黄灿华教授 实验室

Cell | 26年后的重构:当癌症的“金科玉律”迎来了第四个维度


引言


在生命科学中,很少有文献能像“癌症的特征”(Hallmarks of Cancer)那样,成为一代又一代研究人员心中的航标。

时光回溯到2000年,Douglas Hanahan 与 Robert Weinberg 首次提出了癌症的六大特征,为混乱无序的肿瘤生物学建立了一个优雅的逻辑框架。2011年,他们再次联手,将这一版图扩展至十大特征。这不仅仅是知识的更新,更是我们理解这种复杂疾病的思维范式转换。
现在,时间来到了2026年1月。距离最初的里程碑已过去26年。Douglas Hanahan 在Cell上以独立作者身份发表了题为《Hallmarks of cancer—Then and now, and beyond》的重磅综述。这一次,他不再仅仅是做加法。面对过去十五年单细胞测序、空间组学和免疫疗法带来的数据洪流,Hanahan 试图将这些碎片重新熔铸,提出了一个更为宏大的“四维模型”。

模式图(Credit: Cell


维度一:核心能力的进化与“叛逆”的代价

癌症之所以成为癌症,是因为它们获得了一系列正常细胞所不具备的功能性能力(Functional Capabilities)。在最新的综述中,Hanahan 将这些能力整合为九大类。这并非简单的罗列,每一项能力的背后,都是对生命基本规则的巧妙篡改。

我们首先要谈论的,依然是那最为根本的特征——持续的增殖信号(Sustaining Proliferative Signaling)。这是癌症扩张的基石。在过去的几十年里,我们已经通过大量数据确认,这种能力的获得主要依赖于原癌基因的突变。在此次更新的数据中,Hanahan 特别指出了几个令人瞩目的数字:在人类肿瘤中,KRAS 基因的突变频率约为30%。然而,当我们把目光聚焦到特定癌种时,这个数字变得惊人——在胰腺腺癌中,KRAS 突变率高达90%,结直肠癌为50%,肺腺癌为35%

这告诉我们什么?这不仅仅是一个统计学数字,它意味着在胰腺癌这类“癌中之王”中,持续的增殖信号几乎完全依赖于单一通路的过度激活。除 KRAS 外,MYC 基因的扩增或重排出现在40%的人类肿瘤中。作为一个调控数千个基因的转录因子,MYC 的异常不仅仅是油门的卡死,更是整个细胞代谢和生长程序的全面紊乱。

与增殖相对应的,是逃避生长抑制(Evading Growth Suppressors)。如果说原癌基因是油门,那么抑癌基因(Tumor Suppressors)就是刹车。而在癌症的演化史中,最昂贵的代价莫过于失去 TP53全基因组测序分析显示,TP53 突变出现在约40%的癌症中。更有趣的是,在这些突变中,60%至70%是错义突变。研究人员发现,这些突变不仅仅是简单的“功能丧失”(loss-of-function),某些特定的突变体甚至获得了促进肿瘤的“功能获得”(gain-of-function)特性。这意味着,一个坏掉的刹车片,不仅不能刹车,反而在帮着踩油门。

然而,在这个维度中,最新的变化来自于对表型可塑性(Phenotypic Plasticity)的独立认证。在2000年的版本中,这并没有被单独列出。但现在的证据表明,解锁表型可塑性是癌细胞应对压力、逃避治疗的关键手段。

我们观察到了两大类可塑性:

一是“谱系内可塑性”(intra-lineage plasticity),癌细胞退回到一种类似干细胞的状态,或者是“去分化”。

二是“跨谱系可塑性”(trans-lineage plasticity),最典型的例子就是上皮-间充质转化(EMT)。但 Hanahan 提醒我们,这并非是非黑即白的二元转换,而是一个包含多种混合状态的连续谱。甚至在某些情况下,上皮细胞可以转化为神经内分泌细胞,或者血管内皮细胞。这种变色龙般的能力,使得单一靶点的治疗往往在初期有效,却最终因癌细胞“换了马甲”而失效。

