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免疫系統(tǒng)和癌細(xì)胞之間如何拉鋸、較量

書封圖。《戰(zhàn)斗細(xì)胞:人體免疫系統(tǒng)奇妙之旅》,理想國|海南出版社2022年9月版,[德]菲利普·德特瑪(Philipp Dettmer) 著,李超群 譯。
對許多人來說,癌癥很可能是最可怕的疾病。甚至提到這個詞,都會喚起一些人的恐懼。它是身體對你最大的背叛:你自己的細(xì)胞,決心不再做你身體的一部分。
簡而言之,癌癥就是某些部位的細(xì)胞開始不受控制地生長和增殖。癌癥可以分成兩種,一種發(fā)生于肺、肌肉、大腦、骨骼或性器官等實質(zhì)性器官當(dāng)中,形成腫瘤。你可以把它們想象成——細(xì)胞形成了一個獨(dú)立的村落,并且進(jìn)一步擴(kuò)張,發(fā)展成了身體大陸上的一個大都市。
顧名思義,“腫瘤”本來只是說“腫”;就像身體各部位也會腫一樣,腫瘤也不一定會要命。
有所謂的“良性腫瘤”,它和癌癥這個糊涂近親頗有相似之處。二者的主要區(qū)別在于,良性腫瘤不會像癌細(xì)胞一樣侵犯其他的組織和器官,而是基本局限在某個部位,形成一個瘤子。此類腫瘤的預(yù)后都很好,通常只需觀察即可,不用切除甚至不用治療。但有時候良性腫瘤也可能危及生命,比如長得太大,壓迫大腦等器官,或是影響血管、神經(jīng)等重要系統(tǒng)。這時,醫(yī)生一般會盡量在不損傷周圍組織的情況下切除腫瘤。是的,長腫瘤確實很倒霉,不過如果一定要長的話,就長良性腫瘤好了。
和長成腫瘤的實體癌不同,還有非實體癌,它們往往起源于骨髓,會影響血液、骨髓、淋巴液、淋巴系統(tǒng)這些“液體”部分。此時,患者的血管系統(tǒng)、淋巴系統(tǒng)這些高速路上,會擠滿大量無用的癌細(xì)胞,從而不堪重負(fù)(非實體癌也是由癌細(xì)胞構(gòu)成的,自身并非液態(tài))。這類癌癥往往被統(tǒng)稱為“白血病”,或者“血癌”。
基本上,所有的組織和細(xì)胞都有可能癌變。既然人體是由許多種不同的細(xì)胞構(gòu)成,所以癌癥不是一種,而是有幾百種。每種癌癥都不一樣,各有其危害性。有些癌癥進(jìn)展緩慢,可以有效治療,有些則來勢洶洶,惡性程度很高。在世的人中,有近1/4會在一生中患癌,1/6的人會死于癌癥。所以基本上,每個人早晚都會認(rèn)識某個癌癥患者。
盡管癌癥會嚴(yán)重傷害身體,癌細(xì)胞卻并非十惡不赦。它們并不想要傷害你。實際上它們什么都不想要。就像我們講過的,細(xì)胞就是受程序控制的蛋白質(zhì)機(jī)器人兒,只是會不幸地?fù)p壞、墮落。
或者不是細(xì)胞的問題,而是程序出了錯。我們長話短說:DNA 攜帶著生命的編碼,含有蛋白質(zhì)和細(xì)胞構(gòu)件的合成指令。這些指令會從DNA 中被復(fù)制、轉(zhuǎn)錄進(jìn)蛋白質(zhì)合成工廠“核糖體”,在這里形成蛋白質(zhì)。不同蛋白質(zhì)有不同的數(shù)量和生產(chǎn)周期,這使得細(xì)胞可以行使一系列功能,如維持細(xì)胞自身代謝、對刺激做出反應(yīng)及其他一些行為。
這個過程對生命非常關(guān)鍵,一旦遺傳編碼受損,會引起連鎖反應(yīng)。比如蛋白合成得不正確,合成得太多或太少,等等,都會影響細(xì)胞的表現(xiàn)。DNA的這些改變叫“突變”——盡管這個詞容易引起聯(lián)想,但指的基本就是遺傳編碼有少許變動。人體的DNA每時每刻都在受損和改變,平均每個細(xì)胞的遺傳編碼每天都會受幾萬次損傷,也就是說,一個人每天都會承受總共數(shù)億億次的微小突變。這聽起來嚇人,實際上倒也還好,因為幾乎所有突變都會很快被修復(fù),或者并不構(gòu)成問題。因此大部分累積的突變不會造成什么后果。
