以生物學技術進步推動胃腸腫瘤的防診治

徐忠法，甄亞男

(1.山東第一醫科大學第三附屬醫院 山東省醫學科學院附屬醫院胃腸外科，山東 濟南，250031；2.山東第一醫科大學 山東省醫學科學院胃腸病研究所 臨床中心；3.山東第一醫科大學濟南生物醫藥產業研究院)

1 胃腸腫瘤防控形勢報告

根據世界衛生組織國際癌癥研究機構發布的最新全球腫瘤流行病統計數據預測，2020年全球新發癌癥1 929萬例，死亡996萬例[1]。

結直腸癌(colorectal cancer，CRC)的發病率居第3位，死亡率居第2位。2020年世界范圍內有超過190萬新發病例、93.5萬死亡病例，約占所有癌癥病例與死亡人數的10%。2020年，我國CRC新發病例約為55.5萬例，發病率約為23.9/10萬人，在男性、女性惡性腫瘤中均排第3位；死亡病例約為28萬例，死亡率約為12.0/10萬人，在男性惡性腫瘤中排第5位、女性中排第2位，已成為全球CRC年新發病例最多的國家。與歐美國家相反，中國CRC的發病率與死亡率正處于逐年上升中，并將成為中國的第2大癌癥病種。

胃癌(gastric cancer，GC)是全球發病與死亡均排在前5位的惡性腫瘤，2020年全球新發GC 108.9萬例，死亡76.9萬例，中日韓等東亞國家為GC高發地區。其中，中國新發GC病例47.8萬，在男性惡性腫瘤中排第2位、女性中排第5位，發病率約為20.6/10萬人，占全球新發病例的43.9%；死亡病例37.3萬，在男性惡性腫瘤中排第3位、女性中排第3位，死亡率約為15.9/10萬人。中國有著最多的新發GC病例，與CRC相反，中國GC的發病率與死亡率正逐年降低，盡管發病率仍處于較高水平，但已被CRC所超越。

2 治療模式的沿革

手術是唯一可能治愈胃腸腫瘤的治療手段。早期胃腸腫瘤首選內鏡下切除，可達到根治目的，復發率極低。對于進展期的患者，仍是以手術為主的綜合治療模式。微創治療是近年醫學領域快速發展的新治療技術，胃腸外科領域最活躍的當屬腹腔鏡技術，已成為國內主要胃腸腫瘤中心的主流術式。隨著微創技術理念的精準化、手術操作平臺的不斷革新，胃腸外科腹腔鏡技術不斷創新且臻于成熟，如單孔腹腔鏡技術、經自然腔道手術、3D腹腔鏡技術、熒光腹腔鏡技術、雙鏡聯合技術、達芬奇機器人技術等已得到廣泛應用，在安全有效、腫瘤根治及功能保護等原則基礎上，實現了更為精準的微創治療。

伴隨多學科綜合治療的實施，胃腸腫瘤的治療理念發生了改變，臨床治療指南不斷更迭。不論進展期GC抑或CRC，新輔助治療聯合根治性手術、根治性手術聯合輔助化療、轉移性胃腸腫瘤的綜合治療、免疫治療及臨床轉化治療均是研究熱點。多學科綜合治療是腫瘤規范化及實現個體化治療的有效形式，已成為包括胃腸腫瘤在內的多種惡性腫瘤的標準治療模式。與此前單一的診療模式相比，現代多學科綜合治療模式下，外科治療聯合化學治療、放射治療、靶向治療、介入治療及免疫治療的綜合治療模式，使得GC、CRC的診斷與治療均取得了顯著進步。

在精準診療時代，化療藥物在疾病各階段的應用均被發掘到極致，療效已達瓶頸，隨著分子分型的進一步細化，靶向治療與免疫治療的成熟應用，進展期GC、CRC的圍手術治療模式愈發多樣化。免疫檢查點抑制劑可有效解除腫瘤細胞對T細胞功能的抑制，重新激活免疫系統的腫瘤殺傷作用，程序性死亡受體1(programmed death receptor-1，PD-1)抗體為代表的免疫治療在治療中扮演了越來越重要的角色。

