时至今日，癌症仍然是人类最为恐惧、付出

代价最大的疾病之一。虽然现代医药技术日新

月异，癌症依然是医药界无法攻破的堡垒。近

日，《癌症免疫学·免疫治疗》杂志发表了清华大

学医学院张明徽教授的一项创新研究，他们团队

在人类免疫系统中发现了一种功能强大的抗癌

细胞 CD8NKT亚群。这是否是未来抗癌的希望

所在呢？科技日报记者来到清华大学对张明徽

教授进行了采访。

阻断“刹车”蛋白，重启免疫抗癌能力

张明徽告诉记者，当免疫系统启动、淋巴

细胞充分活化后，细胞膜上会逐步表达一些特

殊的“刹车”蛋白，给活化的淋巴细胞传入抑制

性信号，让活化的免疫细胞逐渐静息下来，防

止免疫系统过度活化造成免疫损伤。PD-1 就

是 T 淋巴细胞膜上的一种重要“刹车”蛋白。

癌细胞会产生一些特殊的蛋白，通过接触诱导

T 淋巴细胞可产生包括 PD-1 蛋白在内的各种

“刹车”蛋白。当淋巴细胞上提早表达 PD-1 蛋

白后，淋巴细胞就不能活化，从而发挥抗癌作

用，这是癌细胞突破免疫监督的“魔宝”之一。

免疫学家发现，当用抗体把 T 淋巴细胞上

“刹车”蛋白 PD-1阻断后，淋巴细胞就能恢复活

力，重新启动杀伤肿瘤的能力。PD-1 抗体药物

自上市以来，已成为国际上最受关注的抗癌药

物。当前国际上的大型制药企业也逐步从小分

子化学药物的研制转向大分子抗体药的研发方

向，尤其是抗“刹车”蛋白的抗体药，更是成为国

际药厂角逐的重地。

2014 年 PD-1 抗 体 药 在 美 上 市 ，2017 年

CART-19 工程免疫细胞在美上市，这给医疗界

和医疗资本市场打了一剂强心针，免疫治疗让人

们看到了治愈癌症的希望。攻克癌症的艰难程

度确如登月，PD-1 抗体和 CART 技术的临床应

用也都经历了近 30年的基础研究、技术改进、动

物实验和临床试验。即便已被批准进入医疗临

床，能精准适应哪种癌症、未来可扩展到哪些癌

症，仍然任重道远。

PD-1 抗体和 CART 细胞的成功上市，引

发国内数百个科研院所及医药企业的追随跟

进。现在，国产 PD-1 抗体药已经获批上市，

“贵族药”PD-1 的价格直落一半，从而让更多

患者能使用受益。

基于这类细胞亚群，可研发广谱抗癌药物和癌症疫苗

张明徽团队的项目是一项历时 15 年的创

新研究。他表示，这种抗癌细胞是偶然发现

的，是从学生本来认为失败的实验中捡回来

的。这种 NKT 所表现出来的生物学现象极为

特殊，在动物实验中展示出惊人的广谱抗肿瘤

效果。从实验数据看，NKT 的抗肿瘤潜能是常

规抗肿瘤免疫细胞的数千倍。给小鼠预先启动

活化 CD8NKT，结果发现可以预防多种实体肿

瘤。张明徽说，肿瘤不但可以治愈，而且可以

用 NKT 来预防，他正在研究基于 NKT 的癌症

广谱疫苗。

张明 徽 介 绍 ，这 项 研 究 已 于 2010 年 在 国

家重大新药创制计划支持下启动临床试验，

在清华大学华信医院、北大肿瘤医院、齐鲁南

山 分 院 、江 苏 大 学 附 属 医 院 陆 续 研 究 了 近 9

年 ，积 累 了 400 多 个 案 例 ，涉 及 了 肺 、胃 、肝 、

肠、胆、胰等 10 余种高发实体瘤。目前生存最

长的一位胃癌肺转移患者，单用 NKT 治疗，已

术后无瘤生存（无可查见肿瘤）超过 8 年。5 年

以上临床治愈的患者中有胃癌、肺癌、肠癌、肝

癌等各种类型。

张明徽认为，癌症治疗是一场战疫，战略

比战术重要，把手术、放疗、化疗传统三板斧与

免疫治疗理解透配合好，是可以控制转移实现

治愈的。每种方法干预的时间很重要，手术、

