华人科学家揭示免疫系统与肿瘤血管之间的作用机制

医疗网讯 本周一,《自然》杂志刊登了美国贝勒医学院华人科学家Zhang Xiang博士团队的研究成果,Zhang博士首次发现人体免疫系统与肿瘤血管之间的相互作用机制,这可能会改变研究人员治疗癌症的思路。

1971年,哈佛大学波士顿儿童医院小儿外科医生Judah Folkman(1933-2008)在顶级医学期刊《新英格兰医学杂志》上刊登了一篇颠覆传统认知的文章,根据自己多年的思考和研究数据,Folkman认为癌细胞在生长过程中会释放一些信号,促进新血管往肿瘤里长,为肿瘤的生长提供营养物质。基于这个理论,Folkman认为利用抗血管生成的疗法或可以治疗癌症。

华人科学家揭示免疫系统与肿瘤血管之间的作用机制

Zhang Xiang博士

这个理论在今天看来是理所当然的,但在当时,肿瘤研究领域的大多数专家认为这是Folkman的突发奇想。32年之后的2003年,基于Folkman的肿瘤新生血管理论的「饿死肿瘤」疗法被《科学》杂志评为年度十大科技突破。

近年来的研究表明,虽然癌细胞为了获取氧气和营养物质诱导血管生出了很多新血管,但是这些新生血管是有缺陷的,它们不仅存在渗漏现象,还在结构和功能上存在缺陷。新生血管的这种缺陷,塑造了极具恶意的肿瘤微环境(氧气含量低,pH值低),同时癌细胞还可以更轻易进入血管,开启远距离转移。

传统的抗血管生成药物主要是抑制血管生成,或者破坏已经形成的新生血管,以阻断肿瘤窃取营养物质的动机,实现饿死肿瘤的目的。由我国研发的国家一类生物新药恩度就是此类药物之一,目前恩度加化疗已经成为我国晚期非小细胞肺癌的推荐一线疗法。

华人科学家揭示免疫系统与肿瘤血管之间的作用机制

左图是健康组织的血管;右图是肿瘤组织里残破不全的血管,癌细胞可以轻易进入并通过血道转移,

虽然抗血管生成药物已经给很多患者带去了良好的治疗效果,但是,近年来有研究表明,抗血管生成药物在一些患者体内不仅没有治疗效果,竟然还会加速癌细胞转移。

「肿瘤通过刺激新的血管生成,为自己的疯狂生长提供营养物质,」Zhang博士说,「通过阻止血管生长来饿死癌细胞的治疗方法可以延缓其生长,然而这种方式也有副作用,肿瘤会转移,而且也会限制药物治疗效果。」

这种现象背后的原因不难理解。抑制肿瘤血管生成,有可能会进一步加剧血管的破损程度,导致癌细胞进入血管更便捷地完成远距离转移;同时,血管被破坏了,杀死癌细胞的药物也难以抵达肿瘤内部了。这简直是个悖论。

那如果有一种药物可以帮助新生血管变成成熟的正常血管,然后再使用抗癌药物,会不会对癌症的治疗有效呢?麻省总医院Rakesh K. Jain博士的研究表明,这个方法确实有效。从理论上讲,这种疗法堵住了新生血管的缺口,有效地预防了癌细胞的转移;同时杀伤癌细胞的药物进入肿瘤也更畅通了。Zhang博士在论文中写道,这个血管正常化(vessel normalization)虽然延缓了肿瘤的进展,但是这背后的调节机制,却鲜为人知。为了更好的理解这个悖论,zhang博士和他的同事准备更仔细的研究肿瘤微环境。

「我们想给大家展示更加全面的肿瘤微环境图景,」Zhang博士说,「肿瘤微环境里有肿瘤细胞以及其他类型利于肿瘤生长的细胞。科学家已经将这些细胞分为不同的细胞亚群,然后分别研究它们,我们认为要想更全面的认识肿瘤微环境,必须得把所有与之相关的细胞类型放在一起研究。这一次,我们就使用了这种研究方法,第一次将肿瘤血管和免疫系统联系起来了。」

Zhang博士团队发现,辅助性T(Th)细胞在血管正常化中起到关键作用。生物信息学分析显示,和血管正常化相关的基因表达与T细胞免疫激活信号通路有关联。然后他们在各种小鼠模型中验证这个结论。不出所料,血管正常化存在缺陷的小鼠,进入肿瘤的T细胞减少;抑制Th细胞活性,血管正常化受阻;使用免疫检查点阻断方法激活Th细胞,血管正常化能力变强。血管正常化与免疫系统之间的调节确实是互相的。

这表明,作为T细胞的一个亚型,Th细胞在血管生成和免疫编程中有重要作用。甚至,Th细胞有可能是抗血管生成治疗和免疫治疗的标志物和决定因素。

「抗血管生成治疗和免疫治疗现在都已经进入临床了,二者也都取得了不同程度的成功,」Zhang博士说,「免疫治疗在难治性黑色素瘤和肺癌上表现不俗,然而,仍然有许多病人对这种疗法不敏感。同样地,从抑制血管疗法我们发现许多尝试并没有像预期那么成功,我们也不知道为什么。」,

现在,这个研究表明,抗血管生成疗法和免疫疗法是可以相互影响的,Th细胞是其中的关键因子,这或许可以在一定程度上解答研究人员的困惑。然而,Zhang博士团队的研究并没有给医务人员提供切实可行的解决方案,他们只是为癌症研究人员提供了一个全新的视角和理论依据。如何利用好这两个疗法之间的关系治疗癌症,还需要研究人员深入的探索。

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