在珍妮特·罗利(Janet Rowley)家的餐桌上,照片成了一片片可以挪动的证据。她把实验室照片中的染色体逐条剪下,再一对对排好,孩子们打趣说那是纸娃娃。芝加哥大学的记述将这一幕放在 1972 年、她位于海德公园的家中。那时,她刚从牛津归来,带回了让不同染色体更容易辨认的新方法。[1]
餐桌这一幕令人难忘,摆在桌上的问题更值得追究。白血病细胞中会出现形态明显异常的染色体。这些异常究竟只是疾病留下的损伤痕迹,还是有某种特定变化能够帮助解释疾病?罗利把问题问得更精确了:先在不同患者身上寻找同一种变化,再追问这种变化究竟起什么作用。
学会辨认每一片
罗利走向研究的道路,经历过等待,也经历过兼职工作。在美国国家医学图书馆的传记访谈中,她回忆,医学院对女性招生名额的限制,让她的入学时间推迟了九个月。她于 1948 年获得医学学位,先在公共卫生诊所工作,后来进入芝加哥一家服务于发育障碍儿童的诊所。她一边延续职业生涯,一边养育四个儿子。[2]
染色体研究为这段临床经历打开了新的方向。在英国接受培训后,她于 1962 年回到芝加哥,从事血液学研究。1970–71 年再次访学牛津时,她接触到染色体显带方法,后来将其用于白血病样本。[1][2] 她需要练就的眼力,是从新方法制备的标本中,看出过去会被掩盖的差异。
难处在于辨认。显带技术出现之前,有些染色体外观十分接近,只能按大小和形状归在同一组。即使发现某一组多了一条,研究者也难以确定究竟是哪一号染色体增加了。各有特征的条带,让比对更为精确。在 2011 年的一篇研讨会纪要中,罗利和其他研究者回顾了她如何借助这种方法重新审视早年的观察,辨认出反复出现的变化。[3]
重复出现的现象,由此有了不同的分量。过去,在两名患者身上各发现一条多余的染色体,至多指向两处大致相似的异常。如今,若能确认两人多出的都是同一号染色体,观察结果就具体得多。改进染色方法,既让照片更清楚,也改变了研究者认定两份证据相互吻合的依据。
那条显得过短的染色体
彼得·诺韦尔(Peter Nowell)和戴维·亨格福德(David Hungerford)已于 1960 年报告了费城染色体,确认慢性髓性白血病中存在一种反复出现的染色体异常;这种疾病通常简称 CML。[3] 罗利接手的是一项已经展开的研究。她的工作将改变人们对这个熟悉形态的解释。
她在 1973 年发表于《Nature》的研究短函中,描述了连续九名患者的细胞。22 号染色体显得短了一截,而新的染色方法还显露出,其中一条 9 号染色体的末端多了一段物质。多出的部分与 22 号染色体上看起来缺少的部分,数量大致相当。这一发现提示,染色体之间发生了物质转移。[4]
关键的一步,是把两处观察合在一起看。一条染色体变短,让人想到片段丢失;若同时有另一条染色体变长,片段转移就有了解释的依据。罗利把整套染色体放在一起比对,让每条异常染色体都能在其他染色体中找到参照。
论文的措辞保留了探索中的审慎。摘要提出,此前尚未检出的一次易位——也就是染色体物质的转移——能够解释所见现象;至于相关基因的身份及其活动,仍待研究。[4] 这处可见的交换,为进一步调查标出了位置。要揭示那里运作的分子过程,还需要另外的证据。
比较疾病的不同阶段
罗利后来的回忆补上了一组重要比较。她当时正在检查 CML 急变期的细胞,这个阶段常有多种异常,容易使解释变得复杂。她于是回头查看慢性期的标本,在那里也找到了所怀疑的交换。她还检查了几名患者经刺激的 T 细胞,发现这些细胞的染色体正常。[3]
每一次比较,都缩小了可供解释的范围。既然慢性期样本中已有这种变化,把它仅仅归为疾病末期转变留下的损伤,就难以成立。另一类细胞的染色体正常,也削弱了“这只是患者全身共有的一种染色体变异”的解释。单独看任何一项观察,都还不足以证明白血病如何起始;两项放在一起,便更难用其他解释轻易排除这次疑似重排。
餐桌故事背后,还有这些较少进入画面的工作:选择恰当的比较,让错误解释有机会暴露。坚持的价值,在于为论证带来更多证据。若只是反复申说原有信念,能推进的工作便有限。
从位置到机制
后来的团队开始研究交换位置上的基因。1985 年,埃玛·什季韦尔曼(Emma Shtivelman)及同事报告了一种融合 RNA 转录本,其中 BCR 序列与 ABL 序列连接在一起。他们提出,由此产生的融合蛋白参与了恶性肿瘤的形成。[5] 染色体上的观察,如今在分子层面有了对应:遗传指令出现了新的组合。
