◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.3322.org)(xys.freedns.us)◇◇ 　　天方夜谭成真！—Herceptin的故事 　　coyotejoy 　　当我们谈癌色变，是否十分清楚究竟什么是癌？遗传，辐射，化学品和病毒 均可能与癌症的发生相关，然而对癌症本质全面而深刻的认识仅仅开始于DNA结 构的确定和基因的发现之后。1976年，加州大学旧金山分校(UCSF)的病毒学家迈 克尔·毕肖普(Michael Bishop) 和他的博士后哈罗尔德·沃尔姆斯(Harold Varmus)发表了关于发现第一个致癌基因(oncogenes)的论文，证明了癌症的根源 在于细胞的基因之中：这些基因在正常状态下对正常的细胞行为有重要功能，然 而变异后可能引发癌症。人有可能通过遗传获得一个变异的导致癌症的基因，但 更多情况下，成人细胞内这些基因受内外界种种因素的影响而变异从而引发癌症。 由于他们的发现准确详细地阐述了癌症的本质，两人同时荣膺1989年的诺贝尔医 学奖。 　　1984年，英国蛋白化学家麦克·沃特菲尔德(Mike Waterfield) ，美国基因 技术公司(Genentech)的基因克隆专家阿克塞尔·乌尔雷奇(Axel Ullrich) ，以 及以色列蛋白专家约瑟夫·席勒斯辛格(Joseph Schlessinger)发现鸡上的致癌 基因ERB-B由产生细胞增长信号受体(Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR) 的基因变异而成，而这种变异在鸡上导致某种血癌。这一发现将细胞增长信号与 癌症研究联系起来，首次解释了致癌基因的作用机制。正常情况下，基因精细调 节细胞的生长和分裂；一旦变异，细胞无控制地生长即导致癌症。几乎所有的致 癌基因都是由调节细胞增长和分裂的基因变异而成。十来年后，这一发现成了人 所共识，被写进了高中的生物教科书。 　　七十年代后，一系列致癌基因被鉴定和发现，关于它们如何在细胞内传递信 息和执行功能的深入研究蓬勃发展，科学家们还发现了与癌症机制相关的抑癌基 因(tumor suppressor genes)和稳定性基因(stability genes)。有人将变异的 致癌基因比作汽车上胶塞住了的加速器，司机不踩油门，车儿仍然“勇往直前”； 抑癌基因变异好比汽车上的车闸失灵，司机想停车也停不住；而出了缺陷的稳定 性基因则好比不灵光的汽车机械师，维修不好汽车，车儿该跑不跑，该停不停。 这些“故障”复杂地彼此关联，导致给人类带来痛苦与死亡的癌症。人体内的致 癌基因在动物体内甚至酵母细胞内也有相应的版本，可见这些基因已经存在了成 百上千年，因为它们在细胞中执行一些重要功能，在漫长的进化过程中自然选择 也无法将它们抛弃；它们又是癌症的种源，查出它们也就提供了治疗癌症的希望。 　　七十年代出现的克隆技术也孕育诞生了生物科技产业，其中，成立于1976年 的Genentech是生技业界的先锋，它建立在一个在当时几乎等同于科学神话的技 术上：通过将基因插接到细菌体内制造出人体蛋白，科学家们将合成DNA或人源 DNA插入活细胞中，识别遗传密码，产生大量药用蛋白。1983年，乌尔雷奇克隆 了人体的EGFR基因，将之命名为HER-2(human epidermal growth factor receptor-2)，并鉴定了它产生的蛋白。这个基因有时也被称作ERB-B-2，因为它 等同于禽类版本的ERB-B致癌基因。这个基因其实早在1979年就被麻省理工学院 (MIT) 教授罗伯特·韦恩伯格(Robert Weinberg) 领导的小组通过不同的研究方 法与渠道独立发现并命名为NEU基因，然而，当时韦恩伯格的研究兴趣和注意力 在另外一个致癌基因RAS上，因而没有太关注和继续这个NEU基因及其蛋白的研究， 以至与这个基因后续故事的华彩篇章失之交臂，不过韦恩伯格一生中取得的许多 其它成就也足以让他笑傲江湖。