“运算”出来的药物

五年前，医生告诉Patrick Lacey他的儿子Will可能快不行了。Will患有神经母细胞瘤（neuroblastoma），这是一种主要侵犯儿童神经系统的肿瘤，有一半的患儿被确诊时都已经到了疾病的晚期，它几乎是一种绝症，无人能够幸免。Lacey这位拥有一头赤褐色头发、身材魁梧、操着波士顿口音的壮汉回忆说：“我看着Will，他当时才两岁，可医生却告诉我说他们毫无办法。我简直不能接受这一切。”

于是Lacey开始上网寻求帮助。他找到了一些和Will一样身患神经母细胞瘤，而且治疗之后又复发的患儿家庭。Lacey还查找了大量的科技文献，想从中找到治疗方法。2007年，Lacey在美国纽约的一次集会中认识了当时就职于佛蒙特州立大学（University of Vermont）的儿科肿瘤专家Giselle Sholler。

Lacey当时被Sholler这位刚刚结束实习生涯的儿科医生的反应给惊呆了。当Lacey告诉Sholler说Will无药可治时，Sholler却反问道：“为什么说他没救了？”接着Sholler又继续说道：“这些患了神经母细胞瘤疾病的孩子过去的确是无药可救，但这并不意味着我们将来面对神经母细胞瘤依然会束手无策，并不意味着他们永远没救。”

Sholler非常清楚，如果用其他医生们采用的标准方法来治疗神经母细胞瘤肯定没戏。其中有一部分原因是因为每一位患儿体内神经母细胞瘤细胞的变异情况各不相同，所以肿瘤经常会产生耐药性。因此大约有三分之二的患儿在接受治疗之后都会复发，而且一旦复发，那几乎就是必死无疑。在神经母细胞瘤患病人群中治愈率大约只有1%。

今天绝大多数肿瘤学家的看法都和Sholler当时的看法是一样的，即只剩下个性化医疗（personalize care）这一条出路，因为只有对症（瘤）下药，才能药到病除。现在，这一治疗措施已经在神经母细胞瘤患病人群中广泛应用了，最近已经有好几种针对几种遗传突变位点和其它几个关键的治疗靶点的试验药或已批准药物进入临床，儿科临床医生们也已经开始对症（瘤）下药了。不过这并没有让Sholler满足，她的目标更大，她知道目前在临床上对药物和相应治疗靶点的匹配情况还不理想，她希望这一点能够尽快得到改善，因为她的小患者们等不了。

Lacey在了解了Sholler的想法之后就开始到处筹钱支持她的工作。由Lacey和其他一些神经母细胞瘤患儿家长们组成的基金会已经为Sholler的实验室筹集了数十万美元的科研经费，所以Sholler才能够将她那与众不同的研究开展下去。Sholler等人对这些无药可医的孩子体内肿瘤细胞的基因表达谱进行了大量的研究，然后用各种不同的算法将每一种特征性的肿瘤表达谱与现有的几种药物（其中还包括了几种不属于抗肿瘤类药物的药物）进行了匹配。Sholler的课题组还为每一位患儿体内的肿瘤构建了小鼠病理模型，并且用这些小鼠模型进行了药物疗效的检测，以帮助她们找到最佳的匹配方案。

 

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为了挽救他的儿子Will，Patrick Lacey到处筹钱，正是有了他和其他一些神经母细胞瘤患儿家庭的不懈努力，Giselle Sholler的研究才得以延续下去。

 

 
Will并没有参与这次试验。第一个参加这项实验研究的是一名12岁的小男孩，他已经与神经母细胞瘤病魔抗争了6年多。上个月他刚刚在美国马里兰州贝塞斯达市（Bethesda，Maryland）的美国国立癌症研究院（NCI）里接受了抗癌治疗，这一次他们给他用了三种药物进行治疗，其中有两种药物都不是临床医生们会想到的药物。这次治疗是很多人都说要做，却很少有人有胆量做的一项研究。这是因为很多肿瘤学家认为科学和数学还不足以指导抗肿瘤用药。

不过这并没有吓倒患儿的家长们， 其中有很多人也和医生们一样清楚治疗方案，他们还是不知疲倦地到处筹钱，还是愿意让自己的孩子充当志愿者参与科学实验。Lacey指出，她并没有奢望每一个参加实验的孩子都能够被治愈，她只是希望她们的努力可以帮助科研人员收集到更多有用的一线数据，让他们知道这些孩子体内的肿瘤细胞究竟都干了些什么。这件事总得有人做吧。”

 

