三氧化二砷（As₂O₃），俗称砒霜，在治疗急性早幼粒细胞白血病（APL）方面，经历了从民间验方到现代靶向药物的传奇转变，是中国科学家对世界医学做出的重大贡献。
三氧化二砷治疗白血病的历史体现了中国几代科学家的接力探索。
早期探索与发现。1970年代，APL是白血病最凶险的类型，传统化疗效果差且副作用大。哈尔滨医科大学张亭栋团队在调查一个使用含砷、汞等成分的复方中药“癌灵”治疗肿瘤的民间偏方时，通过严谨的临床观察和药物成分分析，发现其中的三氧化二砷是发挥抗白血病作用的主要有效成分。1973年，张亭栋团队发表了首篇其治疗白血病的临床观察报告。随后研究证实，该药物对APL疗效显著，缓解率70%以上，且不引起骨髓抑制。表型！
机制阐明与推广。20世纪80年代，上海瑞金医院王振义团队首次证明全反式维甲酸对APL有显著的治疗作用。1996年，王振义团队首次从分子生物学水平揭示了三氧化二砷的作用机制，即通过诱导白血病细胞凋亡来发挥作用。1998年，美国学者将三氧化二砷用于治疗复发性APL患者，疗效显著。
优化与标准疗法。2001年起，上海瑞金医院将三氧化二砷作为APL一线用药，形成独特的治疗方案，获得极高的完全缓解率。研究发现，将三氧化二砷与全反式维甲酸联合使用，效果更佳。2018年，美国FDA正式批准三氧化二砷与全反式维甲酸联合用于治疗新诊断的低危性APL，标志着该方案成为全球标准治疗方案。
APL的发病与15号和17号染色体易位形成的 PML-RARα 融合蛋白密切相关，该蛋白导致细胞分化受阻，恶性增殖。三氧化二砷和ATRA通过协同作用，精准打击这一靶点蛋白。三氧化二砷主要作用于融合蛋白的 PML 部分，诱导其降解，并直接导致白血病细胞凋亡。全反式维甲酸主要作用于融合蛋白的 RARα 部分，解除分化阻滞，诱导白血病细胞向正常细胞分化成熟，继而凋亡。二者联用，几乎能彻底地清除白血病细胞，极大降低复发率。目前，三氧化二砷联合全反式维甲酸的无化疗方案已成为APL治疗的主流，取得了革命性的成果，从APL一种高死亡率的凶险疾病，转变为治愈率超过95%的可治愈急性白血病。
2020年9月，张亭栋和王振义获得2020年未来科学大奖生命科学奖。2020年12月30日，获奖者之一王振义教授作了一场关于此项研究的演讲，以下是内容整理。
未来科学大奖的评委，在座的领导、同事和同学们，今天讲的主题是全反式维甲酸是怎样发现的，以及它之后40年来做了什么工作。我今天代表上海血液学研究所，几乎所有材料和参考资料都来自于血研所各位PI、各位年轻研究员的结果（有修改）。
“诱导分化治疗”的概念是怎么来的？我想这和我所受的教育有关，儒家思想认为一个坏的成分，与其把它消灭，不如教育它成为一个有用的成分。最明显的例子，末代皇帝溥仪就是这样的，我们所做的也是这方面的工作。
其实转化医学，即诱导分化医学并不是我们开创的，1978年以色列科学家Leo Sachs曾说“髓系白血病细胞是可以转过来的，可以弃邪归正。”美国Breitman于1980年的研究发现，人类接近早幼粒细胞白血病的细胞株HL-60，可以用维甲酸诱导分化。
我们从1978年开始研究分化治疗，当时西班牙学者Gozalvez在Lancet杂志发表了文章，发现是用硫杂脯氨酸（thioproline）可以使颈部恶性肿瘤分化、吸收、消失。在这个发现的启发下，我们开始研究硫杂脯氨酸，花了三年的时间，很可惜最后失败了。我们的结果发表在杂志《第二医学院学报》上，做这项工作的研究生也到外地工作了。
1983年，Flynn发现13-顺维甲酸对急性早幼粒白血病是有效的， 13-顺维甲酸是全反式维甲酸的同分异构体。他的研究引起我们的注意，同年我们证明，全反式维甲酸对HL-60是有作用的。这两种维甲酸的差异是末端的-COOH，一个是全反式，另一个是13-顺式。全反式维甲酸可使HL-60或者新鲜的早幼粒细胞，从幼稚细胞逐步分化为正常细胞。这是体外的细胞实验证明全反式维甲酸的作用。
