医学博士亚历杭德罗·古铁雷斯(Alejandro Gutierrez)在波士顿儿童医院(Boston Children‘s Hospital)的奖学金期间接受白血病治疗，十多年后仍然困扰着他。一名15岁男孩死于他所服用毒品的毒性;另外两名患者在白血病复发后才进行整个治疗。“这确实引起了对现状的深深挫败，”古铁雷斯回忆道。“从那时起，它激励了我在实验室里所做的一切。”

Gutierrez现在是血液学/肿瘤学部的研究员，他的任务是弄清楚为什么白血病治疗会治愈一些患者，而不是其他患者。在今天的癌症细胞问题中，他和15位同事报告了两个重要方面的进展：他们阐明了白血病细胞如何对药物产生抗药性，他们描述了两种药物联合使用可以如何克服这种阻力，为成千上万的人提供新的希望。患有白血病的儿童和成人

血液的癌症

儿童和青少年中最常见的癌症形式，白血病影响血液和骨髓，大多数血细胞都是由血液和骨髓制成的。有许多类型的白血病，以不同的方式影响不同的血细胞，但它们都是从导致细胞快速生长的基因突变开始的。随着白血病细胞的繁殖，它们挤出正常细胞，阻止它们在体内发挥作用。除非成功治疗，否则白血病可导致贫血，严重疲劳，免疫系统瘫痪，最终导致死亡。

近几十年来，在治疗白血病方面取得了稳步进展。今天，约64%的患者 - 约80%的儿童 - 在诊断后活了五年或更长时间。但有些患者对治疗反应不佳。

“我们对这些患者的治疗方法是提高治疗强度。我们基本上将孩子带到死亡的边缘，然后让他们康复，”古铁雷斯说。“这种做法让我们走了很长的路，但我认为我们现在已经达到了极限。”

破解抗药性之谜

要超越这个极限，就需要打开耐药性的神秘面纱，大约20%的白血病患儿会出现这种神秘感 - 超过50%的成年人。这是白血病仍然死亡的最大原因。

像众所周知的微生物抗生素抗性问题一样，白血病的耐药性正在发挥作用。当患者开始治疗时，药物通常会杀死大部分白血病细胞。然而，偶然的机会，少数细胞可能具有使其不受药物影响的基因突变。由于自然选择 - “适者生存” - 这些抗性细胞繁殖，取代了他们脆弱的兄弟，并最终使该药物无用。

在少数情况下，从第1天开始就出现耐药性，因为所有白血病细胞都已经配备了抗性基因。“当你看到其中一个案例时，它会非常引人注目，”古铁雷斯说。“对治疗没有任何反应。”

到目前为止，这在分子水平上如何发生仍然是一个难题。什么特定的遗传变化赋予白血病细胞抗性，这些变化如何使他们摆脱毒品?为了解决这个问题，Gutierrez和他的同事专注于儿童白血病治疗的主要支柱之一，一种叫做天冬酰胺酶的药物，以及它对一种叫做天冬酰胺的氨基酸的影响。

芦笋和氨基酸

天冬酰胺(首先从芦笋汁中分离出来)是人类细胞用作构建块的20种氨基酸之一，用于构建能够完成大部分生命事务的蛋白质。虽然必须从饮食中吸收，完全形成某些氨基酸，但天冬酰胺是正常的健康细胞可以从其他分子构建的氨基酸。但由于原因尚不清楚，白血病细胞通常无法做到这一点。他们必须从血液中吸收天冬酰胺。

这就是天冬酰胺酶的用武之地。天然酶，它可以分解血液中的天冬酰胺。由于缺乏这种重要的氨基酸，大多数白血病细胞死亡，而正常细胞基本上不受影响。因此，在过去的40年中，天冬酰胺酶越来越多地被用作治疗白血病的药物。

然而，不知何故，在古铁雷斯博士的儿科患者中，约有20%的白血病细胞存活天冬酰胺酶。怎么样?