维度二:赋能特征——不仅仅是突变

如果说上述功能性能力是癌症“做什么”,那么赋能性表型特征(Enabling Phenotypic Characteristics)则解释了癌症“凭什么”能做到。

长期以来,基因组不稳定性(Genomic Instability)被视为癌症的根本驱动力。数据支持了这一点:绝大多数癌细胞都存在染色体的不稳定。端粒酶逆转录酶(TERT)启动子的突变在所有人类肿瘤中的平均频率约为15%,但在胶质母细胞瘤和膀胱癌中这一比例激增至约80%,在黑色素瘤中约为60%。这种突变使得癌细胞能够通过维持端粒长度来实现永生化(Replicative Immortality)

但是,2026年的这篇综述将光芒投向了一个曾经被忽视,如今却显得至关重要的领域——非突变性表观遗传重编程(Non-mutational Epigenetic Reprogramming)

这或许是近年来癌症生物学最大的范式转变之一。我们过去认为癌症是一种纯粹的遗传病(Genetic Disease),是DNA序列改变的结果。但现在的证据表明,表观遗传的改变——即在不改变DNA序列的情况下改变基因表达——是一个独立且强大的赋能特征。这种重编程在儿童肿瘤中表现得尤为明显,某些儿童肿瘤甚至找不到任何反复出现的驱动突变,它们完全是由表观遗传调控的紊乱驱动的。这意味着,不仅是硬件(DNA)坏了,软件(表观基因组)的崩溃同样可以导致系统的死机。

在这个维度中,另一个引人注目的新成员是多态性的微生物组(Polymorphic Microbiomes)。虽然我们早就知道幽门螺杆菌与胃癌的关系,但现在的概念已远超于此。微生物组不仅存在于肠道,也存在于皮肤、肺,甚至是肿瘤内部。不同的微生物群落构成(多态性)可以显著影响癌症的发生、发展以及对免疫治疗的反应。

维度三:肿瘤微环境中的“帮凶”图谱

Hanahan 在2000年时曾将肿瘤比作“原本正常的细胞变坏了”。但现在,他更倾向于将肿瘤描述为“法外器官”(Outlaw Organs)。在这个器官中,癌细胞只是主角,而周围充满了被招募、被重编程的正常细胞——Hanahan 称之为“犯罪的同谋”(Accessories to the Crime)。

肿瘤微环境(TME)的维度中,除了我们熟知的血管内皮细胞、周细胞、成纤维细胞(CAFs)和免疫细胞外,两个角色的出现值得我们深思:衰老细胞(Senescent Cells)神经系统(Innervation)

让我们先谈谈衰老细胞。在传统认知中,细胞衰老是一种抑癌机制——细胞停止分裂,从而阻止了潜在的癌变。然而,现实远比理论复杂。研究发现,肿瘤微环境中充满了各种来源的衰老细胞(包括衰老的癌细胞、成纤维细胞等)。这些细胞虽然不再分裂,但它们绝不沉默。它们会分泌大量的细胞因子、生长因子和蛋白酶,即所谓的“衰老相关分泌表型”(SASP)。这就像一个退休但喋喋不休的破坏者,SASP 可以促进周围癌细胞的增殖,诱导血管生成,甚至抑制免疫系统。

更令人兴奋的前沿领域是神经支配(Innervation)。病理学家早就注意到肿瘤周围常有神经分布,但这曾被视为被动的伴随现象。如今,癌症神经科学(Cancer Neuroscience)正在经历一场复兴。最新的影像学和遗传学工具向我们展示了令人震惊的画面:神经元不仅仅是路过,它们与癌细胞之间建立了真正的物理连接,甚至形成了类似突触的结构(pseudo-tripartite synapses)。

在脑肿瘤和脑转移瘤中,癌细胞可以通过这种突触直接接收神经元释放的神经递质信号,从而获得生长优势。神经系统似乎被肿瘤“劫持”了,成为了促进增殖、逃避凋亡和转移的帮手。

维度四:系统性互动——将视野拉向全身

如果说TME关注的是局部,那么第四个维度则提醒我们,癌症是一种系统性疾病(Systemic Disease)。Hanahan 在综述中特别强调了衰老(Aging)肥胖(Obesity)这两个系统性因素。

衰老不仅是时间的流逝,更是组织结构的改变。随着年龄增长,我们的组织中积累了大量携带突变的“正常”细胞。同时,免疫系统的功能随年龄衰退(免疫衰老),慢性低度炎症(Inflammaging)随之增加。这些系统性的背景变化,为癌症的发生提供了沃土。