此外，在一个五岁濒临死亡的女孩子身上也证明了全反式维甲酸的疗效。在家属要求下，我们大胆地使用了这个药。ATRA已经批准用于皮肤病，我们自己也试了，没有毒性反应。于是我们在这个病人用了ATRA，效果非常好。我最后一次看到这位病人是在5年以前，从五岁接受治疗到现在已经三十多年了，她仍健在。
从1987年开始，我们在血研所一直从事相关研究，最多的是1992年我们综合了国内544例早幼粒细胞白血病，用全反式维甲酸以后，完全缓解率达到85%-90%，而从前只有10-20%可完全缓解。这个结果，国外很快重复。美国、法国、澳大利亚、巴西、日本等等，他们都用大量的病人证明全反式维甲酸是有效的。
1997年，我们和哈尔滨医科大学的张亭栋教授一起合作，用三氧化二砷治疗复发的APL，后来将全反式维甲酸和三氧化二砷联用。从1992年到1999年，三氧化二砷的完全缓解率可以达到93%，我们国内是80%左右。两药合用，生存期延长。如果单用全反式维甲酸或三氧化二砷，生存期就短一些。从这时开始，陈竺和陈赛娟从法国学成归来，他们带回了分子生物学和细胞遗传学的技术，开始进一步机制研究。
我们分成两大部分，第一部分是临床研究。第一批86个病人两药合用，观察了近70个月，完全缓解率达到94.1%，病人生存率达到91.7%，无病生存率能达到89.2%。这个结果，在国外也很快证明。
我们没有停止。在李军民主任领导下，我们在2012年的研究方案基础是做了改进。改进在什么地方呢？APL分为三种：低危、中危和高危。这次入组了855例病人。低危病人现在可达到99%完全缓解率，在855例病人的统计中这个结果是非常可观的。但有早期死亡，这是疾病治疗中一个问题，我们也在研究为什么会早期死亡。这次随访的是7年和12年的患者。7年随访的低危总生存率为97.4%，非常高。12年随访的中低危总生存率达到90%，病例数目不小，观察年限不短，7年和12年，几乎可以说达到了治愈水平。
我们进一步研究哪些基因会影响这个药物的治疗。随着疾病严重程度增加，病人也存在更多基因突变。沈阳发现基因突变会影响到治疗效果。高危突变会比较多，中危、低危相对少一些。2015年，我们发现表观遗传修饰基因（Epigenetic modified genes）突变会导致较差的愈后。这个结果很容易理解，因为表观遗传基因会影响到后面的基因。因此，基因改变会影响治疗效果。
更重要的是，我们想知道这个疾病为什么有的病人在3天到5天发生早期死亡。为什么呢？出血。为什么会出血？这要感谢诸江的研究工作，他在1999年发现，在这个疾病发作时，治疗之前组织因子很高，治疗后7天或者14天很快降下来。所以组织因子的减少，对止血起很重要的作用；反之，就会容易发生出血。进一步的研究发现，所谓止血功能的改变，与纤维蛋白溶解系统有关。在治疗前纤维蛋白溶解严重，病人严重出血，而在治疗7天后无新出血，14天出血停止。
在使用三氧化二砷后，纤维蛋白原从低水平逐步升高，纤溶酶原激活因子的活性从高水平降低，其他因子没有显著性差别。所以，我们认为APL的早期死亡是因为出血，而在使用维甲酸和三氧化二砷之后，出血马上停止。我举例的第一个女孩子就是这样，她当时已经高热出血，非常危险。用药一周后，症状基本消失，一个月后完全缓解，似乎发生了一个非常特别高效的结果。
更重要的是我们最近从分子以及基因水平来做的研究。在使用全反式维甲酸和三氧化二砷以后，APL细胞发生四个重要改变：组织因子减少、炎症相关的细胞因子减少、非特异性蛋白酶增加，但是纤维蛋白溶解活性增强。
但这和刚才的报告有矛盾，问题就在这里。维甲酸对纤溶蛋白蛋白酶原活性有两个作用，一个是增加，一个是减少。用全反式维甲酸和三氧化二砷治疗早期，纤维蛋白酶原在基因水平上是增加的，这可以解释为什么APL有早期死亡。这个研究工作由王侃侃完成，今天她不在现场，工作暂时未发表，因此要保留一下。那么跟血小板有没有关系呢？这是发表在2018年的工作证明和血小板没有关系。所以早期死亡原因还是纤维蛋白溶解过强，我们目前在开展这方面研究，减少早期死亡的病人。因为这种疗法仍有10%病人会早期死亡，如果能减少，完全缓解率会更高。