放疗是先锋，化疗是中军，免疫治疗是殿后部

队，能否彻底掌控全局，达到治愈的目标，要靠

免疫治疗把病人的免疫力重新建立起来。对

于早期手术的患者和癌症高危人群，提前进行

科学的免疫干预，提高 NKT 的数量和活力是

可以达到预防效果的。从目前的生物医药技

术看，只有免疫治疗的方法可以达到预防肿瘤

的目标。

张明徽说，抗癌之路虽然艰难，但“只要在道

上，就不怕路远”，癌症攻克的那天终将在科技的

进步下到来。

新发现人体抗癌细胞亚群可用于癌症疫苗研发

常用的化疗可导致对不同作用模式的药物产生耐药性。美国哈佛医

学院医学系亚伦·戈德曼等研究人员研究了为什么用紫杉烷类药物治疗

的乳腺癌细胞会对不相关的、常规使用的阿霉素产生耐药性。研究发现，

紫杉醇治疗后乳腺癌细胞变得更加依赖于葡萄糖代谢。计算模型预测，

在细胞代谢被初始紫杉烷处理重新连接后，如果葡萄糖代谢抑制剂与阿

霉素联合使用，可有效靶向耐药细胞。这一预测在培养的乳腺癌细胞、小

鼠乳腺癌模型和外植体系统中生长的人肿瘤样品中得到了验证。这些结

果不仅显示了代谢抑制剂在癌症治疗中的潜力，而且还表明了治疗动力

学对临床结果的重要性。

癌细胞产生耐药后

代谢抑制剂或可逆转

《科学·信号》2019.8.20

8新闻热线：010—58884063E-mail：niecr@stdaily.com

■责编 聂翠蓉 2019 年 8 月 27 日 星期二生物科技 SHENG WU KE JI

封面故事

（本栏目图片来源于网络）

第二看台

《科学·转化医学》2019.8.21

《分子医学趋势》2019.8

尼曼-匹克氏病 A 型（NPD-A）由编码酸性鞘磷脂酶(ASM)的基因突

变引起，属先天性糖脂代谢性疾病。患者往往出现精神发育迟滞、早期运

动技能明显丧失、认知能力下降和早逝。基因替代疗法已被证明对其他

单基因神经疾病有效。美国加州大学旧金山分校的路易斯·萨马兰奇等

研究人员评估了基于腺相关病毒载体血清 9型(AAV9)基因治疗对尼曼-

匹克氏病 A 型的安全性和有效性。非人灵长类动物实验表明，AAV9 介

导的人类酸性鞘磷脂酶能在小脑延髓池传递，并在大脑和脊髓中出现广

泛的基因表达，同时没有毒性迹象。他们还在尼曼-匹克氏病 A 型小鼠

模型发现，这种治疗可以预防运动和记忆损伤，提高存活率。

基因疗法或可治疗

一种先天糖脂代谢病

当糖尿病被诊断出来时，大多数分泌胰岛素的胰腺β细胞已经功能

紊乱或被破坏。这种β细胞功能障碍或破坏通常发生多年，使得及时检

测和临床干预变得困难。因此，人们对开发能对β细胞无创成像的工具

非常感兴趣，β细胞成像技术取得了显著进展，已逐渐走向临床应用。

新加坡生物成像协会生物成像探针开发实验室的康南永（音译）等研究

人员探讨了对各种类型糖尿病患者的β细胞进行无创成像的必要性，并

讨论了各种新型β细胞成像工具。这些工具可促进糖尿病的早期诊断，

并帮助开发新型抗糖尿病药物。

对胰腺β细胞成像

有助糖尿病早诊断

本报记者 李 钊

主持人：本报记者 陆成宽

一人声微，万人声振聋发聩。

诺贝尔奖得主、美国生物化学家凯利·穆

利斯所发明的 PCR 技术，正是通过“百万倍复

制”的方法让 DNA 携带的生命密码发出振聋

发聩的声音，帮助人们将其一一捕捉。

不久前，穆利斯的去世让人们回想起追逐

DNA 密码的艰难岁月，而 PCR 技术的发明给

了人们解密“利器”，这也是为什么《纽约时报》

评价这一技术的诞生将生物学划分为两个时

代：PCR前时代和 PCR后时代。

“当我走到我的银色思域车前时，我感觉

