以生物学技术进步推动胃肠肿瘤的防诊治

徐忠法，甄亚男

(1.山东第一医科大学第三附属医院 山东省医学科学院附属医院胃肠外科，山东 济南，250031；2.山东第一医科大学 山东省医学科学院胃肠病研究所 临床中心；3.山东第一医科大学济南生物医药产业研究院)

1 胃肠肿瘤防控形势报告

根据世界卫生组织国际癌症研究机构发布的最新全球肿瘤流行病统计数据预测，2020年全球新发癌症1 929万例，死亡996万例[1]。

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)的发病率居第3位，死亡率居第2位。2020年世界范围内有超过190万新发病例、93.5万死亡病例，约占所有癌症病例与死亡人数的10%。2020年，我国CRC新发病例约为55.5万例，发病率约为23.9/10万人，在男性、女性恶性肿瘤中均排第3位；死亡病例约为28万例，死亡率约为12.0/10万人，在男性恶性肿瘤中排第5位、女性中排第2位，已成为全球CRC年新发病例最多的国家。与欧美国家相反，中国CRC的发病率与死亡率正处于逐年上升中，并将成为中国的第2大癌症病种。

胃癌(gastric cancer，GC)是全球发病与死亡均排在前5位的恶性肿瘤，2020年全球新发GC 108.9万例，死亡76.9万例，中日韩等东亚国家为GC高发地区。其中，中国新发GC病例47.8万，在男性恶性肿瘤中排第2位、女性中排第5位，发病率约为20.6/10万人，占全球新发病例的43.9%；死亡病例37.3万，在男性恶性肿瘤中排第3位、女性中排第3位，死亡率约为15.9/10万人。中国有着最多的新发GC病例，与CRC相反，中国GC的发病率与死亡率正逐年降低，尽管发病率仍处于较高水平，但已被CRC所超越。

2 治疗模式的沿革

手术是唯一可能治愈胃肠肿瘤的治疗手段。早期胃肠肿瘤首选内镜下切除，可达到根治目的，复发率极低。对于进展期的患者，仍是以手术为主的综合治疗模式。微创治疗是近年医学领域快速发展的新治疗技术，胃肠外科领域最活跃的当属腹腔镜技术，已成为国内主要胃肠肿瘤中心的主流术式。随着微创技术理念的精准化、手术操作平台的不断革新，胃肠外科腹腔镜技术不断创新且臻于成熟，如单孔腹腔镜技术、经自然腔道手术、3D腹腔镜技术、荧光腹腔镜技术、双镜联合技术、达芬奇机器人技术等已得到广泛应用，在安全有效、肿瘤根治及功能保护等原则基础上，实现了更为精准的微创治疗。

伴随多学科综合治疗的实施，胃肠肿瘤的治疗理念发生了改变，临床治疗指南不断更迭。不论进展期GC抑或CRC，新辅助治疗联合根治性手术、根治性手术联合辅助化疗、转移性胃肠肿瘤的综合治疗、免疫治疗及临床转化治疗均是研究热点。多学科综合治疗是肿瘤规范化及实现个体化治疗的有效形式，已成为包括胃肠肿瘤在内的多种恶性肿瘤的标准治疗模式。与此前单一的诊疗模式相比，现代多学科综合治疗模式下，外科治疗联合化学治疗、放射治疗、靶向治疗、介入治疗及免疫治疗的综合治疗模式，使得GC、CRC的诊断与治疗均取得了显著进步。

在精准诊疗时代，化疗药物在疾病各阶段的应用均被发掘到极致，疗效已达瓶颈，随着分子分型的进一步细化，靶向治疗与免疫治疗的成熟应用，进展期GC、CRC的围手术治疗模式愈发多样化。免疫检查点抑制剂可有效解除肿瘤细胞对T细胞功能的抑制，重新激活免疫系统的肿瘤杀伤作用，程序性死亡受体1(programmed death receptor-1，PD-1)抗体为代表的免疫治疗在治疗中扮演了越来越重要的角色。

