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為什麼基因療法治癌症很困難?表觀遺傳調控機制是解藥嗎?

2022-04-13 09:10貓頭鷹出版社 作者/奈莎‧卡雷

癌症並非偶發或一次性事件。癌症是多步驟過程,並且每一步都讓細胞朝惡性腫瘤愈來愈靠...
癌症並非偶發或一次性事件。癌症是多步驟過程,並且每一步都讓細胞朝惡性腫瘤愈來愈靠攏。 圖/ingimage

▍癌症生物學——你一定要知道的一件事

癌症是細胞異常、不受控制複製增殖的結果。正常情況下,我們的細胞會依正確速率按表操課、複製分裂,這是細胞內複雜的基因網絡相互制衡的成果。有些基因會促進細胞增殖,這些基因有時會被稱為「原致癌基因」(proto-oncogene)。在前幾章的圖表中,這些基因以「+」符號標示。其他基因則會牽制細胞,避免細胞過度複製;這些基因稱為「腫瘤抑制基因」(tumoursuppressors),於圖表中以「-」符號表示。

從本質上來說,原致癌基因與腫瘤抑制基因並非絕對好或絕對壞;然而當調節這些基因的網絡出錯時,細胞增殖也會跟著出錯。

假如原致癌基因變得過度活躍,可能將細胞推向癌化狀態;相反的,若腫瘤抑制基因遭到不活化,它就無法再扮演煞車的角色、阻止細胞分裂。這兩種情況都會造成相同的結果:細胞開始快速增生,複製分裂。

但癌症不只是細胞分裂太多太快這麼簡單。假如細胞分裂過快,其餘一切正常,那麼這群細胞只會構成「良性瘤」。這些良性瘤也許外觀難看、也許造成生理不適,但除非它們壓迫重要器官、影響器官功能,否則良性瘤本身大多不致命。但失控的癌細胞可不只太常分裂而已。它們不僅不正常,還會侵犯其他組織。

」就是一種良性瘤。大腸腸腔冒出的小突起也是,名喚「息肉」。痣跟息肉本身都沒有危險性。問題是這些玩意兒如果愈冒愈多,難保其中一個不會來到下一步、出現異常,導致細胞朝全面失控的癌化路徑前進。

這指出另一個更重要、也有大量研究報告佐證的事實:癌症並非偶發或一次性事件。癌症是多步驟過程,並且每一步都讓細胞朝惡性腫瘤愈來愈靠攏。就算是先天遺傳傾向(罹癌傾向)極強的個體也一樣。其中一個例子是「停經前乳癌」(premenopausal breast cancer),某些家族有這種癌症遺傳。女性若遺傳到突變的BRCA1 基因拷貝,不僅早期發病風險極高(侵犯型乳癌),也很難有效治療。這種癌症的病程進展耗時多年,因為必須同時累積其他缺陷才會發病。

因此,細胞一邊累積缺陷,一邊大步朝癌化靠攏;這些缺陷必定是由親代細胞傳給子代細胞,否則早就在細胞分裂時消失了。這些缺陷在癌症發展進程中,必須是可遺傳的。長久以來,學界大多把注意力擺在尋找與癌症發展有關的基因突變,這點不難理解。科學家費心尋找變動過的基因密碼,全神貫注在基礎藍圖上;其中,他們對腫瘤抑制基因特別感興趣,因為這些基因在遺傳型癌症症候群病例身上常會發生突變。

人類的腫瘤抑制基因通常成對存在,跟體染色體上所載的大多數基因(對偶基因)一樣。當細胞癌化程度驟升,幾個關鍵的腫瘤抑制基因常會被關閉,兩份拷貝都不活化。許多病例顯示,這可能是癌細胞內的腫瘤抑制基因已發生突變所致。這種現象稱為「體細胞突變」(somatic mutations),發生在體細胞正常生命歷程中的某個時間點。這種突變之所以稱為體細胞突變,是為了與「生殖系基因突變」(germline mutations)區隔,生殖系基因突變會遺傳,能從親代傳遞給子代。而不活化腫瘤抑制對偶基因的突變形式多變,琳琅滿目:有些可能只是改變胺基酸序列,導致基因再也無法製造正常具功能的蛋白質;另一些則是在癌化過程中,染色體失去與功能性蛋白相關的部分。病患身上某特定腫瘤抑制基因的突變方式可能是一份拷貝的胺基酸序列改變,對偶的另一份拷貝則出現「微缺損」(micro-deletion)。

這種情況顯然確實會發生,而且發生頻率頗高;不過,一般很難明確斷定腫瘤抑制基因以何種方式突變。十五年來,我們慢慢理解腫瘤抑制基因還有另一種不活化方式:透過表觀遺傳調控令其「噤聲」。如果啟動子的DNA嚴重甲基化、或組蛋白覆滿抑制型調控物質,腫瘤抑制基因即因此關閉。這些基因無需改變根本藍圖就能被不活化。

如果能重新啟動一個或好幾個腫瘤抑制基因,我們就有機會與癌細胞一搏,控制那些瘋狂分...
如果能重新啟動一個或好幾個腫瘤抑制基因,我們就有機會與癌細胞一搏,控制那些瘋狂分裂的細胞,失控的火車也許就不會太快脫軌翻覆。 圖/ingimage

