1671年，荷兰代尔夫特的一名公务员利用业余时间建造了当时世界上最好的显微镜。关键镜头部分由玻璃球自己手工抛光而成，分辨率高达1微米。相当于头发直径的1/50。如此高分辨率直到19世纪才被后人超越。掌握核心技术的科学家叫Antoine van Leeuwenhoek。他对微观世界进行了全方位的观察。
1678年，他在观察人类精液样本时发现了一种晶体物质。直到250 年后的1924 年，科学家们才阐明了这种晶体的分子结构。列文虎克发现的物质是精胺，是多胺代谢的重要中间产物。
经过近50年的研究，科学家们了解到，多胺是一类碱性小分子、含有多个氨基的长链脂肪族化合物，带有正电荷，与核酸有很高的亲和力。多胺在鸟氨酸脱羧酶的作用下被鸟氨酸催化合成腐胺，在S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶的参与下进一步合成亚精胺和精胺。这类源自氨基酸的阳离子有机物广泛存在于各种生物体中，是能促进细菌和细胞生长的重要代谢产物。
列文虎克于1678 年观察到的磷酸精胺晶体。图片来源：[1]
抑制多胺合成治疗肿瘤
1971年，巴尔的摩癌症研究所的科学家黛安·拉塞尔报告了一项令人惊讶的发现，即患有各种类型肿瘤的患者尿液中的多胺浓度显着升高。该论文发表于《自然》，该期刊第1期分期《自然·新生物学》（后与《自然》重新合并）[2]。这一发现很快引起了肿瘤学家的注意，他们开始使用尿多胺水平作为检测肿瘤的标志物。更进一步，他们希望能够阻断多胺的生物合成，希望这种方法可以用来治疗肿瘤。
当时，合理的药物设计是药物开发的主流方法。在纽约，乔治·希钦斯(George Hitchings) 和他的实验室助理格特鲁德·埃利恩(Gertrude Elion) 改进了化学药物开发的试错方法，设计出针对特定目标具有特定结构的新药。分子来实现阻断。这一设计理念改变了医学的面貌，因此他们共同获得了1988年诺贝尔生理学或医学奖。
合理的药物设计方法强调将基本的生化和生理过程理解为特定的药物靶点。基于这一理念，希金斯和埃利恩设计了嘌呤类似物，随后被用作抗肿瘤药物和免疫抑制剂。遵循类似的概念，当理解多胺合成源自鸟氨酸脱羧酶催化时，鸟氨酸类似物可能与重要的代谢酶结合，从而不可逆地阻断酶活性。
二氟甲基鸟氨酸（DFMO）是法国斯特拉斯堡梅雷尔研究所在此期间生产的，用于阻断哺乳动物细胞中的多胺合成[3]。很快，法国和美国科学家发现DFMO在体外和体内都具有抗肿瘤作用。在动物模型中可以抑制皮肤癌、结肠癌和其他肿瘤。
受这些成果的鼓舞，学术界于20世纪80年代启动了一系列DFMO治疗晚期肿瘤的临床试验。然而，从安全性和有效性的角度来看，两者都失败了。 DFMO治疗肿瘤的疗效非常有限，腹泻、呕吐、脱发、听觉毒性等副作用也相继出现。该药物似乎不能用作抗肿瘤剂。
从抗肿瘤药到“复活药”
1974年，美国佩斯大学的赛勒斯·巴基(Cyrus Bacchi)致力于研究可引起锥虫病的非洲锥虫。锥虫病是一种由采采蝇传播的寄生虫病，流行于非洲，可侵犯中枢神经系统，俗称“昏睡病”。在研究锥虫的酶活性时，巴赫发现阳离子化合物可以取代镁等金属离子来提高酶活性。这种天然存在的含氮阳离子化合物是多胺。当时，锥虫多胺代谢尚不清楚。
在导师Seymour H. Hutner 的鼓励下，巴赫开始研究多胺合成及其在锥虫中的功能。 1977年，巴赫在一次会议上得知DFMO已成功合成，他设法联系了致力于开发DFMO作为抗肿瘤药物的Merrell制药公司。经过沟通，梅雷尔研究所所长同意给他25克DFMO，用于锥虫实验。实验结果令人鼓舞：携带布氏锥虫的小鼠被治愈了。这项工作引起了寄生虫学家的极大兴趣，并为缺乏新疗法的锥虫病提供了一种新的解决方案。 1980年，巴赫在《科学》（《科学》）杂志上发表文章，介绍了他们在寄生虫病治疗领域的重要发现[4]。在文章发表之前，DFMO已被派往日内瓦的世界卫生组织（WHO），为进一步的临床研究做准备。