但這些損傷,還是會隨著生命的進(jìn)展和細(xì)胞的增殖而慢慢累積起來。還記得上學(xué)的時候,老師發(fā)的那些復(fù)印效果很差的習(xí)題紙嗎?字跡的邊緣都有點糊了。要是把復(fù)印件的復(fù)印件拿去復(fù)印會怎么樣?一遍遍地印,一年年甚至幾十年地印。也許某天有根頭發(fā)落在了復(fù)印機(jī)上,或者文檔邊角磨損了,這些錯誤都會成為新復(fù)印件的一部分,并且留在后續(xù)所有的復(fù)印件上。
此類細(xì)胞損傷就發(fā)生在基本生命過程中,在細(xì)胞的分裂和維持人體運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中,沒有任何特殊的原因、理由,就是概率和壞運(yùn)氣。許多生活方式會損傷基因編碼,增加患癌風(fēng)險,如抽煙、喝酒、肥胖、接觸石棉等致癌物,或只是不涂防曬霜在烈日下暴曬等等。
總的來說,患癌的最簡單辦法就是活得足夠久。從統(tǒng)計上講,一個人不可能一輩子毫無癌變,哪怕最后他并非死于癌癥。
細(xì)胞要發(fā)展成癌癥,必須發(fā)生適當(dāng)?shù)耐蛔儯沟寐?lián)合抑制癌癥的三種不同機(jī)制都失效。
第一種關(guān)鍵突變發(fā)生在“癌基因”中,這種基因監(jiān)控著癌細(xì)胞的生長和增殖。比如,當(dāng)你處在胚胎期,還只是一小團(tuán)細(xì)胞時,有些癌基因的表達(dá)就非常活躍。一顆受精卵要在短短幾個月之內(nèi)變成萬億級的細(xì)胞,就必須要快速地分裂和生長,最終發(fā)育成一個小小人體。當(dāng)胚胎發(fā)育充分,足以形成小人兒后,這些能引起快速增殖的基因就會關(guān)閉。幾年或幾十年后,當(dāng)某個突變重新開啟了這些癌基因時,“墮落”的細(xì)胞就會開始快速分裂增殖,就像受精卵在子宮內(nèi)變成人體那樣。所以第一個突變就是:快速增長。
第二種關(guān)鍵的突變要發(fā)生在修復(fù)遺傳編碼損傷的基因上,這種基因被恰當(dāng)?shù)亟凶鳌澳[瘤抑制基因”。這種基因能提供保護(hù)和控制機(jī)制,不停地掃描DNA,看有沒有異常和復(fù)制錯誤,一旦發(fā)現(xiàn),馬上修正。如果此類基因惡變或出現(xiàn)故障,細(xì)胞基本就失去了自我修復(fù)的能力。
不過只有這兩種突變還不夠。
細(xì)胞在自身遺傳編碼嚴(yán)重受損、可能癌變時,往往會有所察覺。要是發(fā)現(xiàn)及時,它們就會啟動自毀程序,自行了斷。所以第三組必須“墮落”的,是能讓細(xì)胞通過凋亡而有序自毀的基因。我們已經(jīng)講了好幾次“凋亡”,大部分細(xì)胞都是這樣死去的。它是細(xì)胞持續(xù)的自我再循環(huán)過程,可以避免細(xì)胞長期下來累積太多錯誤。
一旦細(xì)胞失去適時自毀的能力,無法修復(fù)遺傳編碼中自然累積下的錯誤,并且開始無限制地生長,它們就會癌變并產(chǎn)生威脅。當(dāng)然我們對這個過程是有所簡化的。三套機(jī)制中的某一個突變是不夠引起癌變的,必須要三套機(jī)制中的多個基因都發(fā)生了惡變。但這只是癌癥發(fā)病的基本原理。
某種意義上,一旦這些損傷累積起來,某個細(xì)胞變成了癌細(xì)胞,它就變成了別的東西。一種既古老又陌生的東西。幾十億年前,演化把細(xì)胞打造得可以自我優(yōu)化,能在惡劣的環(huán)境中存活并茁壯成長。它們互相爭奪空間和資源,直到涌現(xiàn)出了一種激動人心的全新生命形式:合作。這種合作使細(xì)胞的分工和特化成為可能,細(xì)胞們作為一個整體變得更為成功。但合作也需要犧牲。一個多細(xì)胞的有機(jī)體要生存,集體的團(tuán)結(jié)和利益比單個細(xì)胞的存活更重要。