寻找抗性基因

为了找到答案，Gutierrez在波士顿儿童医院，Broad研究所和Dana-Farber癌症研究所的合作者的帮助下开展了一项雄心勃勃的研究。该论文的第一作者是来自德国汉诺威医学院的访问学者Laura Hinze。Hinze于2017年秋季来到波士顿儿童俱乐部，打算只逗留几个月。“但该项目结果非常好，因此我认为留下并完成它是有道理的，”她说。

Gutierrez-Hinze团队将称为CRISPR的基因编辑技术应用于一组对天冬酰胺酶具有抗性的人类白血病细胞。他们一个接一个地淘汰了所有细胞的基因。接下来，他们测试了基因改变的细胞，看看哪些细胞现在被药物杀死了。通过这种方式，他们确定了导致抗药性的基因。

他们发现耐药性白血病细胞通过蚕食细胞内的蛋白质来克服血液中天冬酰胺的缺乏，将它们分解以释放出这种稀缺的氨基酸。

正如骆驼的驼峰提供了动物在食物稀缺时可以吸收的脂肪储存，白血病细胞将自己的蛋白质作为资源来处理“如果它们正在挨饿并且需要更多的构建块，”古铁雷斯说。“为了治愈癌症，他们正在收获天冬酰胺。”

清晨，深夜有140只老鼠

这一过程的关键是一种名为GSK3的酶，它通过关键信号通路控制细胞内蛋白质的分解。知道这一点给Gutierrez和Hinze一个想法：“如果我们可以瞄准他的途径，理论上我们可以杀死白血病细胞，对正常细胞的影响最小。”

为了验证这一理论，他们求助于Broad研究所的Florence Wagner博士和Dana-Farber癌症研究所的医学博士Kimberly Stegmaier，他开发了一种阻断GSK3作用的药物。

使用这种GSK3抑制剂，Hinze将抗药性白血病细胞注射到140只小鼠中，然后每天两次用不同药物治疗12天。“她花了很多清晨和深夜治疗这些老鼠，”古铁雷斯说。

Hinze将小鼠分成四组。一组没有得到治疗;第二个单独使用天冬酰胺酶;第三种是GSK3抑制剂，第四种是天冬酰胺酶和GSK3抑制剂。

结果令人震惊：前三组小鼠在治疗完成后很快就死了 - 在某些情况下 - 之前。但是，给予这两种药物的老鼠一起生活了四倍 - 如果治疗继续下去，可能会活得更久。

两个因素比一个好

古铁雷斯称这个实验是一个两个因素的戏剧性例子，这两个因素共同产生的影响既不能单独实现 - 科学家称之为“合成致死率”。

“单独使用天冬酰胺酶对抗性细胞没有任何作用，同样，单独的GSK3抑制剂对它们没有任何作用，”Gutierrez说。“但是当你把它们放在一起时，细胞已经死了。”

同样重要的是，双药方案对小鼠的正常细胞几乎没有影响，这表明它可以作为一种治疗方法得到很好的耐受。

Gutierrez仍然每周花费大约一天治疗患者，他们急于测试这种双药治疗方法。他希望一旦获得人类版本的GSK3抑制剂就可以开展临床试验。一些制药公司已经在开发此类药物，但古铁雷斯无法说明何时开始试验。“这很难预测，完全不受我们的控制，”他说。“但希望在不久的将来。”

更广泛的含义

古铁雷斯希望这一发现将降低来自Dana-Farber /波士顿儿童白血病的儿童对天冬酰胺酶的抵抗力。除此之外，他相信他的团队的方法将激励其他研究人员寻找抗其他白血病药物的原因，每一项新发现都会提高目前疗法无法帮助的患者的生存几率。

该发现还可以为通过目前治疗治愈的白血病患者提供毒性较小的替代方案。这很重要，因为一些白血病药物几十年后会产生严重的副作用。

“有时你会完成整个事情，你的白血病会被治愈，然后五年，十年，二十年后你会有一个晚期效果 - 例如，心脏衰竭，”古铁雷斯说。“因此，对于治愈的患者，我希望这实际上能够替代一些标准治疗中毒性最大的因素。”

最后，Gutierrez指出，该团队并不完全理解为什么双药治疗会严重打击白血病细胞，同时在很大程度上保留正常细胞。“我们实际上对这个问题非常感兴趣，”他说。“如果我们能理解这一点，我认为这种方法很有可能在与白血病有关的许多其他类型的癌症中广泛使用。”