CheckMate 649研究证实，免疫联合化疗相较单纯化疗可实现无进展生存期与总生存期的双重获益[2]。抗血管生成治疗联合PD-1单抗为基础的治疗方案在GC二线治疗中也展现出较好的应用前景[3]。免疫治疗在GC中的应用也逐渐向前线推进，PD-1单抗联合化疗在局部晚期及可切除GC新辅助治疗的研究中也取得一定进展[4]。

微卫星不稳定性(microsatellite instability，MSI)是由于人类错配修复(mismatch repair，MMR)基因缺陷造成细胞DNA碱基错配修复功能受损所致[5]。DNA合成过程中新的基因突变所产生的新型蛋白具有免疫原性，提高了MSI-H型CRC免疫微环境中肿瘤浸润淋巴细胞的水平，从而使免疫治疗发挥作用[6]。

KEYNOTE-016研究采用帕博利珠单抗单药治疗标准治疗失败的转移性CRC患者，首次证实了dMMR/MSI-H型转移性CRC患者是免疫治疗的获益人群，该类人群获得了较高的客观缓解率及疾病控制率[7]。免疫治疗不仅在CRC后线治疗中展现出良好效果，KEYNOTE-177研究明确了PD-1单抗在MSI-H型转移性CRC中的一线治疗地位[8]。

现有的临床试验表明，dMMR/MSI-H型CRC可高效应答PD-1抑制剂的治疗，但占85%的微卫星稳定型CRC则对免疫检查点抑制剂的治疗并不敏感，大量的临床试验尝试将多种免疫检查点抑制剂联合应用，或联合放疗、化疗一起治疗。投入不可计量的研究经费及患者的宝贵治疗时间成本，收效甚微。不论GC抑或CRC，患者的5年生存率多年来均未有实质性的突破，治疗手段的沿革并不与疗效成正比。

既往对于免疫抑制剂治疗效果的预测，多集中在MSI-H、细胞程序性死亡配体1高表达、高肿瘤突变负荷及EB病毒表达等指标上，而真正从免疫联合化疗中获益的人群仍是未来的探索之重。基因组学的研究表明，胃肠肿瘤是具有明显异质性的疾病，并由多种表观遗传修饰所决定，不同患者间存在很大差异，应用现代生物学技术比较不同亚型患者的异同，为后续治疗方案、药物的选择提供更加精准的个体化指导，才能取得更好的临床效果。

3 塔斯马尼亚袋獾肿瘤(devil facial tumour disease，DFTD)的启示

袋獾是现存最大的食肉有袋动物，作为澳大利亚塔斯马尼亚岛上的特色物种，在求偶过程容易发生激烈的打斗，通过撕裂对手的面颊来显示它们的强大凶猛，因此拥有“塔斯马尼亚恶魔”的别名。自20世纪90年代开始，袋獾开始患有DFTD，并在种群中流行。患病袋獾于面部口周先出现肿瘤，肿瘤具有局部侵略性及全身播散性，患病袋獾通常6个月内死于器官衰竭、继发感染或代谢性饥饿。

科学家发现，DFTD是一种侵袭性的非病毒性克隆传播癌症，伴随着袋獾激烈的打斗，癌细胞会通过伤口进入另一只袋獾的身体，造成癌症传播。为保护袋獾种群，防止跨物种传播，自1996年DFTD首次被描述开始，科学家们实施了各种拯救政策。(1)流行病学调查、普查，2009年中期研发了一种诊断性的血液测试，以筛查该疾病；(2)隔离捕杀患病袋獾；(3)运往澳大利亚大陆的野生动物园，建立一套一千只具有遗传代表性的塔斯马尼亚袋獾系统；(4)人工繁育，建立袋獾卵母细胞库；(5)开展一系列肿瘤生物学诊治研究。然而受影响的高密度种群12～18个月内的死亡率高达100%。至2015年的10年间，DFTD消灭了95%的袋獾种群。

