疟疾的罪魁祸首疟原虫：可以借助免疫系统杀死癌细胞

　　来源：科学大院

　　“以毒攻毒”在武侠小说里经常见到：杨过身中情花剧毒后，一灯大师用断肠草为其解毒；《天龙八部》中段誉中毒后，误食蜈蚣和万毒之王“莽牯朱蛤”，结果毒也解了，还成就了百毒不侵之躯。


　　这个法子真的有用吗？据说有人用它来对付可怕的癌细胞？！

　　人们之所以“谈癌色变”，主要是因为癌细胞太狡猾，能够通过各种手段蒙骗人的免疫系统，并能抵抗人类发明的多种抗癌疗法。最近，中国科学院广州生物医药与健康研究院的陈小平研究员及其团队经过14年的科研攻关，发现引起人类另一种疾病的病原体--疟原虫--可以借助免疫系统杀死癌细胞，人类对抗癌症的砝码又加上了重重的一块。


陈小平研究团队：前排左起：秦莉博士，陈小平博士，赵思婷硕士；中排左起：李晓芬硕士，姚永超博士，李姣姣硕士，戴铃林硕士；后排左起：陶铸博士，胡文博士，在读博士生Adah Dickson （来自尼日利亚），刘广杰博士，在站博士后Kranthi Kumar Gadidasu（来自印度）（图片来源：广州生物院）

　　疟原虫―疟疾的罪魁祸首

　　疟原虫是一种肉眼看不见的微小生物，在科学分类上属于单细胞原生动物。疟原虫感染引起的人类疾病在医学上称作疟疾，俗称“打摆子”。引起人类疟疾的疟原虫种类有恶性疟原虫、间日疟原虫、三日疟原虫、卵形疟原虫和诺氏疟原虫，其中恶性疟原虫感染的症状比较重，5岁以下的儿童感染容易引起死亡。

　　疟原虫通过蚊子（按蚊）叮咬感染人，最初在人的肝细胞内发育，这时不会引起症状，病人一般不会注意。大约一至两周后疟原虫进入人的红细胞内发育，导致病人周期性发热和贫血等症状，即引起疟疾的发病。在此阶段，部分疟原虫形成配子体，当按蚊再次叮咬病人后，可把疟原虫传播给他人。疟疾需要用青蒿素等药物治疗才能治愈。我国科学家屠呦呦因为发现了青蒿素而荣获2015年诺贝尔医学奖。


疟原虫的生活史 （图片来源：世界卫生组织网站）

　　疟疾发病率与癌症死亡率竟有关系？

　　1985年，陈小平在流行病学课程上发现，“好像哪里多疟疾，哪里的癌症死亡率就低”，难道疟疾有抗癌的功效？因此陈小平的疟原虫抗癌的初心就这样诞生了。（下图是陈小平团队根据WHO公开数据库中2008年的数据所制作的两张地图，与1985年流行病学课上的两张地图十分相似）


颜色越深，表示发病率或死亡率越高（图片来源：陈小平团队）

　　有了这个“闪念”后，陈小平开始留意流行病学的有关数据。2004年起，陈小平的研究团队从公开的各种数据库中获得了全球疟疾病例数、癌症死亡率及经济等其他数据，同时与美国哈佛大学的统计学教授合作进行全球的流行病学分析。

　　他们通过先进的统计模型剔除了各种可能的混杂影响因素，例如相关国家的人均预期寿命，经济水平，地区因素，时间因素和疟疾流行趋势（有的国家疟疾发病率逐渐增高，有的逐渐降低，有的维持不变）等因素的影响。他们分析了各国50多年的疟疾发病率纵向数据与年龄纠正后的癌症死亡率的纵向数据的相关关系，最终发现，疟疾的发病率与癌症总体死亡率之间确实存在显著的负相关关系。进一步的分析还发现疟疾发病率与肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌等单个实体肿瘤的死亡率也呈显著的负相关关系。

　　疟原虫的绝招：借“刀”杀癌

　　从全球流行病学数据分析结果看来，疟原虫可能真的是癌症的天敌啊！与此同时，陈小平团队通过一系列的小鼠实验寻找着科学的答案。

　　在这一系列实验中，他们把小鼠分为两组，一组只接种癌细胞，另一组接种癌细胞之后接种疟原虫，比较两组小鼠肿瘤的生长曲线，然后解剖两组小鼠观察脑、肺、肝等重要器官是否有肿瘤转移病灶，并比较两组小鼠的生存率曲线，最后证明，疟原虫感染显著抑制恶性实体肿瘤的生长和转移，显著延长肺癌、肝癌、乳腺癌、结肠癌等实体肿瘤荷瘤小鼠的寿命。

　　这一现象背后的机理是怎样的呢？


疟原虫抗癌的机制，红色箭头或“+”表示促进，蓝色线或“-”表示抑制（图片来源：陈小平团队）

　　以小鼠为例，癌症小鼠感染疟原虫之后，其免疫细胞，例如负责天然免疫的NK细胞和DC细胞被激活，并诱导这些细胞释放细胞因子，杀灭一部分癌细胞，然后癌细胞释放肿瘤抗原并与细胞因子一起激活肿瘤特异性的CD4 T细胞和CD8 T细胞，这些肿瘤特异性免疫细胞激活之后会更有效地杀死癌细胞。同时，肿瘤组织中起到抑制抗肿瘤免疫反应的“反作用”细胞（如Treg细胞、MDSC细胞等）也会被疟原虫感染所抑制，因而解放了肿瘤组织中的免疫抑制微环境，并促进T细胞进入到肿瘤中去，从而更加高效地杀死癌细胞。

