该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)

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该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)

该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)
癌症是对人类健康威胁最大的几种疾病之一,不论是其进展的多样性和还是广度上都令人望而生畏。癌症的研究需要跨越遗传学、细胞学、组织生物学以及病理学等多个学科,不过幸运的是,得益于越来越强大的实验室技术和计算技术,我们获得了越来越多关于癌症的“大数据”,这也使得我们有机会一窥癌症的全貌,并将癌症的标志性特征进行提炼,从而更全面的了解癌症发展的机制,以将这些知识用于癌症治疗。
我们发现了170万年前的肿瘤样本化石,公元前2500年人类历史上第一次记载了癌症患者,癌症存在的历史已经超过了很多人的预期。然而在这漫长的岁月里,我们对于癌症的认知仍旧十分有限,直到近现代科技的发展,我们才开始了解癌症的原本面貌。
2000年,在《Cell》杂志上发表的“The hallmarks of cancer”一文,通过对大量的癌症研究进行分析和总结,首次提出了癌症标志性特征这一概念,将人们对于癌症的认知提升到了一个新的高度,这也是我们大多数人对于癌症的初始认知:比如不死的癌细胞,无限增殖的癌细胞,以及会转移的癌细胞。
该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)

6个癌症标志性特征.图片来源:参考资料1

这6个癌症标志性特征让我们对癌症有了一个系统的认知。随着时间来到2022年,伴随着多学科的研究进展,癌症标志性特征从6个已经增加到14个。这些标志性特征的出现,不仅意味着人类对于癌症的认知在不断进展,同时也催生了新的癌症疗法的诞生。今天就让小编带领大家一起将时钟拨回到那个风云激荡的年代,从最初始发现的6个癌症标志性特征开始解读。由于篇幅较长,小编将根据时间顺序对“肿瘤的标志性特征”进行解读。

1

无限复制潜能

这是人们对于癌症的初始印象:无限的复制能力。人类的每个细胞都是由遗传物质DNA控制的。在染色质的末端,有一小段DNA-蛋白质复合体被称为端粒。端粒像消耗品,每一次复制,端粒都会缩短一些,直到最后被完全消耗。换句话说,端粒的长度决定了细胞复制的次数,也限制了细胞乃至于生命体的寿命。但是癌细胞却会通过端粒酶延长端粒的长度,从而使得癌细胞具有无限复制的潜能。

2

自给自足的生长信号

但是具备无限复制的潜能并不足以使癌细胞真正实现无限复制,因为人体的细胞还会受到多种信号的控制,生长信号就是其中最重要的一环。但是和其他细胞不一样,癌细胞自身可以分泌促进自身生长和发展的信号,这些信号分子多种多样,包括血小板衍生生长因子(PDGF)、转化生长因子(TGF)-b、成纤维细胞生长因子(FGF)-2、表皮生长因子(EGF)等信号分子,这些信号分子可以使癌细胞给自己“加油打气”,满足自己生长需要。

3

对生长抑制信号不敏感

但是上面2种特征依旧不足以维持癌细胞的扩张,因为人体存在动态调节:当一类细胞以不正常的速度快速生长的时候,人体会分泌抑制信号,从而使得细胞的生长变缓慢。对于正常的细胞来说,这种调节是可行的;但是遗憾的是,肿瘤细胞有一套躲避的方法,它们对于抑制信号并不敏感,肿瘤细胞的生长很难被正常的细胞信号调节。这使得癌细胞的扩张得以延续。

4

逃脱细胞凋亡

在人体内,正常细胞是会死亡的,尤其是细胞中DNA受到损伤时,细胞就会启动死亡程序,这就是常说的细胞凋亡。尽管一部分癌细胞在细胞损伤后会凋亡,但是仍旧有部分细胞会脱离这一过程,这时候癌细胞就不因凋亡信号而死亡,正因因此,癌细胞被称为“不死的癌细胞”。