HER-2基因也常被并称为HER-2/NEU。 　　HER-2/NEU基因产生的蛋白正是使得正常细胞变成癌细胞的一个“坏蛋”。 这个“坏蛋”的被“揭露和制驭”是发现和开发单克隆抗体药物Herceptin故事 的核心部分，是二十世纪后叶科学与癌症的较量中取得的比较早期阶段的一个非 常重要的胜利。 　　1986年春天,在丹佛机场，乌尔雷奇与来自加州大学洛杉矶分校(UCLA)的丹 尼斯·斯拉曼(Dennis Slamon) 的一席谈话掀开了这个故事的重要一页。两人在 候机时聊起各自的研究相当投机，于是有意合作。斯拉曼是一位悬壶济世的肿瘤 专家，尽管他是一个耐心负责且受人尊敬的医生，但他钟情于癌症基础研究更甚 于临床治疗。他收集病人肿瘤的新鲜切片，觉得癌症起源的秘密即隐藏其中。乌 尔雷奇将他克隆的各种生长因子基因包括HER-2送给斯拉曼，斯拉曼则将这些基 因与他收集的肿瘤切片中萃取出的DNA进行对照。结果发现HER-2/NEU与某种乳腺 癌和卵巢癌有着联系。在肿瘤切片中，HER-2/NEU产生异常高含量的EGFR受体蛋 白。这个蛋白是一种横穿细胞膜的酪氨酸激酶，当它在细胞表面的受体部分被磷 酰化后，它产生信号传递入细胞，激活控制细胞生长和分裂的基因。由于HER-2 基因变异，受体蛋白过度表达，细胞收到的信号过载，生长超出控制，引发癌症。 正常的乳腺细胞在其表面大约有五万个HER-2/NEU受体，基因变异则使得这个数 字跳升至一百万到两百万之间。研究发现，有着HER-2过度表达的乳腺癌患者大 约占整个乳腺癌患者群人数的百分之二十到百分之三十。 　　多年后，乌尔雷奇回忆起他和斯拉曼当年的工作，强调当初的发现是多么的 运气。因为乌尔雷奇总共送了大约一百五十个疑是致癌基因的基因与来自斯拉曼 收集的各种肿瘤细胞的DNA对照，仅仅发现了HER-2。因为卵巢癌难以分析和评价， 斯拉曼将他的研究集中在乳腺癌上。通过研究乳腺癌患者病史，他发现有着 HER-2过度表达的乳腺癌更致命，更易复发，扩散更快。所以这发现其实也提供 了一个更准确可靠的癌症诊断工具。他们的工作发表在1987年元月号的“科学” 期刊上，代表了阐明乳腺癌机理以及治疗乳腺癌研究过程中的一个重大进展。 　　在现今共发现的大约一百一十种癌症中，乳腺癌是女性中很常见的一种癌症， 发病率为百分之八到百分之九。每年在美国患者人数高达十八万，大约死亡人数 为四万四千。全球范围内，每年新增病例过百万，死亡病例接近四十万。对乳腺 癌早期的诊断只能通过检查肿块的存在来实现，治疗法除了手术切除，辐射，化 疗，还包括荷尔蒙疗法。从十九世纪到二十世纪八十年代，治疗乳腺癌的方法一 直没有太大变化，没有太多进展。往往是在发现肿块后，将病人麻醉而后进行活 组织切片检查，如果是恶性肿瘤，即进行乳房切除手术，有些在术后还辅以化学 疗法，阻止肿瘤扩散或复发。手术往往不能完全去除癌细胞；辐射和化疗严重损 害正常组织；荷尔蒙对某些乳腺癌有效，但有增加血液凝块和尿道癌风险的副作 用；手术后辅以化疗比较有用，但也只是比标准的疗法稍稍有用而已。乳腺癌很 难预测，有时它只是一整个肿块，有时在它是一个很小很小没法检测和移去的肿 块时，它已经扩散。具体机理没人知道。如果癌症尚未扩散入淋巴结，复发的可 能性则较小。百分之五十的妇女在首次的治疗后，没有复发，但一旦复发，病情 往往更致命。 　　乌尔雷奇和斯拉曼两人发现了HER-2/neu在乳腺癌发展过程中的关键作用， 该基因涉及乳腺癌的信息通道，而且它在细胞表面的受体蛋白使得它适于成为某 种治疗方法的靶标。他们进一步的研究表明，用过量的HER-2/NEU基因在培养液 中可将正常的细胞转换成癌细胞；而运用某种方法将基因“关闭”，癌细胞可再 变回正常细胞。GENENTECH免疫部门的研究者们开始生产一种针对HER-2/NEU蛋白 的单克隆抗体(monoclonal antibody, MAb)。抗体是体内浆细胞分泌产生的抵抗 入侵的细菌和病毒的一种蛋白，往往与细菌或病毒表面的某种分子专门结合。