癌細(xì)胞逆轉(zhuǎn)了這個過程,它不再是這個集體的一部分,而是某種意義上又變回了個體。原則上,這樣也沒問題。少數(shù)細(xì)胞自行其是,身體是能應(yīng)付的,甚至可以和它們和諧共處。問題是,癌細(xì)胞往往貪得無厭,會不斷地分裂再分裂,直到再變成一團(tuán)集體,宛如身體里的一個新生物。它既是你的一部分,又完全不是你。它奪走你的身體所必需的營養(yǎng),破壞原本從屬的器官,搶奪你的生存空間。
你或許覺得,演化早就該讓這種惡變絕跡,但因為人一般是過了生育年齡才得癌癥,所以發(fā)展、優(yōu)化對抗癌癥的機(jī)制,沒有什么演化上的好處。2017年,死于癌癥的人當(dāng)中,只有12% 年齡在50歲以下。所以你要是幸運(yùn)地活到了老年,體內(nèi)基本上會有一定量的癌細(xì)胞,只是可能在這些癌細(xì)胞有機(jī)會大發(fā)展以前,你已經(jīng)因其他情況而死了。
因為癌癥是持續(xù)的風(fēng)險和既有的生存威脅,所以一般而言,人體——或者更準(zhǔn)確地說,免疫系統(tǒng)——其實很擅長對付它。幾乎可以肯定,就在你讀本書這最后幾章的時候,你的免疫細(xì)胞就干掉了體內(nèi)某處的一批癌細(xì)胞。
在你的一生中,有些癌細(xì)胞可能長成小腫瘤,但最后會被免疫系統(tǒng)清除。說不定當(dāng)下就在發(fā)生這樣的事,只是你毫不知情。所以你可以放心,體內(nèi)長出來的癌細(xì)胞,絕大部分都會在不知不覺中被消滅掉。
這固然很好,但我們關(guān)心的不是99.99%的正常情況,而是那0.01%的可能:免疫系統(tǒng)落敗,新生癌細(xì)胞長成了威脅生命的真正腫瘤。
讓我們來了解一下“腫瘤免疫編輯”,免疫系統(tǒng)和癌細(xì)胞之間的拉鋸、較量。總的說來,它分為下面幾個階段:
1.免疫清除階段
現(xiàn)在恭喜你,你身體里有了真正的癌細(xì)胞。它不能再監(jiān)控并修復(fù)自身的遺傳編碼,也不再能自毀,已經(jīng)失去約束,開始快速增殖,每復(fù)制一代就發(fā)生更多的突變。情況不妙,但也不糟。
在幾周之中,這個癌細(xì)胞瘋狂地自我克隆,先是生成了幾千繼而幾萬個拷貝,形成一塊兒微微小的癌組織。這番快速生長需要大量的養(yǎng)分,所以這顆迷你腫瘤開始偷取身體的營養(yǎng),方法是指揮生成專為自己供血的血管。于是,癌細(xì)胞的自私行為就對身體造成了損害,周圍的健康體細(xì)胞因為缺乏營養(yǎng)開始死去。
不過我們前面講過,普通細(xì)胞的非正常死亡會引來關(guān)注,它會引發(fā)炎癥,讓免疫系統(tǒng)高度警覺。
為了說明這個過程,我們可以設(shè)想一副場景:假設(shè)有一群布魯克林的居民不想再當(dāng)紐約人,要在原來的地方成立一個名叫“腫瘤城”(這名字挺含蓄吧哈哈)的新定居點。
腫瘤城的市議會雄心勃勃,要打造一個驚艷的城鎮(zhèn)中心,于是訂購了大量的鋼筋、水泥、預(yù)制板、石膏板等建材,就在布魯克林的原址開始興建新的公寓樓、便利店和工商業(yè)。當(dāng)然了,這些樓宇、建筑都不是按照規(guī)范來修建的——它們?nèi)狈σ?guī)劃、質(zhì)量很差、歪歪扭扭、邊緣毛糙,不但丑陋不堪,而且頗有安全隱患。修建過程也全無邏輯可言,樓就修在道路中間,聳立在休閑空地和現(xiàn)有設(shè)施之上。為連接新建筑,原有街區(qū)或是要拆除,或是要疊床架屋,好為新公路讓道,把紐約的車流人流引來腫瘤城。許多布魯克林的老居民就被困在了里面。老奶奶們的家被墻體圍住,無法出門買吃的,開始挨餓。
情況持續(xù)了一段時間,直到有一天,因為有大量投訴說老奶奶的尸體發(fā)出了惡臭,于是紐約市房屋檢查員和警察趕來調(diào)查施工人員。
