鑽石舞台

轉移瘤是癌症最大的致死原因，但它只出現在癌症後期。科學家瞄準了轉移瘤形成必經的血液系統，利用液體活檢捕捉其中極少的惡性腫瘤細胞和ctDNA，其中蘊藏的信息或將徹底革新癌症治療。

在這篇節選自《環球科學》4月新刊的文章中，卡特琳·阿利克斯-帕納比埃、奧利維耶·帕納比埃和克里斯蒂安·錫亞卡將為我們介紹液體活檢技術，以及它在轉移瘤的篩查和治療中顯示出極大的潛力。這項技術有利於儘早發現轉移的癌細胞，並獲得更好的治療效果。

2020年，全球近1000萬人因癌症而死亡。到2030年，全球的癌症患者預計會超過2600萬，因癌症死亡的人數也會達到1700萬。

癌症的病理症狀與癌細胞在一個組織或器官中大量無序的增殖有關，如果癌症能越早得到診斷，治療的效果也會越好。但如果發生了癌症轉移，也就是說從原發性腫瘤上脫落的癌細胞轉移並形成了繼發性腫瘤，癌症往往就無法治癒。據調查，超過99%由癌症導致死亡的案例並不是死於原發性腫瘤，轉移瘤才是罪魁禍首。

因此，了解促使原發性腫瘤上的癌細胞脫落、轉移到其他器官並定植的各個過程，可以幫助更好地理解癌症的擴散，識別潛在的治療靶點。為了研究癌症的擴散過程，研究人員和臨床醫生在近20年的時間裡開發了一種新的方法，這種方法能夠綜合檢測患者血液中的癌細胞、DNA或其他由腫瘤產生並進入血液的物質。

在講述這些進展之前，我們需要先了解一下關於惡性腫瘤和轉移瘤的基礎知識。大部分癌症都屬於實體瘤，即一團癌細胞聚集在一個組織或器官內，例如乳房、前列腺、直腸和肺等。原發性腫瘤所在的病灶部位會長出新的血管，能支持腫瘤生長。隨後，出於各種機制（包括黏附蛋白表達降低或裂解酶的釋放減少等），一些癌細胞會變得比其他癌細胞更為兇險，能從原發性腫瘤上脫落。這些癌細胞具備轉移和入侵能力，它們會進入人體的血液和淋巴系統，單獨移動或組成小團抵達其他器官（如骨髓、肝臟、肺和大腦等），並在那裡建立新的癌症位點，從而形成微轉移瘤。

這些癌細胞原本是循環腫瘤細胞，定植後就成了播散腫瘤細胞。它們在新的環境中繁衍生息，或者連續多年保持休眠狀態，甚至可能會在原發性腫瘤經手術切除很久後存活。

當腫瘤擴散時

播散腫瘤細胞有時會在一個位點發展，長出肉眼可見的轉移瘤。但是，播散腫瘤細胞也可以再次以循環腫瘤細胞的形式進入血液，播散、定植在其他器官形成二次轉移，甚至能回到原發性腫瘤的位置，形成惡性轉移瘤。

在許多不同類型的癌症中，骨髓似乎都是播散腫瘤細胞偏愛的器官。當腫瘤細胞遷移並在其他器官定植時，骨髓通常是它們的儲藏庫。以前的癌症學家為了了解調控播散腫瘤細胞的生物學機制，會抽取患者的骨髓樣本進行研究。但這種操作具有侵入性，會給患者帶來很強的疼痛感。如今，更好的方法是通過血液檢測循環腫瘤細胞，這不僅能研究和評估腫瘤的發展，還能為預後評估和治療隨訪提供更可靠的信息。

