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有“癌症杀手”吗?

母乳喂养能保护婴儿免受癌症侵害,但没有人确切知道具体机制。因此,当 Catharina Svanborg 实验室的生物学家看到母乳杀死癌细胞时,他们知道自己有重大发现。

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七年前,当 Catharina Svanborg 和她的研究伙伴开始将母乳和癌细胞混合在一起时,她并不是为了寻找治愈癌症的方法;她是为了寻找一种对抗细菌的方法。然而,这位瑞典隆德大学的医生兼免疫学家发现,普通人乳中一种以前被认为是理所当然的成分,能促使所有被测试的癌细胞死亡。现在,Svanborg 必须证明她的发现,向谨慎的科学家们证明她这项惊人的发现是真实的。到目前为止,这并不容易。

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“这是一个极其重要的发现,既有趣又具有启发性,”美国国家癌症研究所乳腺癌研究员 David Salomon 说。“但这是新颖的,新颖性总是伴随着挑战现有教条的风险。很多时候,你会遇到那些目光短浅的人,他们就像一道砖墙。”

Svanborg 的实验室并非大型、引人注目的癌症研究机构,这一点也无济于事。事实上,它根本不是一个癌症实验室;她的专长是一个完全不同的领域——传染病。Salomon 说:“如果这项工作来自美国国家癌症研究所的一个知名实验室,记者会每天不停地打电话。科学家们会急于合作。但它来自一个国外的小实验室。这就像通用汽车公司与一个车库作坊的区别。”

如果真是这样,那这是一个你可以把你的保时捷开过去的车库。Svanborg 身材高挑,沉着冷静,专业至极,她领导着一支由敬业的年轻研究员组成的团队,他们加班加点地工作,以使他们的发现变得重要。随着研究的第一阶段终于完成,该团队决定向科学期刊发表一系列论文。很快,怀疑论者可能很难否认他们有重大发现。

隆德在冬天阴暗而荒凉。这是一个拥有95,000人口(其中近一半是学生)的中世纪小镇,坐落在瑞典的南端。小镇的中心矗立着一座十二世纪的教堂,其罗马式塔楼消失在阴沉的薄雾中。当偶尔有车辆缓慢地绕过小镇的公共绿地时,包裹严实的骑自行车者悄无声息地滑过。人们弓着身子抵御寒冷。远处,十七世纪的大学建筑用石头宣告着隆德作为斯堪的纳维亚历史学习中心的作用。

因此,离开市中心,突然看到现代化的砖石建筑:大学医院、图书馆、科学教室、实验室,这令人感到惊讶。大约七年前,正是在这里,她的学生 Anders Håkansson 带着令人困惑的消息冲进了 Svanborg 的办公室。他一直在用人类癌细胞、微生物和母乳做实验。(像实验鼠一样,癌细胞之所以成为流行的实验模型,是因为它们有标准化的实验室株系。在许多重要方面,它们的行为与其他人类细胞相似,并且可以在实验室培养皿中无限期地存活。)其目的是确定母乳作为一种极好的杀菌剂,如何阻止细菌感染其他细胞。但这次实验中的癌细胞表现异常。“它们的体积在缩小,”Håkansson 回忆道。“它们的细胞核在萎缩。出问题了。”

Svanborg 坐到显微镜前,立刻诊断出了问题。“癌细胞,”她以平静而审慎的语气宣布,“正在自杀。”

细胞一直都在自杀,这种现象称为细胞凋亡,身体通过它来清除衰老或不必要的细胞(参见第73页的“细胞凋亡”)。它们只是解体并被回收利用。然而,对癌细胞来说,自杀确实非常罕见。它们的决定性特征是无节制的繁殖。然而,不知何故,母乳诱导这些癌细胞自杀。

这种情况开辟了巨大的谜团——这让斯万博格欣喜若狂。“发现是科学的核心。如果你问我具体的目标,我无法说出。这个过程本身就足够引人入胜了。”斯万博格渴望深入探索母乳中到底是什么在杀死癌细胞。

“而且我总是希望新的信息能对需要它的人实用和有用,”她补充道,这体现了她作为医生的本能。仅仅了解基本机制是不够的——斯万博格想知道是否可以诱导细胞按需自杀:这项发现能否发展成为一种癌症疗法?

