引言：
曲妥珠单抗是第一个用于治疗实体瘤的人源化单克隆抗体，第一个被批准的酪氨酸激酶抑制剂，以及第一个成功以生物标志物为指导的癌症药物[3]。并且，从第一个患者入组到药物获批仅用了几年时间，开创了如今的癌症治疗新药开发模式。
1990年夏天，加利福尼亚一位48岁的女性芭芭拉·布拉德菲尔德（Barbara Bradfield）发现自己的乳房有一个肿块，腋下还有一块硬结。活检证实了她的担忧，她得了乳腺癌，且已经扩散到淋巴结。
▲芭芭拉·布拉德菲尔德
布拉德菲尔德的双侧乳房被切除，然后经历了七个月痛苦的化疗。然而，苦难并不打算就此放过她。1991年冬季，她怀有身孕的女儿不幸遭遇车祸，丧生时年仅23岁。数月后的一个清晨，布拉德菲尔德神情麻木地坐在圣经学习班中，当她将手掌置于胸口祈祷，手指便不慎触碰到锁骨上方的一个凸起——她从未如此确信，死神要来了。
乳腺癌复发后，布拉德菲尔德拒绝继续化疗，并计划到墨西哥旅行。临行前，她的肿瘤医师询问她是否可以将乳腺癌标本送给某位医生的实验室进行二次鉴定，了无牵挂的她同意了。没想到不久之后，布拉德菲尔德就接到了分析她肿瘤标本的研究员，加州大学洛杉矶分校肿瘤学家丹尼斯·斯拉蒙（Dennis Slamon）的电话。
斯拉蒙告诉布拉德菲尔德，他正在进行HER2的研究，并恳请她加入自己的药物试验。布拉德菲尔毫不犹豫地拒绝了。但第二天一早，斯拉蒙却再次打来电话：“你的决定让我彻夜难眠，我为我的鲁莽抱歉。在我所遇到的所有HER2扩增病例中，你的情况是最超乎寻常的……”
这第二次的谈话不知为何让布拉德菲尔德动摇了。1992年8月的一个上午，布拉德菲尔德来到斯拉蒙的诊室，斯拉蒙接待了她，并在白板上一步步为她画出了一个史诗般的科学之旅：从发现致癌基因开始，到neu基因和HER2被发现，到HER2和乳腺癌之间的关联被证实，再到人们为生产药物所做出的努力……
第一幕：揭开癌症的面纱
癌症，一个古老的幽灵，在近现代显现。它零星散布于各类古代文献中，只有当人类步入现代文明，癌症才开始进入人们的视野。没有人知道癌症从何而来，科学界始终没有出现能够服众的学说。
1968年，一位叫迈克尔·毕晓普（Michael Bishop）的病毒学家开始进入加州大学旧金山分校工作。这天，一位同事兴致勃勃地向他展示了劳斯肉瘤病毒进入成纤维细胞后的景象。毕晓普通过显微镜看到，纤长且有棱有角的成纤维细胞在感染病毒后鼓成了一个球。
劳斯肉瘤病毒并不是什么新鲜东西，早在1910年，佩顿·劳斯（Peyton Rous）就在一只背上长了肉瘤的鸡身上发现了它。这是人类发现的第一个致癌病毒，能够在禽类中传播并复现癌症，因此成为癌症研究的钥匙。
毕晓普为眼前所见深深着迷，病毒竟拥有一夜之间转化细胞的魔力，他想要知道，这一切究竟是如何发生的。于是，他和新同事哈罗德·瓦默斯（Harold Varmus）一同开始了研究工作，直到几年后，一种突变型劳斯肉瘤病毒提供了重要线索。
这种突变的病毒能感染细胞却无法使细胞癌变，这意味着致癌的关键就藏在那些突变的基因里，毕晓普和瓦默斯将其称为src基因。他们还推断，src基因可能是病毒的一部分，又或许，是病毒从宿主身上偷走了它。
为了验证后一种猜想，毕晓普和瓦默斯制作了一种DNA探针。1976年，在测试了多种鸟类后，他们终于确认：src基因几乎无处不在。这一发现在科学界引起了轰动，然而过了不久，人类DNA中也发现了src基因的魅影。
正常细胞的基因组中存在致癌基因，这样的结论彻底颠覆了癌症生物学，一场长达40多年的风暴席卷而来。
▲迈克尔·毕晓普和哈罗德·瓦默斯
第二幕：失之交臂的新药
基于毕晓普和瓦默斯的发现，生命科学领域掀起了一场癌基因研究的热潮 ，几乎所有的癌症研究小组都在寻找新的癌基因。