這種新方法是一種非侵入性的血液檢測手段，也叫做液體活檢，極其靈敏，操作方便且能多次反覆使用。最重要的是，該方法能夠隨時檢測來自原發性腫瘤或轉移瘤的循環腫瘤細胞。液體活檢的概念是由卡特琳·阿利克斯-帕納比埃（Catherine Alix-Panabières）與德國漢堡大學醫療中心的克勞斯·潘特爾（Klaus Pantel）在2010年共同提出的。在這種新方法中，液體活檢的適用範圍被進一步擴大，能用於檢測循環腫瘤DNA（ctDNA）、外泌體（exosome）、循環微小RNA（miRNA）和血小板，以及由患者的免疫細胞構成的血液循環微環境。

一種叫做液體活檢的新方法。

在具體的操作中，首先需要一次抽血取樣，再將血細胞、循環腫瘤細胞與血漿分開。血漿是血液中的液體成分，從中可以檢測出已死去的腫瘤細胞的ctDNA。如今我們已經擁有超靈敏的檢測方法，能從血漿中來自正常細胞、數量龐大的DNA庫中找出微量的ctDNA，並識別出其中的基因突變和其他變異。這種方法能提早檢測出癌症或癌症復發。

現在回到循環腫瘤細胞上。在癌症患者的血液中，循環腫瘤細胞的數量非常少：在7.5毫升血液中僅有1~10個癌細胞。為了能檢測這些細胞，分離和擴增這些細胞的DNA是必不可少的。這個擴增過程需要用到多種技術來分離不同的細胞。隨後得到的樣本中仍然含有大量的血細胞，因此有必要將其中的循環腫瘤細胞進一步分離出來。

識別循環腫瘤細胞有兩種主要的方式：檢測這些細胞特有的蛋白質或信使RNA（mRNA）。CellSearch技術是美國食品和藥品管理局（FDA）唯一批准的檢測循環腫瘤細胞的方法，由意大利梅納里尼硅生物系統公司經銷。這種方法是藉助特異性抗體識別癌細胞的上皮細胞黏附分子（EpCAM）並標記，從而使這類細胞在熒光下可見。

阿利克斯-帕納比埃是罕見人體循環細胞實驗室（LCCRH）的負責人，她的實驗室每天都會用到2套CellSearch系統。此外，從2002年起，該實驗室還一直在使用一種名為Epispot的體外測試技術，但它只能檢測活的循環腫瘤細胞。如今，LCCRH正在和巴黎高等物理化工學院（ESPCI Paris）合作，試圖優化這種尖端技術，實現對單個細胞的檢測。Epidrop是由Epispot衍生出的新一代技術，它能逐個識別液體微滴中的循環腫瘤細胞。未來，藉助這種創新技術，我們或許能快速評估藥物對這些癌細胞的影響，並建立一個檔案，記錄它們對每種給定藥物的敏感性。

識別腫瘤幹細胞

一直以來，很多研究團隊都試圖開發一套標準的操作方法，用於體外培養來自晚期實體瘤（如乳腺癌和前列腺癌）患者的循環腫瘤細胞。這樣做是為了識別其中最具侵襲性的循環腫瘤細胞類群——它們能夠自行更新，是導致患者出現轉移瘤的罪魁禍首。這類細胞被稱為腫瘤幹細胞，要通過目前的技術來識別，還存在很大的挑戰。

為了提取這些細胞，研究人員需要在適當的營養介質中培養循環腫瘤細胞系，或者將這些細胞接種到免疫缺陷小鼠體內，誘導它們患上人源腫瘤。2013年，LCCRH首次培養出了9個穩定的結腸癌循環腫瘤細胞系，它們來自同一名轉移性結腸癌患者的血樣。這些細胞的基因表達譜和循環腫瘤細胞的特徵相吻合，與結腸癌原發性腫瘤和繼發性腫瘤中的癌細胞都大不相同。由此，LCCRH擁有了全球獨一無二的實驗材料：能夠轉移的循環腫瘤細胞系。

接下來，最主要的任務是理解這些細胞內在的工作機制（即特殊的信號通路）。LCCRH的多名研究者正在和漢堡大學醫療中心的團隊合作研究這個方向。最終，這些研究將有助於找到合適的藥物，以消滅導致轉移瘤的細胞。

