与任何生物一样，肿瘤也受自然选择规则的支配。医生们利用肿瘤的这一特性，开发了新的肿瘤疗法。
大约六年前，意大利都灵大学（University of Turin）的癌症生物学家Alberto Bardelli遇到了研究上的瓶颈。他一直在研究癌症的靶向治疗——一种靶向特定促肿瘤生长的突变的药物。这一战略似乎很有希望，一些病人也确实取得了惊人的疗效。但是，不可避免地，肿瘤开始对这种药物产生抵抗。Bardelli一次次见证了病人肿瘤的复发。Bardelli指出，就像是走进了一个死胡同。问题不在于特定突变，而在于进化本身。不幸的是，我们必须直面进化——地球上最强大的力量之一。
研究人员早就知道肿瘤会进化。随着肿瘤的生长，突变不断产生，种群中出现基因表型完全不同的细胞。对化疗药物不起作用的细胞存活下来，并迅速增殖。因此，无论使用哪种药物，肿瘤都能适应，并逐渐形成药物抵抗。科学家们难以追踪这一过程，因为其在人体内花费数年逐渐形成。伦敦弗兰西斯克里克学院（Francis Crick Institute）癌症研究人员Charles Swanton表示，尽管医生一直对病人说，肿瘤遵循达尔文定律，但学界并没有足够的证据支持这一结论。
但事情出现了转机。随着测序技术以及大规模临床样本和数据收集的进展，科学家们一点点解析了癌症进化的轨迹，揭示了药物抵抗的根源，以及如何克服这个问题。现在科学家们有了越来越多的技术，能够将这些生物知识转化为临床手段。
Bardelli指出，癌症不断变化，治疗手段也需要随之不断改变。本着这种精神，他把实验室的研究方向转移到癌症进化上。他的团队建立了直肠癌对联合靶向药物治疗产生响应的模型，利用该模型寻找可能阻断药物抵抗的机制。该模型显示，追踪和治疗癌症进化的可能性很高。
生命之树
癌细胞具有丰富的突变。2012年，Swanton等人对来自2名肾癌患者的多个活检切片进行序列测定。结果显示，即使是来自同一个患者，也没有两个样本的基因是一样的。研究小组不仅检查了原发性肿瘤，还研究了转移瘤。在一个患者的样本中，存在100多个突变，且仅有三分之一的突变是所有样本共有的。
研究者们可以根据同一患者不同突变类型的癌症细胞的关系，识别出进化过程，画成发育进化树，并追溯到同一个原始祖细胞。在首批恶性细胞中发生的突变，位于进化树的主干上，这些突变会存在于所有肿瘤细胞中。之后才发生的突变则仅会存在于进化树的分支上。Swanton表示，如果想清楚肿瘤，就必须靶向进化树主干中的突变。
目前已经有一些靶向主干突变的疗法，这种疗法往往在治疗初期疗效显著。但之后，还是会形成抵抗。Swanton表示，常规的想法往往是肿瘤越小越好，但这种治疗会遗留很多问题。这一过程会将耐药细胞筛选留存下来。Swanton认为，可以同时攻击几个主干突变，毕竟一个肿瘤细胞能抵抗几种靶向不同突变的药物的可能性非常小。
一种方法是联用靶向治疗。“理论上，联合疗法应该有效。” 约翰霍普金斯西德尼基梅尔癌症中心（Johns Hopkins Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center）的癌症遗传学家Bert Vogelstei这样说道。事实上，他和哈佛大学（Harvard University）进化生物学家Martin Nowak对这一策略进行建模发现，两种药物抵抗机制不同的靶向药物联用，足以控制转移性癌症。对于有很多转移瘤的患者，Vogelstein建议采用三种药物联合治疗。
研究人员已经在临床上测试靶向药物组合。然而，Swanton指出，对于大多数突变并没有靶向药物。现有药物的联用毒副作用是否明显增强，也并不明确。所以Swanton目前聚焦免疫疗法——帮助免疫系统识别和杀伤癌细胞。
Some cancer drugs (pictured here, dried adriamycin viewed under a microscope) might work better when paired with immunotherapies.