对 各种各样的入侵者，体内有百万计的不同抗体。单克隆抗体是在实验室中制造的 含某个单一抗体的等同拷贝，所以它们精确进攻同样的靶标。他们研究得到的单 克隆抗体能关闭乳腺癌细胞中过量表达的HER-2/NEU蛋白，使得癌细胞停止生长 和分裂，而对其它正常细胞没有影响。将抗体移走，癌细胞的生长又回复了。这 个抗体好象一个开关，控制HER-2/NEU这个专门的靶标而不影响健康的组织。 　　斯拉曼在体内移植有过度表达的HER-2/NEU基因的老鼠模型上测试了抗体的 有效性，对不是过度表达HER-2/NEU基因的患乳腺癌的老鼠，这个抗体则没有作 用。来自其它研究机构的研究也相继提供了更多的支持数据。到1988年，斯拉曼 和乌尔雷奇等显然确乎是在研究一种治疗乳腺癌的很有前景的疗法了。然而，当 时GENENTECH的经营策略并不看好基于基因研究的癌症疗法的需要和市场，不太 愿意在这方面冒风险投资。乌尔雷奇感到灰心丧气，从公司辞职，自立门户开了 个公司，又兼职任了某个大学的教授。 　　GENENTECH成立之初，最初的管理沿袭了不拘一格、自由探索的学院风格， 然而很快他们发现药物开发是成人的江湖，无论一个药物最初在实验室或动物模 型上多么充满希望，它最终必须经历费钱费时费力的人体临床实验这个大浪淘沙 式的成与败的考验。送某个药物送上临床实验的一个错误判断有可能将一个公司 彻底完结，或使得公司在一个错误的轨迹上盘桓数年，或者就是简简单单轻轻易 易地烧掉浪费上千万上亿元的资金。GENENTECH在科学研究方面，一直杰出优秀， 但在药物开发的生意经营方面走过了一个曲折的过程。七十年代，公司在开发干 扰素(interferon)时，先将其过度鼓吹成了癌症的完全克星，后来临床实验结果 却发现根本不是这么回事，公司因而赔了上亿的钱而且失去了公众的信任。 GENENTECH之后解散了临床肿瘤研究部门，对癌症研究不再感兴趣。公司的主要 盈利来自A?tivase(t-PA) 和人体生长素(human growth factor)。 　　继乌尔雷奇之后，迈克·谢帕德(Mike Shepard) 接替了HER-2/NEU项目。他 认为这个项目是一个正确的生技方法蓝本：产生癌症的分子水平上的机理明确， 传递途径清楚，基于现有技术是可以设计一个可行的治疗方案的。他坚持不懈试 图说服管理阶层但总是未果。斯拉曼也频繁“骚扰”GENENTECH的上层管理人员， 试图让他们信服；要不就把这个项目特许给别人做好啦。斯拉曼对HER-2项目有 着近乎宗教似的狂热，而他对GENENTECH的施压则近似堂吉轲德的乖张。他对这 个抗体没有拥有权，他本人没有钱，又不是那么有名和有影响，尽管在HER-2早 期的研究上他投入和贡献甚多，他自己绝对也没法来开发这个药物。HER-2项目 淹蹇在那儿一年又半载多，毫无起色与进展，奄奄一息。 　　谢帕德和斯拉曼研究所用的是一种来自老鼠的单克隆抗体，这个外源蛋白可 能引起人体的免疫反应，而且这种反应会随用量增大和次数增多而加剧。在这个 蛋白摧毁癌细胞之前，可能它就先被免疫系统摧毁掉了，偶尔地，免疫系统引发 的过敏反应甚至可能危及病人的生命。用抗体治疗癌症的另外一个技术上的问题 在于一旦抗体袭击了某个特定的癌，它们在细胞表面上的分子靶标常常就消失了， 而癌症仍然失去控制地疯长衍生。其它生技公司用单克隆抗体治疗癌症的尝试也 是屡战屡败，无怪乎GENENTECH的管理层对HER-2项目嗤之以鼻，讥之为天方夜谭 之举。到1989年中，这个HER-2项目差不多已经被关掉了。这时，一个处于顶层 管理和决策阶层的关键人物的母亲被诊断得了转移性乳腺癌，于是他开始关注这 方面疗法的研究状况，了解到HER-2项目后，他和支持这个项目的科学家们站到 了一起，终于将这个项目推到了临床实验的阶段。 　　而此时，新的技术进展使得GENENTECH可以克服鼠源性抗体的局限和短处。 