癌细胞竟能用这种方法入侵中枢神经系统

新浪
2018-07-23

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新浪2018-07-23

在癌症的病情进展中,有一个未解之谜一直困扰着科学家们:我们中枢神经系统被一种叫做“血脑屏障”的结构所保护,可以避免血液循环中的有害物质对大脑和脊髓造成伤害。但在急性白血病中,癌细胞却会突破这层看似不可逾越的屏障,入侵大脑。这究竟是怎么做到的呢?

日前,来自美国杜克癌症研究所(Duke Cancer Institute)的科学家们在研究中,意外地发现了癌细胞入侵的机制——过去我们都猜测,这些狡猾的细胞会寻找到血脑屏障上的伤口,或是索性破坏血脑屏障,进入大脑。然而研究却发现,这些细胞竟然利用了人体中的血管,大摇大摆地入侵中枢神经系统!这项研究发表在了最新一期的《自然》杂志上。

在这项研究中,研究人员们一开始也将注意力放在了癌细胞对血脑屏障的直接攻击上。过去10多年来,我们花费了大量努力,寻找癌细胞穿透这层屏障的机制,却都以失败而告终。这会不会是因为我们的显微观察技术还不过关呢?

为了评估这个可能性,该研究中的科学家们尝试了一种新的观察技术。他们先用荧光标记了癌细胞,再将它们注射进小鼠的血管中。这样一来,只要像拍电影一样连续观察,就可以知道这些癌细胞是从哪里入侵的大脑。

▲癌细胞并没有通过预先设想的方式侵入血脑屏障(图片来源:《自然》)
▲癌细胞并没有通过预先设想的方式侵入血脑屏障(图片来源:《自然》)

但这项研究却意外地遭受了挫折。尽管我们能够清楚地看到这些癌细胞在体内的分布,却始终没有发现癌细胞穿透血脑屏障的瞬间。

“这非常令人困惑,”该研究的通讯作者Dorothy Sipkins教授说道:“这个过程应该是能被追踪的,但为何观察癌细胞入侵血脑屏障的过程如此困难?”

正当研究陷入僵局的时候,一个意外发现却给了这些研究人员们新的思路。同样是在小鼠实验中,他们发现一种潜在的抗癌分子,能有效地避免癌细胞入侵大脑。后续研究也确认,在药物的作用下,白血病癌细胞也都老老实实地待在动物的骨髓中。有趣的是,这款抗癌分子本身并不能穿透血脑屏障进入大脑或脊髓。也就是说,它并不是杀死了中枢神经系统里的癌细胞,而是从源头就阻止了癌细胞的进军。

那么从骨髓到中枢神经系统之间,究竟是什么机制让癌细胞得以转移?“当我们解剖开环绕脊髓的脊柱后,就看到了一个奇怪的现象:白血病细胞看起来就好像在通过什么通道,直接进入脊髓。“Sipkins教授补充道。

▲3D建模清楚地看到了癌细胞(箭头)入侵的迹象(图片来源:《自然》)
▲3D建模清楚地看到了癌细胞(箭头)入侵的迹象(图片来源:《自然》)

这个通道是一种被称为导静脉(emissary vein)的毛细血管,它们一端连接骨髓,另一端则能穿过血脑屏障,通往蛛网膜下腔。这种毛细血管的基底膜上表达有一种叫做粘连蛋白的分子,而白血病的癌细胞能利用这种分子,依靠自己身上表达的整合素,顺着这些血管入侵中枢神经系统。

“这是一条完全出乎意料之外的入侵道路。”Sipkins教授说道。就这样,过去的患者数据、解剖学结果、以及分子机制被完美地串联到了一起,而理解癌细胞如何入侵中枢神经系统,有望为这种疾病带来全新的治疗方案。举例来说,一款名为idelalisib的药物有望针对癌细胞入侵的这一机制,有效进行治疗。目前,它已得到了美国FDA的批准,治疗其他类型的白血病。而这一发现,则让我们看到了老药新用的希望。

▲本研究的图示(图片来源:Alisa Weigandt for Duke Health)
▲本研究的图示(图片来源:Alisa Weigandt for Duke Health)

我们感谢这些研究人员的发现,并期待这些新成果能拓展现有疗法的领域,帮助患者。

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