃酸的分泌、增加了雌激素和孕激素水平。
尽管没有确凿证据表明喝茶有防癌作用,但中国人却普遍相信这是真的,在主流媒体的一些健康节目,甚至建议抽烟的人喝茶,称这能减轻抽烟带来的危害。然而,最近中国Kadoorie生物银行协作组对45万余人进行的长达10年的前瞻性队列研究却发现:喝茶不仅没有防癌效果,喝茶过多还会增加胃癌风险!这个研究团队由中美英三国科学家组成,分别来自中国北京大学、中国医学科学院、国家食品安全风险评估中心、南京医科大学,以及美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院、英国牛津大学,研究发表于《欧洲流行病学杂志》(European Journal of Epidemiology)。
研究纳入了455981名年龄在30岁~79岁的参试者,在2004年~2008年期间对他们进行了问卷调查,评估基线喝茶的情况。从国家医疗保险系统获取他们被诊断为癌症的情况。研究发现:每天喝茶的人往往也同时抽烟、喝酒。10.1年的随访期间共有22652人罹患癌症(5.04例/1000人年),当去除抽烟、喝酒这两大混淆因素,也就是只对不吸烟、不酗酒的人进行分析的时候发现:每天喝茶对5种常见癌症无预防作用,包括肺癌、结直肠癌、肝癌、女性的乳腺癌及宫颈癌,但每天茶叶用量>4g的人,胃癌风险可能会比每周喝茶1次以下的人增加46%。
此外,无论是有每天喝茶习惯还是没有这一习惯的人,抽烟、喝酒的量越大,患癌的风险也会越高,这说明喝茶不能降低抽烟喝酒的危害,与其寄希望于通过食用某些食物或饮料来预防癌症,还不如戒烟、限酒,改变不健康生活方式防癌效果更大。
为什么是胃癌?
此前有研究显示,饮过热的茶会增加患食管癌的风险:饮用温度为65℃~69℃的茶,患食道鳞状细胞癌(esophagus squamous cell carcinoma,ESCC)的风险是饮用温度低于65℃者的2倍;饮用70℃或温度更高的茶的人群患ESCC风险则高达8倍;与饮用沏好之后4分钟或4分钟以上的茶相比,饮用沏好不到2分钟的茶的相关风险是前者的5倍。也许除了刺激胃酸分泌以外,饮茶温度也影响着胃癌的发生。
此外,茶叶中还含有 “氟”,这种元素在一些防蛀牙膏中也含有,少量可防蛀,但大量则对人体有害。 美国底特律亨利福特健康中心的Naveen Kakumanu等2013年报道过1例过量饮茶引起的氟骨症病例,这位女性患者47岁,在过去17年中每天习惯性地喝一大壶由100袋〜150袋茶包泡成的茶(估计摄入的氟化物>20mg/天),导致氟在骨骼上沉积而出现关节疼痛、腰酸背痛等症状。
当然,最近这项对45万余人的研究也有其局限性,比如在我国有很多不同的茶,绿茶如龙井、碧螺春、毛尖,属发酵茶的红茶,以及半发酵茶等,但这在研究中并没有区别开来。
小结:
喝茶防癌不靠谱,戒烟、限酒更防癌;
喜欢喝茶也别怕,少放茶叶、别太烫。
(作者:白蕊)
在我们的星球上,得益于地球的自转、公转,有了昼夜交替、四季更迭,让我们赖以生存的环境也随之出现周期性变化——光照、温度、湿度、食物无一不是如此。为了适应环境节律性变化带来的生存压力,地球上的生物体进化出了相应节律来使自己的生命活动与之同步——这就是生物钟。植物开花结果、鱼儿洄游产卵、候鸟迁徙过冬无不是生物钟的安排,人类的行为、生理也呈现出规律变化,运转周期接近地球自转一圈的时间。正是由于生物钟的存在,我们才形成了睡眠-苏醒循环。
当光线照进视网膜,光信号经过转导到达脑内的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN),这里是生物钟的中枢起搏器,被称为主时钟,它控制着外周组织的子时钟,让生物节律在身体所有细胞组织中震荡,共同调节生理活动。子时钟存在于SCN以外的所有组织中,比如心、肝、肾。最近,美国加利福尼亚大学生物化学系的Paolo Sassone-Corsi等发现:肝脏的子时钟并非完全依赖于主时钟,它有部分自主功能,即使身体其他组织的生物钟功能全部消失,肝脏内与代谢有关的生物钟仍能直接感受光暗周期而运转;但是,如果光暗周期消失,陷入持续黑暗,那么肝脏的自主生物钟也将停摆。
Paolo等研究人员利用敲除了时钟基因Bmal1的小鼠(这种小鼠失去了生物钟节律),令其仅肝脏表达BMAL-1,重建肝脏生物钟。高通量转录组和代谢组学分析显示:野生型小鼠(生物钟完整)的肝脏中,Bmal1依赖型代谢物有近200种;令人惊讶的是,当其他组织生物钟停摆,仅肝脏生物钟在BMAL-1作用下重建时,38种(19%)野生型肝脏生物钟代谢物仍在表达,其中多为肽、氨基酸和碳水化合物。肝脏对于NAD+补救合成途径及糖原转换之类的代谢过程有独立的昼夜节律。
然而研究还发现,尽管他们造出的这种仅肝脏表达BMAL-1的小鼠恢复了部分节律,但生物钟基因的转录只有正常的约10%,而且,在持续黑暗、没有光-暗周期的情况下,生物钟基因的表达也消失了。
因此,可以说肝脏生物钟有一部分的自主性,但其完整的生物钟依赖于其他组织生物钟发出的信号来远程控制。既往研究已经发现,当胰岛β细胞的生物钟基因被敲除,肝脏内的胰岛素信号也被打断;肺腺癌会远程影响肝脏生物钟的稳态。
而且,光-暗周期对于组织自主生物钟功能也是必要的,光线能够直接控制以肝脏为代表的外周组织的生物钟。