很虚弱。弗雷德（穆利斯的助理）、空试验瓶以

及 PCR 时代的曙光都不能取代珍妮（穆利斯

女友）。我感觉孤独。”据记载，穆利斯在诺贝

尔奖获奖现场的演讲中这样说道。

穆利斯创新性的灵光一闪出现在深夜载

女友开车的途中，这位有着艺术家气质的科

学家想必也是在爱人的身上找到灵感的源

泉。他意识到在将 DNA 双链高温解旋为单

链后，可以用引物将需要的目标片段指数倍

地扩增，在体外模仿体内的互补扩增过程。

N 次循环后，便可得到 2n倍的 DNA片段，用来

进一步分析。

初期的 PCR 反应体系极端简陋、低效，且

有诸多需要完善的地方。西安交通大学教授、

天隆科技创始人彭年才讲道，后来其他科学家

在黄石公园的温泉里，分离得到嗜热菌株，发

现了耐热的 DNA 聚合酶，才大大提升了 PCR

的实验效率，更进一步促进了 PCR 技术的应

用和商业价值。

秒表、水浴锅、提篮……构成了最初期的

PCR 操作系统，和现代高端的 PCR 仪有着天

壤之别。“那时候根本谈不上自动，人工手动需

要长时间地操作。”彭年才说，最初期的 PCR

反应并没有仪器，用一个装有 PCR 标本试管

的提篮，用手工在不同温度的水浴箱中依次水

浴，由于一整套反应所需要的反应体系以及温

度并不相同，例如高温解链时需要 95℃、引物

“粘”上 DNA 链时则是 58℃、而新链延长则需

要 72℃，因此每一阶段都需要换一个水浴锅，

以维持化学反应得以进行。

标本在每个水浴箱中恒温的时间用秒表

计时，然后移动，加上标本开盖暴露点样做电

泳，因此难以控制液体污染、移动。

无论如何简陋和不精准，1983 年 12 月，穆

利斯用同位素标记法看到了 10 个循环后 49bp

长度的第一个 PCR 片段，这一“从 0 到 1”的突

破成就了后来的 PCR时代。

开车途中灵光闪现

1983年实现第一个PCR片段

今年 3月，国家重点研发计划“荧光数字基

因扩增单分子检测仪”项目召开启动会。为解

决我国高端科学仪器仍受国外制约的现状，国

家重点研发计划设立了重大科学仪器设备开

发重点专项，从顶层设计层面将我国的仪器做

好，达到新水平，实现市场竞争力。

“根据穆利斯的发现形成的第一代 PCR

仪 只 能 回 答‘ 有 无 ’的 问 题 ，即 有 没 有 某 段

DNA，但人们还想回答有多少的问题。”彭年才

是国家重点研发计划的项目负责人，他介绍，

PCR仪的发展目前经历了 3代。

第 1代 PCR 仪器由于有了变温器，消灭了

水浴锅和人工转移等步骤，大大提高了效率，

只需一次加入酶、引物、模板、缓冲溶液等就可

以进行 PCR 反应；第 2 代 PCR 如实时荧光定

量 PCR，不仅回答有无，还想回答有多少即定

发展经历3代

PCR仪检测DNA分子超灵敏

本报记者 张佳星

“目前，暂没有成熟的新技术能够取代

PCR 技术，它从原理上模拟了体内的生命过

程，源于真实高于真实。”彭年才说，但现代的

PCR解决方案，包括反应体系建立和核酸提取

PCR试剂系统，以及包括光机电、自动化、计算

机、热学等多个学科集合体的 PCR 仪器系统，

在精度、广度和速度上实现了不断的超越。

三个维度的极限超越，将使得 PCR 技术

的应用范围不断拓宽。“比如，夏天晚上你想吃

点烧烤，却又疑虑这个羊肉串其实是鸭肉，这

个鉴别的工作 PCR 技术当然能够胜任，PCR

能够检测出羊肉相关的特异性基因片段，但我

急等吃羊肉串，等不及啊，你能否在速度上有

所突破？使 PCR 实验时间从小时缩短到数分

钟，这就能更广泛地开辟应用新领域，相应也