CheckMate 649研究證實，免疫聯合化療相較單純化療可實現無進展生存期與總生存期的雙重獲益[2]。抗血管生成治療聯合PD-1單抗為基礎的治療方案在GC二線治療中也展現出較好的應用前景[3]。免疫治療在GC中的應用也逐漸向前線推進，PD-1單抗聯合化療在局部晚期及可切除GC新輔助治療的研究中也取得一定進展[4]。

微衛星不穩定性(microsatellite instability，MSI)是由于人類錯配修復(mismatch repair，MMR)基因缺陷造成細胞DNA堿基錯配修復功能受損所致[5]。DNA合成過程中新的基因突變所產生的新型蛋白具有免疫原性，提高了MSI-H型CRC免疫微環境中腫瘤浸潤淋巴細胞的水平，從而使免疫治療發揮作用[6]。

KEYNOTE-016研究采用帕博利珠單抗單藥治療標準治療失敗的轉移性CRC患者，首次證實了dMMR/MSI-H型轉移性CRC患者是免疫治療的獲益人群，該類人群獲得了較高的客觀緩解率及疾病控制率[7]。免疫治療不僅在CRC后線治療中展現出良好效果，KEYNOTE-177研究明確了PD-1單抗在MSI-H型轉移性CRC中的一線治療地位[8]。

現有的臨床試驗表明，dMMR/MSI-H型CRC可高效應答PD-1抑制劑的治療，但占85%的微衛星穩定型CRC則對免疫檢查點抑制劑的治療并不敏感，大量的臨床試驗嘗試將多種免疫檢查點抑制劑聯合應用，或聯合放療、化療一起治療。投入不可計量的研究經費及患者的寶貴治療時間成本，收效甚微。不論GC抑或CRC，患者的5年生存率多年來均未有實質性的突破，治療手段的沿革并不與療效成正比。

既往對于免疫抑制劑治療效果的預測，多集中在MSI-H、細胞程序性死亡配體1高表達、高腫瘤突變負荷及EB病毒表達等指標上，而真正從免疫聯合化療中獲益的人群仍是未來的探索之重。基因組學的研究表明，胃腸腫瘤是具有明顯異質性的疾病，并由多種表觀遺傳修飾所決定，不同患者間存在很大差異，應用現代生物學技術比較不同亞型患者的異同，為后續治療方案、藥物的選擇提供更加精準的個體化指導，才能取得更好的臨床效果。

3 塔斯馬尼亞袋獾腫瘤(devil facial tumour disease，DFTD)的啟示

袋獾是現存最大的食肉有袋動物，作為澳大利亞塔斯馬尼亞島上的特色物種，在求偶過程容易發生激烈的打斗，通過撕裂對手的面頰來顯示它們的強大兇猛，因此擁有“塔斯馬尼亞惡魔”的別名。自20世紀90年代開始，袋獾開始患有DFTD，并在種群中流行。患病袋獾于面部口周先出現腫瘤，腫瘤具有局部侵略性及全身播散性，患病袋獾通常6個月內死于器官衰竭、繼發感染或代謝性饑餓。

科學家發現，DFTD是一種侵襲性的非病毒性克隆傳播癌癥，伴隨著袋獾激烈的打斗，癌細胞會通過傷口進入另一只袋獾的身體，造成癌癥傳播。為保護袋獾種群，防止跨物種傳播，自1996年DFTD首次被描述開始，科學家們實施了各種拯救政策。(1)流行病學調查、普查，2009年中期研發了一種診斷性的血液測試，以篩查該疾病；(2)隔離捕殺患病袋獾；(3)運往澳大利亞大陸的野生動物園，建立一套一千只具有遺傳代表性的塔斯馬尼亞袋獾系統；(4)人工繁育，建立袋獾卵母細胞庫；(5)開展一系列腫瘤生物學診治研究。然而受影響的高密度種群12～18個月內的死亡率高達100%。至2015年的10年間，DFTD消滅了95%的袋獾種群。