有科学家做过这样的试验:当去除肝脏的生物钟后,葡萄糖、脂质、氧化通路的震荡通通消失。
保护肝脏,从给肝脏正常的昼夜节律开始吧!(作者:白蕊)
参考文献:Cell 2019;177:1448-1462
斯坦福大学医学院的科学家提出了一种新的单细胞层面上的表观基因组分析方法,称之为Perturb-ATAC。这种新的高通量遗传筛选用于研究包括转录因子(transcription factors, TFs),染色质修饰因子和非编码RNA(noncoding RNAs, ncRNAs)在内的反式调控因子在不同类型细胞调控网络中的作用。
真核生物中的基因表达是由成千上万的反式调控因子(trans-acting regulatory factors)和数以百万计的DNA顺式元件(cis-acting DNA elements)相互作用而调控的。然而,由于表观基因分析需要大量的细胞,且难以与大规模的基因干扰相结合,因此表征单个反式因子或顺式元件面临很大挑战。因此,大多数研究都局限于测量单个基因干扰如何影响大多数细胞群中的染色质状态。
斯坦福大学医学院的William J. Greenleaf、Howard Y. Chang团队于2013年开发了ATAC-seq来研究染色质的可及性,其全称是assay of transposase-accessible chromatin with sequencing,利用一种高活性转座酶(Tn5)来检测DNA调控元件的活性;其原理是转座酶Tn5容易结合在因复制、转录需要而打开的染色质上,而打开的染色质允许其他调控因子结合的特性就是染色质的可及性。更重要的是,ATAC-seq可以在单细胞中开展,发现细胞间的不同及罕见表观遗传表型。
在这项新的研究中,包括William J. Greenleaf、Howard Y. Chang在内的研究团队在ATAC-seq技术的基础上融合了CRISPR干扰,形成了单细胞干扰ATAC-seq技术,也就是Perturb-ATAC——在单个细胞里用CRISPR单链向导RNA (single guide RNA, sgRNA)进行干扰,并进行ATAC-seq分析。
研究者将Perturb-ATAC应用于2936个永生B淋巴细胞和1356个原代人角质形成细胞,涵盖超过63种基因型-表型关系。通过对GM12878淋巴细胞的CRISPR干扰(CRISPRi)筛选分析,确定了表观遗传几个层次的反式调控因子控制。
原代人表皮细胞(primary human epidermal cells)中的单细胞ATAC-seq揭示了角质形成细胞分化过程中的三个调节模块,而Perturb-ATAC中的CRISPR干扰又揭示了每个模块中关键的转录因子。通过多重干扰,研究人员勾勒出了转录因子间的上位性相互作用。
Perturb-ATAC是剖析发育和疾病中基因调控网络的有力策略。该方法提供了一个高通量平台,将基因型与表观遗传表型联系起来,最终揭示通过调节染色质状态来控制细胞命运和功能的分子机制。(编译:贾盛崧)
参考文献:Cell 2019;176:361-376
疫苗是人类历史上公共卫生改善方面最令人惊叹的进步之一。由于免疫系统的复杂性和细菌/病毒的快速进化,成功地开发和接种针对特定病原体的疫苗是一项了不起的成就。在全球收集大量临床分离株,并对其进行基因组序列分析已逐渐实现,而基因组学可以为我们筛选最可能成功的候选疫苗提供信息。大规模病原体基因组学和传染病泛基因组分析在疫苗开发中的应用已显示出了强大的优势。
令人鼓舞的是,在近期的《Nature》杂志上,Davies等人分析了2000多个A组链球菌(化脓性链球菌)基因组,检测了现有候选疫苗抗原的差异,并发现了编码潜在疫苗抗原的新的候选基因。强效的候选疫苗可能在所有菌株中普遍存在,并且变异程度较低。作者发现,28种抗原中有13种几乎在所有菌株中都携带,而且序列多样性很低。利用泛基因组方法,作者还能够通过分析保守的核心基因来发现新的候选疫苗抗原。A组链球菌是一个特别说明基因组学在疫苗开发方面潜力的例子。目前,这种流行的细菌病原体每年导致7亿多人感染,其中60多万人是严重的侵袭性感染。此外,免疫反应可导致急性风湿热或肾小球肾炎,在全球范围内,A组链球菌是导致死亡的十大感染性疾病之一。由于抗原变异、毒株多样性以及感染给免疫系统带来的挑战,针对这一特殊病原体的疫苗开发一直没有成功。在这种情况下,由于全球的化脓性链球菌S. pyogenes菌株具有遗传多样性,因此需要用大规模基因组学分析来判断候选疫苗抗原是否存在、以及抗原的序列变异。因此,只有采取全球的、泛基因组的方法进行分析,我们才能优化候选疫苗名单。
当然,基因组分析只是一个早期的初步筛选步骤,用以确定那些在各菌株中都存在、并在遗传水平上很保守的因素,以便进一步表征。后续仍有许多工作要做,比如要在动物模型和临床试验中检验、验证传染病疫苗的安全性和有效性。即便如此,用全球的基因组筛选潜在候选疫苗的方法仍是增加成功几率的有力途径,特别是对于目前不存在疫苗的病原体。
虽然疫苗和抗生素缓解了传染病的公共卫生负担,但是威胁仍在,比如耐药性的发展或新毒株的出现,基因组学可以作为一种强大的武器,使人类在传染病斗争中立于不败之地。(编译:刘亚青)
参考文献:Nature Genetics 2019;51:923