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这样做需要大量人力,而 Svanborg 实验室只有不到20人。大多数人已经参与了他们自己的传染病项目。“如果这是一个制药公司,你可以说,‘调动一批人来做这个,’”Svanborg 说。“但这是一所大学。这些是学生。如果他们已经有了论文项目,你就不能随意改变他们的重点。”

“你在这里有自由,”一位研究生说。“虽然我们仍在培训中,但我们是作为科学家工作的。Catharina 非常擅长提供反馈,但我们来决定要做什么实验以及如何做。”

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这也是他们的教授喜欢的方式:“我希望营造一个富有创造力的环境。我喜欢鼓励人们根据他们的个性和想法做出贡献。毕竟,这项癌症发现纯属意外。而意外的发生,恰恰是人们处于一个能激发创造力的环境中。没有人能定义它是如何发生的,但其中充满了快乐。”因此,当 Svanborg 决定攻克癌症时,她不能仅仅让同事们放下手头的项目来帮助她。这项任务将主要落在她和 Håkansson 两人肩上。

幸运的是,Svanborg 的大部分工作都为这项具体研究做好了准备。她和她的团队研究了上皮细胞的性质和功能,即哺乳期婴儿肠道内壁细胞与母乳接触的情况。他们也曾多次用母乳进行实验。他们已经证明,母乳在阻止肺炎球菌感染方面效果极佳,肺炎就是由肺炎球菌引起的,并且母乳喂养的儿童耳部和上呼吸道感染的发生率明显低于非母乳喂养的婴儿。

她的团队已经做了许多必要的前期工作。他们追踪了显示母乳也能预防癌症的研究(奶瓶喂养的婴儿患儿童淋巴瘤的相对风险高出九倍,患癌的风险也升高)。她想知道这种差异的原因。现在她掌握了可能提供答案的结果。“我们感到无比兴奋和热情,”她说。

两年多后,她的团队才觉得准备好与世界分享他们的发现。1995年8月,他们宣布母乳能杀死癌细胞,并确定了这种杀手,它原来是母乳中最丰富的蛋白质之一。它被称为α-乳清蛋白(简称α-lac),它有助于产生乳糖,即牛奶中的糖。许多科学家已经研究过α-lac,但没有人以前注意到过这样的事情。如果这种蛋白质能说服癌细胞自杀,它一定是漫画书中的超级英雄的微观版本,白天过着平静的生活,晚上则变身为一个英勇的犯罪斗士。事实上,正如Svanborg和她的同事们惊奇地发现,这种蛋白质正在进行着明显不具蛋白质特性的形状改变(见下文“蛋白质折叠”)。现在,它正向癌细胞提供了一个它们无法拒绝的选择。

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蛋白质折叠

蛋白质从细胞的装配线——核糖体上滚下来,形成由称为氨基酸的长链连接。氨基酸有20种不同的种类;蛋白质通常含有100到几千个以不同序列连接的氨基酸。这些连接就像字母表一样,拼出蛋白质的形状和功能。就像英语字母表中的26个字母可以形成几乎无限的单词集合一样,20种氨基酸结合起来可以拼出令人难以置信的蛋白质阵列。肌肉、皮肤、头发、软骨、抗体、酶和激素只是由蛋白质构成的一些结构。人体包含大约50,000种不同类型的蛋白质。

但作为一维链条,蛋白质是无用的。为了执行其各种功能,蛋白质会弯曲扭曲成复杂的三维形状。想象一下你手中揉搓一团纱线——缠结的团块类似于折叠的蛋白质。有些区域卷曲成环,有些则螺旋状。其他区域弯曲成发夹状,还有一些则压成褶皱的薄片,类似于手风琴和搓衣板。蛋白质依赖这些形状来执行其功能。它们的凹凸不平与蛋白质的环境相互作用。例如,消化酶将其折叠中的淀粉分子捕获,将它们置于将其分解成糖的化学物质附近。同样,抗体紧紧抓住入侵的微生物,同时召唤免疫系统更强大的力量来帮助。

然后是朊病毒——大脑中发现的蛋白质。朊病毒的正常功能尚不清楚,它们是疯牛病以及动物和人类类似脑部疾病的可能原因。朊病毒似乎通过从其正常的螺旋形状展开并聚集成相对坚不可摧的团块来导致破坏。由于尚未知的原因,这些团块周围的组织会死亡,在大脑中留下类似瑞士奶酪的孔洞。没有人知道是什么导致朊病毒改变形状。