我們把這番景象帶回人體內(nèi)部。癌組織的瘋狂生長帶來的騷亂引起了免疫細(xì)胞的注意,其中的第一批,即巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞,會趕到腫瘤所在部位并發(fā)起進(jìn)攻:它們想看看到底發(fā)生了什么。癌細(xì)胞的一項標(biāo)志就是,它們會展現(xiàn)出“異常”跡象,比如細(xì)胞膜上沒有展示窗,或者只有很多應(yīng)激分子。這樣的話,自然殺傷細(xì)胞會馬上開始工作,殺死癌細(xì)胞,釋放細(xì)胞因子,引發(fā)更廣泛的炎癥,而巨噬細(xì)胞則開始清理尸體。
自然殺傷細(xì)胞釋放的信號也讓樹突狀細(xì)胞意識到了危險的存在,后者也被激活為緊急狀態(tài)。它們采集死亡癌細(xì)胞的樣本,激活淋巴結(jié)中的輔助性T細(xì)胞和殺傷性T細(xì)胞。你大概會納悶,既然癌細(xì)胞是身體的一部分,適應(yīng)性免疫系統(tǒng)怎么會有針對癌細(xì)胞的武器呢?
就像我們前面說過的,癌細(xì)胞總會有一些特定的基因惡變,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的異常。一些適應(yīng)性免疫細(xì)胞有能與這些蛋白結(jié)合的受體。不過等適應(yīng)性免疫細(xì)胞趕到時,腫瘤反正已經(jīng)發(fā)展成了幾十萬個細(xì)胞,但事情即將出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。T細(xì)胞開始抑制新生血管的生長,徹底餓死了許多癌細(xì)胞,或者至少讓腫瘤極難繼續(xù)生長。這就好比房屋檢查員在腫瘤城設(shè)立路障,阻止人流和資源進(jìn)入這座違建的新城。
殺傷性T細(xì)胞會掃描腫瘤細(xì)胞的展示窗,一旦找到不該出現(xiàn)的異常蛋白質(zhì),就會命令細(xì)胞自毀。自然殺傷細(xì)胞會殺死那些隱藏了MHC分子窗口的癌細(xì)胞。癌細(xì)胞無處躲藏,也無法從血液中獲取新鮮的養(yǎng)分,腫瘤于是開始塌縮。數(shù)十萬癌細(xì)胞死亡,尸橫遍野。癌細(xì)胞的殘骸會被巨噬細(xì)胞清理、吞食。就像紐約市下令拆除違規(guī)建筑那樣,免疫系統(tǒng)也會碾碎不該長的腫瘤——除非發(fā)生了一些意外。
2.平衡階段
眼看戰(zhàn)斗即將結(jié)束,但自然選擇機(jī)制阻礙了免疫細(xì)胞大獲全勝。免疫系統(tǒng)一開始的反應(yīng)非常有效。免疫細(xì)胞殺死了那些好心公示自己情況很不妙的癌細(xì)胞——細(xì)胞就是這樣設(shè)計的,它們要能在自己壞掉的時候報信,這其實是細(xì)胞還沒有完全墮落的表現(xiàn)。通常情況下,這樣就夠了,腫瘤會被清除掉。
不過,要是事態(tài)進(jìn)展不順利,癌細(xì)胞就有機(jī)會進(jìn)一步惡變,有點兒像我們前面講過的病毒。隨著癌細(xì)胞快速瘋狂的增殖,其遺傳編碼有更多的機(jī)會出現(xiàn)新錯誤,而它們的自我修復(fù)機(jī)制又早已損壞。
癌細(xì)胞活得越久,增殖越多,獲得新突變的機(jī)會就越大,這些突變能讓它們更善于躲藏,不被免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。演化就是這樣,免疫系統(tǒng)盡力摧毀癌組織,同時就是在選擇生存能力最強(qiáng)的癌細(xì)胞。最后,幾十萬甚至幾百萬癌細(xì)胞死了,但仍有一個癌細(xì)胞活了下來,而且找到了有效反擊的辦法。