奥地利科学院分子医学研究中心的专家对DFTD特异性信号进行研究，发现ERBB-STAT3轴中心分子通过诱导下游转移相关基因的表达，驱动DFTD的传播，同时可抑制MHCI类基因的表达，使肿瘤细胞产生免疫逃逸现象。研究者在揭示DFTD传播机制的基础上，提出双重化学免疫治疗策略，拯救塔斯马尼亚恶魔免于DFTD[9]。澳大利亚塔斯马尼亚医学院的科学家使用数据独立采集质谱法分析了87份袋獾血清样本的细胞外囊泡蛋白质组。结果提示，先天免疫细胞释放的抗菌肽-3在患有DFTD的袋獾中有87.9%的敏感性、94.1%的特异性，潜在感染的袋獾中达到93.8%的敏感性与94%的特异性[10]。然而将科学发现转化到实际应用需要复杂而漫长的过程，更何况是应用在动物身上。

2020年12月10日发表在《Science》上的研究表明[11]，DFTD的传播速度正在放缓，大流行正在转变为地方性流行，越来越多的患病袋獾面部肿瘤开始自然消退，出现了正常皮肤。来自美国华盛顿州立大学生物科学学院的Andrew Storfer教授团队在《Genetics》发表的研究做出了科学的解释[12]。他们发现，消退的肿瘤中表达了一种减缓肿瘤细胞生长的基因—Ras样蛋白家族成员11A，但在非消退的肿瘤中，这种基因被沉默了。Ras样蛋白家族成员11A的5’非翻译区的单点突变可能导致DFTD生长的抑制，并最终导致肿瘤消退。

袋獾的DFTD从流行到自然消退的演变，科学家们做了大量的工作，给人类的抗癌带来的启示笔者总结了以下几点。(1)肿瘤的发生可能与生俱来，但在某种特定的情况下可能带来毁灭性后果；(2)在免疫缺陷的情况下，肿瘤的发生可能非常容易；(3)肿瘤是一种分子层面的疾病，一般方法难以治愈；(4)单一的基因突变会导致DFTD的消退，给拯救世上为数不多的袋獾带来了希望；该基因与人类前列腺癌、结肠癌有关；这些结果有朝一日也可能为人类健康作出贡献；(5)人类所有的干预方法效果可能有限，自然进化可能是最终的赢家。

4 癌症的本质与特征

关于癌症，存在两种常见的误解，即癌症是一种“现代病”及癌症主要危害人类。癌症演化学家雅典娜·阿克蒂皮斯指出，大约20亿年前，当多细胞生物出现的那一刻起，癌症也出现了，癌症或癌性现象存在于所有多细胞生物中，包括真菌与珊瑚，癌症实例甚至可在低等动物水螅身上找到。癌症是被研究得最多的生物学领域课题。绝大部分的研究目的是将其消灭，很少将其理解为一种生物学现象。世界范围内投入了庞大的资源，然而，标准的癌症疗法—手术、放疗与化疗药物的联合应用，几十年来几乎未变。除了少数几种癌症外，癌症的总体生存率并无本质的变化。

人类为多细胞生物。多细胞生物是多种类的单细胞按一定的规则、契约组成的统一的细胞生存系统(细胞社会)，细胞加入这一体系是为了自身更方便、更长的存活下去。多细胞间存在5个核心合作基础：增殖抑制、细胞死亡、分工、资源分配及细胞外环境维护，合作过程中，多细胞“分工明确”“纪律严明”且有“牺牲精神”即程序死亡。基因也存在3大特性，即：基因的稳定性可保证遗传的稳定；基因的决定性可控制生物体的每一个生理过程，从而控制性状的发育；基因的可变性增加了生物的多样性，但需要漫长的时间。人体同时存在强大的修复能力，DNA分子的复制过程中，每10亿次出现一个错误，如此精度能保证遗传信息很牢固的代代相传。而偶尔出现的错误，恰好又能给生物的变异与适应环境提供可能性。这是人类自然演化过程中长期自然选择的结果，人类个体无法改变。