1984 年，肯尼亚内罗毕。在肯雅塔中心礼堂后面，Barchi 遇到了Simon Van Nieuwenhove，他是一名在苏丹南部从事锥虫病治疗工作的临床医生，也是他将DFMO 从日内瓦带到苏丹。对锥虫病患者进行了该药物的首次临床试验。 1983年有一个典型病例，一名55岁的妇女因锥虫感染而昏迷。使用DFMO 仅一天后，她血液中的锥虫就消失了。三天后她从昏迷中醒来，七天后完全清醒。 DFMO因此被非洲人民誉为“复活药”[5]。 1990年，FDA（美国食品药品监督管理局）授予DFMO上市许可和孤儿药地位，成为40多年来第一个治疗锥虫病（Trypanosoma brucei gambiense）的新药。
赛勒斯·巴赫（Cyrus Bach），1977年至2006年担任美国纽约佩斯大学哈斯金斯实验室主任。图片来源：[6]
“复活药水”的复活
20世纪90年代，随着大量制药企业开始整合，一些新的制药巨头诞生。陶氏化学旗下子公司美乐陶氏公司与美国马里恩实验室合并。新成立的Marion Merrell Dow于1995年与Hoechst Marion-Rousseau合并成立Aventis，后来并入法国跨国制药公司赛诺菲。
从利润角度来看，DFMO 作为治疗锥虫病的商业产品并不成功。这种含氟化合物的合成需要大量资源，生产过程具有腐蚀性，药物生产成本较高。受锥虫病影响的国家每人每年在健康方面的支出可能不到10 美元。因此，在FDA批准DFMO治疗锥虫病后，Marion Merrell Dow提出了一项过渡计划，以成本价向WHO供应该药物，直至该药物在非洲国家获得批准。在此期间，希望能够找到第三方来接管该药物的生产。然而，没有其他制造商愿意接手DFMO的生产。 1995年公司再次合并后，决定停止生产DFMO，以降低成本、提高效率。该药物的最终库存被转移给了无国界医生组织，专利权也被转移给了世界卫生组织，尽管这两个组织尽了最大努力，但仍无法找到制造商来接管。到2000年底，全球DFMO预计将在6个月内耗尽。非洲的锥虫病患者将再次无法治愈。
无论是研究肿瘤多胺的Russell，还是研究锥虫多胺的Bache，都不会想到多胺合成抑制剂的供应中断问题会通过脱毛膏来解决。
一项调查显示，超过4100万美国女性希望去除多余的面部毛发，创造了一个潜力巨大的市场。 DFMO 的重要副作用之一是脱发。研究表明，局部应用DFMO 可以抑制细胞功能并抑制毛发生长。百时美施贵宝以此为基础开发了一种新的脱毛膏产品。 2000年，FDA批准其用于抑制毛发过度生长，成为第一个用于该适应症的处方药。百时美施贵宝公司大力宣传该药，30 克药膏的售价为54 美元。
大型制药公司过于关注高收益的“生活方式”药物，而忽视了发展中国家无利可图的疾病治疗方法。这引起了社会对企业责任的关注和讨论。
2001年2月，《纽约时报》著名科学记者Donald G. McNeil Jr.在头版报道了DFMO的生产现状以及百时美施贵宝与WHO的联系情况[7]。两天后，美国电视史上播出时间最长、最成功的调查性新闻节目《60分钟》采访了肯尼亚首都内罗毕国际医疗队的医疗协调员米基·里彻医生，讲述了他是如何做到这一点的。医生们在那里继续尼文霍夫的工作。以及面临的困难。非洲锥虫病无法治愈，而发达国家却为了追求美丽而使用相同的成分。