1984年，麻省理工学院的罗伯特·温伯格（Robert Weinberg）实验室完善了一种从癌细胞中直接分离出致癌基因的技术（基因转染技术）。他的团队从老鼠神经母细胞瘤（neuroblastoma）中分离出了一种致癌基因，温伯格根据其引发的癌症类型，把它命名为neu基因。
▲罗伯特·温伯格
neu基因是第一个被发现的致癌性受体酪氨酸激酶肿瘤基因，此前发现的大部分致癌基因的产物都被隔离在细胞内，而neu基因表达的蛋白质却暴露在细胞膜上，这意味着药物可以更容易地与之接触。
这本应是一个绝佳的药物靶点，但发现它的研究人员却最终没有进行药物开发的相关尝试。事实上，温伯格团队手上就有一种抗体，前期试验证明这种抗体能够使培养皿中的肿瘤细胞恢复正常形态，并让小鼠身上的肿瘤停止生长。
科学发现的命运和其被发现的场所密切相关，温伯格的实验室毕竟是一个学术实验室。但是，无论是致癌基因neu的发现，还是抗体初步试验的成果，都为后来的研究者提供了重要的参考。
第三幕：发现HER2
在温伯格发现neu基因的同时，基因泰克（Genetech）公司阿克塞尔·乌尔里希（Axel Ullrich）领导的研究小组也在致力于寻找新的致癌基因。他们寻找癌基因的方法与毕晓普和瓦默斯相似，用来自动物致癌病毒的DNA探针来筛选人类的cDNA文库，看看是否匹配。
▲阿克塞尔·乌尔里希
鸟类成红细胞增多症病毒（AEV）是一种鸟类的白血病病毒，包含两个致癌基因v-erbA和v-erbB，都来自宿主的基因组。1984年的短短几个月，包括乌尔里希实验室在内的几个研究小组一致发现，v-erbB基因与人类表皮生长因子受体（EGFR或HER1）具有明显同源性，这意味着EGFR可能与人类癌症有关。
乌尔里希所在的基因泰克公司正在寻求癌症治疗领域的新突破，新的发现让乌尔里希更加孤注一掷地投入到对表皮生长因子的研究中。当温伯格发现neu基因，并报道neu基因可能与表皮生长因子有关后，乌尔里希实验室很快找到了neu基因的人类同源基因，由于该基因与v-erbB和EGFR(HER1)相似，于是把新发现的基因称为HER2。
▲v-erbB、neu和HER2
“基因泰克”是基因工程技术的简称，20世纪70年代末，斯坦福大学和加州大学旧金山分校的研究人员发明了一种名为“DNA重组”的技术，并于1976年成立基因泰克。利用这项技术开发的新药包括重组人胰岛素、重组人生长激素等。
对于温伯格来说，neu基因可以帮助他更好的理解神经母细胞瘤的生物学行为，而对基因泰克的乌尔里希而言，HER2则意味着一条可能通往新药研发的道路。
第四幕：命运的邂逅
1986年夏天，乌尔里希出席了加州大学洛杉矶分校的一场研讨会，并滔滔不绝地讲述了其发现HER2的历程，以及与温伯格此前研究的关联。斯拉蒙医生也参加了那场会议，他认真听完乌尔里希的故事，对HER2产生了极大的兴趣。
斯拉蒙医生对医学的热爱开始于高中时期的生物老师，对他而言，从事癌症研究几乎是一种宿命：如果你对生物学或医学感兴趣，那么没有比癌症更适合的领域了，因为它是如此的充满未知。在完成学业后，斯拉蒙医生选择留在加州大学洛杉矶分校，并从1984年开始研究恶性肿瘤中致癌基因的表达。
对斯拉蒙这样的临床医生来说，致癌基因理论并不能解释为什么不同的肿瘤患者接受同样的治疗，带来的结局却天差地别。所有的患者都只能接受一刀切的治疗方案，这非常让人沮丧，斯拉蒙决心弄明白其中的原因。
在加州大学洛杉矶分校，斯拉蒙和他的团队评估了肿瘤和正常组织中致癌基因的表达情况，并证明致癌基因的表达在正常组织和肿瘤组织中，甚至不同肿瘤类型中，均存在很大差异。他和他的合作伙伴一样有“收藏癖”，一直在保存医院里手术切下的肿瘤组织标本。他知道自己的标本库是一座待开发的宝藏，只差一把开启宝藏的钥匙。
▲丹尼斯·斯拉蒙
研讨会结束后，斯拉蒙主动找到乌尔里希，询问其是否愿意合作。乌尔里希同意了合作邀请，随后寄给斯拉蒙一些HER2探针，用以筛选肿瘤标本库。