“运算”出来的药物

四年前，Lacey第一次在纽约认识Sholler时她的研究刚刚起步。她刚刚开始对硝呋噻氧（nifurtimox）开展了一项几乎是不太可能的临床试验。硝呋噻氧是一种用于治疗南美洲锥虫病（Chagas disease，这是一种热带寄生虫疾病）的抗锥虫药物。当时Sholler有一位神经母细胞瘤患儿因为输血感染了锥虫病，所以开始服用硝呋噻氧。但是出乎所有人的预料，这位小朋友体内的肿瘤缩小了。之后的实验室研究发现，硝呋噻氧可以杀死神经母细胞瘤细胞。

于是Sholler决定开展一项小型的临床试验，检测硝呋噻氧的抗癌效果，后来又陆续进行了更大规模的II期临床试验。之后，Sholler又开展了其它几个药物的早期临床试验，其中包括用于治疗另一种寄生虫疾病——非洲睡眠病（African sleeping sickness）和毛发过度生长的药物DFMO，这种药也正在几种肿瘤治疗中进行实验。

不过Sholler的兴趣始终还是个性化医疗，为每一种肿瘤找到对应的药物。但是这条路可不是一帆风顺的。时间就是一大问题，神经母细胞瘤复发的患儿通常每隔几个礼拜就要治疗一次，所以研究人员根本不可能用好几个月的时间来试验哪一种药最合适。另一个问题就是肿瘤样本来源的问题。神经母细胞瘤的生长位置通常都比较隐蔽，所以很难取得肿瘤组织，而且对于已经经受了病魔和化疗药物双重摧残的患儿来说，用侵入性的方式获取肿瘤组织样本是非常危险的。还有一个最关键的问题就是，我们根本不知道什么样的药物才是最合适、最相配的药物。

世界上有好几个科研小组都在开发最合适的配对方法，为每一种肿瘤找出最匹配的药物。比如美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市（Palo Alto, California）斯坦福大学（Stanford University）的儿科专家及生物信息学家Atul Butte就是众多攻关队伍中的一员，他们上个月刚刚在《科学 转化医学》杂志（Science Translational Medicine）上发表了两篇论文，分别是http://scim.ag/Butte1和http://scim.ag/Butte2。这两篇论文主要介绍了他们开发的配对策略，可以通过这些策略发现一些“新的”抗癌药物，即原本不是用于治疗肿瘤而是用于治疗其它疾病的药物。Butte课题组对各种疾病状态下基因表达谱的改变情况进行了梳理和分析，同时也对各种可以应对这些基因表达谱改变状况的药物进行了总结。他们发现治疗消化性溃疡的药物可能可以治疗肺癌，而治疗癫痫的药物则可以治疗炎症性肠病。

Butte等人利用了一种算法，先发现人体在各种患病情况下基因表达谱会发生哪些改变，然后再对现有的药物库进行搜索，找出在用药之后基因谱也发生了改变，并且这种改变足以对抗患病时出现的改变的药物，他们认为这种药物可能就能用于治疗这种疾病。Butte指出，你永远也不可能得到最佳的匹配结果。但是我们也绝不会等待最佳结果到来再采取行动，在发现了次佳结果的时候就可以给病人试试，说不定就能解决问题。”不过，Butte也提到他们的这种配对还处于试验阶段，他可不希望肺癌患者真的跑到药店里去买一把溃疡药，毕竟现在他们还不清楚这种方案的疗效如何，毒副作用如何。

不过，Sholler认为这种预测得到的结果可能有一些是不靠谱，但肯定能找到一些真的有效的药物，所以她决定试一试。今年初，Sholler从佛蒙特州跳槽到了密歇根州Grand Rapids（Grand Rapids, Michigan）的Van Andel研究所（Van Andel Institute），因为这个研究所在几年前曾经开展过一项开创性的实验，他们用好几种药物组成的复方对50种不同肿瘤患者进行过实验性治疗。这些患者大部分都是成年人。据Van Andel研究所领导并设计了这个实验的分子肿瘤学家及生物信息学家Craig Webb介绍，他们当时的目的很简单，就是想知道这么做到底行不行。比如在一名患有白血病的14岁女孩体内有高水平的FLT3蛋白表达。通过模型预测发现，当时一种尚处于实验阶段的用于治疗肾癌的药物索拉非尼（sorafenib）就能针对FLT3蛋白发挥作用。所以医生们就给这个孩子用了这种药物，虽然这孩子的情况有所好转，但她最终还是死于骨髓移植术后的并发症。

不过Sholler还是对Webb他们这项实验的有效率（response rate）感到吃惊。虽然治疗的结果千差万别，但是大约有三分之一的患者治疗之后病情有了好转。Sholler介绍，这一结果要把同样病情的患者在普通的药物初期临床试验的结果好3倍。Webb并没有将他们这次实验的结果全都发表出来，他和他的同事们还将对这一算法进行进一步修改。Webb说：“你可以把这些写到你的实验设计里。”