5

持续的血管生成

在满足了上面几个条件之后,癌细胞就已经摆脱了正常人体细胞发育的路径、开始了扩张的道路。但是细胞复制需要大量的能量,正常的人体是不会给癌细胞供给如此多的能量。于是癌细胞打起了人体内主要运送物质和能量的通道——血管的主意。为了掠夺足够多的能量,癌细胞会分泌促血管生长因子,构建癌细胞专属的血管通道,使其可以不断获取营养,从而复制分裂。

6

具有组织侵袭和转移的能力

不论是何种癌症,最可怕的情况就是出现癌症转移。癌症转移往往意味着癌细胞获得了更强的生存能力并且更难根除,会使癌症患者的生存率大幅度下降,根据统计数据,90%的患者最终死于癌症转移。

一般来说,癌细胞会优先侵袭周围的淋巴管和组织,发生局部转移;同时随着癌症周围血管的建立,一些癌细胞会随着血液进行流动,导致远端癌症转移出现的情况。
以上的6个特征,就是人们对于癌症的初始认知:癌细胞不会死、可以无限增殖并且还可以转移。绝大多数癌症都具有上述的6个标志性特征。
该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)

肿瘤发生的多重路径.图片来源:参考资料1

7

基因组不稳定性和突变

人类基因组计划于2003年4月宣布完成,人类对于基因的了解有了突破性的进展,并且随着基因组计划的完成,测序技术也迎来了飞速发展。

该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)恶性肿瘤中不同的信号分子相互作用最终推动癌症的发展.图片来源:参考资料2

通过对癌细胞的基因组进行测序发现:和正常的的相比,癌细胞的突变频率更高;同时癌细胞还会破坏人体内负责监视基因突变的系统——最著名的就是抑癌基因TP53,它可以抑制癌症相关突变,但是大部分癌细胞中TP53基因已经无法发挥正常的功能。癌细胞基因组的不稳定性,最终使得癌细胞具有更多的突变,使得癌细胞有着更多变异的可能性。

8

躲避免疫破坏

随着对癌症的研究不断深入,科学家们发现人体的免疫系统其实一直在不停地消灭癌细胞,这被称之为“免疫监视”,出自免疫编辑理论。免疫编辑理论认为:癌症发展可以分为三个阶段。第一个阶段为免疫监视阶段,免疫系统可以寻到并杀死癌细胞;第二个阶段为免疫平衡阶段,癌细胞不断增加并可以和免疫系统进行对抗;第三个阶段为免疫逃逸阶段,此阶段免疫系统已经无法扼制癌细胞发展,癌症发生。

在第二个阶段和第三个阶段当中,癌细胞找到了方式来躲避免疫细胞的追杀,其中最主要的通道之一就是PD-1/PD-L1抑制剂通道。
该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)针对肿瘤发过程中的不同靶点对应产生的治疗方式.图片来源:参考资料2

9

促肿瘤炎症

尽管免疫细胞可以不断杀死癌细胞,但在另一方面慢性炎症会促进癌症的发展。通过对肿瘤组织进行分析发现:几乎所有肿瘤中都含有免疫细胞(根据目前的研究发现有些免疫细胞会被癌细胞策反,另一部分则由于长期作战陷入耗竭状态)。肿瘤引发的慢性炎症可以促进癌症发展,并成为肿瘤微环境中的一部分。目前来说很多疗法无法发挥作用,可能肿瘤形成的免疫抑制微环境有关。

该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)肿瘤微环境中的细胞构成.图片来源:参考资料2

10

能量代谢失调

在第9个标志性特征中,我们就提到了肿瘤微环境,简单来说,肿瘤会在自己生存的环境中构造出适合自己生存、但免疫细胞进入会受到抑制的微环境,从而促进自己发展。在这里,癌细胞的能量代谢也会发生改变,正常的细胞在无氧条件下进行的糖酵解却是癌细胞的在大多数情况下获取能量的途径(即使在有氧的情况下)。而随着能量代谢的改变,癌症的环境也会进一步改变。

11

解锁表型可塑性

我们从一个受精卵到不断发育成一个完整的个体,人体的干细胞也开始不断地复制、分化,并最后变成工作细胞,即承担着具体细胞运作的能力,比如红细胞、肺泡细胞和肝细胞等,这个过程中细胞的分化能力是越来越低的,细胞分化到最后增殖能力也会降低。