　　打个比喻，肿瘤会释放一系列信号，对免疫系统施行催眠，而疟原虫感染强烈地唤醒和激活了免疫系统，让免疫系统去识别、杀灭肿瘤，因此可以形象地说，疟原虫借“刀”杀死癌细胞。实验中，有部分荷瘤小鼠被完全治愈，给治愈小鼠接种同种癌细胞不成瘤，而接种不同的癌细胞则成瘤，说明治愈小鼠有肿瘤特异性的免疫记忆存在。

　　进一步的研究还发现，疟原虫感染非常显著地抑制肿瘤血管的生成，切断来自肿瘤血管的营养供应，让癌细胞“饿死”，而且，这种“饿死”癌细胞的分子机制也已经初步被阐明，例如疟原虫感染的红细胞分泌大量的囊泡，囊泡中含有微小的RNA物质，这些微小的RNA进入血管内皮细胞之后抑制一种被称为VEGFR2的受体分子的表达，导致血管内皮细胞凋亡（死亡），因而抑制肿瘤血管的形成（见下图）。


疟原虫抑制肿瘤血管生成的分子机制（图片来源：Oncogenesis， 2017）

　　临床试验 初见成效

　　2016年起，陈小平研究员团队与钟南山院士团队等合作，在多家医院开展疟原虫免疫疗法治疗晚期实体肿瘤的临床试验，在最初的10例患者中观察到5例有效，其中2例可能已经被治愈。

　　其中1例晚期肺癌患者，经多个疗程的靶向治疗后产生了耐药，在接受疟原虫疗法治疗后1个月余，颈部转移肿瘤病灶消失，肺部原发病灶的性质发生改变，由原来的“螃蟹状”变为“斑块状”，经微创手术切除原发肿瘤，发现其失去了恶性肿瘤的表观特征，表面形成了包裹，病理切片检查发现肿瘤内有大量的免疫细胞（包括T细胞）浸润。疗程结束后经PE-CT检查全身已无肿瘤病灶，患者过上了正常人的生活，观察1年多无肿瘤复发现象。

　　另1例是晚期前列腺癌伴多发性骨转移的患者，治疗前骨转移部位疼痛严重，不能正常走路，要口服止痛药，并且对常规抗癌疗法已经耐药。接受疟原虫免疫疗法治疗1个多月后疼痛消失，恢复正常走路，结束疗程时已经无任何症状，出院后完全恢复正常生活，几个月后复查，发现前列腺癌原发病灶的代谢活性消失，观察1年无复发现象。

　　研究人员解释说，初步看来，疟原虫免疫疗法效果明显，价格低廉，并能够通过应用青蒿素来控制疟原虫的密度，因而副作用也有限，但仍然要通过几年的时间进行验证。研究者相信，未来这一疗法可以帮助到更多的晚期癌症患者。

　　还有这些新疗法正在开发

　　陈小平团队通过小鼠模型证明疟原虫感染具有抗癌功效并初步阐明其免疫和分子机理之后，把疟原虫免疫疗法推进到临床试验阶段。同时，他们还进一步改造疟原虫并利用疟原虫蛋白开发出一系列新型癌症免疫疗法。

　　1、癌症疫苗

　　癌症疫苗是癌症免疫治疗领域的一个重要组成部分，但过去的癌症疫苗研究不算很成功，其原因之一是科学家没有找到很好的癌症疫苗载体。陈小平团队发现上述天然疟原虫具有良好的抗癌功效之后，着手开发以疟原虫为载体的新型治疗性癌症疫苗。

　　他们把肿瘤抗原（如肝癌细胞常表达的GPC3）基因克隆到疟原虫的基因组，让疟原虫稳定表达肿瘤抗原，因而开发出新型癌症疫苗（下图），这种疫苗比天然的疟原虫在治疗小鼠肝癌的实验中具有更好的疗效，并且没有观察到副作用的增加。这是世界首次探索利用疟原虫作为癌症疫苗的载体，其研究成果有望成为攻克癌症治疗的突破口。


疟原虫作为肝癌疫苗载体研究（图片来源：Oncotarget， 2017）

　　2、CAR-T细胞技术

　　CAR-T细胞技术是目前国际上非常火热的癌症免疫治疗新技术，但目前CAR-T细胞技术仅在血液肿瘤的治疗中有显著的疗效，而在实体肿瘤的治疗中几乎无效。其原因之一是实体肿瘤中没有广谱而又特异的靶标。而恶性疟原虫有一种神奇的蛋白质叫VAR2CSA， 它可与各种不同类型的人类癌细胞相结合，但不与人的正常组织和细胞结合。

　　陈小平团队首次利用这种疟原虫蛋白作为导航系统开发出全球首款广谱特异的CAR-T细胞，并在体外实验中证实该CAR-T细胞可以结合多种不同类型的人类癌细胞，但不与正常人的组织和细胞结合，并在小鼠肺癌模型中证实其有显著的疗效。未来这种新型CAR-T细胞技术可能会在治疗实体肿瘤方面获得重大突破。