结直肠癌是世界上第三大恶性肿瘤,是全球最常见的恶性肿瘤之一,其在男性肿瘤新发病率中居第三位,仅次于肺癌和前列腺癌;在女性中居第二位,仅次于乳腺癌。
2013年8月30日,棋圣聂卫平因患直肠癌缺席了第9届中国围棋棋王争霸赛;两年后,风靡全球的动画片《辛普森一家》的主创人萨姆·西蒙因患结肠癌去世,年仅59岁。
在中国,多数病人一旦确诊肠癌便已是中晚期,治疗效果大打折扣。
日前,中山大学的汪建平教授团队与美国德州大学md安德森癌症中心李孟鸿教授共同合作的研究,在国际肿瘤学方面的顶尖杂志《cancer cell》上正式发表,此研究发现了新的肠癌生物标记物和潜在精准治疗新靶点,为肠癌可能的治疗方式提供了新的方向。
日前,研究团队第一作者,“85后”科学家方乐堃接受了南方日报记者独家专访,揭秘研究背后的故事。
1有趣的csn6
csn6能调控人体某种抑癌基因的泛素化降解,使它逐渐被“消灭”,从而起不到抑制癌症的作用
数据显示,中国新发结直肠癌(crc)病例占全球18.6%,位列全球第四;病死率约55%,位列全球第五位。
为何病死率如此之高?
“在西方发达国家,推荐50岁以上人群每5年做一次肠镜常规筛查,早诊早治效果好,但国内大多数人没有这个意识,一旦发现多数为进展期或晚期。”中山六院结直肠盆底疾病研究重点实验室副研究员方乐堃说,在中山六院接诊的肠癌病人中,60%到70%的人一经诊断已是进展期,20%是晚期。
“一般情况下,晚期结直肠癌患者术后的治愈率为20%,而早期的患者术后治愈率则高达90%或以上。可见,早发现早治疗的重要性。”正因如此,方乐堃等研究者一直关注,能否发现及早发现结直肠癌的标记物。
从2007年起,中山六院就建立了组织库开始收集肠癌患者的手术标本,并设立了随访办对患者进行定期随访。在诊疗和随访过程中,一个现象引起了方乐堃等人的注意。目前针对肠癌基本是采取标准治疗的方式,即患者在手术后,再做几个周期的化疗。病情一样的肠癌患者,有些患者预后良好,有些患者容易出现复发。
这是为什么?他们希望找到答案。
研究小组随机选取了20多位手术后定期随访的患者,其中不少患者一直情况很好,其中7位患者在手术后的三年内复发。针对这20多例病例,研究团队利用高通量筛选的方式,筛选出表达差异最明显的20个基因。
“我们用不同方法做了两组验证试验,第一是定量检测对比30多组正常和肠癌患者的样本,另一种是染色对比80多例患者中的正常粘膜的基因和肠癌组织的基因表达。我们发现,在这些基因中,肠癌复发者csn6蛋白的表达比无复发的人高接近一倍。另外分析生物信息学数据发现,csn6随着肿瘤恶性程度的增高,在肿瘤中的表达量也越来越高。”
这让方乐堃很惊喜。仔细查阅了csn6的相关资料后,他还发现csn6“非常有趣,很有研究前景”。
这要从德州大学md安德森癌症中心李孟鸿教授在2011年的一篇论文说起。李孟鸿是方乐堃在美国做研究时的导师,他在《j clin invest》发表文章,发现csn6可能通过降解p53(一种抑癌基因)而引起乳腺癌细胞的增殖生长。csn6很可能是精准治疗乳腺癌的一个新靶点。
李孟鸿的研究还有一个重要发现——csn6能调控人体某种抑癌基因的泛素化降解,使它逐渐被“消灭”,从而起不到抑制癌症的作用。
“自2004年,泛素化降解过程被阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科、欧文·罗斯因发现,并获得了诺贝尔化学奖。所谓泛素化,指的是泛素(一类低分子量的蛋白质)分子在一系列特殊的酶作用下,可将细胞内的蛋白质分类,从中选出靶蛋白分子,并对靶蛋白进行特异性修饰的过程。蛋白质降解是泛素化的一个重要过程。”方乐堃打了个比方,泛素化是指给一个物品贴标签,贴了说明它折旧了,可以报废扔进垃圾桶了,“标志谁,就能调控谁”。
由此类推,csn6可否调控其他癌基因泛素化降解呢,如肠癌基因?方乐堃等展开了进一步研究。
2神奇的链条
癌基因链条集群是一张复杂的网,中国研究者发现了csn6的上游链条和下游链条,它们影响着癌症发生
要深入研究csn6,就不得不提到“信号通路”。大量研究证实,癌症发生,与一些信号通路被激活息息相关。
可是,癌基因链条集群是一张复杂的网,光是连着csn6的链条都可能有无数。研究如何突破?
