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癌症个体化治疗的理论基础
发布时间:2015-12-02      来源:网络

    恶性肿瘤是当前危害人类健康的主要疾病之一,其发病率有逐渐增加的趋势,目前在疾病致死的原因中已居第1、2位。所有肿瘤患者都把希望寄托在临床治疗上,社会需求的增加促进了肿瘤治疗的迅速发展,表现在从事肿瘤治疗的医务人员数与日俱增,学术活动异常活跃,传统的治疗方法在不断改进,新药及新型疗法也层出不穷。恶性肿瘤的临床治疗发展迅速,在取得巨大成绩的同时,也存在着一些失误:其一是广泛存在的过度治疗,由于相当一部分肿瘤患者并不能得益于临床治疗,但几乎所有患者都不例外地去接受治疗,其结果必是这部分患者徒受治疗之苦;其二是肿瘤治疗目的不明确,提高肿瘤患者的生存质量并延长生存期并没落到实处,治疗没有长远规划;其三是只注重治疗的规范化,忽视肿瘤固有生物学特性及肿瘤治疗中的个体化。
  1 个体化医学
  千百年来,医学的进步主要体现在两个方面:宏观与微观。如建立在几千年医学实践基础上的中医,在疾病诊断过程中强调整体平衡和阴阳平衡,而不局限于一个病、一组细胞或一种分子,属宏观水平,在治疗上则十分注重个体的差异以及人与环境间的关系,因人而异用药。西医的发展则从巨像到细微,如从人体到器官、组织、细胞、分子……水平,强调的是病变在器官中的部位、局部细胞损伤的形态改变。但是,近20-30年来,现代医学发展到分子水平,提出人类基因组计划后出现了一个有趣的现象:医学越向微观发展越要向个体化迈进,如药物基因组学提出为每个人治病"量体裁衣"、行个体化治疗[1];环境基因组学提出了人与环境的相互作用问题。于是,中西医从宏观与微观两个不同的角度发展,却得到了一个共同的结果:人体疾病的诊断与治疗要采用个体化方案。于是,个体化医学(individualized medicine)的概念浮出了水面。
  个体化医学一词最早见于1956年美国德州大学生化研究所所长Williams教授在其专著《生化学个体性》一书[2],但一直并未引起足够重视,仅见于个别文献,直到2001年,在基因组学工作的基础上才重新认识个体化医学的重要性[3],一个完全以每一个患者为中心的个体化医学的新时代即将开始。
  随着对个体化医学认识的深入,临床各科正在开展广泛的应用。如在2001年的第67届美国胸科医师年会上,与会学者对什么是哮喘治疗的最佳方案问题各抒己见,最后的结论是,临床医师应根据患者病情、偏爱和药物不良反应来选择治疗方式,制定最佳的个体化治疗方案。在糖尿病治疗中发现,每位糖尿病患者的病情都不完全相同,即使是同一个人,也可因精神状态、体力活动的多少、饮食的质与量的变化以及是否有合并症等,其治疗原则也应随之而发生变化。这就是说,糖尿病的治疗必须个体化,还要根据个人的生理、病理状态而相应地调整用药的种类与剂量。由此可见,个体化医学的发展高潮即将到来。
  2 癌症的个体化特性