免疫系统通过识别细胞表面的抗原，识别恶性细胞。癌细胞的基因缺陷有时会编码能引起免疫响应的抗原。但Swanton等人想知道的是，免疫系统对位于进化树主干和分支上的抗原响应是否有差异。
今年4月发表的一篇论文中，Swanton等人癌症基因图谱数据库（Cancer Genome Atlas，包含几千个癌症病人的基因数据）的分析发现，主干突变较多的患者，或者说，主干抗原和分支抗原比例较高的患者的生存期更长。并且，携带较多主干突变的癌症患者对免疫治疗响应更好。这一点完全符合逻辑，因为免疫系统靶向主干抗原时，能杀伤大部分癌症细胞。
这项研究仍处于初始阶段，但Swanton现在正负责一项研究，确认这一发现。该研究名为TRACERx（Tracking Cancer Evolution through Treatment RX）——将随访850名肺癌患者的治疗过程。该项目会记录肿瘤的突变变化，确定肺癌的进化轨迹，以及治疗如何影响这一过程。
Swanton希望利用这些数据，筹集到足够的资金，测试基于进化的治疗策略。一种方法是识别肿瘤中的免疫细胞，在实验室条件下培养这些细胞，然后将它们注入病人体内，这种方法被称为细胞过继转移。现在已有研究者利用这种策略培养靶向特定抗原的免疫细胞，但Swanton等人会选择靶向主干抗原的免疫细胞。
Killer T cells (orange) are recruited to attack malignant cells (mauve) in the viral-based cancer therapy T-VEC.
这种策略费用极高，但比起一个个靶向治疗最终失败，这种策略成本相对低。Swanton指出，每个疗程的治疗，基本要花费1万到10万美元。如果研究人员能够开发一种治疗转移性癌症的疗法， 那么整个成本-收益模型和健康经济模型会发生翻天覆地的变化。从整体来看，是有助于降低癌症的诊疗成本的。
利用癌症细胞的进化规律，可帮助免疫系统清除癌症细胞。美国Moffitt癌症中心（Moffitt Cancer Center）分子肿瘤学专家Robert Gatenby设立了一个不那么遥远的目标：他希望帮助病人与癌共存。上世纪90年代早期，Gatenby就开始思考癌症进化的问题，当时他就职于费城福克斯蔡斯癌症中心（Fox Chase Cancer Center）。他见过太多癌症复发的病人，他觉得这不像是个生物问题，更像是一种诅咒。“无论你多努力，癌症总会卷土重来。”但当他开始从进化的角度思考癌症时，这个问题就可以理解了。
Gatenby开始尝试对癌症的最佳治疗策略进行数学建模。他的模型表明，许多肿瘤学家使用了错误的治疗策略。通常情况下，医生会选择给予患者最大剂量的化疗，以杀死最多的肿瘤细胞，希望在出现抵抗前消灭肿瘤。
但从近几年的研究表明，在接受治疗以前，耐药细胞株就已经存在。只不过，耐药细胞的数量较少，这是因为耐药有代价，会影响细胞的机能。然而，大量化疗后，耐药细胞比敏感细胞更有生存优势。为了解释这个问题，Gatenby把耐药比喻成伞：如果下雨了，伞是很有用的。但如果不下雨，伞是一个负担。Gatenby认为，可以利用细胞群之间的竞争，管理化疗剂量和试剂。
最近，他使用两种乳腺癌小鼠模型测试这一想法的可行性。当他给对照组小鼠使用常规最大剂量化疗药物紫杉醇，治疗停止后，肿瘤很快复发。他们也曾尝试过，当肿瘤开始缩小时，停止化疗，疗效也没有提高。第三组小鼠起初接受最高剂量的化疗，但一旦动物肿瘤开始缩小，就减轻剂量。第三组治疗方法疗效最好，小鼠存活率最高，五分之三的小鼠可以完全停掉化疗药物。这种疗法根据肿瘤的响应调整，保持药物抵抗和敏感细胞之间的平衡（图“进化策略”）。Gatenby的合作者，亚利桑那州立大学（Arizona State University）的生物学家Carlo Maley表示，这是癌症生物学一个令人振奋的进展，因为这种疗法治疗非常简单。