奧地利科學院分子醫學研究中心的專家對DFTD特異性信號進行研究，發現ERBB-STAT3軸中心分子通過誘導下游轉移相關基因的表達，驅動DFTD的傳播，同時可抑制MHCI類基因的表達，使腫瘤細胞產生免疫逃逸現象。研究者在揭示DFTD傳播機制的基礎上，提出雙重化學免疫治療策略，拯救塔斯馬尼亞惡魔免于DFTD[9]。澳大利亞塔斯馬尼亞醫學院的科學家使用數據獨立采集質譜法分析了87份袋獾血清樣本的細胞外囊泡蛋白質組。結果提示，先天免疫細胞釋放的抗菌肽-3在患有DFTD的袋獾中有87.9%的敏感性、94.1%的特異性，潛在感染的袋獾中達到93.8%的敏感性與94%的特異性[10]。然而將科學發現轉化到實際應用需要復雜而漫長的過程，更何況是應用在動物身上。

2020年12月10日發表在《Science》上的研究表明[11]，DFTD的傳播速度正在放緩，大流行正在轉變為地方性流行，越來越多的患病袋獾面部腫瘤開始自然消退，出現了正常皮膚。來自美國華盛頓州立大學生物科學學院的Andrew Storfer教授團隊在《Genetics》發表的研究做出了科學的解釋[12]。他們發現，消退的腫瘤中表達了一種減緩腫瘤細胞生長的基因—Ras樣蛋白家族成員11A，但在非消退的腫瘤中，這種基因被沉默了。Ras樣蛋白家族成員11A的5’非翻譯區的單點突變可能導致DFTD生長的抑制，并最終導致腫瘤消退。

袋獾的DFTD從流行到自然消退的演變，科學家們做了大量的工作，給人類的抗癌帶來的啟示筆者總結了以下幾點。(1)腫瘤的發生可能與生俱來，但在某種特定的情況下可能帶來毀滅性后果；(2)在免疫缺陷的情況下，腫瘤的發生可能非常容易；(3)腫瘤是一種分子層面的疾病，一般方法難以治愈；(4)單一的基因突變會導致DFTD的消退，給拯救世上為數不多的袋獾帶來了希望；該基因與人類前列腺癌、結腸癌有關；這些結果有朝一日也可能為人類健康作出貢獻；(5)人類所有的干預方法效果可能有限，自然進化可能是最終的贏家。

4 癌癥的本質與特征

關于癌癥，存在兩種常見的誤解，即癌癥是一種“現代病”及癌癥主要危害人類。癌癥演化學家雅典娜·阿克蒂皮斯指出，大約20億年前，當多細胞生物出現的那一刻起，癌癥也出現了，癌癥或癌性現象存在于所有多細胞生物中，包括真菌與珊瑚，癌癥實例甚至可在低等動物水螅身上找到。癌癥是被研究得最多的生物學領域課題。絕大部分的研究目的是將其消滅，很少將其理解為一種生物學現象。世界范圍內投入了龐大的資源，然而，標準的癌癥療法—手術、放療與化療藥物的聯合應用，幾十年來幾乎未變。除了少數幾種癌癥外，癌癥的總體生存率并無本質的變化。

人類為多細胞生物。多細胞生物是多種類的單細胞按一定的規則、契約組成的統一的細胞生存系統(細胞社會)，細胞加入這一體系是為了自身更方便、更長的存活下去。多細胞間存在5個核心合作基礎：增殖抑制、細胞死亡、分工、資源分配及細胞外環境維護，合作過程中，多細胞“分工明確”“紀律嚴明”且有“犧牲精神”即程序死亡。基因也存在3大特性，即：基因的穩定性可保證遺傳的穩定；基因的決定性可控制生物體的每一個生理過程，從而控制性狀的發育；基因的可變性增加了生物的多樣性，但需要漫長的時間。人體同時存在強大的修復能力，DNA分子的復制過程中，每10億次出現一個錯誤，如此精度能保證遺傳信息很牢固的代代相傳。而偶爾出現的錯誤，恰好又能給生物的變異與適應環境提供可能性。這是人類自然演化過程中長期自然選擇的結果，人類個體無法改變。