  目前全球的癌症患者约有4000万,每年新增患者约900万,每年死于癌症的患者为700余万,其中我国每年新发癌症患者为160多万;我国新增死亡人数为130多万。医学的进步在癌症的治疗上是卓有成效,其治愈率由50年前不到10%已上升到40%-50%以上,尤其是近10多年来,除手术、化疗外,更趋完善的放射治疗(立体聚焦式放疗、适形放疗、调强放疗等),“异军”突起的癌症热疗(微波、射频、超声聚焦和全身加热)等,独树一帜的肿瘤生物疗法(细胞因子、抗肿瘤疫苗、基因治疗、癌症的诱导分化和凋亡疗法、抗肿瘤血管形成疗法)等,都对癌症的治疗起到了一定的作用。但为什么仍有相当多的癌症患者没有能够获得理想的疗效?为什么同一种治疗方案对同样的癌症患者效果却明显不一样? 为什么同一种癌症预后上有明显的不同?进一步的研究发现,为什么同一种癌细胞具有不同的侵袭及转移能力?为什么同一种抑癌基因却有不同的抑制癌细胞生长的作用等一系列癌症的治疗上迫切需要解决的问题摆在了医生的面前[4],目前认为其主要原因是与肿瘤的异质性(heterogeneity),即癌症的个体化特性有关。
  2.1 时间个体化
  由于肿瘤细胞周期的非同步性,决定了在增生的肿瘤细胞群体内,任一点时间内,只有不足10%的细胞处在S期。因此,单一的静止地测定某种增生标记物所得到的标记指数不能代表所有的增生细胞情况。联合地测定某种选定的标记物暂时的累积情况所得到的结果不同于在某一点时间测得的结果。因此,在测定细胞增生指标时,连续向肿瘤内注入标记物(如溴脱氧尿核苷),使之进入所有细胞周期时的细胞,这样识别到的增生细胞数及生长指数远远大于单一静止地测量某种标记物所得到的结果。静止的、非细胞周期内的细胞对损伤的敏感性差。例如,常见于实体性肿瘤中央区域的组织缺氧状态,可使该区域具有抗损伤的能力,同样,在细胞内的损伤过程中,出现的可清除过氧化物自由基的硫醇化合物以及DNA修复机制也可使细胞具有抗损伤的能力。由此说明,肿瘤细胞具有时间个体化。时间个体化可分为:短期(以秒、分、小时计算);中期(以天、周计算)和长期(以月、年计算)。
  2.2 空间个体化
  众所周知,肿瘤在地理、人种、社会、流行病学等方面存在着明显的差别。尤其表现在个体对肿瘤发生的不同敏感性上。纵观所有肿瘤流行的地理分布,西欧、北美、北欧、东欧、太平洋地区的澳大利亚及新西兰仍然是全球男女两性癌症发病最高的地区。不同肿瘤其流行的地理分布也不尽相同。常见的肺癌、胃癌、结直肠癌、肝癌、食管癌、乳腺癌、宫颈癌、膀胱癌、胰腺癌、卵巢癌、淋巴瘤和白血病等在不同治疗、预后等方面都存在着明显的差别。因此,在肿瘤研究中强调采取临床实验、大的人群病例组进行研究的重要性。
  2.3 解剖上的个体化
  大部分实体肿瘤的增生区域位于周边,中央或核心区域相对血供减少,随着瘤体增大,内部的血供、营养及气体分布越来越不均匀,这使得药物无法平均灌注在肿瘤实质内。肿瘤组织内的缺氧、酸性增强、间质内压力增加,会影响肿瘤对药物的吸收及生物活性,因此肿瘤对化疗及放疗的抵抗性增强。
  2.4 结构的个体化
  肿瘤的结构个体化已为病理医生所熟知,主要表现为器官水平(大体)、组织和细胞水平(显微镜)的形态学改变。
  大体上表现为形状、大小、颜色、质地、数目、包膜等。
  显微镜下表现为组织结构和细胞形态两方面。组织结构有:片块状、巢状、小梁状、腺管状、腺泡状、**状、筛状、裂隙状、菊形团、花边状、微腺泡、双向、车辐状、栅状、旋涡状、鱼骨状、圆形、成角、血管周排列。细胞形态有:立方状、柱状、圆形、多角形、梭状、纤细状、肥胖状、浆细胞样细胞、星状、气球样、淡染浆、透明、空泡胞浆、颗粒状胞浆、酸性胞浆、小细胞、大细胞、小肌样细胞、大肌样细胞、偏心核、巨大核、中心核、新月形核、多核巨细胞。这种肿瘤的结构异质性也就造成了病理诊断的复杂性。