保罗·卡尔特(Paul Carter)等找到了一种将鼠源性抗体人源化的方法 (humanized monoclonal antibodies)。好比给狼披上羊皮的伪装，他们发明的 技术可以将老鼠蛋白变成人体认同成人类蛋白的版本，从而消除外源性蛋白可能 引发的免疫反应。抗体是比较大的蛋白，其各部分由基因代码指导合成，卡尔特 将携带老鼠单克隆抗体的两个基因“卸掉”，换上相应的人类基因序列，新的基 因指导合成出一个新的人源化的蛋白，而与靶标结合的关键部分保持不变,仍然 来自老鼠。研究证明这种人源化后的蛋白仍然能与癌细胞表面的HER-2分子结合， 不引发免疫反应，在体内的半衰期也增长了。 　　但是也就在此时，GENENTECH，这个仍然在挣扎上升的生技公司，苦于常常 的资金短缺，将公司股份的百分之六十以二十一亿美金卖给了瑞士的罗氏公司 (Hoffmann-La Roche)。罗氏的管理层对HER-2项目不甚感兴趣，于是又开始削减 这个项目的资金，幸运的是GENENTECH的资深管理层仍然力挺这个项目。大家一 面继续测试鼠源性抗体的作用，一面等待卡尔特制备更多的人源化的HER-2抗体。 在老鼠，狗和猴子等动物模型上测试鼠源抗体没有显示毒性，所以1990年春天开 始在人体上试验鼠源抗体的作用，实验表明即使注射一个剂量的抗体也可能对病 人有用。卡尔特制备人源化抗体的辛苦努力在十个月内也有了很大成功和进展。 实验发现人源化抗体比最初的鼠源抗体与靶标结合更紧，在动物模型上的测试没 发现人源化抗体有毒性。 　　GENENTECH邀请了乳腺癌医疗界的权威拉瑞?诺顿(Larry Norton)加盟临床实 验点的选择，临床实验的设计和研究，而没有让斯拉曼在临床实验研究中担纲重 任。但是斯拉曼曾经的一个富裕且地位显赫的病人家属出于对他的感激，给他从 化妆品公司Revlon“化”来了一笔两百五十万美金的巨额捐赠款，以及通过盛大 的慈济筹款会谋来了另外大约四十万美金。从1989年到1997年底，Revlon共给 UCLA的妇女癌症研究投入了一千三百多万美元，斯拉曼所以不必再埋头苦苦申请 国立卫生研究所（National Institute of Health，NIH）有限的研究资金，可 以更多地投入他一直钟情的HER-2研究了。这些宝贵的资金援助与GENENTECH对 HERCEPTIN的开发分立并行，起到了很重要的作用。斯拉曼有了钱来做临床研究， 同时也开始积极尝试他的另外一个将抗体与化疗试剂Cisplatin综合使用来治疗 乳腺癌的想法。这个化疗药物提高某些抗体对一定的受体的结合能力，同时，当 癌细胞上的生长信号受抑制时，化疗试剂有更好的机会杀死癌细胞，所以综合疗 法可能会起到协同增效的作用(synergistic effects) 。 　　在第一期的安全性试验中，15名患转移性HER-2/NEU阳性的乳腺癌妇女接受 了人化的单克隆抗体和Cisplatin治疗。在癌症治疗临床实验中，阳性反应的标 准测量手段是肿瘤肿块减小至少50%。根据这个标准，这次临床实验结果的成功 率为百分之三十。第二期关于有效性的临床实验中，43个病人中1人被完全治愈 了。人源化抗体即使在反复的剂量注射后也没有引发免疫反应，它也没有使得它 的靶标HER-2/NEU蛋白消失。四分之一的病人的肿瘤缩小了。过半的病人的肿瘤 既没有增大也没有缩小，对于晚期乳腺癌患者而言，这就是一个良性的反应了。 因为即使不能将癌症治愈，将其控制制约也是一种选择。 　　1995年第三期临床实验开始。第三期临床实验往往规模较大，花费高昂，各 种事务复杂繁琐，其结果又极其重要，是FDA审核的主要评价依据。实验分三组 进行：一组包括469名曾使用过标准化疗法的病人；一组包括234名化疗失败的病 人；一组包括235名新诊断的且不愿使用化疗法的转移性乳腺癌患者。临床实验 结果发现，平均而言，HERCEPTIN能延长病人三到四个月的生命，减少死亡率百 分之二十。百分之八的人被治愈，百分之五十七的人有疗效反应。实际上可能可 以有更好的数据。