癌癥的發生有兩個必不可少的條件：細胞因自身遭遇生存危機而采取反叛策略，生物體內的監管系統在某處失效。物理化學因素、感染因素、慢性損傷因素、飲食生活習慣及其他未知因素的持續刺激，可能導致內環境失衡，激發易感基因，進而造成多細胞的核心合作特征崩潰，多細胞不受控制增殖、未及時按程序死亡、分工合作機制破壞、資源壟斷獨享及細胞外環境惡化，最終導致癌癥的發生。

癌癥發生、發展與治療過程中，腫瘤細胞并不是唯一發生基因表達改變及代謝模式改變的細胞。圍繞腫瘤并與腫瘤細胞相互作用的其他細胞，在決定腫瘤細胞行為方式中也起著至關重要的作用，因此科學家們提出了腫瘤生態系統(tumor ecosystems，TE)的概念[13-15]。TE里存在有基因突變的腫瘤細胞與正常宿主細胞，被招募而來的正常宿主細胞，能幫助腫瘤細胞存活與擴散。PD-1/細胞程序性死亡配體-1抑制劑作為新興療法，通過阻斷腫瘤微環境中T細胞的耐受信號來殺死癌細胞，屬于此范疇，但TE更強調的是一個整體系統中細胞的動態互動。未來需要關注并了解TE中所有不同類型細胞之間的通信網絡，進而找出使細胞恢復正常調控機制的方法。

筆者認為，癌癥是生物體與生俱來的生物現象，發生難以避免，消滅癌癥也是不可能的，如果通過基因的改變來消滅癌癥，也會為人類帶來意想不到的毀滅性破壞。防治癌癥的任務在于減少或抑制其發生，降低對人類的危害。

5 生物技術進步與胃腸腫瘤的防診治

美國癌癥協會的調查報告指出，近幾十年來，美國癌癥負擔的降低得益于癌癥的預防、早期檢測及治療方式的進步[16]。首先是預防，吸煙極大地影響了以肺癌為首的多種癌癥的發病率，戒煙很大程度上降低了癌癥死亡率。其次是篩查，篩查極大地影響了結腸癌、宮頸癌的預后。雖然乳腺癌、前列腺癌的篩查還存在一定爭議，但還是有貢獻的。手術的改進及放療方法的進步降低了患者的死亡率，同時針對血液系統、淋巴系統腫瘤生物治療的進步也降低了死亡率。生物技術的進步推動了胃腸腫瘤的預防、篩查與早診早治、新技術及新療法各個環節的發展。

5.1 腫瘤預防 患癌風險因素很多，但對不同的個體影響不一，防癌措施很多，也不能一概而論。改變人基因的穩定性與修復能力是困難的，干預癌癥發生的措施有限，一旦發生癌變，干預腫瘤進展的手段同樣有限。防癌只能從我們了解且有效的手段入手。目前推薦的防癌策略包括戒煙、限酒、健康飲食、控制體重，避免外部特異性刺激因素，預防或治愈特異性的感染，去除易癌變的疾病，調節身心、規律生活、適量運動、避免內環境失衡等。

癌癥風險評估需個體化，從細胞和分子水平找出癌前變化預警信息，干預措施需要個體化。癌前圖譜是實現這一目標的重要工具。借助癌前圖譜，更多地了解導致癌變的細胞組成及特征，為改進癌癥的預防措施鋪平道路。“人類腫瘤圖譜網絡”計劃由美國國家癌癥研究所提出，旨在構建臨床、實驗、計算和組織框架，為多種癌前組織與癌癥類型生成信息豐富且可訪問的癌癥3D圖譜。作為“癌癥登月計劃”的一部分，“人類腫瘤圖譜網絡”計劃將在未來5年內在美國10個跨學科癌癥中心進行研究評估。癌癥的關鍵轉變包括腫瘤發生、局部浸潤、轉移及耐藥產生，涉及動態TE中細胞間的復雜相互作用，單細胞基因組學技術和空間原位方法提供了前所未有的分辨率來研究這種復雜性[17]。人類腫瘤圖譜網絡計劃構建癌癥3D圖譜包括：發病機制、分子細胞空間結構、病理學、生物標志物、診斷、藥物研發、臨床研究、個體化醫療。