但是对于癌细胞研究发现:癌细胞或许可以通过去分化使其回到或者部分可干/祖细胞状态,这个过程使得癌细胞得到了强大的增殖能力。在这个过程中,表型可塑性能力十分重要。有越来越多的研究显示,为了躲避或者逃避终末分化状态,癌症的表型可塑性能力是关键因素。
表型可塑性可以破坏细胞分化的过程,通过不同的途径使得癌细胞获得干细胞增殖的能力,具体可以分为细胞去分化、细胞分化中断和细胞转分化三个方面。而这个结果就是使得癌细胞拥有了部分可以无线增殖的能力。
该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)表型可塑性对癌细胞的影响.图片来源:参考资料3

12

非突变表观遗传重编程

在前面我们也提到了基因组不稳定性和突变是癌细胞的标志性特征之一,但是除此之外,人类的DNA序列没有发生变化,但是基因功能也可能出现变化,这被我们称之为表观遗传学。

简单来说,尽管DNA保留着我们的遗传信息,但是人类还有一套与之配对的信息传递系统。所有的生命形式都是基因信息表达的结果,这些信息驱动各种有组织的分子系统的构建,确保生命的维持和繁衍。而对于信息的解读非常重要,这些在细胞基因表达过程中发挥作用的修饰就是表观遗传学。
通过对癌症的研究发现,癌细胞的非突变表观遗传学也会发生改变,从而促进癌症的发展。
该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)非突变表观遗传重编程.图片来源:参考资料3

13

多态微生物群组

继量子力学之后,生物学中也多出了一个人们的词汇——肠道菌群。近几年来,人们发现肠道菌群在免疫中发挥了极其重要的作用,被认为是免疫调节的重要组成部分之一。当然微生物群组不仅仅包括肠道菌群,但是随着免疫治疗的进展,人们也将更多的目光投注到肠道菌群中来。

有研究证实特定的细菌类型可以促进细胞增殖,这在结直肠癌的进展中表现得十分明显:通过改变肠道中不同的菌群可以调节肿瘤生长。

该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)微生物群体对于癌细胞发展的影响.图片来源:参考资料3

 

14

衰老细胞

尽管人们认为衰老是一个不可避免的自然的进程,但是越来越多的研究证实:衰老或许可以延缓或者逆转。其中的关键因素之一就是衰老细胞。衰老细胞也被称之为“僵尸细胞”,它们是随着年龄增加而不断出现的一类细胞,尽管它们存在于身体中,但是它们并不会自动凋亡,但是占着位置也不会继续工作,这导致了衰老进程。

衰老细胞相关的衰老相关分泌表型(SASP)的激活会释放很多的生物活性蛋白,包括趋化因子、细胞因子和蛋白酶等,这些蛋白的长期分泌可能会引起持续的慢性炎症,而持续的慢性炎症被认为和癌症的发生有关。目前需要对不同来源的衰老细胞进行进一步的研究,以确认它们在癌症进展中的作用。
该怎样理解癌症?一篇文章重磅解析:癌症14大标志性特征(最新版)衰老细胞对癌症的影响.图片来源:参考资料3
随着人类对于癌症20年的认知变迁,癌症治疗方式也在飞速发展,从手术、放化疗、靶向药再到免疫治疗,人类应对癌症的手段越来越多,并且治疗效果也得到了飞速提升。下一个十年,细胞医药或许将带领人类走入一个新的时代,而随着新时代的来临,或许再回首,癌症已经不再令我们感到恐慌。

参考资料:

[1] Douglas Hanahan, Robert A. Weinberg. The Hallmarks of Cancer. Cell. 2000; 100(1): 57-70.

[2] Douglas Hanahan, Robert A. Weinberg. Hallmarks of Cancer: The Next Generation. Cell. 2011; 144(5): 646-674. 

[3] Douglas Hanahan. Hallmarks of Cancer: New Dimensions. Cancer Discov. 2022; 12: 31-46.

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