  2.5 基因的个体化
  目前已经知道,肿瘤患者的基因型与其亲代基因型之间存在差别,这些差别随时间、肿瘤的生长及部位的不同而不同。现在人们也已经明确,导致肿瘤恶性转化时所涉及的基因异常并不是单个基因的打开,而是细胞内基因改变阶段性随机的及触发性的过程。环境因素就可加速上述过程,例如接触放射性物质。遗传性基因改变也可加速上述改变,例如存在于结直肠癌演进过程中以及腺瘤性息肉病表型中的遗传性基因改变。
  人群中单个基因可表现出相当大的突变个体化。例如已发现在p53基因中存在至少2000个不同的点突变,许多突变对功能改变无影响。其他在DNA中贮积的点突变可通过许多不同的机制包括基因丢失、基因扩增以及DNA甲基化导致基因的不稳定性增加以及产生引起功能障碍的蛋白质。基因紊乱的情况还可在染色体中发生。这种基因异质性的形态学表现之一为非整倍体状态,可见于大部分的实体肿瘤中。这些紊乱可引起生物功能及生物标记物表达的多相性。另外,单一的基因位点不能使肿瘤获得其明确的基因型。在肿瘤生长的整个过程中都存在着基因改变,例如染色体倍性的个体化。
  早期化疗成功后,紧接而来的往往是肿瘤复发以及再次治疗的失败。在治疗过程中,基因发生突变,对药物产生抗性的细胞系被选择出来,并替代对药物敏感的细胞。对治疗产生抗性的进化问题与多种细胞功能的个体化有关。基因的个体化使得蛋白和酶表达时出现表型的改变,其功能的行使可影响毒性药物的吸收及肿瘤对药物和DNA损害的反应性。对抗治疗作用的产生与基因多样性以及细胞群的多能性有关。
  处在复杂外界环境下的肿瘤,其生存竞争能力可增强。当有的细胞受到治疗作用的破坏或发生坏死,其他细胞就会表现出生物学的适应,如增生、药物抵抗性的改变、DNA修复能力增强、凋亡率下降及转移力增强。因此,在生长的肿瘤内,多能细胞群开始进行自然选择,同时,环境因素(例如细胞毒性治疗)会影响不同细胞克隆的选择。
  2.6 功能的个体化
  由于肿瘤的基因的个体化,也就不难理解个体化存在于肿瘤细胞的生物学功能中,如增生、凋亡、细胞内或细胞间信号传导、细胞黏附、血管生成、转移行为等,这些功能通常都在调节性基因的控制下。许多特殊的基因及它们的蛋白质产物可出现在引起正常细胞发生恶性转化的一系列因子中,充当着癌基因、肿瘤促进物或肿瘤抑制物的作用。这些基因包括fos、 ras、 c-erbB-2、 C-myc以及p53等。
  例如,肿瘤标记物表达的个体化可应用细胞周期模型来说明。细胞群是由一系列处于增殖、静止、已分化状态的细胞混合而成。生长指数是指处于增殖状态的细胞数占所有细胞数的比例,在快速增生的组织中,其生长指数可接近100%。细胞群中细胞的生长在任一时间都是不同步的,不同数目的细胞可处在静止期或处于细胞周期的任一阶段内。具有同质性的细胞群,例如培养中的肿瘤细胞系,可在任一点时间处,由于表达细胞周期依赖性标记物而出现异质性。因此,在复杂的细胞群体中(例如肿瘤),细胞周期的不同步性可使本来一致的细胞群出现显著的生物标记物表达的个体化。
  许多可测定的基因产物水平在静止及增生的细胞中彼此不同,而且在细胞周期中随DNA合成以及细胞分裂而波动。这些产物受到调节机制、检测点、开关的控制,包括细胞因子以及细胞因子依赖性激酶蛋白家族的控制。因此,关键的功能酶、调节蛋白以及膜受体可能在所有的细胞中表达,但是在细胞周期的不同阶段,其表达水平不同。