5.2 篩查與早診早治 篩查的目的是通過試驗(如人乳頭瘤病毒檢測)、檢查(如結腸鏡檢查)、影像(如乳房X線成像)或其他快速、可廣泛用于目標人群的方法，來識別無癥狀群體中未被識別的癌癥或癌前病變。早期診斷則對有癌癥癥狀的癌癥患者進行早期鑒別。篩查和早期診斷都是癌癥全面防治的重要組成部分，但是兩者在資源、基礎設施要求、效果和成本上都有根本的不同[18]。篩查對提高腫瘤患者生存率的貢獻是非常肯定的，但綜合疾病生物學特性及成本效益等多方面因素，實踐中僅有部分腫瘤篩查獲益明顯。篩查也存在不良結局事件，包括篩查過程中造成的焦慮、篩查技術造成的損傷、過度診斷造成過度治療及副作用等危害以及間期癌發生的可能[19]。

大力推廣個體化篩查是十分有必要的。這要求綜合考慮流行病學因素、不同人群患癌的概率、篩查的效益來實現精準選擇篩查對象和病種，根據不同亞群使用不同的檢查方法，提高檢出率。如乳房致密的女性患乳腺癌的風險更高。數據表明，在對乳房致密的女性進行篩查時，使用磁共振成像而不是X光攝影，或同時使用，可能提高浸潤性乳腺癌的檢出率。

生物學診斷研究熱點包括表觀遺傳學、蛋白標志物、微生物組標志物等。上海營養與健康研究所進行的CRC患者腸道微生物組的多中心隊列研究是迄今為止樣本量最大、最全面的基于宏基因組測序的CRC患者腸道微生物組的多中心隊列研究。分析并繪制了全球8個CRC人群隊列的四界微生物組(古菌、細菌、真菌、病毒)圖譜，確定了多界組合的微生物組較單界微生物組更能準確診斷CRC，發現了CRC特異的細菌—真菌互作新機制，并進一步提出了微生物及其相關功能基因作為CRC治療的潛在靶點，為CRC早期診斷與預后評估提供了基于微生物及其功能標志物的新方法、新思路[20]。有學者研發了一種創新的微生物組診斷平臺[21]，檢測早期CRC、癌前結直腸息肉并診斷其他類型的胃腸道疾病，包括克羅恩病、潰瘍性結腸炎、腸易激綜合征。

5.3 創新藥物和治療方法 2019年8月至2020年7月底的1年內，美國食品藥品監督管理局批準了20種抗癌新藥，15種先前批準的抗癌療法擴大了適應證。2021年8月至2022年7月底FDA批準了包括8款創新抗癌方案、10款獲批擴展治療癌癥的抗癌療法。腫瘤免疫治療，其中以免疫檢查點抑制劑的臨床研究最為成熟和充分，應用最為廣泛。筆者在《治療模式的沿革》章節進行了詳細的闡述，免疫治療必須嚴格把握適應證，需要更加精準、個體化地選擇合適的患者。

根據Clinical Trials.gov提供的數據，截至2021年4月，共1 358項在研的細胞治療試驗。2020年至2021年試驗項目數量增長了43%，大部分是由嵌合抗原受體T細胞(chimeric antigen receptor T-cell，CAR-T)細胞臨床試驗及T細胞受體工程化T細胞、腫瘤浸潤淋巴細胞等其他細胞療法所貢獻。大多數試驗依然是集中在血液腫瘤領域，而占比90%的實體腫瘤領域仍是細胞免疫治療的難點。CAR-T細胞療法面臨的幾個“困境”包括：(1)缺乏獨特的腫瘤相關抗原作為CAR-T靶點；(2)不同類型實體瘤的異質性大；(3)T細胞無法有效歸巢到腫瘤部位；(4)T細胞耗竭；(5)腫瘤內復雜的微環境對免疫有抑制作用。針對改善實體瘤CAR-T治療效果，科學家們做了很多探索：(1)基于特定腫瘤微環境選擇合適靶點；(2)改善T細胞的浸潤與轉運；(3)解除免疫抑制；(4)多靶點聯用。