从那以后，Webb就一直在修改他的算法。其实他的策略和Butte他们是一样的，也是先找出患病条件下表达发生改变的基因，然后再找出可以作用于这个基因编码产物或者同一条信号通路的药物。不过Webb他们对作用机理的关注更多，他们想知道为什么这些基因的表达会发生改变，然后再根据情况采取相应的治疗。Webb介绍说：“我们在文献里也找到了根据，可不是我们盲目的瞎猜的。”

其中之一就是由美国马萨诸塞州坎布里奇博大研究院（Broad Institute in Cambridge, Massachusetts）开发的“联系图（Connectivity Map）”。博大研究院的科研人员在实验室里用数百种药物对多种肿瘤细胞进行了处理，看看这些药物会给肿瘤细胞的基因表达谱带来什么样的变化。到目前为止，他们已经对3000多种化合物进行了实验，得到了15万种不同的基因表达谱数据。博大研究院将这些实验结果全都上传到一个公共的数据库里，所以Webb、Butte以及全世界所有的科研人员全都可以利用这些数据，帮助他们自己顺利的开展实验研究。

随着遗传技术的不断进步，也许有人会问为什么不对肿瘤细胞直接进行DNA测序呢？这样难道不比对肿瘤细胞的基因表达谱进行分析更加有效吗？最近几年里发表的数百篇论文都提到，肿瘤细胞的基因表达信号与肿瘤的预后或对某种治疗方式的反应性（即疗效）有关。不过这些研究成果很少有人进行重复，进入临床应用的就更少了。

满怀兴趣或心存质疑的各方神经母细胞瘤专家也都非常关注Van Andel研究所的实验结果。John Maris就是其中一员，他是美国费城儿童医院（Children’s Hospital of Philadelphia）的肿瘤科主任，他急于想知道实验结果。Maris说道：“这可不是你得了肿瘤之后拿一块肿瘤样品去检测，然后仪器就能告诉你该吃什么药这么简单。” Maris一直都在从事一项靶向药物治疗研究，这种药物是专门针对肿瘤细胞中ALK基因发生突变的情况的，目前该药已经进入了临床试验阶段。Maris介绍说：“Sholler医生正在从事的研究就是我和我们这一行的同仁们一直想做的工作。” Maris内心里也早就把Sholler以及和她一起奋斗的同事们当作了好朋友。不过，Maris也担心Sholler她们没能发现肿瘤细胞的阿喀琉斯之踵，虽然它一定就在那里，一定可以被我们攻破。

Maris更担心的是，Sholler她们的研究有可能会给急于挽救自己孩子的患儿家长们带来虚幻的希望，让他们误以为真的能够找到个性化的治疗方案，要知道还有可能并没有这样一种灵丹妙药存在。

 

医学的极限

患儿家长们很有可能会病急乱投医，到最后只要说能救他们的孩子就什么都相信。但是参与了Van Andel实验的，临床试验经验丰富的医生们却告诉我们，家长们其实也都明白，没人能够保证治疗会达到什么样的疗效。美国国立癌症研究院的儿科肿瘤医生Melinda Merchant（她就是美国国立癌症研究院里第一个参与实验的那个12岁小患者的主治医生）说：“我对患者一向都非常坦白。” Merchant认为除了检测基因表达情况之外还应该再干点别的什么，比如对外显子组（exome，即细胞中编码所有蛋白质的DNA片段）进行测序什么的，但是这项检测至少需要4周的时间，对于一位神经母细胞瘤患者来说这太奢侈了，他们可没有这么多时间。但是在接下来的研究中已经加入了DNA测序项目。

另外，Sholler还介绍说：“我们正在提取患者的肿瘤组织样品到实验室里进行进一步检测。同时也将这些肿瘤细胞注入小鼠体内，构建动物模型。” Sholler现在正在Van Andel研究所街对面的Helen DeVos儿童医院里从事医疗科研工作。Sholler希望通过这种方式能够为每一位参与临床试验的患儿都构建一个属于他们自己的小鼠病理模型。有了这个模型之后，科研人员就可以对其用计算机推测出来的合适药物或不合适药物进行试验，看看是否真的有效。

Sholler在招募志愿者计划过程中，还要进行试验之前先获得各方的同意。Sholler她们已经向美国食品与药品监督管理局（U.S. Food and Drug Administration）提交了她们的实验计划，她们也把配对用的算法一并提交了，希望美国食品与药品监督管理局能够批准她们的做法，最后她们也如愿获得了批准。在今年6月底，实验正式开始，共有5家医疗中心可以招募志愿者参与该项实验研究。