癌症的发生有两个必不可少的条件：细胞因自身遭遇生存危机而采取反叛策略，生物体内的监管系统在某处失效。物理化学因素、感染因素、慢性损伤因素、饮食生活习惯及其他未知因素的持续刺激，可能导致内环境失衡，激发易感基因，进而造成多细胞的核心合作特征崩溃，多细胞不受控制增殖、未及时按程序死亡、分工合作机制破坏、资源垄断独享及细胞外环境恶化，最终导致癌症的发生。

癌症发生、发展与治疗过程中，肿瘤细胞并不是唯一发生基因表达改变及代谢模式改变的细胞。围绕肿瘤并与肿瘤细胞相互作用的其他细胞，在决定肿瘤细胞行为方式中也起着至关重要的作用，因此科学家们提出了肿瘤生态系统(tumor ecosystems，TE)的概念[13-15]。TE里存在有基因突变的肿瘤细胞与正常宿主细胞，被招募而来的正常宿主细胞，能帮助肿瘤细胞存活与扩散。PD-1/细胞程序性死亡配体-1抑制剂作为新兴疗法，通过阻断肿瘤微环境中T细胞的耐受信号来杀死癌细胞，属于此范畴，但TE更强调的是一个整体系统中细胞的动态互动。未来需要关注并了解TE中所有不同类型细胞之间的通信网络，进而找出使细胞恢复正常调控机制的方法。

笔者认为，癌症是生物体与生俱来的生物现象，发生难以避免，消灭癌症也是不可能的，如果通过基因的改变来消灭癌症，也会为人类带来意想不到的毁灭性破坏。防治癌症的任务在于减少或抑制其发生，降低对人类的危害。

5 生物技术进步与胃肠肿瘤的防诊治

美国癌症协会的调查报告指出，近几十年来，美国癌症负担的降低得益于癌症的预防、早期检测及治疗方式的进步[16]。首先是预防，吸烟极大地影响了以肺癌为首的多种癌症的发病率，戒烟很大程度上降低了癌症死亡率。其次是筛查，筛查极大地影响了结肠癌、宫颈癌的预后。虽然乳腺癌、前列腺癌的筛查还存在一定争议，但还是有贡献的。手术的改进及放疗方法的进步降低了患者的死亡率，同时针对血液系统、淋巴系统肿瘤生物治疗的进步也降低了死亡率。生物技术的进步推动了胃肠肿瘤的预防、筛查与早诊早治、新技术及新疗法各个环节的发展。

5.1 肿瘤预防 患癌风险因素很多，但对不同的个体影响不一，防癌措施很多，也不能一概而论。改变人基因的稳定性与修复能力是困难的，干预癌症发生的措施有限，一旦发生癌变，干预肿瘤进展的手段同样有限。防癌只能从我们了解且有效的手段入手。目前推荐的防癌策略包括戒烟、限酒、健康饮食、控制体重，避免外部特异性刺激因素，预防或治愈特异性的感染，去除易癌变的疾病，调节身心、规律生活、适量运动、避免内环境失衡等。

癌症风险评估需个体化，从细胞和分子水平找出癌前变化预警信息，干预措施需要个体化。癌前图谱是实现这一目标的重要工具。借助癌前图谱，更多地了解导致癌变的细胞组成及特征，为改进癌症的预防措施铺平道路。“人类肿瘤图谱网络”计划由美国国家癌症研究所提出，旨在构建临床、实验、计算和组织框架，为多种癌前组织与癌症类型生成信息丰富且可访问的癌症3D图谱。作为“癌症登月计划”的一部分，“人类肿瘤图谱网络”计划将在未来5年内在美国10个跨学科癌症中心进行研究评估。癌症的关键转变包括肿瘤发生、局部浸润、转移及耐药产生，涉及动态TE中细胞间的复杂相互作用，单细胞基因组学技术和空间原位方法提供了前所未有的分辨率来研究这种复杂性[17]。人类肿瘤图谱网络计划构建癌症3D图谱包括：发病机制、分子细胞空间结构、病理学、生物标志物、诊断、药物研发、临床研究、个体化医疗。