近年，作為一種胃特異性膜蛋白，Claudin18.2展示出了良好的GC等惡性實體瘤的治療效果、安全性及耐受性[22]。目前，全球針對Claudin18.2的產品主要有單克隆抗體、雙特異性抗體、CAR-T與抗體偶聯藥物四大類。應用CAR-T治療GC的其他靶點包括上皮細胞黏附分子、癌胚抗原、黏蛋白1、HER2、MG7等。CRC中CAR-T細胞療法的靶點主要包括抗4-1BB、癌胚抗原、GUCY2C、TAG-72、上皮細胞黏附分子、上皮糖蛋白40、NKG2D、HER-2、重組人干擾素α/β受體1、prominin-1(CD133)、上皮糖蛋白2等。此外，GCC19CAR-T是一款自體CAR-T治療產品，用于治療復發難治轉移性CRC等實體腫瘤。

Memorial Sloan-Kettering癌癥中心的研究指出，雖然免疫檢查點抑制劑、CAR-T細胞治療獲得了有效進展，但這些療法并不適于所有癌癥類型[23]。該中心實體瘤科主任Dr.Luis Diaz提出以下建議：(1)更早使用免疫治療，可能提高免疫療法的療效；(2)提高細胞免疫治療的效率，尤其能應用于更廣泛的實體腫瘤；(3)增加冷腫瘤患者的免疫原性，以產生更好的免疫治療反應；(4)要解決現有免疫療法因地域和經濟原因的推廣應用問題。

伴隨著細胞與基因治療的快速發展，溶瘤病毒(oncolytic viruses, OVs)的市場也在逐步擴大。OVs是一種直接作用于腫瘤細胞的治療方法，對實體瘤具有顯著效果[24]，具有多重殺傷機制：(1)直接裂解腫瘤細胞；(2)原位疫苗及遠端效應；(3)誘導固有免疫；(4)激發適應性免疫應答；(5)破壞腫瘤血管系統；(6)改善腫瘤微環境。OVs已有百年歷史，經歷了野生病毒株發現應用階段(1904-1990年)、基因改造病毒株研發階段(1991-2000年)及基因插入及聯合治療增效階段(21世紀)。目前以腺病毒、皰疹病毒、牛痘病毒及麻疹病毒等最為常用，已有Rigvir(ECHO-7病毒)、安柯瑞(重組人5型腺病毒)、T-Vec(單純皰疹病毒)、Delytact(單純皰疹病毒)等多種產品上市。研究發現，OVs的聯合治療效果在某些情況下遠高于單獨用藥，作為一種腫瘤的新型治療方法，OVs療法具有復制高效、殺傷效果優良、毒副作用小等特點，已成為腫瘤治療研究領域的新熱點。

6 展 望

我國腫瘤發病率接近世界水平，而且逐年增高，有效篩查技術少、早期診斷率較低，腫瘤治療規范化、同質化水平亟待提高。現有醫療技術手段為基礎的多學科綜合治療規范化開展，促進了地域診療規范化、同質化，為患者提供科學合理、規范化及個體化的治療方案，對提高患者生命質量、延長生存期具有重要意義。

筆者認為，癌癥診治研究任重道遠，治療手段的沿革并未與實際療效成正比。投入大量的醫療資源，目前各種臨床試驗仍在以“有效”“延長無進展生存期”為觀察指標的反復研究中艱難踱步；中位生存時間仍以“月”記的比較中，難見治愈的曙光；“再挑戰”“跨線治療”等名詞包涵了臨床醫生的無奈與“倫理缺陷”。

生物科學技術的進步對胃腸腫瘤的預防、診斷與治療具有極大的推動作用，是未來發展的方向。胃腸腫瘤領域未來幾年可能實現重大突破的熱點生物科學技術包括：新型腫瘤靶向、免疫藥物，免疫細胞治療，OVs治療，硼中子俘獲治療，電場療法，質子重粒子療法，光免疫療法，干細胞技術，類器官技術。生物科學技術在醫學領域的新突破、新發現及與其他技術的融合都將很大程度影響社會發展的腳步，為人類健康做出貢獻，為攻克癌癥帶來希望。