斯蒂芬·約翰斯頓夢想著未來人類可以透過一次注射來保護自己免受所有型別癌症的侵害。正如這位生物化學家所設想的那樣，這種預防性注射將訓練免疫系統在癌細胞擴散形成惡性腫瘤之前將其清除。問題在於：許多腫瘤專家堅持認為這在科學上是不可能的。
該概念的批評者表示，腫瘤細胞的基因過於複雜，無法透過鎖定任何一個目標來始終如一地進行阻止。然而，約翰斯頓和亞利桑那州立大學的同事們在過去的 12 年裡一直在研究一種實驗性疫苗。他們測試了數百名患有癌症的人和狗的血液，以確定潛在的疫苗靶點，然後提出了疫苗混合物並在數百隻患有腫瘤的小鼠身上進行了實驗性測試。研究人員認為，他們現在已經確定了一種配方，這種配方具有阻止腫瘤形成的能力。約翰斯頓說，他的疫苗混合物說明尚未公開，因為他做出了戰略性決定，在獲得智慧財產權之前不釋出它們。
但今年 7 月，美國的三所大學將開始下一階段的工作——測試他的候選疫苗在犬類中預防所有型別癌症的能力。這將是迄今為止規模最大的干預性犬類臨床試驗，涉及至少 800 只健康的寵物。（第二大的是一項涉及 360 只狗的心臟病試驗。）一半的狗將被隨機選擇接受注射，另一半將注射安慰劑。然後，兩組將追蹤五年，以觀察癌症跡象或任何令人擔憂的副作用。
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癌症是寵物犬死亡的主要原因，因此如果這種疫苗成功，將對它們的主人來說是一個福音。它也可能成為人類癌症研究的改變者。“他在狗身上做這件事很令人興奮——因為狗在免疫學和基因上與人類相似，”華盛頓大學癌症疫苗研究所的助理教授薩沙·斯坦頓說，她與約翰斯頓的工作無關。斯坦頓說，像人類一樣，拉布拉多犬、吉娃娃犬、哈士奇犬及其同類具有很大的遺傳變異性，並且在非無菌環境中磨練了它們的免疫系統，這使它們成為比實驗室齧齒動物更好的測試模型。我們的四條腿朋友患癌症的機率也與人類大致相同，終生風險約為 30% 至 40%。在人類中發現的100 多種癌症中的大多數也在狗身上發現。在許多癌症中，犬類和人類腫瘤在顯微鏡下是無法區分的。而且由於狗的壽命較短，腫瘤發展速度加快，約翰斯頓說他可以比在人類身上更快地確定癌症疫苗在狗身上的有效性。
癌症疫苗的研究最近激增，這得益於利用免疫系統攻擊腫瘤的免疫療法的增長。自 2014 年以來，全球已進行 300 多項癌症疫苗臨床試驗。但大部分工作都集中在治療性疫苗接種上——那些為對抗特定患者的腫瘤而量身定製的疫苗。在使用這種方法時，研究人員通常會對腫瘤的 DNA 進行測序，並建立一種由癌細胞蛋白和白細胞組成的定製治療混合物。如果一切順利，一旦將該混合物注射回患者體內，其腫瘤特異性蛋白應會引起 T 細胞的強烈反應，從而幫助身體摧毀癌症。
相比之下，約翰斯頓說，他在亞利桑那州立大學生物設計研究所創新醫學中心的團隊正在嘗試開發一種通用的預防性癌症疫苗——一種可以在腫瘤形成之前使用的注射劑。他可能正在壟斷這種預防工作，因為醫學界的共識是：“這在生物學上是不可能的，”正如美國癌症治療中心腫瘤學家兼醫學和科學總裁莫里·馬克曼所說。“這是幻想。它與我們今天所知道的關於癌症的一切都背道而馳。”
馬克曼指出，癌症不被認為是一種疾病，而是數千種不同的疾病。他補充說，每個單獨的腫瘤都受到獨特、複雜的 DNA 突變的影響，因此建立一種疫苗來預防不同的疾病被廣泛認為是不可能的。但約翰斯頓說，當他的團隊檢視 RNA——攜帶 DNA 遺傳指令的信使分子時，他測試的所有癌症都出現了常見的複製錯誤：人類的五種主要型別和狗的八種類型。約翰斯頓說，這些共性使他相信，出於疫苗設計的目的，癌症可能被視為一個實體。