肥胖则是另一个系统性扰动源。脂肪组织不仅是能量仓库,更是一个活跃的内分泌器官。在肥胖状态下,脂肪细胞分泌的激素平衡被打破:瘦素(Leptin)水平升高,而脂联素(Adiponectin)水平降低。这种激素失衡直接促进了细胞增殖和血管生成。这一维度的提出,实际上是在呼吁一种全视角的癌症观。

重新审视核心机制:在细节中寻找魔鬼

在构建了宏大的四维框架后,让我们再次回到微观层面,去审视那些具体的机制是如何在这些维度间穿针引线的。这篇综述中呈现的数据,不仅是冷冰冰的统计,更是生物学逻辑的体现。

诱导血管生成(Inducing Angiogenesis)为例。这是一个经典的特征,但我们现在的理解更加细致。肿瘤血管不仅是输送氧气和营养的管道,它还是一个免疫抑制的屏障。肿瘤诱导的新生血管通常是渗漏、混乱且功能失调的。这种异常的血管结构不仅导致了药物输送的困难,还阻碍了杀伤性T细胞的浸润。

更巧妙的是,研究人员发现,当血管生成被药物(如VEGF抑制剂)阻断时,肿瘤并不会简单地饿死。相反,它们会启动适应性机制,例如通过“血管共用”(Vessel Co-option)——癌细胞沿着现有的正常血管迁移和生长,而不需要制造新的血管。

再来看看能量代谢的重编程(Deregulating Cellular Metabolism)。2011年时,我们将目光主要集中在有氧糖酵解(Warburg效应)。而现在,我们知道癌细胞是代谢的混合体(Metabolic Hybrids)。它们可以同时利用糖酵解和氧化磷酸化,并根据局部环境(如缺氧、酸中毒)动态调整比例。此外,TME中的其他细胞,如成纤维细胞,甚至会被迫进行糖酵解,产生的乳酸被“喂”给癌细胞作为燃料。这种“代谢共生”现象,再次展示了肿瘤作为一个生态系统的狡猾之处。

治疗的启示:海陆空协同作战

理解这些特征的最终目的,是为了治愈。Hanahan 在综述的最后部分,提出了基于机制的“联合靶向”(Co-targeting)策略。文中列举了几个具有前景的组合逻辑:

1. 抗血管生成 + 免疫治疗
这不仅仅是两种药物的叠加。从机制上讲,VEGF不仅促进血管生成,还具有免疫抑制作用。使用VEGF抑制剂可以使肿瘤血管“正常化”,改善血液灌注,从而帮助T细胞更好地进入肿瘤内部。这为免疫检查点抑制剂(ICI)发挥作用铺平了道路。

2. PARP抑制剂 + 抗血管生成
PARP抑制剂利用了癌细胞的基因组不稳定性(DNA修复缺陷),而抗血管生成药物则加剧了肿瘤的代谢压力(缺氧)。这种组合在卵巢癌中显示出了希望。

3. 打破微环境的保护伞
未来的策略将更多地指向TME中的“帮凶”。例如,靶向清除肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)或重编程肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),使其从促癌状态转变为抑癌状态,再配合杀伤癌细胞的药物。

在复杂性中寻找确定性

读完 Douglas Hanahan 这篇跨越26年的总结,最强烈的感受是对生命顽强与复杂的敬畏。

癌症并非外来的入侵者,它是我们自身生物学机制的扭曲与背叛。它利用了我们伤口愈合的机制(炎症),利用了我们胚胎发育的程序(可塑性),利用了我们应对压力的手段(代谢重编程)。它是一个在进化压力下不断筛选、适应、进化的“法外器官”。

但这正是科学的迷人之处。我们不再试图用一把钥匙打开所有的锁。通过将癌症拆解为功能能力、赋能特征、微环境细胞和系统性互作这四个维度,我们手中有了一张更为精准的作战地图。

对于研究人员而言,这篇综述既是回顾,也是战书。每一个被定义的特征,都是一个潜在的治疗靶点;每一个被揭示的机制,都是通往治愈的一级台阶。虽然道路依然漫长,但正如 Hanahan 所展示的那样,逻辑的迷雾正在逐渐散去,理性的光芒正变得越来越清晰。

在这场与自身细胞的永恒博弈中,理解,是我们最强大的武器。


参考文献


https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01498-9



原文:https://mp.weixin.qq.com/s/6-fOrrqdHLZriZ77jFZagA

文章转自微信公众号:游离的DNA