有了乌尔里希的探针，斯拉蒙就发现了金子。他和德克萨斯大学圣安东尼奥分校的肿瘤学家比尔·麦奎尔（Bill McGuire）合作，在乳腺癌标本中进行测试。乌尔里希发现HER2后不久，就有研究者报道HER2可能与乳腺癌有关，斯拉蒙非常了解这些前沿进展。结果，在他们调查的189个乳腺癌样本中，将近30%的乳腺癌样本显示出HER2过度表达。
然而，这只能说明HER2是乳腺癌的一种生物标志物，HER2是否导致了癌症或影响了癌症发展却不得而知。多亏了麦奎尔，他的肿瘤标本库详细记录了每一个标本的患者病史和长期随访数据。正是这个颇具远见的决定挽救了他们的研究，对这些数据的分析表明，HER2阳性的乳腺癌往往更凶猛、更易转移、更容易致死。
第五幕：塞翁失马
斯拉蒙的研究数据在乌尔里希的实验室掀起了轩然大波。乌尔里希实验室的博士后罗伯特·赫兹克（Robert Hudziak）和同在基因泰克公司的迈克尔·谢泼德（Michael Shepard）一直密切关注着斯拉蒙的实验。
▲迈克尔·谢泼德
在这之前，谢泼德在公司内负责肿瘤坏死因子（TNF）的项目。1975年，也就是毕晓普和瓦默斯发现致癌基因的前一年，纪念斯隆·凯特琳癌症中心的免疫学家劳埃德·奥尔德（Lloyd Old）领导的团队发现，内毒素处理过的细胞会释放一种能够杀死肿瘤细胞的物质（也就是TNF）。此外，在一个小鼠模型中，注射含有TNF的巨噬细胞培养上清液能够缩小肿瘤，同时不杀死小鼠。
TNF的这种针对肿瘤细胞的特性导致许多不同的团队和生物技术公司开始了将TNF作为癌症治疗手段的开发计划，其中就包括基因泰克。TNF项目被基因泰克寄予厚望，然而后续的研究却不尽如人意。谢泼德所在的团队在体外试验中测试了超过100个肿瘤细胞系，结果TNF只对不到三分之一的测试细胞产生了细胞毒性效应。
就肿瘤药物研发而言，肿瘤细胞对TNF存在广泛抗性本该是个糟糕透顶的坏消息，但反过来看，这也许意味着这些肿瘤细胞存在某种普遍的共性，而这或许能成为癌症治疗的钥匙。
一般而言，只有侵袭性强的肿瘤样本才能被培养成细胞系，这意味着也许这些肿瘤细胞在人体内就已经发展出了对TNF的抗性。和乌尔里希小组殊途同归，谢泼德团队也开始注意到“生长因子”——一类能够帮助细胞生长的物质，可以是从外界摄取，也可以是由细胞自己分泌。
他们进行了一项试验，原本对TNF敏感的肿瘤细胞系在加入某几种生长因子（包括表皮生长因子）后，超过95%的细胞都对TNF的细胞毒性作用产生了抗性。答案已经呼之欲出，那些侵袭性强的肿瘤细胞，正是通过自分泌生长因子，在促进自身繁殖的同时，实现免疫逃逸。
尽管将TNF开发为癌症治疗手段的尝试失败了，但这些重要的研究却帮助确定了生长因子受体作为癌症治疗靶点的可能性。正是有了谢泼德的研究在前，将HER2作为靶点的想法才得以真正落地。
第六幕：强强联手
基因泰克的研究小组每个月会举行一次交流会，一次，在谢泼德进行了生长因子与TNF抗性有关的演讲后，正在乌尔里希的实验室进行HER2研究的赫兹克主动找到谢泼德交谈：“你的研究表明，生长因子会促使肿瘤细胞产生免疫逃逸。我这里恰好有一个生长因子，你可能会感兴趣。”
赫兹克已经培养了一系列过度表达HER2的肿瘤细胞系，在和谢泼德合作不久后，他们便发表了研究成果：HER2过度表达促进了TNF的抗性。他们随即开始寻找一种方法来抑制HER2的表达，温伯格的抗体初期研究给了赫兹克和谢泼德启示，而基因泰克恰好掌握一种叫做“杂交瘤”的技术。
通过将免疫细胞和癌细胞融合，免疫细胞负责分泌抗体，癌细胞负责无限增殖，谢泼德和赫兹克最终得到了一批针对HER2的小鼠抗体，并筛选出一种名为4D5的单克隆抗体。这种抗体能够使HER2过度表达的肿瘤细胞对TNF和巨噬细胞变得敏感。
▲抗体通过阻断HER2信号阻止肿瘤生长
重要的是，4D5只在HER2高度表达的肿瘤细胞中起作用，这一点非常关键，对未来的癌症治疗模式——也就是个体化医疗和精准医疗产生了深远的影响。
第七幕：峰回路转
