一把鑰匙一把鎖！王振義院士團隊的崢嶸歲月！

三氧化二砷（As?O?），俗稱砒霜，在治療急性早幼粒細胞白血病（APL）方面，經歷了從民間驗方到現代靶向藥物的傳奇轉變，是中國科學家對世界醫學做出的重大貢獻。

三氧化二砷治療白血病的歷史體現了中國幾代科學家的接力探索。

早期探索與發現。1970年代，APL是白血病最兇險的類型，傳統化療效果差且副作用大。哈爾濱醫科大學張亭棟團隊在調查一個使用含砷、汞等成分的復方中藥“癌靈”治療腫瘤的民間偏方時，通過嚴謹的臨床觀察和藥物成分分析，發現其中的三氧化二砷是發揮抗白血病作用的主要有效成分。1973年，張亭棟團隊發表了首篇其治療白血病的臨床觀察報告。隨后研究證實，該藥物對APL療效顯著，緩解率70%以上，且不引起骨髓抑制。表型！

機制闡明與推廣。20世紀80年代，上海瑞金醫院王振義團隊首次證明全反式維甲酸對APL有顯著的治療作用。1996年，王振義團隊首次從分子生物學水平揭示了三氧化二砷的作用機制，即通過誘導白血病細胞凋亡來發揮作用。1998年，美國學者將三氧化二砷用于治療復發性APL患者，療效顯著。

優化與標準療法。2001年起，上海瑞金醫院將三氧化二砷作為APL一線用藥，形成獨特的治療方案，獲得極高的完全緩解率。研究發現，將三氧化二砷與全反式維甲酸聯合使用，效果更佳。2018年，美國FDA正式批準三氧化二砷與全反式維甲酸聯合用于治療新診斷的低危性APL，標志著該方案成為全球標準治療方案。

APL的發病與15號和17號染色體易位形成的 PML-RARα 融合蛋白密切相關，該蛋白導致細胞分化受阻，惡性增殖。三氧化二砷和ATRA通過協同作用，精準打擊這一靶點蛋白。三氧化二砷主要作用于融合蛋白的 PML 部分，誘導其降解，并直接導致白血病細胞凋亡。全反式維甲酸主要作用于融合蛋白的 RARα 部分，解除分化阻滯，誘導白血病細胞向正常細胞分化成熟，繼而凋亡。二者聯用，幾乎能徹底地清除白血病細胞，極大降低復發率。目前，三氧化二砷聯合全反式維甲酸的無化療方案已成為APL治療的主流，取得了革命性的成果，從APL一種高死亡率的兇險疾病，轉變為治愈率超過95%的可治愈急性白血病。

2020年9月，張亭棟和王振義獲得2020年未來科學大獎生命科學獎。2020年12月30日，獲獎者之一王振義教授作了一場關于此項研究的演講，以下是內容整理。

未來科學大獎的評委，在座的領導、同事和同學們，今天講的主題是全反式維甲酸是怎樣發現的，以及它之后40年來做了什么工作。我今天代表上海血液學研究所，幾乎所有材料和參考資料都來自于血研所各位PI、各位年輕研究員的結果（有修改）。

“誘導分化治療”的概念是怎么來的？我想這和我所受的教育有關，儒家思想認為一個壞的成分，與其把它消滅，不如教育它成為一個有用的成分。最明顯的例子，末代皇帝溥儀就是這樣的，我們所做的也是這方面的工作。

其實轉化醫學，即誘導分化醫學并不是我們開創的，1978年以色列科學家Leo Sachs曾說“髓系白血病細胞是可以轉過來的，可以棄邪歸正。”美國Breitman于1980年的研究發現，人類接近早幼粒細胞白血病的細胞株HL-60，可以用維甲酸誘導分化。

我們從1978年開始研究分化治療，當時西班牙學者Gozalvez在Lancet雜志發表了文章，發現是用硫雜脯氨酸（thioproline）可以使頸部惡性腫瘤分化、吸收、消失。在這個發現的啟發下，我們開始研究硫雜脯氨酸，花了三年的時間，很可惜最后失敗了。我們的結果發表在雜志《第二醫學院學報》上，做這項工作的研究生也到外地工作了。