随后是另一类检验。1990 年,乔治·戴利(George Daley)、理查德·范埃滕(Richard Van Etten)和戴维·巴尔的摩(David Baltimore)把编码 P210 BCR–ABL 的基因导入小鼠骨髓细胞,再将这些细胞移植给受体小鼠。这些动物出现了几种血液系统恶性肿瘤,其中包括一种类似人类慢性期 CML 的综合征。[6] 实验为这一融合能够驱动疾病提供了证据,同时也有明确的限度:使用的是小鼠模型,产生的恶性肿瘤也有多个类型。
理解这些研究各自回答了什么问题,才能理解罗利工作的意义。染色体显微观察找到了反复出现的重排,分子分析揭示了重排产物的特征,实验干预则检验这种产物能够引发什么。几项成果相互补充,各有要回答的问题。若把整条研究链都归于一次发现,就会抹去那些让最初观察获得实际用途的工作。
治疗还要经过另一场检验
到 2001 年,布赖恩·德鲁克(Brian Druker)及同事报告了 STI571 的 1 期临床研究。这种名为伊马替尼的药物,能够抑制 BCR–ABL 的激酶活性。研究纳入了 83 名患者,均为干扰素 α 治疗失败后的慢性期 CML 患者。在每日用药至少 300 毫克的 54 名患者中,53 名达到完全血液学缓解,七名达到完全细胞遗传学缓解。[7]
这些结果需要仔细辨读。血液学缓解关注血象,细胞遗传学缓解关注受检细胞中的染色体异常。早期结果虽然突出,53 人这一数字记录的是完全血液学缓解,尚不足以说明这些患者已经治愈。这是一项针对特定患者群体、逐步递增剂量的早期研究;要以随机研究证明长期生存获益,还需要后续检验。[7]
这项研究确实说明,找出疾病在分子层面依赖什么,对治疗有何价值。药物所检验的,是抑制异常蛋白活性的干预办法。罗利发现的重排,曾帮助研究者把注意力引向这个蛋白;抑制剂的开发与检验,则又需要一整套后续工作。
她留存下来的文献,也保存了研究工作更宽广的面貌。芝加哥大学图书馆的档案检索指南,除奖项资料外,还列有往来信函、实验室记录、草稿、笔记、照片和发表文件。[8] 一项广受赞誉的成果,置于日积月累的工作材料之中。
那个画面因此值得留在眼前:一位医生摆放着剪下来的照片,让一名患者的染色体与另一名患者的染色体相互比较。这些小纸片之所以重要,在于它们之间的关系可以逐一核查。罗利帮助人们把一个异常形态变成了一个问题,让其他科学家能够沿着它继续追究、逐步厘清,最终据此采取行动。
来源
- 芝加哥大学新闻,“珍妮特·罗利,癌症遗传学先驱,1925–2013”(2013 年 12 月 17 日)——牛津培训、实验室工作及餐桌故事。
- 美国国家医学图书馆,“传记:珍妮特·戴维森·罗利医生”,Changing the Face of Medicine——职业经历及罗利对医学教育的回忆。
- H. Sharat Chandra 及同事,作者包括 Peter Nowell 和 Janet Rowley,“费城染色体研讨会:纪念 Ph 染色体发现 50 周年”,Cancer Genetics 204(2011),171–179——参与者对辨认方法及比较样本的回忆。
- Janet D. Rowley,“通过奎纳克林荧光与吉姆萨染色识别慢性髓性白血病中一种新发现、反复出现的染色体异常”,Nature 243(1973),290–293——原始报告;链接中的摘要介绍了九名患者的病例系列及所提出的易位解释。
- Emma Shtivelman 及同事,“慢性髓性白血病中 abl 与 bcr 基因的融合转录本”,Nature 315(1985),550–554——原始分子研究及摘要。
- George Q. Daley、Richard A. Van Etten 和 David Baltimore,“费城染色体的 P210bcr/abl 基因在小鼠中诱发慢性髓性白血病”,Science 247(1990),824–830——小鼠实验研究,PubMed 摘要。
- Brian J. Druker 及同事,“BCR-ABL 酪氨酸激酶特异性抑制剂治疗慢性髓性白血病的疗效与安全性”,New England Journal of Medicine 344(2001),1031–1037——1 期研究、入组条件及缓解结果,PubMed 摘要。
- 芝加哥大学图书馆,珍妮特·D. 罗利文献指南,1940–2013——馆藏范围与编排;此处引据档案检索指南,未直接查阅其中的档案文件。
- 芝加哥大学图书馆,“Rowley, Janet”,摄影档案,apf7-01134——Chicago Maroon 拍摄的罗利实验室照片,年代标注为 1980 年代。