比如癌細(xì)胞要保護(hù)自己不被免疫系統(tǒng)攻擊,有一個巧妙又恐怖的方法:干擾殺傷性T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞上的“抑制受體”。顧名思義,這種受體會“抑制”免疫細(xì)胞的殺戮。它們就像某種關(guān)停按鈕,可以在殺手細(xì)胞攻擊并殺死細(xì)胞前令其失活——從原理上說,這可是個好主意。我們一再提到,免疫系統(tǒng)威力很大,必須有阻止其反應(yīng)過激的機(jī)制,因此抑制受體在免疫系統(tǒng)的復(fù)雜配合中有重要作用。很不幸,癌細(xì)胞可以發(fā)生某種突變,讓殺手細(xì)胞失活。
現(xiàn)在能抑制免疫系統(tǒng)的癌細(xì)胞出現(xiàn)了。于是,新的腫瘤開始生長,再次生成了成千上萬個不斷變異、突變的新癌細(xì)胞。
3.逃逸階段
經(jīng)免疫系統(tǒng)錘煉而成的新癌細(xì)胞,才是最終引起大問題的罪魁禍?zhǔn)住K鼈兙谷粚γ庖呦到y(tǒng)有了免疫力!它們不會表現(xiàn)出內(nèi)里的異常,不會釋放太多引起身體警覺的信號,就安靜地藏在眾目睽睽之下。它們釋放惡意信號,主動關(guān)閉了免疫系統(tǒng)。它們還會越長越大。隨著腫瘤的增長,它又開始造成健康組織的死亡,并再次引起注意——但這一回它可不好對付了。現(xiàn)在就到了腫瘤免疫編輯的第三個階段:逃逸。
癌細(xì)胞開始打造自己的世界,形成“腫瘤微環(huán)境”。
還是用布魯克林的腫瘤城來打比方的話,我們會發(fā)現(xiàn),這次情況已經(jīng)大不相同。市議會重建了腫瘤城,而且這一次它們還偽造了所有的許可文件,騙過了房屋檢查員。檢查員不再能下令拆毀不斷擴(kuò)張的腫瘤城,于是它開始緩慢地接管原來的城市。癌細(xì)胞們豎起了新的路障,讓檢查員無法進(jìn)入這些快速擴(kuò)張的非法定居點,來檢查偽造文件的真?zhèn)巍?梢哉f,它們建起了免疫細(xì)胞難以穿越的邊境地帶。
如果這一切都實現(xiàn)了,癌癥就基本上成功馴服了免疫系統(tǒng)并取得了勝利。免疫系統(tǒng)的攻擊方式悉數(shù)關(guān)停,唯有癌細(xì)胞肆無忌憚地生長。如果不做治療,最終這些優(yōu)化后的新癌細(xì)胞會變得有“轉(zhuǎn)移性”,即想去探索天下,擴(kuò)散進(jìn)其他的組織和器官,繼續(xù)生長。一旦轉(zhuǎn)移到肺、大腦或肝臟這些重要器官,身體這臺精密又復(fù)雜的機(jī)器就會開始崩壞。
就好比每天往汽車發(fā)動機(jī)里加裝一些沒用的零件,車是還可以跑一段時間,但總有一天發(fā)動機(jī)會無法啟動。癌癥最后就是這樣取人性命的。腫瘤侵占大量空間、竊取大量營養(yǎng),讓你真正的身體再無正常運(yùn)轉(zhuǎn)的余地,受累器官只得關(guān)停。簡而言之,癌癥就是這樣打敗了免疫系統(tǒng)。不過,正如我們在本書最后一章要討論的,免疫系統(tǒng)或許也正是戰(zhàn)勝癌癥或減輕其惡性程度的關(guān)鍵。
(本文節(jié)選自《戰(zhàn)斗細(xì)胞:人體免疫系統(tǒng)奇妙之旅》一書,理想國出品,海南出版社出版,2022年9月版,作者菲利普·德特瑪(Philipp Dettmer),系德國信息設(shè)計師,后工業(yè)時代終身自我教育達(dá)人,自2013年起創(chuàng)立并主理網(wǎng)絡(luò)知識節(jié)目“簡而言之”(Kurzgesagt—In a Nutschell),如今已有近2000萬訂閱戶,總播放量超20億次。本書譯者為李超群,譯有《飲食的迷思》《顯微鏡下的室友》《大流行病》等。澎湃科技獲授權(quán)刊發(fā)。)





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