5.2 筛查与早诊早治 筛查的目的是通过试验(如人乳头瘤病毒检测)、检查(如结肠镜检查)、影像(如乳房X线成像)或其他快速、可广泛用于目标人群的方法，来识别无症状群体中未被识别的癌症或癌前病变。早期诊断则对有癌症症状的癌症患者进行早期鉴别。筛查和早期诊断都是癌症全面防治的重要组成部分，但是两者在资源、基础设施要求、效果和成本上都有根本的不同[18]。筛查对提高肿瘤患者生存率的贡献是非常肯定的，但综合疾病生物学特性及成本效益等多方面因素，实践中仅有部分肿瘤筛查获益明显。筛查也存在不良结局事件，包括筛查过程中造成的焦虑、筛查技术造成的损伤、过度诊断造成过度治疗及副作用等危害以及间期癌发生的可能[19]。

大力推广个体化筛查是十分有必要的。这要求综合考虑流行病学因素、不同人群患癌的概率、筛查的效益来实现精准选择筛查对象和病种，根据不同亚群使用不同的检查方法，提高检出率。如乳房致密的女性患乳腺癌的风险更高。数据表明，在对乳房致密的女性进行筛查时，使用磁共振成像而不是X光摄影，或同时使用，可能提高浸润性乳腺癌的检出率。

生物学诊断研究热点包括表观遗传学、蛋白标志物、微生物组标志物等。上海营养与健康研究所进行的CRC患者肠道微生物组的多中心队列研究是迄今为止样本量最大、最全面的基于宏基因组测序的CRC患者肠道微生物组的多中心队列研究。分析并绘制了全球8个CRC人群队列的四界微生物组(古菌、细菌、真菌、病毒)图谱，确定了多界组合的微生物组较单界微生物组更能准确诊断CRC，发现了CRC特异的细菌—真菌互作新机制，并进一步提出了微生物及其相关功能基因作为CRC治疗的潜在靶点，为CRC早期诊断与预后评估提供了基于微生物及其功能标志物的新方法、新思路[20]。有学者研发了一种创新的微生物组诊断平台[21]，检测早期CRC、癌前结直肠息肉并诊断其他类型的胃肠道疾病，包括克罗恩病、溃疡性结肠炎、肠易激综合征。

5.3 创新药物和治疗方法 2019年8月至2020年7月底的1年内，美国食品药品监督管理局批准了20种抗癌新药，15种先前批准的抗癌疗法扩大了适应证。2021年8月至2022年7月底FDA批准了包括8款创新抗癌方案、10款获批扩展治疗癌症的抗癌疗法。肿瘤免疫治疗，其中以免疫检查点抑制剂的临床研究最为成熟和充分，应用最为广泛。笔者在《治疗模式的沿革》章节进行了详细的阐述，免疫治疗必须严格把握适应证，需要更加精准、个体化地选择合适的患者。

根据Clinical Trials.gov提供的数据，截至2021年4月，共1 358项在研的细胞治疗试验。2020年至2021年试验项目数量增长了43%，大部分是由嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T-cell，CAR-T)细胞临床试验及T细胞受体工程化T细胞、肿瘤浸润淋巴细胞等其他细胞疗法所贡献。大多数试验依然是集中在血液肿瘤领域，而占比90%的实体肿瘤领域仍是细胞免疫治疗的难点。CAR-T细胞疗法面临的几个“困境”包括：(1)缺乏独特的肿瘤相关抗原作为CAR-T靶点；(2)不同类型实体瘤的异质性大；(3)T细胞无法有效归巢到肿瘤部位；(4)T细胞耗竭；(5)肿瘤内复杂的微环境对免疫有抑制作用。针对改善实体瘤CAR-T治疗效果，科学家们做了很多探索：(1)基于特定肿瘤微环境选择合适靶点；(2)改善T细胞的浸润与转运；(3)解除免疫抑制；(4)多靶点联用。