1983年，Flynn發現13-順維甲酸對急性早幼粒白血病是有效的， 13-順維甲酸是全反式維甲酸的同分異構體。他的研究引起我們的注意，同年我們證明，全反式維甲酸對HL-60是有作用的。這兩種維甲酸的差異是末端的-COOH，一個是全反式，另一個是13-順式。全反式維甲酸可使HL-60或者新鮮的早幼粒細胞，從幼稚細胞逐步分化為正常細胞。這是體外的細胞實驗證明全反式維甲酸的作用。

此外，在一個五歲瀕臨死亡的女孩子身上也證明了全反式維甲酸的療效。在家屬要求下，我們大膽地使用了這個藥。ATRA已經批準用于皮膚病，我們自己也試了，沒有毒性反應。于是我們在這個病人用了ATRA，效果非常好。我最后一次看到這位病人是在5年以前，從五歲接受治療到現在已經三十多年了，她仍健在。

從1987年開始，我們在血研所一直從事相關研究，最多的是1992年我們綜合了國內544例早幼粒細胞白血病，用全反式維甲酸以后，完全緩解率達到85%-90%，而從前只有10-20%可完全緩解。這個結果，國外很快重復。美國、法國、澳大利亞、巴西、日本等等，他們都用大量的病人證明全反式維甲酸是有效的。

1997年，我們和哈爾濱醫科大學的張亭棟教授一起合作，用三氧化二砷治療復發的APL，后來將全反式維甲酸和三氧化二砷聯用。從1992年到1999年，三氧化二砷的完全緩解率可以達到93%，我們國內是80%左右。兩藥合用，生存期延長。如果單用全反式維甲酸或三氧化二砷，生存期就短一些。從這時開始，陳竺和陳賽娟從法國學成歸來，他們帶回了分子生物學和細胞遺傳學的技術，開始進一步機制研究。

我們分成兩大部分，第一部分是臨床研究。第一批86個病人兩藥合用，觀察了近70個月，完全緩解率達到94.1%，病人生存率達到91.7%，無病生存率能達到89.2%。這個結果，在國外也很快證明。

我們沒有停止。在李軍民主任領導下，我們在2012年的研究方案基礎是做了改進。改進在什么地方呢？APL分為三種：低危、中危和高危。這次入組了855例病人。低危病人現在可達到99%完全緩解率，在855例病人的統計中這個結果是非常可觀的。但有早期死亡，這是疾病治療中一個問題，我們也在研究為什么會早期死亡。這次隨訪的是7年和12年的患者。7年隨訪的低危總生存率為97.4%，非常高。12年隨訪的中低危總生存率達到90%，病例數目不小，觀察年限不短，7年和12年，幾乎可以說達到了治愈水平。

我們進一步研究哪些基因會影響這個藥物的治療。隨著疾病嚴重程度增加，病人也存在更多基因突變。沈陽發現基因突變會影響到治療效果。高危突變會比較多，中危、低危相對少一些。2015年，我們發現表觀遺傳修飾基因（Epigenetic modified genes）突變會導致較差的愈后。這個結果很容易理解，因為表觀遺傳基因會影響到后面的基因。因此，基因改變會影響治療效果。

更重要的是，我們想知道這個疾病為什么有的病人在3天到5天發生早期死亡。為什么呢？出血。為什么會出血？這要感謝諸江的研究工作，他在1999年發現，在這個疾病發作時，治療之前組織因子很高，治療后7天或者14天很快降下來。所以組織因子的減少，對止血起很重要的作用；反之，就會容易發生出血。進一步的研究發現，所謂止血功能的改變，與纖維蛋白溶解系統有關。在治療前纖維蛋白溶解嚴重，病人嚴重出血，而在治療7天后無新出血，14天出血停止。

在使用三氧化二砷后，纖維蛋白原從低水平逐步升高，纖溶酶原激活因子的活性從高水平降低，其他因子沒有顯著性差別。所以，我們認為APL的早期死亡是因為出血，而在使用維甲酸和三氧化二砷之后，出血馬上停止。我舉例的第一個女孩子就是這樣，她當時已經高熱出血，非常危險。用藥一周后，癥狀基本消失，一個月后完全緩解，似乎發生了一個非常特別高效的結果。

更重要的是我們最近從分子以及基因水平來做的研究。在使用全反式維甲酸和三氧化二砷以后，APL細胞發生四個重要改變：組織因子減少、炎癥相關的細胞因子減少、非特異性蛋白酶增加，但是纖維蛋白溶解活性增強。