肿瘤样品经过分析，并找到了相匹配的药物之后，一个由20多人组成的“肿瘤评议小组”就会集中开会讨论，是否应该用这种药物进行治疗。“肿瘤评议小组”会考虑每一种药物的用药合理性和安全性，以及用药配伍的情况，每一位病人最多只能给予4种药物进行联合治疗。一共有131种不同的儿科药物可供选择，其中大约有一半是抗癌药物。整个实验历时大约两周，Sholler介绍说：“我们最主要的目标是保障每一位患者的安全。现在这个实验只是一个非常初步的实验。”她们目前一共招募了14名志愿者，Sholler希望能够在年内得到实验结果。

 

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神经母细胞瘤细胞的诡计。神经母细胞瘤细胞都是遗传学异质性的，所以它们很难有共同的药物作用靶点。这种疾病主要侵犯儿童，患病风险较高的患者基本上很难幸存。

 

 
科研经费也是一大难题。Sholler曾经向美国国防部申请过科研经费，因为美国国防部资助过一些比较前沿的神经母细胞瘤研究项目。“但是由于这个项目太新了，结果太难预料了，所以他们拒绝了我们的申请。” Sholler说道。

还有少数一些科研人员也在从事着类似的相关研究。在美国亚利桑那州凤凰城（Phoenix, Arizona）的转化基因组学研究所（Translational Genomics Research Institute）里，主任医师Daniel Von Hoff正在对难治性乳腺癌开展和Sholler同样的实验研究，不过Von Hoff的检测方法主要是深度DNA测序。他们不太关注基因表达谱的变化，主要想在肿瘤细胞基因组中发现相关的突变和异常位点。Von Hoff去年11月曾经在《临床肿瘤学杂志》（Journal of Clinical Oncology）上发表文章介绍过他们的工作。他们一共招募了84名身患各种不同类型晚期肿瘤的患者参与了实验。其中大约有四分之一的患者经过此次针对性的治疗之后饮食情况较之前有所好转。

Von Hoff的科研经费主要来自企业和私人基金。他介绍说：“我从未向美国国立健康研究院申请过科研经费。我很害怕和他们打交道，因为他们总是说研究这个现在可能还不是时候。”

Sholler则主要依靠Lacey这些患儿家长们的资助。这3年来，这些家长们一共为Sholler提供了超过175万美元的科研经费，其中大约有40万美元用在了Sholler最近开展的临床实验项目当中。大约有100万美元都来自Lacey管理的两家基金会。Lacey说：“人们不一定会支持联邦政府支持的项目，因为有些家长会认为我们这个项目更加有意义，更让人激动。”

Lacey会用各种方式募集资金，他会举办慈善糕点义卖活动、出售彩票、现场拍卖，甚至有一年还搞了一次感恩节party。Lacey在他曾经参与的一个基金会结束之后（因为当时管理这个基金会的家长失去了他们患有神经母细胞瘤的孩子，所以他们结束了这项事业）成立了一个自己的基金会——“Will的朋友们基金会（Friends of Will）”。Lacey说筹集资金的工作让他身心俱疲。但与此同时，他又看到了希望。有一年一位筹资人曾经为新药DFMO的临床前实验工作提供了资金支持，于是在第二年，Lacey向Sholler保证他也将至少为这个药的I期实验和今后的实验工作提供8万美元。后来Will也参与了这项实验，到目前为止，Will一共参加了3次Sholler开展的临床试验。

在Will被告知无药可救了之后的第五年，他还是出乎每个人预料地活着。Will还没有痊愈，他依旧是一名癌症患者，目前还没有药物可以清除他体内的肿瘤细胞，但是在绝大多数时候，Will和其他小朋友没什么两样。他是一名曲棍球爱好者，上个星期刚刚上小学二年级，他有两名妹妹，刚刚在今年8月度过了7岁生日。

 

Will七岁了。Will在婴儿时就被诊断为神经母细胞瘤，并被宣判了死刑。但是在上个月他刚刚度过了他的七岁生日。

 

Lacey不知道为什么Will能安然无恙地走到今天，这种情况在这种病例中几乎不曾听说过。Lacey不知道为什么像Will这样的患儿可以在3年时间里一直保持病情稳定，并且还拥有一个令人难以置信的生活质量。Lacey还准备让Will参加Sholler的抗癌药物配对实验，但是Will的肿瘤长在臂丛神经（brachial plexus）上，如果用活检的方式获取肿瘤样品很有可能会给Will的手臂功能造成永久性的伤害，所以Lacey夫妇还打算再等等看。