  增生标记物的测定为解释异质性如何通过许多途径,使研究资料的分析变得复杂提供了实例。许多标记物已被评估,包括分裂指数、流式细胞仪S-期指数、胸腺嘧啶脱氧核苷酸在体内及体外标记、细胞周期相关蛋白,例如Ki67以及增生性细胞核抗原等。
  肿瘤的侵袭与转移的个体化也是功能个体化的主要表现之一。肿瘤细胞因存在生物学侵袭性而具有个体化特征。确定肿瘤内哪些细胞具有最强的增生、凋亡、侵袭以及转移能力是不可能的。从临床病理学一系列研究中获得的肿瘤特征并不能代表肿瘤的生物学能力。单个恶性细胞的生物学行为要比整个肿瘤内所有细胞的平均生物学行为更重要。
  转移是决定肿瘤的侵袭性及临床后果最重要的过程。原发肿瘤及其转移灶在基因含量、形式、功能以及成份上存在相当大的个体化,不能认为转移灶是其原发肿瘤简单的克隆。转移灶在与原发肿瘤不同的免疫及营养环境下生长,例如在淋巴结、肝脏、骨髓内生长,这些生长环境会影响肿瘤的形态及结构个体化,例如小肠肿瘤在肝脏的转移灶,其空间生长平面不会象其原发肿瘤那样局限。
  许多临床病理研究是在原发肿瘤标本上进行的,但是,一旦肿瘤切除,其中的肿瘤细胞就不再影响患者的预后,临床的发展过程则主要取决于转移。只研究生物标记物在外科切除的原发肿瘤中的表达情况来判断临床预后的相关性,从根本上来说是错误的。不能认为所有原发肿瘤细胞与其转移瘤内的瘤细胞在生物学结构及功能上是一致的,这一问题常为人们所忽视, 因此强调,有必要对原发肿瘤及其转移瘤的生物学情况进行详细的比较研究。
  DNA的修复与维持是细胞的一个重要的个体化功能。在接受天然或治疗性放射性物质以及接受化疗的作用下,DNA损伤可在正常的分子中自然地产生。 DNA 修复可保证细胞的延续性及基因表达的准确性,并减少肿瘤的发病率。据估计,每个细胞的DNA包含4×109个碱基,每天单独由自发的DNA损伤可暂时造成10000个核苷酸碱基的丢失。对DNA修复有效性的估计是在DNA复制过程中,每30亿个碱基对只出现3个错误。如此强大的DNA修复能力给肿瘤的治疗带来了很大的困难,因为如此强大的生物进化稳定性能很快修复临床治疗引起的DNA损坏。
  矛盾的是放疗和化疗在治疗肿瘤的同时还增强了肿瘤的抵抗性。细胞对放疗产生的反应是修复、重新分布、再氧化以及再生。细胞对亚致死剂量的放射性的耐受的结果是出现许多个体化及在治疗过程中抗药克隆被选择出来,治疗还可引起肿瘤细胞发生亚致死性的基因损害,因此更加速了自然选择过程并增加了治疗作用下的肿瘤产生新的突变及基因紊乱的危险度。
  2.7 人为的个体化
  另一个十分重要的问题是人为的个体化。比如,在肿瘤细胞中检测不到一些关键性的酶是很常见的现象,这就提出了一个问题, 检测不到这些酶是真正的肿瘤细胞个体化所致还是人为的个体化?又例如某种生物标记物的表达可能低于实际检测到的水平、细胞内的关键调节分子常常快速合成并降解、应用静止的检测方法未检测到的靶分子从而导致对某种重要标记物的误识等。关于这一问题的突出例子是人们对凋亡的认识,凋亡的过程在组织内进行得很快,这种客观现象以至于直到本世纪七十年代人们才认识到它的存在。