有个非常特别的问题，APL会不会复发或是发生第二个肿瘤？是可以的。我们有个病人，完全缓解后近二十年后复发，经检查就是APL复发。同时也有一个APL病人，完全缓解后近二年复发，出现一个特别的基因突变。这个结果我们应该感谢王侃侃。她发现这个病人初期已经有2个基因的改变，FLT3-ITD和PML-RARα；另外还有一个隐匿的融合突变基因KMT2A-USO1。
疾病发生最初是急性早幼粒性白血病，存在FLT3-ITD和PML-RARα的基因突变，经治疗后完全缓解。近二年后复发，出现KMT2A-USO1隐匿融合基因的突变。但是，这个基因突变很早就存在了。这种复发方式我们是第一个发现的，这也是为什么British Journal of Hematology能够发表这篇文章。
刚才我讲的都是临床研究，但是在这个过程中，很多都是基础医学研究，包括基因测序。我们把临床医学和基础研究结合地比较好，基础研究加强，解决很多临床问题。接下来，我们回顾基础研究。
APL的发生与PML-RARα的融合基因有关，陈赛娟、我和陈竺共同写了这篇文章，题目为Acute Promyelocytic Leukemia: From Clinic to Molecular Biology。陈赛娟从法国回来后第一个发现一种特别的病，变异的APL。正常APL是15、17染色体异位，但新发现的是11、17染色体异位。我们的研究看到病人用维甲酸治疗16天后没有效果，这是陈赛娟所长的发现。在她第一次发现这样的变异后，之后的研究也发现大量变异体。
APL的发病机制是PML-RARα的复合体阻断早幼粒细胞的分化，无法继续分化形成正常的细胞，变成了早幼粒细胞白血病。使用维甲酸将这个蛋白复合体降解，抑制其阻断作用，因此早幼粒细胞得以分化。
接下来，我们研究这个PML-RARα的融合基因是如何发挥原癌活性的？这要感谢我们所有基础研究的工作人员，我们可以看到从2010年、2014年到2018年发表的文章都表明，PML-RARα有很多作用，如引起大量出血、协同调节、抑制红细胞生成等复杂的作用。
在这里我没有写所有参与者的名字，但借此机会我想证明，你们做了非常多的工作，没有你们的努力我们对这个疾病的了解也无法深入。2019年在Nature Communication上，蒙国宇博士发现PML-RARα可以有多聚体，存在不同的寡聚形式，会引起核体的改变；也可以看到PML-RARα寡聚化会影响砷剂的疗效。如果PML-RARα是多聚体的形式，病人可长期存活；但如果是寡聚体，生存率便会下降，所以PML-RARα的作用没有那么简单。
蒙教授说，科学没有止境，PML-RARα可以分这么多聚体。这些还不止，今年我们所在Blood上发表文章，发现PML-RARα还有调节作用。它可以抑制一些基因，但也可以活化一些基因，就看这个过程如何平衡。这与我们中医的阴阳学说类似，任何事情没有绝对，要看它的两面性，这个研究还正在深入，这篇文章在预印中，暂时还没真正发表。当他们给我这样的结果时，我说好极了。我们努力了40年，到今天还没有真正解决这个问题。
刚才讲了许多，现在大家都已经知道，全反式维甲酸和砷剂的作用机制是什么。最早我们和张亭栋教授合作发现，高浓度砷剂会引起细胞凋亡，而低浓度砷剂才会引起细胞分化。所以砷剂有两种作用，但这取决于使用浓度。在低浓度下，可引起细胞分化，治疗疾病。
陈竺和他的学生孙晓建发现砷剂和维甲酸对PML-RARα这个融合基因的作用位点不一样。砷剂导致caspase途径的蛋白降解，所以砷剂是通过作用于PML基因；而维甲酸作用于RARα基因，最终都导致PML-RARA降解。