过度表达的EGFR受体或者来自过速的转录，或者来自 HER-2/NEU基因放大，后者可以用FISH(fluorescence in situ hybridization) 技术检测。HERCEPTIN抗体只能辖制基因放大引起的细胞增长。然而在招募病人 时，并未对她们的病情进行这样精细的划分，所以必然有些病人对这个抗体没有 反应。在第三期临床实验中，研究者们还提出了对抗体疗效的一个新的判断标准： 癌症恶化时效(time to progression) ，即指从治疗开始到转移性癌症扩散这之 间的一段时间。如果使用了抗体的妇女避开复发的时间平均而言长于未使用抗体 的妇女，那么证明抗体延迟或阻止了癌症的增长。 　　经测试发现HERCEPTIN与TAXOL或其它一些化疗药物的综合疗法也比单独使用 抗体或单独使用化疗药物更有效。HER-2/NEU抗体不是对每一个HER-2阳性的乳腺 癌病人有用的一个原因是一部分病人的癌转移到了大脑，而象HERCEPTIN这样大 的蛋白分子很少可能穿过血-脑屏障(blood-brain barrier, BBB)，所以对逃离 进入大脑的癌细胞束手无策。这个抗体也不是完全没有副作用，40%的病人在第 一次注射时有发热和流感症状；当这个抗体与化疗药物Adriamycin综合使用时， 抗体使得这个通常引起心脏功能衰竭的化疗药物的这一副作用更加恶化。关于 HERCEPTIN的具体药理还需更多工作详细阐明，斯拉曼等人认为其机理比简单地 阻断信号传导要复杂得多。 　　实验结果出来后，GENENTECH向FDA递交了新药的快速审核申请，希望此药能 在递交最后申请的六个月内批准。1998年9月25日HERCEPTIN被批准为治疗转移性 乳腺癌的新药在美国上市。HERCEPTIN上市，给患者们带来了福音，斯拉曼多年 的执着终于开花结果，而GENENTECH公司又多了一份上升的资本。 　　在科学意义上，Herceptin是定靶疗法(target therapy) 成功的又一例证明。 这种奠定在基因研究基础上的疗法只定靶癌细胞，不损失正常的组织，因而副作 用小，相对传统的化疗法等是一种革命性的突破。从概念到临床的成功虽然走过 了一条曲折的路，最终验证了理性化设计药物的理念，而且这一药物发现和开发 途径随着制药公司对人类基因组信息的认识积累会更加普及。Herceptin定靶 EGFR这个蛋白激酶，是一种激酶抑制剂(protein kinase inhibitor，PKI)。癌 症基因表达的最常见的一支蛋白就是激酶，继Herceptin之后，激酶抑制剂抗癌 药物已争相涌现，单克隆抗体药物包括Avastin, Erbitux，小分子药物包括已经 声名遐迩的Gleevec和新上市的Iressa，Tarceva。更多的PKI尚处在实验发现和 开发阶段，它们正在改变着癌症治疗的现在和未来。 　　Herceptin是一种单克隆抗体药物。从鼠源蛋白到人源蛋白这种技术上的成 功，最终使得单克隆抗体也能用于治疗癌症，这是生计公司的一个重大贡献，他 们将天方夜谭似的神话变成了触手可及的现实。2003年，由Abbott/Cambridge Antibody Technology开发的第一个完全人源的单克隆抗体Humira上市，代表了 单克隆抗体疗法的一个新的里程碑。单克隆抗体药品市场前景广阔，在生物技术 药品中最令人瞩目。当前处于临床实验的各类单克隆抗体大约100个，大致占所 有正在研制的生物技术药品数目的四分之一。2003年，全球单克隆抗体市场达到 七十二亿美元，而且还在以百分之五十三的年增长率上涨，这些数字真正体现了 生物科学研究的商业价值的实现！ 　　Herceptin不是对所有的乳腺癌患者都有效，只对极其严重和难治的有着 HER-2/NEU过度表达的乳腺癌起作用，这些病人群占整个乳腺癌患者的大约百分 之二十到百分之三十，所以在美国，每年大约五万乳腺癌病人可以受益于这个药 物。