但這和剛才的報告有矛盾，問題就在這里。維甲酸對纖溶蛋白蛋白酶原活性有兩個作用，一個是增加，一個是減少。用全反式維甲酸和三氧化二砷治療早期，纖維蛋白酶原在基因水平上是增加的，這可以解釋為什么APL有早期死亡。這個研究工作由王侃侃完成，今天她不在現場，工作暫時未發表，因此要保留一下。那么跟血小板有沒有關系呢？這是發表在2018年的工作證明和血小板沒有關系。所以早期死亡原因還是纖維蛋白溶解過強，我們目前在開展這方面研究，減少早期死亡的病人。因為這種療法仍有10%病人會早期死亡，如果能減少，完全緩解率會更高。

有個非常特別的問題，APL會不會復發或是發生第二個腫瘤？是可以的。我們有個病人，完全緩解后近二十年后復發，經檢查就是APL復發。同時也有一個APL病人，完全緩解后近二年復發，出現一個特別的基因突變。這個結果我們應該感謝王侃侃。她發現這個病人初期已經有2個基因的改變，FLT3-ITD和PML-RARα；另外還有一個隱匿的融合突變基因KMT2A-USO1。

疾病發生最初是急性早幼粒性白血病，存在FLT3-ITD和PML-RARα的基因突變，經治療后完全緩解。近二年后復發，出現KMT2A-USO1隱匿融合基因的突變。但是，這個基因突變很早就存在了。這種復發方式我們是第一個發現的，這也是為什么British Journal of Hematology能夠發表這篇文章。

剛才我講的都是臨床研究，但是在這個過程中，很多都是基礎醫學研究，包括基因測序。我們把臨床醫學和基礎研究結合地比較好，基礎研究加強，解決很多臨床問題。接下來，我們回顧基礎研究。

APL的發生與PML-RARα的融合基因有關，陳賽娟、我和陳竺共同寫了這篇文章，題目為Acute Promyelocytic Leukemia: From Clinic to Molecular Biology。陳賽娟從法國回來后第一個發現一種特別的病，變異的APL。正常APL是15、17染色體異位，但新發現的是11、17染色體異位。我們的研究看到病人用維甲酸治療16天后沒有效果，這是陳賽娟所長的發現。在她第一次發現這樣的變異后，之后的研究也發現大量變異體。

APL的發病機制是PML-RARα的復合體阻斷早幼粒細胞的分化，無法繼續分化形成正常的細胞，變成了早幼粒細胞白血病。使用維甲酸將這個蛋白復合體降解，抑制其阻斷作用，因此早幼粒細胞得以分化。

接下來，我們研究這個PML-RARα的融合基因是如何發揮原癌活性的？這要感謝我們所有基礎研究的工作人員，我們可以看到從2010年、2014年到2018年發表的文章都表明，PML-RARα有很多作用，如引起大量出血、協同調節、抑制紅細胞生成等復雜的作用。

在這里我沒有寫所有參與者的名字，但借此機會我想證明，你們做了非常多的工作，沒有你們的努力我們對這個疾病的了解也無法深入。2019年在Nature Communication上，蒙國宇博士發現PML-RARα可以有多聚體，存在不同的寡聚形式，會引起核體的改變；也可以看到PML-RARα寡聚化會影響砷劑的療效。如果PML-RARα是多聚體的形式，病人可長期存活；但如果是寡聚體，生存率便會下降，所以PML-RARα的作用沒有那么簡單。

蒙教授說，科學沒有止境，PML-RARα可以分這么多聚體。這些還不止，今年我們所在Blood上發表文章，發現PML-RARα還有調節作用。它可以抑制一些基因，但也可以活化一些基因，就看這個過程如何平衡。這與我們中醫的陰陽學說類似，任何事情沒有絕對，要看它的兩面性，這個研究還正在深入，這篇文章在預印中，暫時還沒真正發表。當他們給我這樣的結果時，我說好極了。我們努力了40年，到今天還沒有真正解決這個問題。

剛才講了許多，現在大家都已經知道，全反式維甲酸和砷劑的作用機制是什么。最早我們和張亭棟教授合作發現，高濃度砷劑會引起細胞凋亡，而低濃度砷劑才會引起細胞分化。所以砷劑有兩種作用，但這取決于使用濃度。在低濃度下，可引起細胞分化，治療疾病。

陳竺和他的學生孫曉建發現砷劑和維甲酸對PML-RARα這個融合基因的作用位點不一樣。砷劑導致caspase途徑的蛋白降解，所以砷劑是通過作用于PML基因；而維甲酸作用于RARα基因，最終都導致PML-RARA降解。