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朊病毒是蛋白质改变形状以执行不同功能的戏剧性例子。α-乳清蛋白似乎是另一个。在其完全折叠状态下,它有助于产生乳糖并滋养婴儿,但当它部分展开时,它会迫使癌细胞破裂死亡。这些蛋白质以及其他一些蛋白质提供了生物学中一个标准教条必须被推翻的证据。根据旧的观点,一个DNA序列产生一个氨基酸序列,后者产生一个特定结构,执行一个功能。但现在生物学家必须认识到存在具有多种结构并执行多种功能的蛋白质。

“公认的科学规则一直是‘一种结构,一种功能’,”Svanborg 说。“但拥有多种功能对蛋白质来说是一种非常节能、经济的运作方式。” 对于大自然来说,这太实用而无法舍弃。 —P. R.

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这一发现还为母乳如何保护婴儿免受癌症侵害提供了一个可能的解释。Svanborg 推理,也许导致恶性肿瘤的异常细胞最初出现在婴儿体内。关键在于婴儿肠道内壁细胞的极速繁殖,这是其特征。其中一些细胞可能会失控增殖,这就是癌症。或者它们可能从未完全成熟或稳定下来,像定时炸弹一样潜伏在体内,随时准备爆发成肿瘤。Svanborg 说,经过转化后的 alpha-lac “不仅针对癌细胞,还针对所有未成熟、快速生长的细胞,而对成熟、稳定的细胞不予理会。”

因此,α-乳清蛋白可能在哺乳期儿童体内进行监视任务,清除潜在的恶性细胞,并鼓励正常生长的细胞成熟。由于肠道内壁是身体内部与外部世界危险的主要交汇点,也是免疫系统的总部,这种警惕性可能有助于儿童免疫防御系统的发展。


细胞凋亡

回收是自然之道,而细胞凋亡,或称程序性细胞自杀,是身体回收计划的关键。

所有健康细胞都有一种内置的自杀机制;它由从环境中接收到的信号激活。(相比之下,癌细胞不响应调节细胞死亡的环境信号。在癌细胞中,细胞凋亡机制短路,使细胞不受控制地生长。结果可能是被称为肿瘤的混乱细胞团块。)一旦激活,程序性细胞死亡机制会缩小细胞核,减少细胞液或细胞质,并剪断细胞的DNA。细胞 literalmente 分崩离析,裂解成其组成部分。

瑞典隆德大学的 Catharina Svanborg 及其团队,与斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院的科学家合作,正在研究 α-乳清蛋白如何启动癌细胞和其他未成熟细胞的自杀机制。他们现在知道这种蛋白质可以穿过细胞的外膜。一旦进入细胞内部,α-乳清蛋白可能会奔向细胞的能量来源——线粒体,或者它可能直奔细胞核,穿过核膜,直接到达 DNA。在那里,它可能会激活破坏 DNA 的酶,实际上是用分子剪刀剪断基因链,将其剪成碎片。

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那是一种设想。另一种可能的设想涉及线粒体。在细胞质中潜伏着一族不活跃、等待被激活的蛋白切割酶或蛋白酶,称为胱天蛋白酶。就像博尔吉亚家族一样,这一家族不可小觑。一旦被说服爆发行动,胱天蛋白酶可以杀死它们的宿主细胞。通过所谓的胱天蛋白酶级联,即一种酶接一种酶的顺序激活,胱天蛋白酶将蛋白质一片一片地切碎,最终导致细胞DNA的破坏。通过这样做,胱天蛋白酶级联杀死细胞——导致细胞凋亡。

线粒体可以唤醒这些沉睡的杀手。它们分泌一种叫做细胞色素c的物质,这种物质能激活一种信使蛋白,这种蛋白会附着在胱天蛋白酶上并将其唤醒。隆德和卡罗林斯卡团队已经证明,α-乳清蛋白可以促使线粒体释放细胞色素c。因此,α-乳清蛋白可能通过直接导致细胞核内DNA的破坏来诱导细胞凋亡,或者它可能通过线粒体激发产生自杀的胱天蛋白酶级联。Svanborg 与合作研究员 Anders Häkansson 就哪种策略是关键策略打了个赌。“他支持线粒体,”她说。“我押注细胞核。”—P. R.