给科学家提出了新难题，从而也派生出快速

PCR的新兴研究领域。”彭年才表示。

精度方面，在医疗领域的应用“眼里容不

下半点沙子”，因此 PCR 应用初期的假阳性必

须消除。随着技术的进步，通过反应体系的优

化、实验室设计、PCR实验前后质控，以及仪器

在精准高效的闭管操作、温控系统、科学合理

的光学系统、软件系统等多方面的改进和突

破，PCR仪器以及相关试剂盒均能够达到相关

部门的医疗机构准入门槛。

据介绍，以 PCR 检测手段为代表的分子

诊断目前已在医学检验、疫情防控、食品安全、

检验检疫及法医鉴定等方面得到广泛应用，国

家“十三五”规划等也出台政策，近年来中国市

场每年以 20%速率增长。近两年国家器审中

心审批的分子诊断产品也越来越多。

除了对病原体、肿瘤等的检测，PCR 应用

还在探索新的领域。彭年才介绍，在高血压

“看人给药”的精准诊断方面，PCR技术有了新

的应用突破。“我们自主研发的高血压个体化

用药荧光 PCR 熔解曲线法基因检测试剂,已经

通过国家药监总局注册审批的，可以用标记探

针检测高血压用药相关的七项基因突变指导

五大类高血压用药。”彭年才解释，一种高血压

药对不同的人疗效可能不同，PCR 检测成本

低、给报告快，可以找到患者最适宜的用药。

“现在 PCR 检测最快可 1 小时给出报告，

但在很多领域还需多管齐下，更快给出诊断。”

彭年才说，对于分子诊断高端设备来说，精度、

广度、速度的极限突破将是自主创新者永恒的

追求。

想吃正宗烤串

PCR能够测出是羊肉还是鸭肉

量的问题，因此引入了荧光基团和感光元件，

根据光强度进行实时、定量的检测分析；第 3代

的数字 PCR，则将反应体系再进行微小分割，

理论上要让每个微反应单元中只有单个 DNA

分子为模板就能实施扩增反应，实现超高灵敏

度的核酸绝对定量检测，精确地探索生命体中

DNA分子的情况。

PCR 于 1983 年 前 后 被 发 明 ，在 穆 利 斯

1993 年获得诺贝尔奖之前，彭年才 1991 年前

后就开始涉足研制中国自己的 PCR 仪，后续

带领团队一直专注到今天。国家重点研发计

划数字 PCR 项目启动会上，院士专家也曾评

价道：在目前主流的 2代 PCR 核酸检测产品方

面，彭年才团队自主研发的产品以多样化解决

方案和高品质高可靠的数据，成为疾病诊断和

检测控制的保障设备，同时也广泛应用于食品

安全领域食源性致病菌检测和生物医学科学

研究。“中国自己的分子诊断仪器一度不被市

场接受，有很多方面的原因，但改变人们对于

国产仪器不耐用、不准确的印象或者偏见，必

须靠自主研发和技艺的精进。”彭年才说。

“2014 年西非埃博拉疫情期间，在国家科

技部、国家药监总局和中国援外医疗队等的帮

助下，我们在塞拉利昂疫区完成了 348 例疑似

病例的临床研究，检出阳性标本 166 例。”彭年

才说，中国的分子诊断仪器越来越多地在国际

战场上崭露头角。

在 3 代 PCR 仪的角逐中，数字 PCR 还有

诸多高技术和难点需要攻克，中国创新也在

迎头赶上。科技部国家重点研发计划，对项

目承担单位提出了要求，既要突破有针对性

的核心技术，形成关键部件及样机，也要具有

先进性，并达到一定市场占有率，接受市场的

检验。

诺贝尔奖得主、美国生物化学家凯利·穆利斯不久前去世，他发明的 PCR 扩 增 技术，将生物学划分为两个时代：PCR前时代和 PCR后时代——

视觉中国视觉中国

这种捕捉生命密码的这种捕捉生命密码的““利器利器””还能测出烤串是否正宗还能测出烤串是否正宗