這實際上是一個靶向治療，那這種療法對其他腫瘤是否有作用呢？在1994年，我和陳竺、陳賽娟在法國科學院的院報上發表文章，我們沒有發現維甲酸和砷劑對其他腫瘤有作用，因此我們提出一個見解“一把鑰匙開一把鎖”。我們現在所做的工作就是找這個鎖，然后再找鑰匙，而不是先找鑰匙，鑰匙店里鑰匙多了，但不是每個要是都可以開鎖。首先要看鎖是什么，然后再配一個鑰匙。我們提出的“一把鑰匙開一把鎖”的理論，也就是現在所講的靶向治療。

是不是這樣就結束了呢？并不是。使用維甲酸后，共引起169個下游基因發生改變，100個上調，69個下調。那怎么辦呢？在調研文獻后，從1996年開始就有研究尋找維甲酸的作用蛋白，諸江和童建華等人總結維甲酸作用后，會引起Rig-G、Rig-I 、Rig-E 、Rig-K等基因的變化。

維甲酸作用后，Rig-G升高，那么Rig-G起什么作用呢？Rig-G是一個與干擾素有關的細胞增殖分化過程重要的調節因子，Rig-G使得P27和P21增高。再深入一步發現，Rig-G可以抑制CSN家族蛋白質的聚集，影響細胞的分化和增殖，這篇文章于2013年發表，結論是Rig-G抑制NB細胞的增殖，推動全反式維甲酸誘導APL細胞分化。因此Rig-G起了很重要的作用，使得APL細胞分化而不增殖。

講到Rig-I，我要表揚一下諸江，他在這方面做了很多工作。Rig-I現在是明星生物分子，對這個東西的研究越來越多。從1986年到2020年，國內外共發表2918項相關研究工作，文章發表越來越多，諸江做了很多工作。陳竺和陳賽娟課題組最近的發現是Rig-I可以穩定TRIM25 mRNA，這項工作也是我們之前基礎研究成果的累積。Rig-I還可以抑制ECM-β3通路，從而保護細胞不衰老。我也想吃這個東西，可以不老死。那么，為什么腫瘤細胞會不死反而越來越多呢？

2004年有報道發現，在維甲酸處理后，APL病人原代白血病細胞中cAMP的濃度會升高；最近發現組氨酸去甲基化酶KDM3B會促進全反式維甲酸誘導APL的分化過程。這篇文章于去年10月發表在Cancer Cell Int。

我講得一頭汗，為什么呢？我們走過了40年，從開始發現維甲酸到現在，我們在座的各位研究生，包括最近的明星蒙醫生，這許多工作都是我們大家努力的結果。

那么，誘導分化治療能不能用在其他腫瘤的治療上？我已經講過，ATRA和砷劑聯用到目前為止沒有發現對其他腫瘤有效，尤其是實體瘤。今天長征醫院的謝醫生給我們帶來希望，他對肝臟誘導分化治療研究已經有九年，得到了很好的效果。從開始我就非常注意他的研究工作，非常好，等一下他也會給我們講。

我們再看一下，誘導治療是不是還有其他方法。2005年胡炯分析了砷劑在各種腫瘤中所起的作用。2019年，蔡循發表了題為《ATRA在非APL的髓系白血病中的治療》，說明在與其他藥物合用時也會產生療效，并且對于實體瘤，如大腸癌，全反式維甲酸也有作用，但需要和其他藥物聯用。還有一個非常重要的發現是外國人開始做的。2008年在膠質細胞瘤中發現了IDH1突變，之后發現使用藥物AG-221抑制由于IDH1突變引起的AML。陳竺、陳賽娟、孫曉建，在2019年發表的綜述中提出， 全反式維甲酸和砷劑除了能夠治療IDH2突變引起的AML外，治療機制很有可能和全反式維甲酸/砷劑對APL的治療機制是相似的。這就說明，誘導分化治療還有很漫長的路要走。

最后，雖然我們血研所在這40年來開了一個頭，取得了一些成績，但問題只針對于急性早幼粒白血病，從高度致死到高度治愈，但也只走到這一點。這只是誘導分化治療的開端，我們門路還很廣闊。

最后一句話是“Much more to do than what we have achieved”。我們所取得的成就比我們想要的少多了，我們還有很多工作要做，我們在座各位年輕的研究同志，你們不會失業，你們要研究的問題多了，我就講這點，可能超過時間，非常抱歉！（完）