2015年5月，Moffitt癌症中心开展了试点研究，测试这种适应性疗法能否帮助治疗前列腺癌。医生们会监测病人的PSA（prostate specific antigen, 前列腺特异抗原）——前列腺癌进展的标志物。然后，根据检测结果，确定是使用常规治疗或是停止治疗。研究人员研究了过去的间歇疗法，不过间歇疗法遵循严格的周期控制。适应性治疗中，治疗周期由肿瘤响应决定。Gatenby也计划使用试验中的分子学和临床数据来建立电脑模型，以用于指导未来的适应性治疗。
很多基于癌症进化理论的疗法的研究正在进行中。1月，马萨诸塞州总医院胸部肿瘤学家Jeffrey Engelman等人在《新英格兰医学期刊》（The New England Journal of Medicine）中详细解析了一位52岁转移性肺癌女性患者的案例。该患者的肿瘤中ALK蛋白出现突变，因此医生首先使用克里唑蒂尼阻断ALK蛋白的作用。前18个月，患者响应良好。但后来癌症复发。第二代疗法也失败了，所以医生开始使用仍处于临床试验的第三代疗法。三代疗法在最初一段时间有效，但不到一年，该患者出现肝脏衰竭，不得不住院治疗。然后医生发现，三代治疗使患者的肿瘤出现了一个新的突变，该突变让肿瘤再次对克里唑蒂尼敏感了起来。当他们再次使用克里唑蒂尼治疗时，患者的肝脏恢复了，病情有了好转，最后顺利出院。
对于Engelman博士等人来说，该患者对唑蒂尼恢复敏感是个幸运的意外。但研究人员可以刻意地使用这种策略来治疗肿瘤。Gatenby称这策略为进化的双重束缚，他这样解释道：如果你通过引进鹰来控制老鼠的数量，那么那些喜欢躲藏在草丛中的老鼠就获得了生存优势。此时，你再引进蛇来对付那些爱隐蔽在草丛中的老鼠，那么喜欢在开阔空间活动的老鼠就获得了生存优势。这时，再引入鹰，就能有效解决这些老鼠。同样的想法也适用于癌症。使用疗法A，留下对疗法B更敏感的细胞。然后，疗法A和疗法B交替使用。Gatenby表示，这并不是简单的打地鼠，而是有效利用了癌症的动态进化特点。
澳大利亚Peter MacCallum癌症中心的癌症研究人员Ben Solomon也计划测试这一策略的有效性。很多肺癌患者携带EGFR基因突变。现在市面上已有一些通过认证的、靶向EGFR突变的药物，但肿瘤易对这些药物产生耐药性。大约一半的病人中，对这类药物的抵抗是由T790M引起。去年，美国FDA批准了一种抑制常规EGFR突变和T790M突变的药物osimertinib，但对该药物起响应的患者往往会在一年内复发。
Solomon等人计划研究患者对osimertinib的响应情况，同时通过追踪血液中的肿瘤DNA，监测耐药性。研究人员期望看到T790M突变的减少。当这种情况发生时，他们会切换到不抑制T790M的第一代EGFR抑制剂。然后，当T790M突变水平上升时，研究人员再适用osimertinib。Solomon认为，这将延缓对osimertinib耐药性的出现。他希望这项试验能很快获得最终批准。
没人能保证这些策略会凑效。但即使实验失败，试验结果将帮助研究人员校正理论，并解开一些谜题。例如，肿瘤中不同基因的细胞如何互动？细胞环境又起到了什么作用？波士顿哈佛医学院（Harvard Medical School）的研究人员Kornelia Polyak指出，癌症研究者往往聚焦在细胞内的突变上，并没有考虑到这些突变的细胞可能会影响其周围的细胞。她认为，这还是一块有待开发的处女地。
肿瘤的动态变化非常复杂，但Engelman并不气馁。临床分析将有助于研究人员了解这种复杂性。他指出，这些研究帮助我们一步步接近正确答案。比起试验失败来，一无所知更让人沮丧。
原文检索：
Cassandra Willyard. (2016) Cancer therapy: an evolving approach. Nature, 532(1038): 166-168.
张洁/编译
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