这是一个令人兴奋的发现。但这种兴奋并未在癌症研究人员中得到体现。“高层对我们的研究……反应不一,”Svanborg 冷淡地说,“在我们的世界里,人们不会把事情当作事实接受,直到它们被反复证明。”寡言少语的 Håkansson 则更直言不讳:“即使有人理会,也往往持怀疑态度。”

然而,美国癌症协会拨款副总裁约翰·史蒂文斯确实注意到了。在阅读了 Svanborg 团队的研究论文后,他前往瑞典。“我以前不知道隆德大学,但我们发现 Catharina 和她的团队是非常有才华、非常敬业的研究人员,他们的工作引人入胜。”一笔20万美元的拨款使 Svanborg 的实验室成为美国癌症协会资助的唯一非美国实验室。

于是她重燃热情投入工作。“这笔资助给了我们认可,”Svanborg 说,“我们从默默无闻中走出来,癌症协会为我们盖上了质量的印章。现在,我们肩负着证明这是真实且可重复的重任。”

这项工作又花了四年时间。今年一月,Svanborg 发布了团队的最新研究成果,得到了新合作者的支持,包括来自斯德哥尔摩著名卡罗林斯卡学院和英国牛津大学的研究人员。这些研究解释了转化后的 α-乳清蛋白如何清除癌细胞和其他危险细胞,并在分子水平上对蛋白质进行了表征。他们还宣布,它不仅能杀死细胞,还能消灭肺炎球菌。Svanborg 对传染病有着长期兴趣,她对这一发现同样兴奋。她设想将 α-乳清蛋白用作预防感染的补剂。

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母乳的好处

母乳喂养的婴儿从母乳中获得的不仅仅是营养。美国儿科学会称母乳喂养是“喂养和哺育婴儿的理想方法”。母乳就像一种神奇的灵药,促进哺乳期婴儿的整体健康、生长和发育,同时显著降低感染风险。母乳喂养还可能与认知能力的发展有关。它能保护哺乳期婴儿免受一系列疾病的侵害,包括腹泻、下呼吸道感染、中耳炎、菌血症、细菌性脑膜炎、肉毒中毒、泌尿道感染、坏死性小肠结肠炎、婴儿猝死综合症、胰岛素依赖型糖尿病、克罗恩病、溃疡性结肠炎和过敏性疾病。当然,还有证据表明母乳可以预防淋巴瘤和癌症。

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多项研究表明,母乳喂养可能比配方奶喂养更能促进婴儿免疫系统更快成熟。例如,母乳喂养的婴儿在接种疫苗后会产生更高水平的抗体。动物研究表明,母乳喂养的新生儿肠道发育更快。

鉴于这些益处,美国儿科学会提出了一些强有力的建议

  • 对于几乎所有婴儿,包括早产儿和患病新生儿,母乳都是首选的喂养方式。

  • 母乳喂养应在出生后尽快开始,通常在第一小时内。

  • 新生儿只要表现出饥饿迹象——警觉性或活动增加、舔嘴或寻乳——就应该进行母乳喂养。

  • 除非出于医疗原因,否则不应给母乳喂养的新生儿补充任何物质(水、葡萄糖水、配方奶等)。应避免使用安抚奶嘴。

  • 母乳提供理想的营养。它是婴儿在头六个月获得最佳生长发育所需的一切。

母乳喂养也有助于母亲。哺乳会使子宫收缩,导致产后出血减少,产后数月月经失血减少。哺乳期妇女比不哺乳的妇女更早恢复到怀孕前的体重。哺乳能增强骨骼强度(导致绝经后妇女髋部骨折减少),并降低卵巢癌和绝经前乳腺癌的风险。最后,母乳喂养是最好的避孕方法之一。它能延迟哺乳期妇女排卵的恢复。

尽管有这些好处,在某些情况下应避免母乳喂养。母亲可以通过母乳将有害药物和活动性感染传染给孩子。结核病和艾滋病就是主要例子。患有半乳糖血症的婴儿不应进行母乳喂养。他们无法处理母乳中的一种糖,可能导致智力迟钝。—P. R.