癌症治療革命

可以說，循環腫瘤細胞研究在基礎癌症學研究中占據了很重要的位置，它有助於了解轉移瘤是如何形成的。但相比之下，在醫療實踐中檢測循環腫瘤細胞存在更多的挑戰。近期幾項關於乳腺癌或前列腺癌的研究表明，液體活檢或有望為癌症治療帶來一場革命。

如今，醫生在為患者確定療法時，主要是依靠對原發性腫瘤的分析，包括分析其基因表達或者特定分子靶點的表達狀態。但許多研究證明，轉移瘤的表型和基因型都不同於原發性腫瘤中的大部分細胞。因此，直接分析循環腫瘤細胞可以帶來額外的有效信息。

在乳腺癌和前列腺癌的治療中，液體活檢已經能夠識別治療靶點，揭示患者對治療方法出現耐藥性的原因。約有20%的乳腺癌患者都存在HER2基因的過表達，這使這種癌症具有更強的侵襲性，也更容易發生轉移。這種癌症通常使用曲妥珠單抗（trastuzumab）治療。這是一種單克隆抗體，能特異性靶向HER2蛋白的編碼基因。但有大量數據表明，即使在同一個乳腺癌轉移的患者體內，原發性腫瘤和循環腫瘤細胞中HER2蛋白的表達程度可能並不一致。在一次分析測序中，即便患者的原發性腫瘤顯示為HER2陰性（體內HER2基因正常表達），其循環腫瘤細胞中也可能存在HER2基因過表達的情況，即HER2陽性。因此，如果為這名患者選擇適合HER2陰性的療法，他體內的循環腫瘤細胞就有可能逃脫，而它們正是引發轉移瘤的癌細胞。

目前，針對循環腫瘤細胞檢測為HER2陽性的患者，學界開展了兩項臨床試驗：測試單獨使用抗HER2蛋白的靶向療法和一種將其與化療聯合使用的療法。其中一項是由德國烏爾姆大學的沃爾夫岡·亞尼（Wolfgang Jani）領導的Detect III臨床試驗，另一項是由法國居里研究院的弗朗索瓦-克萊芒·比達爾（François-Clément Bidard）和讓-伊夫·皮爾加（Jean-Yves Pierga）共同領導的CirCe T-DM1試驗。

研究人員在激素依賴性乳腺癌患者體內也發現了相似的情況。在2013年發表的一項研究中，潘特爾和同事研究了一組患有轉移性乳腺癌，且原發性腫瘤為雌激素受體陽性的患者，分析了她們循環腫瘤細胞上雌激素受體的表達情況。在這些患者體內，循環腫瘤細胞常常不表達這種受體。從原發性腫瘤到循環腫瘤細胞，雌激素受體從活躍表達狀態過渡到關閉狀態可能是導致這些患者體內的癌細胞逃脫激素治療、發展出轉移瘤的原因之一。

第三個例子是PD-L1蛋白和免疫系統之間的相互作用。免疫系統發揮着保護機體的作用，有着十分複雜的組成，包含多種細胞、組織和器官。癌細胞是不正常的細胞，因此免疫系統會對其發起攻擊，以免機體被侵襲。腫瘤細胞有時會通過多種方式逃脫攻擊，比如它們會用血小板覆蓋自己，以免被免疫系統中的自然殺傷細胞發現；它們還能表達一些分布在細胞膜表面的蛋白質，保護其不受巨噬細胞的吞噬作用影響。

值得注意的是，腫瘤細胞可能通過表達PD-L1蛋白來逃脫T細胞的攻擊。這種蛋白質能夠與T細胞表面的受體PD-1結合，使T細胞不會對它們發起攻擊。PD-L1/PD-1的結合能讓T細胞無法發揮功能，但同時也構成了一個治療靶點：通過免疫療法阻斷PD-L1和PD-1的相互作用，能夠避免T細胞因接觸腫瘤細胞而失活，恢復其摧毀腫瘤細胞的能力。

