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作者：Cathy
導(dǎo)言：2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予了美國免疫學(xué)家詹姆斯·艾利森（James Allison）和日本免疫學(xué)家本庶佑（Tasuku Honjo），以表彰兩位科學(xué)家在腫瘤免疫學(xué)的貢獻(xiàn)。他們的研究提供了一種治療癌癥的方法——通過刺激免疫系統(tǒng)原有的能力，來對抗腫瘤細(xì)胞，即免疫治療。
但癌細(xì)胞也不是“吃素”的，癌細(xì)胞之所以厲害，就是因為它有“隱身”功能，因此，免疫治療也并不是對所有的癌癥患者都有效。盲目進(jìn)行免疫治療不僅成本巨大，還可能適得其反，所以預(yù)測癌癥的進(jìn)展和免疫治療的有效性十分重要。
對此，一個英美研究團(tuán)隊建立了一個數(shù)學(xué)模型，可以確定免疫系統(tǒng)對癌細(xì)胞進(jìn)化的影響。使用該模型獲得的信息能夠用來預(yù)測免疫療法是否對患者的癌癥有效，從而有助于指導(dǎo)治療決策。
該研究由倫敦瑪麗女王大學(xué)的Eszter Lakatos博士和Trevor Graham教授以及倫敦癌癥研究所（ICR）的Andrea Sottoriva教授領(lǐng)導(dǎo)，并于9月14日發(fā)表在《自然-遺傳學(xué)》雜志，題為“Evolutionary dynamics of neoantigens in growing tumors”。該研究主要由英國癌癥研究協(xié)會資助，并得到了Wellcome和美國國立衛(wèi)生研究院的額外支持。
癌細(xì)胞與免疫細(xì)胞的斗爭
免疫細(xì)胞通過檢測癌細(xì)胞表面的分子，即新抗原來識別腫瘤。新抗原是由于癌細(xì)胞內(nèi)遺傳密碼的改變（突變）而產(chǎn)生的“錯誤”分子。當(dāng)免疫細(xì)胞掃描人體時，它們會將這些有缺陷的分子識別為非自身分子，從而引發(fā)針對癌癥的免疫反應(yīng)。
為了抵抗免疫系統(tǒng)的破壞，癌細(xì)胞通過發(fā)展“隱身”機(jī)制，從而躲避免疫細(xì)胞。由此，癌細(xì)胞可繼續(xù)在體內(nèi)生長而不被發(fā)現(xiàn)。
在該研究中，科學(xué)家開發(fā)了一種計算模型，以繪制腫瘤進(jìn)化過程中癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的“軍備競賽”。研究小組利用癌癥基因組圖譜計劃（The Cancer Genome Atlas，TCGA）中的腸癌、胃癌和子宮內(nèi)膜癌的基因組數(shù)據(jù)，開發(fā)了一個模型，輸入癌細(xì)胞的遺傳密碼，可計算出免疫系統(tǒng)與癌細(xì)胞之間的相互作用。通過計算腫瘤中新抗原的數(shù)量并觀察它們積累的速度，該模型能夠預(yù)測癌細(xì)胞何時可能激活針對免疫系統(tǒng)的“隱身”機(jī)制。
癌癥基因組圖譜計劃是國際癌癥基因組聯(lián)盟（InternationalCancerGenomeConsortium）最大的項目。該項目于2006年啟動，耗資1億美元，目的是繪制1萬個腫瘤基因組圖譜。
建模以預(yù)測癌細(xì)胞如何進(jìn)化
Lakatos博士說：“數(shù)學(xué)模型可以幫助我們重建這類生物過程，即使只有一小部分是可用的。這對于確定癌癥如何進(jìn)展特別有用，因為通常我們只能看到這個過程的一個快照。我們開發(fā)的模型可以描述所有可能發(fā)展的癌癥特征，包括那些被免疫系統(tǒng)成功摧毀的癌癥，以表面哪些檢測最能說明癌細(xì)胞未來的進(jìn)化?！?/p>
該模型的預(yù)測可能對癌癥患者的免疫療法敏感性具有重要意義。免疫療法是一組可增強(qiáng)患者免疫系統(tǒng)活性以幫助機(jī)體對抗癌癥的藥物。這類藥物已被證明對某些癌癥非常有效，甚至在某些情況下可以治愈癌癥。然而，并非所有患者都如此，也并非所有腫瘤都對免疫療法有反應(yīng)。能夠提前預(yù)測免疫療法是否可能有效，對病人管理非常有價值。
邁向了解免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞
之間相互作用的一步
Graham教授說：“增強(qiáng)免疫系統(tǒng)是治療癌癥的一種非常有效的方法，但是很難理解為什么有些患者對免疫療法有反應(yīng)而另一些卻沒有。我們的研究是邁向了解免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間相互作用的一步，希望這種理解能有助于將來指導(dǎo)治療決策。”
該數(shù)學(xué)模型可以幫助研究人員預(yù)測人們的癌癥，根據(jù)癌細(xì)胞的免疫隱身狀態(tài)，判斷免疫療法是否可行。該模型預(yù)測，在癌細(xì)胞隱身之后施行免疫療法可能是最有效的，因為此時該療法可用于重新激活免疫系統(tǒng)以識別并抵抗癌癥。該模型還預(yù)測，如果癌癥在其發(fā)展早期未激活免疫隱身機(jī)制，則免疫療法最初可能有效，但對治療的長期反應(yīng)可能并不那么成功。
Sottoriva教授說：“我們的模型可以幫助了解患者體內(nèi)腫瘤與免疫系統(tǒng)之間發(fā)生的軍備競賽。癌癥會不斷適應(yīng)并進(jìn)化，我們的研究提供了一個有價值的工具，可以幫助了解和預(yù)測癌癥將如何進(jìn)化并與免疫系統(tǒng)相互作用，因此我們可以預(yù)測癌癥的下一步行動，并為患者制定新的治療策略。”
由于遺傳分析在英國國家醫(yī)療服務(wù)體系（NHS）中已成為常規(guī)，因此了解如何使用遺傳數(shù)據(jù)來選擇治療方法，以及更好地理解免疫療法有效性非常有用。該團(tuán)隊開發(fā)的模型僅通過查看癌癥的遺傳密碼，即可擴(kuò)展對免疫系統(tǒng)和腫瘤作用的理解。他們現(xiàn)在希望將這個模型應(yīng)用于經(jīng)過免疫療法治療的癌癥，以查看預(yù)測的準(zhǔn)確性。
參考資料：
【1】https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/qmuo-ii091120.php
【2】https://www.nature.com/articles/s41588-020-0687-1
【3】https://medicalxpress.com/news/2020-09-arms-cancer-immune-effectiveness-immunotherapy.html
【4】https://www.jianke.com/nrzl/4983843.html