“简直就是大海捞针。但要进一步了解csn6和肠癌的关系,我们必须把其中一个链条,也就是csn6的上游和下游揪出来!”循着这一思路,利用生物信息学的数据分析,一层层剥茧抽丝,方乐堃终于发现了csn6的一条上游链条和一条下游链条。
上游链条是“egfr-ras-erk链条”,在此简称为“e链条”。“如今被证实有用的治疗结直肠癌的药物西妥昔单抗是作用于egfr基因的,然而部分病人却出现了耐药的情况,原因就是ras发生了突变,激活了它的下家erk癌基因,导致csn6过度表达,引起一系列下游链条的连锁反应,最终导致癌症发生。”
e链条连接着csn6,方乐堃大胆假设,能否将csn6作为靶标?这样即使ras突变,但被csn6“稳住”,那么它以下链条的连锁反应便得到了控制。
问题来了:csn6的下游是什么?
经过深入研究,研究团队发现,csn6的下游是“β-trcp-β-catenin链条”(简称β链条),csn6作为主推手,可调节β-trcp这个抑癌基因,加速它的泛素化降解,从而功能消失,让它不能对后面的癌基因β-catenin起抑制作用,让β-catenin的表达升高,从而促进肠癌的发展。
简言之,方乐堃等研究者证实:csn6过度表达,癌基因β-catenin便过度表达,癌症便发生了。
学术界认为,这项研究首次指出受erk信号影响,csn6能调节β-trcp的泛素化降解,同时也进一步明确了结直肠癌中β-catenin的调控机制。从“细胞-动物-临床”多层次阐明了csn6在结直肠癌发生发展中的重要机制,也将为下一步深入探讨csn6的作用机制和针对csn6研制靶向药物提供了良好的基础。
8月10日,经过4年努力,这一研究成果在国际肿瘤学方面的顶尖杂志《cancer cell》上正式发表,“85后”方乐堃博士和卢蔚斯博士是共同第一作者,中山大学附属第六医院是第一作者单位和通讯作者单位。2015年8月18日这项研究被《science》杂志的子刊《science signaling》撰文评述并选为编辑重点推荐文章。
3将csn6当靶标
csn6处于目前肠癌靶向治疗靶点的下游,如果可以“击中”它,将可能增强靶向药物的治疗效果
过去,对肿瘤的治疗大多采取手术、放疗、化疗等方式。化疗,采用的是细胞毒性药物,它将杀死快速生长的肿瘤细胞,但这同时也杀死我们体内正常的细胞,导致了脱发、贫血、免疫力低下等化疗副作用。
能否精准打击?分子靶向药物就是这样一种药物。通过定位追踪器锁定某一个基因用药,指哪打哪。
“此前已有针对egfr的靶向药物,但是如果ras突变就不管用了。近年来,不断有研究表明,csn6在乳腺癌、肺癌、鼻咽癌、甲状腺癌等多种恶性肿瘤中呈高表达且影响肿瘤的发生及发展。如果能瞄准csn6,让它下游的β链条无法被激活,癌症就不会发生。”方乐堃说,这是未来药物开发的研究方向,“不过靶向药物开发是很漫长的过程,有很长的路要走”。
如今,精准治疗已成为肿瘤治疗的一个大方向。方乐堃说,若能针对患者个人基因、蛋白、信号转导和癌症细胞突变做精密探测,将有助于了解患者病情进展,提示患者预后,从而制定个性化的诊疗方案,提出最有可能成功的治疗建议,提高诊治效果。
“我们还希望,继续在这个谜一样的肿瘤基因网络中找到别的链条,进一步深化认识,也很可能在别的通路上受到启发。”方乐堃说。