藉助CellSearch系統，阿利克斯-帕納比埃的團隊在2015年首次分析了16名轉移性乳腺癌患者，發現他們的循環腫瘤細胞為PD-L1陽性（表達PD-L1蛋白）。大多數患者都含有一個PD-L1陽性的循環腫瘤細胞亞群，這類細胞具備逃脫T細胞攻擊的潛力。與此同時，英國劍橋大學的拉扎·阿里（Raza Ali）團隊證明，在患有同類型癌症的患者身上，PD-L1蛋白很少在原發性腫瘤中表達。其他同行也發現了相似的結果。

這些差異可以從兩個方面來解釋：原發性腫瘤中可能早就存在PD-L1表達陽性的腫瘤細胞，但由於它們數量太少，沒有被常規的組織活檢技術檢測出來；或者腫瘤細胞從原發性腫瘤上脫落下來或者轉移到血液中的時候，獲得了表達PD-L1的能力。

2020年，法國蒙彼利埃癌症研究所的威廉·雅科（William Jacot）團隊和阿利克斯-帕納比埃一同證明，在統計學上，乳腺癌患者血液中存在PD-L1陽性循環腫瘤細胞與他們的生存率下降相關。但在原發性腫瘤為PD-L1陽性的患者群體中，並不存在這種相關性。2021年，有科學家研究了肺癌患者，獲得了相似的研究結果，這些發現證實了免疫療法的治療潛力。

總而言之，檢測表達PD-L1蛋白的循環腫瘤細胞可以讓我們更好地理解腫瘤細胞逃脫免疫系統攻擊的策略，篩選出更適合接受免疫療法的患者，收集患者的預後信息以及研發出針對該生物標誌物的新型靶向療法。

癌症治療革命

在過去十年中，科學界對液體活檢產生了極大興趣。這種技術有望準確而及時地反映腫瘤的發展，識別那些最有侵襲性的癌細胞亞群，幫助臨床醫生選擇靶向療法，實現對所有實體瘤患者的個性化治療。

儘管目前已有多種技術正在應用，但腫瘤學家仍然無法從中找到一種標準檢測工具。一些研究團隊和他們產業界的合作夥伴正在盡最大的努力，儘快發布穩定且可量產的檢測技術，以推動循環腫瘤細胞或ctDNA的檢測（二者是液體活檢中最典型的生物標誌物）。

因此，學界需要儘快提出一套循環生物標誌物組合，用於定義癌症的狀態、來源和發展進程，從而引導臨床做出適合每個患者的治療決策。在這樣的背景下，歐洲的Prolipsy項目獲得了法國ARC癌症研究基金會提供的支持，研究如何通過液體活檢分析循環腫瘤細胞、ctDNA和外泌體，並將它們結合起來，實現對前列腺癌的早期檢測。這項研究的目標包括識別更具浸潤性的癌細胞，選擇個體化的治療方案以及評估癌症復發的風險。

想要將液體活檢應用於臨床，還必須事先開展更多的臨床前研究。法國的CTC Metabreast項目就是一個很好的案例。這個項目的相關成果於2020年發表，首次在全世界範圍內證明，在臨床中檢測循環腫瘤細胞，能最有效地幫助醫生為轉移性乳腺癌患者確定合適的治療方向（化療或激素療法）。此外，自2019年起，阿利克斯-帕納比埃帶領的研究團隊和法國聖路易醫院的斯特凡納·庫林（StéphaneCuline）一同進行了一項新的臨床干預性研究，目的是證明檢測循環腫瘤細胞能促進轉移性前列腺癌的臨床治療。

美國麻省理工學院每年都通過《麻省理工科技評論》發布一個清單，列出未來幾年即將發生的技術革命。液體活檢和精準醫療分別於2015年和2020年入選這一清單。《自然》期刊也在2020年12月將液體活檢列為未來20年的重大課題之一。可以確信，在下一個十年中，這兩個領域的發展將是生物學和醫學領域的重中之重。