《纽约时报》和《60分钟》通过多胺合成抑制剂将发展中国家的紧急医疗需求与发达国家的美容市场连接起来。新闻媒体的良知推动企业社会责任的追求。百时美施贵宝与世界卫生组织达成协议，同意向无国界医生组织和世界卫生组织免费捐赠药品。安万特还同意继续供应DFMO 和其他抗锥虫病药物并向世卫组织捐款。在新闻媒体的监督下，私营企业、非政府组织和政府机构合作，共同解决紧迫的公共卫生问题[6][8]。
《60分钟》 报告引起社会关注。图片来源：alexanderstreet.com
治疗神经母细胞瘤
如今，多胺合成抑制剂似乎已经找到了自己的适应症，DFMO在药物清单中的地位似乎已经被固定。但有趣的是，2023年底，DFMO在一种罕见肿瘤的治疗中找到了自己的位置。五十多年后，Russell 和肿瘤学家以多胺合成为目标来治疗肿瘤的愿望得到了解答。
神经母细胞瘤（NB）是一种罕见的儿童神经内分泌肿瘤。在白人中，发病率为每百万人9.7例。 NB的发病年龄很早，大多数发生在儿童时期。诊断时的中位年龄仅为18 个月。神经母细胞瘤受许多遗传因素的影响。常见的包括转录因子MYCN 的扩增、ALK 激酶的突变以及一些染色体变化。肿瘤可分为不同的风险类别。许多低危NB无需治疗即可自行消退，但高危NB转移率高，预后差。
在胚胎发育过程中，神经管闭合后形成神经嵴，神经嵴细胞可以分化和迁移。大多数神经嵴细胞迁移到背部并分化成交感肾上腺前体细胞，进一步形成周围神经系统。 NB起源于神经嵴分化异常，因此肿瘤可发生于交感神经系统的任何部位，以肾上腺髓质和交感神经节居多。高级别肿瘤常发生侵袭和转移。由于病灶位置相对隐蔽，且患者年龄较小，NB常因腹部肿大或高血压等原因被无意中发现，从而导致治疗延误。
神经母细胞瘤的临床表现。图片来源：[9]
目前，NB的诊断有成熟的基于影像、病理、年龄、分化程度、基因组分析的风险分级系统。分级后将进行进一步处理。对于高危NB，目前的治疗方法包括化疗（包括清髓化疗）、自体干细胞移植、分化治疗、免疫治疗等，这些方案已将NB的5年生存率从不足20%提高到50%。
这里的免疫疗法与经常报道的免疫检查点抑制剂不同，并且是针对NB的。由于二唾液酸神经节苷脂GD2几乎在所有NB细胞表面均被鉴定出高表达，而正常组织中的表达水平很低，因此科学家利用抗GD2单克隆抗体对NB进行靶向治疗，疗效显着。非常重要。无事件生存率提高20% [10]。 2021年，我国抗GD2单克隆抗体也获批上市，目前已有两款抗GD2单克隆抗体药物上市。
尽管生存率显着提高，但许多NB 患者仍会进展为复发性和/或难治性NB。这些患者的治疗极其困难，长期治愈很少见，目前只有少数化疗选择。因此，科学家们正在努力通过将各种类型的靶向治疗与这些化疗治疗相结合来进一步延长这些患者的生命。
在这些尝试中，DFMO 再次出现。近一半的高危NB患者伴有原癌基因MYCN的高表达，引发NB肿瘤代谢模式的改变，使得该类NB在一定程度上依赖于多胺合成[11]。临床前试验中，DFMO被证明与多种临床药物联合使用能够协同杀灭NB[12]。因此，科学家提出，在常规治疗后使用DFMO联合化疗可能会进一步延长这些复发和/或难治性NB患者的寿命。 2023年10月，《临床肿瘤学杂志》发表了一项研究，抗GD2单克隆抗体免疫治疗后继续口服DFMO可显着降低高危神经母细胞瘤患者的复发风险并改善无事件生存期[13]。由于高危神经母细胞瘤是一种罕见且难治的疾病，DFMO 的申请获得了FDA 的优先审查、突破性治疗指定和孤儿药指定。