近年，作为一种胃特异性膜蛋白，Claudin18.2展示出了良好的GC等恶性实体瘤的治疗效果、安全性及耐受性[22]。目前，全球针对Claudin18.2的产品主要有单克隆抗体、双特异性抗体、CAR-T与抗体偶联药物四大类。应用CAR-T治疗GC的其他靶点包括上皮细胞黏附分子、癌胚抗原、黏蛋白1、HER2、MG7等。CRC中CAR-T细胞疗法的靶点主要包括抗4-1BB、癌胚抗原、GUCY2C、TAG-72、上皮细胞黏附分子、上皮糖蛋白40、NKG2D、HER-2、重组人干扰素α/β受体1、prominin-1(CD133)、上皮糖蛋白2等。此外，GCC19CAR-T是一款自体CAR-T治疗产品，用于治疗复发难治转移性CRC等实体肿瘤。

Memorial Sloan-Kettering癌症中心的研究指出，虽然免疫检查点抑制剂、CAR-T细胞治疗获得了有效进展，但这些疗法并不适于所有癌症类型[23]。该中心实体瘤科主任Dr.Luis Diaz提出以下建议：(1)更早使用免疫治疗，可能提高免疫疗法的疗效；(2)提高细胞免疫治疗的效率，尤其能应用于更广泛的实体肿瘤；(3)增加冷肿瘤患者的免疫原性，以产生更好的免疫治疗反应；(4)要解决现有免疫疗法因地域和经济原因的推广应用问题。

伴随着细胞与基因治疗的快速发展，溶瘤病毒(oncolytic viruses, OVs)的市场也在逐步扩大。OVs是一种直接作用于肿瘤细胞的治疗方法，对实体瘤具有显著效果[24]，具有多重杀伤机制：(1)直接裂解肿瘤细胞；(2)原位疫苗及远端效应；(3)诱导固有免疫；(4)激发适应性免疫应答；(5)破坏肿瘤血管系统；(6)改善肿瘤微环境。OVs已有百年历史，经历了野生病毒株发现应用阶段(1904-1990年)、基因改造病毒株研发阶段(1991-2000年)及基因插入及联合治疗增效阶段(21世纪)。目前以腺病毒、疱疹病毒、牛痘病毒及麻疹病毒等最为常用，已有Rigvir(ECHO-7病毒)、安柯瑞(重组人5型腺病毒)、T-Vec(单纯疱疹病毒)、Delytact(单纯疱疹病毒)等多种产品上市。研究发现，OVs的联合治疗效果在某些情况下远高于单独用药，作为一种肿瘤的新型治疗方法，OVs疗法具有复制高效、杀伤效果优良、毒副作用小等特点，已成为肿瘤治疗研究领域的新热点。

6 展 望

我国肿瘤发病率接近世界水平，而且逐年增高，有效筛查技术少、早期诊断率较低，肿瘤治疗规范化、同质化水平亟待提高。现有医疗技术手段为基础的多学科综合治疗规范化开展，促进了地域诊疗规范化、同质化，为患者提供科学合理、规范化及个体化的治疗方案，对提高患者生命质量、延长生存期具有重要意义。

笔者认为，癌症诊治研究任重道远，治疗手段的沿革并未与实际疗效成正比。投入大量的医疗资源，目前各种临床试验仍在以“有效”“延长无进展生存期”为观察指标的反复研究中艰难踱步；中位生存时间仍以“月”记的比较中，难见治愈的曙光；“再挑战”“跨线治疗”等名词包涵了临床医生的无奈与“伦理缺陷”。

生物科学技术的进步对胃肠肿瘤的预防、诊断与治疗具有极大的推动作用，是未来发展的方向。胃肠肿瘤领域未来几年可能实现重大突破的热点生物科学技术包括：新型肿瘤靶向、免疫药物，免疫细胞治疗，OVs治疗，硼中子俘获治疗，电场疗法，质子重粒子疗法，光免疫疗法，干细胞技术，类器官技术。生物科学技术在医学领域的新突破、新发现及与其他技术的融合都将很大程度影响社会发展的脚步，为人类健康做出贡献，为攻克癌症带来希望。