这实际上是一个靶向治疗，那这种疗法对其他肿瘤是否有作用呢？在1994年，我和陈竺、陈赛娟在法国科学院的院报上发表文章，我们没有发现维甲酸和砷剂对其他肿瘤有作用，因此我们提出一个见解“一把钥匙开一把锁”。我们现在所做的工作就是找这个锁，然后再找钥匙，而不是先找钥匙，钥匙店里钥匙多了，但不是每个要是都可以开锁。首先要看锁是什么，然后再配一个钥匙。我们提出的“一把钥匙开一把锁”的理论，也就是现在所讲的靶向治疗。
是不是这样就结束了呢？并不是。使用维甲酸后，共引起169个下游基因发生改变，100个上调，69个下调。那怎么办呢？在调研文献后，从1996年开始就有研究寻找维甲酸的作用蛋白，诸江和童建华等人总结维甲酸作用后，会引起Rig-G、Rig-I 、Rig-E 、Rig-K等基因的变化。
维甲酸作用后，Rig-G升高，那么Rig-G起什么作用呢？Rig-G是一个与干扰素有关的细胞增殖分化过程重要的调节因子，Rig-G使得P27和P21增高。再深入一步发现，Rig-G可以抑制CSN家族蛋白质的聚集，影响细胞的分化和增殖，这篇文章于2013年发表，结论是Rig-G抑制NB细胞的增殖，推动全反式维甲酸诱导APL细胞分化。因此Rig-G起了很重要的作用，使得APL细胞分化而不增殖。
讲到Rig-I，我要表扬一下诸江，他在这方面做了很多工作。Rig-I现在是明星生物分子，对这个东西的研究越来越多。从1986年到2020年，国内外共发表2918项相关研究工作，文章发表越来越多，诸江做了很多工作。陈竺和陈赛娟课题组最近的发现是Rig-I可以稳定TRIM25 mRNA，这项工作也是我们之前基础研究成果的累积。Rig-I还可以抑制ECM-β3通路，从而保护细胞不衰老。我也想吃这个东西，可以不老死。那么，为什么肿瘤细胞会不死反而越来越多呢？
2004年有报道发现，在维甲酸处理后，APL病人原代白血病细胞中cAMP的浓度会升高；最近发现组氨酸去甲基化酶KDM3B会促进全反式维甲酸诱导APL的分化过程。这篇文章于去年10月发表在Cancer Cell Int。
我讲得一头汗，为什么呢？我们走过了40年，从开始发现维甲酸到现在，我们在座的各位研究生，包括最近的明星蒙医生，这许多工作都是我们大家努力的结果。
那么，诱导分化治疗能不能用在其他肿瘤的治疗上？我已经讲过，ATRA和砷剂联用到目前为止没有发现对其他肿瘤有效，尤其是实体瘤。今天长征医院的谢医生给我们带来希望，他对肝脏诱导分化治疗研究已经有九年，得到了很好的效果。从开始我就非常注意他的研究工作，非常好，等一下他也会给我们讲。
我们再看一下，诱导治疗是不是还有其他方法。2005年胡炯分析了砷剂在各种肿瘤中所起的作用。2019年，蔡循发表了题为《ATRA在非APL的髓系白血病中的治疗》，说明在与其他药物合用时也会产生疗效，并且对于实体瘤，如大肠癌，全反式维甲酸也有作用，但需要和其他药物联用。还有一个非常重要的发现是外国人开始做的。2008年在胶质细胞瘤中发现了IDH1突变，之后发现使用药物AG-221抑制由于IDH1突变引起的AML。陈竺、陈赛娟、孙晓建，在2019年发表的综述中提出， 全反式维甲酸和砷剂除了能够治疗IDH2突变引起的AML外，治疗机制很有可能和全反式维甲酸/砷剂对APL的治疗机制是相似的。这就说明，诱导分化治疗还有很漫长的路要走。
最后，虽然我们血研所在这40年来开了一个头，取得了一些成绩，但问题只针对于急性早幼粒白血病，从高度致死到高度治愈，但也只走到这一点。这只是诱导分化治疗的开端，我们门路还很广阔。
最后一句话是“Much more to do than what we have achieved”。我们所取得的成就比我们想要的少多了，我们还有很多工作要做，我们在座各位年轻的研究同志，你们不会失业，你们要研究的问题多了，我就讲这点，可能超过时间，非常抱歉！（完）
热门跟贴