2023年12月13日，基于这项研究，FDA批准DFMO用于降低成人和儿童高危神经母细胞瘤患者的复发风险[14]。时隔50多年，DFMO又重返肿瘤治疗战场。列文虎克发现多胺已有350 年历史。 50年前，科学家提出了抑制多胺合成来治疗肿瘤的策略。在经历了发现新治疗策略的兴奋、临床试验失败的挫败、寄生虫病的突破、因追求利润而险些被抛弃，在美容市场上反复出现，如今终于被应用到一类罕见肿瘤。这是一段传奇的医学史，是一代又一代科学家和临床医生不懈努力的成果。 DFMO 是一个有趣的例子。在治疗神经母细胞瘤（一种罕见的肿瘤）方面，仍有许多尖端疗法正在探索中。
（作者杨云龙，复旦大学基础医学院细胞与遗传医学教研室教授、副主任，兼职中国细胞生物学与基因诊断学会医学细胞生物学分会中国优生科学会精准医学分会；作者陶凌是复旦大学教授、大学公共卫生学院研究员。疾病不断改变着每个人的生命轨迹，但除了医生和医学研究人员，人们很少有机会了解各种疾病，《认病寻源》栏目将以一篇文章、一种疾病的形式，介绍认识疾病的过程、病因及其治疗方法。关注医学科学进步，了解现代医学。）
参考：
1. Bachrach, U.多胺研究的早期历史。植物生理生物化学，2010。48(7): p。 490-5。
2. Russell, D.H.人类癌症患者尿液中多胺浓度增加。自然新生物学，1971。233(39): p。 144-5。
3. Metcalf, B.W. 等人，底物和产物类似物对哺乳动物鸟氨酸脱羧酶(E.C.4.1.1.17) 的催化不可逆抑制。美国化学会杂志，1978 年。100(8): 页。 2551-2553。
4. Bacchi, C.J. 等人，多胺代谢： 是锥虫的潜在治疗靶点。科学，1980。210(4467): p。 332-4。
5. Ebikeme, C.复活药的死与生。 PLoS Negl Trop Dis，2014。8(7): p。 e2910。
6. DFMO 故事。可从： https://www.kidsforworldhealth.org/dfmo-story/获取。
7. 化妆品可以治愈昏睡病。可从： https://www.nytimes.com/2001/02/09/world/cosmetic-saves-a-cure-for-sleeping-sickness.html 获取。
8. Coyne, P.E. Jr.依氟鸟氨酸的故事。 J Am Acad Dermatol，2001 年。45(5): 页。 784-6。
9. Maris, J.M.神经母细胞瘤的最新进展。新英格兰医学杂志，2010。362(23): p。 2202-11。
10. Yu, A.L. 等人，抗GD2 抗体与GM-CSF、白细胞介素2 和异维A酸一起治疗神经母细胞瘤。新英格兰医学杂志，2010。363(14): p。 1324-34。
11. Hogarty, M.D. et al.ODC1 是MYCN 肿瘤发生的关键决定因素，也是神经母细胞瘤的治疗靶点。癌症研究，2008 年。68(23): 页。 9735-45。
12. Tai, L. 等人，CHAF1A 通过代谢重编程阻断神经元分化并促进神经母细胞瘤发生。 Adv Sci (Weinh)，2021。8(19): p。 e2005047。
13. Oesterheld, J. 等人，Eflornithine 作为高风险神经母细胞瘤的免疫治疗后维持： 外部控制、倾向评分匹配的生存结果比较。 J Clin Oncol，2024 年。42(1): 页。 90-102。
14. FDA 批准依氟鸟氨酸用于治疗患有高危神经母细胞瘤的成人和儿童患者。可从： https://www.fda.gov/drugs/resources-information-approved-drugs/fda-approves-eflornithine-adult-and-pediatric-患者-high-risk-neuroblastoma 获取。