2002年起，罗氏公司将Herceptin在全球上市，更多的病人可以受益于这个 药物，当然这样的病人首先需要有专门的基因测试手段(Genetic HercepTest)来 鉴定她们的疾病是由于基因放大引起的HER-2阳性。Herceptin是第一个将基因诊 断测试与药物治疗结合来给病人提供帮助的疗法。某种药物只对有着特定基因变 异的特定患者群有疗效，基于个体差异给予个体化的疗法，Herceptin这个药物 正是个体化治疗(pharmacogenetics)时代到来的一个先声。 　　后记: 　　1.本故事大部分情节和内容摘编自罗伯特·巴泽尔(Robert Bazell)所著 “Her 2—The Making of Herceptin, a Revolutionary Treatment for Breast Cancer”（Reference 1）。这本书详细纪实了发现和开发Herceptin的背景和过 程，其背景和过程比任何我所知的戏剧还要错综复杂和精彩纷呈。尤其值得一提 是书中除了写科学发现及原理，公司的管理与政治运作，科学家的性格与理念， 还花大量篇幅描写了病人及其家属朋友面对疾病，痛苦和死亡所表现出来的勇气， 智慧，乐观，爱与信任。那些罹病的患者不仅仅是某个药物或疗法的受试者，临 床试验中的统计数字，他们是有尊严的个体，也是科学实验的积极参与者和科学 发现的促进人。 　　2. 对激酶抑制剂抗癌药物研究与开发感兴趣的读者，可将本故事与“癌症 疗法新篇章—GLEEVEC的故事”对照阅读（见www.xys.org June 3，2004）。 　　References: 　　1. Bazell, R. “Her 2—The Making of Herceptin, a Revolutionary Treatment for Breast Cancer”Random House/New York, 1998 　　2. Vogelstein, B., Kinzler, K.“Cancer genes and the pathways they control” Nature Medicine, Vol.10, 8, 2004, 789-799 　　3. www.biox.cn/content/infoview/20040823441.htm “全球生物医药产 业回顾与展望” 　　4. www.biox.cn/content/infoview/20040908734.htm “美国生物技术产 业：喜欢冒险才投资” 　　5. Preziosi, P. “Science, pharmacoeconomics and ethics in drug R&D: a sustainable future scenario?” Nature Reviews Drug Discovery, Vol.3, 6, 2004, 521-526 　　6. Lewis, R. “Herceptin Earns Recognition in Breast Cancer Arsenal”The Scientist 15[9]:10, Apr. 30, 2001 　　7. www.researchandmarkets.com/reports/c2904 “Late Stage Protein Kinase Inhibitors”, “Monoclonal Antibody Therapeutics: Current Market Dynamics & Future Outlook” 。 　　8 Carter, P. “Improving the Efficacy of Antibody-Based Cancer Therapies” Nature Review, Cancer, Vol.1, 11, 2001, 118-129 (XYS20040930) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.3322.org)(xys.freedns.us)◇◇