  个体化可由实验者人为所造成,使得不该出现个体化的地方出现了个体化。如在免疫组化研究过程中染色敏感性、抗体特异性以及人工准备情况的差异是很普遍的。标本固定情况是尤其突出的问题,而人们在研究存档的标本时,很少同时研究新鲜的相同组织作为对照,以减少由于人工固定及标本随时间延长所造成的误差。因此,与实验技术相应的详尽的对照非常重要。当比较实验数据时,还应注意考虑各研究机构之间在实验技术方法上的差异。
  3 癌症的个体化治疗
  肿瘤生物学的个体化决定了癌症治疗的个体化。目前所面临的癌症治疗上的困难,说明是该从个体化入手进行深入探讨癌症治疗的时候了。鉴于上述的认识,在肿瘤治疗策略中存在的对个体化认识的不足,使的治疗效果上并没有显著地提高,如何改善恶性肿瘤的预后依然是我们所面临的巨大挑战。改变医学模式,使肿瘤治疗走出单一的对抗治疗的困境,采用有效攻击和机体调整相结合的方法,既要采取手术、放疗等措施铲除癌巢,更要重视调整癌症发生、发展、转移的机体环境中的个体化。
  所有的人类细胞系都具备保证细胞进行正常的繁殖及行使功能的能力,以及相当潜在的分子调节能力,以此保证细胞抵抗环境造成的损害。只有从每个癌症患者的个体入手,分析其个体特性,有针对性的"量体裁衣",才是癌症治疗的有效途径。例如,每一个患者都有各自的个体化状态,该手术的、该放疗的、该化疗的,情况都不一样。
  中医药治疗的传统精髓就是要体现个体化,要针对具体患者辩证施治。但现在出现的中医药治疗肿瘤是一个处方治千人、万人,这就失去了中医药治疗个体化的优势,也就难以收到应有的治疗效果[5]。
  肿瘤的生物治疗更要体现个体化。不论什么癌症,不论患者自身状态,一概行提高免疫力的治疗,不仅效果不明显,而且会有反作用。生物治疗目前取得的效果看,主要适用于肾癌、白血病、恶性淋巴瘤、黑色素瘤、肺癌及多发性骨髓瘤、生殖系肿瘤。对于手术、放化疗或造血干细胞移植后肿瘤患者,使用生物免疫疗法可清除残留肿瘤病灶或潜在转移,减少肿瘤复发。
  随着基因组,蛋白组以及生物信息学技术的发展,使得以分子亚分类作为肿瘤的诊断,治疗和预后判断的个体化成为可能。个体化医学发展的最终目标就是充分利用疾病的分子特征,对某些可能发生某种疾病的人群在仍然健康的情况下,采取经优化研制的药物预防和治疗措施[6]。目前已经有了一些分子信息指导下的肿瘤个体化治疗手段,其中包括以单核苷酸多态性和基因型为基础的癌症有效治疗方法的选择。利用这种选择方法不仅能够发现癌症的易患标志物,而且能够预测药物在不同个体中的功效和毒性,从而排除那些对某种治疗无反应或会产生难以意料的副作用的患者[7]。个体化治疗具有经济可行性,它能够降低药物研制的费用和周期。药物基因组学的引入不仅降低了临床实验失败的几率,还增加了对个体化患者提供更为安全和有效治疗的可能性[8]。因此,传统的肿瘤临床治疗手段正在逐渐被以更为准确的以分子标志物为辅助的诊断为依据,更为安全有效的分子信息指导下的个体化治疗所取代[9]。
  人类在癌症面前,应当动员全社会力量,积极开展卫生健康知识宣传,加强肿瘤预防力度,降低肿瘤发病率;改变医学教育模式,普及医务人员的再教育,树立整体的观念,抓住影响机体健康的主要矛盾,重视肿瘤的合并症与并发症,权衡利弊,为患者制订切实可行的个体化治疗策略,尽可能以最小的痛苦和最少的费用,换取患者最长的生存时间和最佳的生活质量;加强科研合作,打破目前肿瘤治疗低水平重复的落后局面,使肿瘤治疗的临床科研和综合治疗早日步入健康发展的轨道。

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