▍癌症的表觀遺傳發展現況

不少實驗室都已在各種癌症研究中,明確找到前述狀況存在的證據。首批發表的報告中,有一篇是研究「亮細胞癌」(clear-cell renal carcinoma)這種腎臟腫瘤。在亮細胞癌的發展過程中,關鍵之一是不活化「VHL」此特定腫瘤抑制基因。一九九四年,醫界權威——巴爾的摩約翰霍普金斯大學醫學院(Johns Hopkins Medical Institute)史提芬.貝林(Stephen Baylin)——領導的團隊分析VHL 基因前端的 CpG 模組。在他們分析的亮細胞癌檢體中,有百分之十九的檢體CpG 模組高度甲基化,這個重要的腫瘤抑制基因亦因此關閉;幾乎可以確定的是,這在癌症發展過程中肯定是大事一樁。

啟動子甲基化的現象不只限於VHL 腫瘤抑制基因和腎臟腫瘤。貝林團隊接著分析乳癌的BRCA1 腫瘤抑制基因:他們分析沒有乳癌家族病史的病例,以及並非由前段討論的BRCA1 突變所導致的乳癌病例。在這些散發型乳癌患者中,有百分之十三的病例BRCA1 基因 CpG 模組高度甲基化。來自休士頓安德森癌症中心(MD Anderson Cancer Center)、與史提芬.貝林合作的尚皮耶.伊薩(Jean-Pierre Issa)也發表報告,提出癌細胞有廣泛且異常的DNA甲基化現象。兩團隊的合作成果顯示,結腸癌病例中有超過兩成患者出現多個不同基因的啟動子DNA同時高度甲基化的現象

後續研究顯示,癌細胞不只DNA甲基化發生變化。另外還有直接證據顯示,組蛋白修飾導致腫瘤抑制基因被抑制。

舉例來說,在乳癌患者身上,與組蛋白有關的ARHI 腫瘤抑制基因的乙醯化程度偏低。另一個腫瘤抑制基因PER1 和肺臟腫瘤「非小細胞瘤」(non-small cell carcinoma)也有類似關聯。在這兩種病例中,組蛋白乙醯化的程度與腫瘤抑制基因的表現程度互有關聯― 乙醯化程度愈低,基因表現程度也愈低。因為這兩個基因都屬於腫瘤抑制基因,故表現程度降低即表示細胞將更難控制、遏止細胞分裂。

腫瘤抑制基因常受制於表觀遺傳調控機制、因而不表現——這項領悟在學界引起不小震撼,因為這代表他們找到可能可以治療癌症的新方式:如果能重新啟動一個或好幾個腫瘤抑制基因,我們就有機會與癌細胞一搏,控制那些瘋狂分裂的細胞,失控的火車也許就不會太快脫軌翻覆。

過去,科學家認為突變或缺損是導致腫瘤抑制基因不活化的原因,若想重新啟動基因,我們幾乎沒有太多選擇。目前有不少臨床試驗正在測試基因治療能否達到這個目標。在某些狀況下,基因療法最終可能證實可行,但並非絕對。不管是哪一種疾病,基因療法在一開始就不容易燃起希望;因為要把基因送進正確細胞已相當困難,送進細胞後還得讓基因啟動,更是難上加難。就算有辦法做到這一步,科學家常發現細胞似乎會甩掉多出來的基因,導致一開始打的如意算盤全部失效。還有一些相對罕見的案例顯示,基因治療本身竟會引發癌症,因治療本身帶有某些不明確的效應、導致細胞異常增殖。目前學界還未放棄基因療法,而且在某些條件下,基因療法說不定可證實是最佳選擇。不過對於像癌症這種疾病,由於治療人數眾多,基因療法不僅昂貴且實行困難。

這就是開發表觀遺傳藥物來治療癌症何以令人振奮的原因。就定義來看,表觀遺傳調控並不會改變原本的DNA密碼。誠如先前所見,有些病人的腫瘤抑制基因的其中一份拷貝,在表觀遺傳酵素作用下遭關閉。這些病患原本正常的表觀遺傳基因密碼並未因突變受損。因此,他們可能可以利用合適的表觀遺傳藥物,將DNA異常甲基化或組蛋白異常乙醯化的模式逆轉回來。如果能做到這一點,正常的腫瘤抑制基因即可再度開啟,協助癌細胞從失控狀態恢復正常。

目前美國食品藥物管理局(FDA)已核准兩種可抑制 DNMT1 的藥物作臨床使用,治療癌症,分別是5-氮胞苷(商品名Vidaza)和結構極相似的「去氧雜氮胞苷」(2-aza-5’-deoxycytidine,商品名Dacogen)。另有兩種HDAC抑制藥物也核准使用,分別是稍早提過的SAHA(商品名Zolinza),以及一種叫「羅米地辛」(romidepsin,商品名Istodax)的藥物。羅米地辛的化學結構和SAHA差異極大,但羅米地辛也能抑制HDAC。

彼得.瓊斯成功解開5 -氮胞苷的角色之謎後,他和史提芬.貝林、尚皮耶.伊薩在將5 -氮胞苷從實驗室一路推上臨床試驗、終至核准過關的三十年來,已成為該領域舉足輕重的人物。維多莉亞.李瓊在推動SAHA上市應用的過程中,也同樣位居要角。這四種抗癌藥物(對付兩種截然不同的酵素)通過許可、核准上市,對整個表觀遺傳治療領域不啻為一劑強心針。不過目前還無法證明,這些藥物是不是仙丹妙藥、抗癌萬靈丹。

※ 本文摘自《表觀遺傳大革命:現代生物學如何改寫我們認知的基因、遺傳與疾病》。


《表觀遺傳大革命:現代生物學如何改寫我們認知的基因、遺傳與疾病》

作者:奈莎‧卡雷

譯者:黎湛平

出版社:貓頭鷹

出版日期:2021/09/09

惡性腫瘤
遺傳基因
息肉
癌症治療

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