谢泼德和赫兹克的研究成果毕竟是在实验室的细胞中取得的，即使他们有抗体，也找不到需要治疗的人类肿瘤。斯拉蒙医生的研究数据补齐了重要的一环，现在，他们有致癌基因，有过度表达这种基因的肿瘤，还有治疗这种肿瘤的抗体。
眼看时机成熟，1988年，斯拉蒙和乌尔里希向基因泰克公司申请支持针对HER2的进一步研究，然而让人意外的是，申请未能获得批准。
原来，随着包括TNF在内的一系列试验的失败，基因泰克已经决定不再向癌症研究中投入更多资金。要知道，彼时的基因泰克也只是一家小型生物技术初创公司，而单克隆抗体药物是一个全新的领域，HER2是一个新的药物靶点，但基因泰克已经无法承受哪怕一次的失败了。
这一决定在公司内部引发了争执，乌尔里希心力交瘁下离开了基因泰克，只留下谢泼德独自领导这一项目。谢泼德并不打算轻易放弃，尽管四处碰壁，但他仍在努力寻求支持。斯拉蒙医生更是经常来到基因泰克公司的办公室，在大厅拦住路过的人告诉他们HER2的数据多么令人印象深刻。
让人没想到的是，事情很快就迎来了转机。时任基因泰克公司副总裁的比尔·杨（Bill Young）得知了母亲确诊乳腺癌的噩耗，他知道乳腺癌患者对治疗药物的需求有多迫切。杨最终说服了他的同事，这次意外事件挽救了危局之中的HER2项目。
基因泰克同意进行一项初步试验，在HER2阳性和HER2阴性的乳腺癌患者中测试4D5，基因泰克想知道，4D5是否真的只攻击HER2阳性肿瘤，如果是，就同意继续进行试验。试验最终成功了。因为急于推进临床试验，斯拉蒙和谢泼德从未发表过这项初期研究结果。
第八幕：人源化之路
在启动正式临床研究之前，基因泰克还得解决一个棘手的难题。4D5由小鼠杂交瘤细胞制备而来，进入人体后会激活机体免疫反应，造成严重的不良反应，抗体也因为进入人体就被破坏而无法发挥抗癌效果。4D5只能给患者使用一次，无法重复使用。想要解决这一问题，就得对4D5进行人工改造。
1991年，基因泰克公司聘请了顶尖的抗体工程师保罗·卡特（Paul Carter）。卡特发明了一种叫做“六包诱变（6-pack mutagenesis）”的方法，可以更高效、更充分将小鼠抗体的轻链和重链都替换成人类抗体的成分，这一改造被称为抗体人源化。
▲抗体工程师保罗·卡特
卡特制造出了许多4D5的人源化版本，这些人源化抗体保留了4D5抗体上与HER2结合的部分，但其他部分伪装成人类自身抗体的模样，以欺骗人体的免疫系统。其中一种对HER2有很高亲和力的人源化抗体脱颖而出，称为hum-Ab4D5-8。
这个抗体正是曲妥珠单抗（Trastuzumab）的前身和基础，它另一个融合了HER2、拦截（intercept）和抑制剂（inhibitor）三个单词的名字叫赫赛汀（Herceptin）。有了人源化的药物，正式的临床试验终于得以启动。
第九幕：癌症药物扩大使用项目
三十多年过去，布拉德菲尔德依然清晰地记得斯拉蒙医生热情地向她讲述HER2发现之旅的那个上午。曲妥珠单抗的早期临床试验正是由斯拉蒙主导，在加州大学洛杉矶分校进行。
布拉德菲尔德最终选择了加入斯拉蒙的试验，接受治疗前她已经有多处转移灶，但九周的治疗结束后就完全缓解了。作为最早一批接受曲妥珠单抗治疗的女性之一，布拉德菲尔德也是治疗后存活时间最长的幸存者。
1993年，曲妥珠单抗开始II期临床试验的消息在乳腺癌社群中不胫而走。一种全新的治疗方法带来前所未有的抗癌效果，这样的故事在患者间口口相传，点燃了希望的炸药桶。在进行试验时，基因泰克公司被其他乳腺癌患者希望进行曲妥珠单抗治疗的申请所淹没。
但是，基因泰克无法回应这些申请。一方面，还没有足够的数据证明曲妥珠单抗安全有效，在未被美国食品药品监督管理局（FDA）批准的情况下对非临床试验的患者使用是不被允许的；另一方面，基因泰克公司也无法大规模生产曲妥珠单抗，药物供应极其有限。