約翰斯頓方法的關鍵在於關注癌細胞在體內複製時的錯誤率。為了讓細胞構建自己的新版本，DNA 首先被轉錄或複製到 RNA 中。細胞讀取 RNA 並使用該資訊來產生適當的蛋白質，用於構建自己的新版本。生物學家和醫生都知道，健康的細胞是非常有能力的複製者。但是，快速分裂的癌細胞在轉錄過程中會犯更多的錯誤。“在癌症中，整個錯誤率上升了大約 10 倍，”約翰斯頓說。他專注於一種稱為“移碼”的錯誤，這種錯誤在癌細胞中很常見，並且強烈刺激免疫系統。在移碼中，一個新增或刪除的稱為核苷酸的分子構建基塊會使細胞的複製齒輪箱發生故障。通常，一個由三個部分組成的核苷酸字串（通常用字母表示）編碼特定型別的蛋白質。但是，一個錯誤的或缺失的核苷酸會使指令混亂——導致無法成為所需蛋白質的胡言亂語配方，而是一種稱為肽的蛋白質成分。如果這些肽有足夠的不規則性，免疫系統可能會將其識別為問題並將其標記為銷燬。約翰斯頓希望他的疫苗透過啟動兩種型別的免疫系統工作人員——稱為 B 細胞的記憶細胞以及 T 細胞“士兵”——來記住並追捕這些肽，從而促進這一過程。
為了設計實驗性疫苗，約翰斯頓的團隊仔細研究了數百名人類和狗的腫瘤細胞。在 100,000 種可能的移碼肽中，他們選擇了 30 種在兩種物種的多種癌症中普遍存在的肽。他們將這些肽放入可以注射到皮膚中的疫苗中。其想法是，特定的細胞將抓住肽並將它們呈遞給 T 細胞和 B 細胞——類似於向免疫系統的控制人員展示“通緝”海報。這使 T 細胞對移碼產生“記憶”——當 T 細胞看到它們時，它們會殺死攜帶它們的細胞。至關重要的是，這種早期引入將使免疫系統能夠在較少的細胞時摧毀這種攜帶移碼的細胞，而不是在它們形成具有數十億高度進化細胞的腫瘤之後。
這個過程可能存在風險。例如，非癌細胞有時會產生移碼，但斯坦頓說，這種細胞往往是不正常的，無論如何都會被摧毀。不過，她指出，任何時候刺激免疫系統，它都可能在攻擊突變細胞的同時攻擊健康細胞，從而帶來副作用的風險。約翰斯頓說，他的團隊之前在三隻狗身上測試了疫苗，沒有發現任何安全問題。臨床試驗將尋找潛在的副作用，並嘗試確定這種疫苗是否可以預防癌症。
科羅拉多州立大學、威斯康星大學麥迪遜分校和加州大學戴維斯分校這三個地點計劃為約翰斯頓的新研究接種 800 只中年犬。在此後的幾年裡，每隻狗都將接受加強劑量和體檢。約翰斯頓認為，研究人員將在一年或兩年內瞭解該預防措施是否有效。根據他在人類和狗血液中進行的初步測試，他們希望它能預防多達 80% 的新腫瘤，從而促成了這項試驗。
斯坦頓對約翰斯頓的工作很感興趣，但她說：“一個絆腳石可能是這些[移碼肽]在不同腫瘤型別中的表現或多或少，因此你可能會有一種腫瘤型別特別有效，而在另一種腫瘤型別中則不然。”約翰斯頓還在考慮根據每種腫瘤的特徵性移碼錯誤來建立針對特定癌症（如乳腺癌、肺癌和胃癌）的預防性疫苗。斯坦頓說，這種方法更有希望。
然而，馬克曼仍然不相信這兩種方法都有效。“我絕不批評這個人或任何其他有想法並想嘗試它並且將以嚴謹的方式去做的人——我讚賞它，”他說。“我只是說這個概念存在致命缺陷。”
癌症每年導致約 880 萬人死亡，其中70% 來自中低收入國家，許多人負擔不起花費數萬美元的治療費用，約翰斯頓指出。這是他認為開發預防性疫苗並使其價格合理如此重要的原因之一。“沒有人提出任何其他可能製造預防性疫苗的方法，”他說。“因此，如果我們是唯一的選擇，而且即使有 10% 的可能性它可能有效，我們也應該嘗試一下。”