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该团队为这种新蛋白质取了一个名字:HAMLET,意为“人α-乳清蛋白使肿瘤细胞致死”(Human Alpha-lactalbumin Made LEthal to Tumor cells,非常适合一位通过改变自身性质采取致命行动的斯堪的纳维亚英雄)。他们现在知道了这种蛋白质如何转化为癌症杀手。其中一个关键因素是其周围环境的酸度。当Svanborg最初准备牛奶倾倒在细胞上时,她在溶液中加入了酸,希望能分离出微生物阻断剂。她不知道这种酸浴,就像某种魔法药水一样,会将温顺的α-乳清蛋白转化为HAMLET。但仅仅是酸还不够。还需要另一个神秘的因素。结果,那也是牛奶本身的一种成分。(该实验室尚未公开其身份)。

想象一位母亲正在给她的婴儿哺乳。她的乳汁中含有普通产乳糖形式的α-乳清蛋白。它还含有大量的神秘成分。乳汁流入孩子的消化道,在那里它遇到了与产生乳汁的乳腺截然不同的环境。婴儿的胃里充满了强大的消化酸。事实上,它几乎与Svanborg和Håkansson实验中将α-乳清蛋白转化为杀癌形式的乳汁溶液的酸度完全相同。孩子肠道中的酸性环境可能促成了关键的形状变化,将α-乳清蛋白转化为HAMLET。

现在团队可以生成基因工程改造的 HAMLET,他们可以对其进行修改,帮助他们了解其结构部件的功能。“这意味着我们知道我们在做什么,”Svanborg 说。“我想人们会开始将其视为事实。”

“我的预测是,”史蒂文斯赞同道,“随着目前的出版物,这项研究的兴趣将会增加。人们会认为这是真实、新颖且重要的。”

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在等待科学界反应的同时,团队正在探索如何将 HAMLET 转化为可用的癌症和细菌感染治疗方法。在一个湿冷的1月之夜,这成为了 Svanborg 家晚宴上的话题。“我们经常在这里工作,”Svanborg 说。“我们把家作为实验室的延伸。”这座舒适的小屋,白色的石膏墙和宽大的木板地板,距离大教堂只有几步之遥,挤满了人,窗户上蒙着雾气。

团队直接从实验室过来,因为长时间工作是他们目前的常态。安德斯·哈康森和研究生马林·斯文森、技术员安-克里斯汀·莫斯伯格、化学家萨拉·林瑟,以及新同事、医生兼免疫学家汉斯·贝尔弗拉奇都在这里。他们挤在斯万博格的餐桌旁,享用大比目鱼砂锅、面包和红酒,甜点是蓝纹奶酪挞和葡萄。(“卡塔琳娜的这张桌子已经很久了,”活泼的斯文森说,她找到了HAMLET的秘密成分。“学生们已经在这里和她一起写论文很多年了。如果这张桌子会说话就好了……”)

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“HAMLET看起来如此出色和令人兴奋,”贝尔弗拉奇一边喝着咖啡一边说。“但我们需要考虑其优缺点。”贝尔弗拉奇身材高大,神色严肃,像年轻的马克斯·冯·叙多夫在早期伯格曼电影的荒凉风景中阔步前行。斯万博格已委托他负责将这项发现引入临床试验。

第一步是在动物身上测试 HAMLET 作为肿瘤杀手。Svanborg 和她的团队希望,由于 HAMLET 是一种天然物质,它可能不像许多其他抗癌药物那样有毒。他们已经在小鼠身上进行了试验,小鼠耐受了非常高的剂量,没有任何副作用。

如果动物试验顺利,接下来的试验将在人类身上进行,这个过程包括三个阶段——第一阶段是为了安全,第二阶段是为了观察这种蛋白质是否能在有限数量的人身上杀死癌细胞,最后阶段是在大量人群中推广。这可能需要数年时间。Svanborg 说:“然后,一家大型制药公司必须相信这值得他们的投资。但如果我们能证明 HAMLET 有效,我想没有一家大型公司会拒绝。”

“这是一种能杀死大量肿瘤细胞的物质,我们测试过的每一种癌症它都能杀死,”斯文森说,“肺癌、喉癌、肾癌、结肠癌、膀胱癌、淋巴瘤、白血病,还有肺炎球菌。”

“那是一个非常大的优点,”贝尔弗拉奇说。

“但实验室里的癌细胞不一定能反映人体肿瘤的反应,”Håkansson 提醒大家。

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“那可能是一个缺点,”贝尔弗拉奇同意道。“唯一知道的方法就是人体试验。也许很快就能进行一项小规模的初步安全研究,可能在六个月内。我们不想等好几年。”

Svanborg 对着围坐在她桌旁的团队微笑着。这是她享受的生活——努力推动她的同事们,因为他们正准备揭开 HAMLET 神秘和魔力上的又一层面纱。“当我们开始在这个小镇、在这个世界边缘的小国家进行研究时,很少有人知道。现在这个巨大的机会降临到我们身上,我们想让全世界都知道。”

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