尽管如此，走到绝路的乳腺癌患者群体不可能放弃这最后的救命稻草，他们已经没有其他选择了。一位叫做马蒂·纳尔逊（Marti Nelson）的女士的死亡点燃了乳腺癌团体的怒火，这位女士是一位妇科医生，同时也是一个乳腺癌患者。她很早就听说过HER2，在乳腺癌复发后就一直争取特许使用曲妥珠单抗治疗。
肿瘤检测证实了HER2阳性，但直到纳尔逊离开人世，也未能等来批准通过。一些义愤填膺的人举着告示牌聚集在基因泰克公司的大门前，企图闯入园区。这次事件差点演变成了一次公关危机，基因泰克必须有所行动了。
1995年，基因泰克与患者维权人士合作，建立了第一个获得FDA批准的癌症药物扩大使用项目，允许对临床试验之外的患者在药物获批前实施治疗。他们采用抽签的方法分配非常有限的药物，这一项目也为后来的其他公司提供了宝贵的经验。
第十幕：险些夭折的III期临床
在曲妥珠单抗的III期临床试验即将接近尾声，离FDA批准只差最后一步的时候，研究人员突然收到一个噩耗。
曲妥珠单抗和蒽环类化疗药物联合使用可能导致严重的心脏问题，包括心脏功能下降和充血性心力衰竭。蒽环类药物本身会引起这些副作用，但曲妥珠单抗似乎加剧了这些问题。这样的结论完全可能就此将曲妥珠单抗宣判死刑，难以翻身。
然而非常巧合的是，基因泰克团队在试验已经开始之后，又增加了另外一种化疗方案（紫杉醇）。一般来说，临床试验进行的过程中不会对方案进行如此之大的调整。基因泰克做出这一决定的初衷看起来非常荒谬，正是受到了乳腺癌患者群体维权事件的冲击，希望增加一个方案使更多患者有机会接受曲妥珠单抗治疗。
试验最终成功了。1998年，曲妥珠单抗被美国FDA以绿色通道的方式快速批准，联合紫杉醇用于HER2阳性转移性乳腺癌的治疗。因为与之相关的严重心脏副作用风险，赫赛汀带有黑框警告，医生必须密切监测患者的心脏问题。
第十一幕：尾声
2019年9月，谢泼德、斯拉蒙和乌尔里希因为在研发曲妥珠单抗上所做出的努力获得了被视为美国最高生物医学研究荣誉奖项的拉斯克（Lasker）临床医学研究奖。
▲2019年拉斯克临床医学研究奖得主，从左到右分别为谢泼德、斯拉蒙和乌尔里希
曲妥珠单抗是第一个用于治疗实体瘤的人源化单克隆抗体，第一个被批准的酪氨酸激酶抑制剂，以及第一个成功以生物标志物为指导的癌症药物。并且，从第一个患者入组到药物获批仅用了几年时间，开创了如今的癌症治疗新药开发模式。
追溯曲妥珠单抗的历史会发现，其研发过程中充满了难以计数的偶然性，如果：乌尔里希没有看到温伯格的成果，斯拉蒙没有主动寻求合作，麦奎尔没有收集病史的习惯，谢泼德没有深究TNF抗性的来由，赫兹克没有主动和谢泼德交谈，杨的母亲没有确诊乳腺癌，卡特没有成功制造人源化抗体，基因泰克没有在III期临床过程中增加紫杉醇方案，所有这些假设都可能导致曲妥珠单抗胎死腹中。
然而，从另一角度看，曲妥珠单抗的诞生又是水到渠成的。所谓时势造英雄，在曲妥珠单抗开始研发前，包括免疫学、细胞生物学在内的多方面基础研究均迎来了重要突破，没有这些成果作为基础，曲妥珠单抗可能永远不会问世。
这个曲折离奇又颇具传奇感的故事告诉我们：Man proposes，God disposes（谋事在人，成事在天）。人类能够做的，或许就是对科学的执着追求，和不断的沟通合作吧。
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[10]拉斯克基金会：破译癌症（ https://laskerfoundation.org/deciphering-cancer/）
[11] https://www.youtube.com/watch?v=QFXVprOlu84
[12] Siddhartha Mukherjee. 见识城邦·众病之王:癌症传(四千年的斗争史,诠释癌症的前世今生) (p. 10). 中信出版社. Kindle 版本.
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