放療聯合免疫治療的生物學基礎及研究進展*

尹利梅 龐琛 盧鈾

·國家基金研究進展綜述·

放療聯合免疫治療的生物學基礎及研究進展*

尹利梅 龐琛 盧鈾

研究發(fā)現放療能促進腫瘤細胞免疫原性死亡，并經腫瘤抗原呈遞和特異性T細胞免疫應答過程來殺傷腫瘤，甚至產生系統(tǒng)性抗腫瘤免疫反應，引起照射野外腫瘤縮小，上述現象被稱為放療遠位效應。盡管放療的臨床遠位效應已有報道，許多基礎及轉化性研究也證實其發(fā)生存在一定的生物學基礎，但放療遠位效應更多地表現為亞臨床效應，難以達到臨床客觀療效。目前，抗PD-1/PD-L1抗體免疫治療在臨床腫瘤研究中展示出明顯而確切的療效，是臨床中局部放療聯合免疫治療的新治療模式。但是，這種新治療模式的臨床實踐，應當基于能夠產生遠位效應的放療分割模式以及最佳的聯合時機，最終達到全身抗腫瘤免疫反應的協(xié)同療效。

腫瘤 放射治療 免疫治療 遠位效應

傳統(tǒng)觀點認為，放射治療是一種標準局部治療方式，主要通過對局部腫瘤細胞直接造成DNA損傷發(fā)揮抗腫瘤作用；同時，由于免疫細胞對放療的固有敏感性，放療也被認為是一種免疫抑制的手段［1］。有研究發(fā)現，放射治療也能引起照射野外腫瘤組織的減小或消退，這種現象被稱為遠位效應［2］。近年來研究表明，局部放療能夠促進腫瘤相關抗原釋放、上調主要組織相容性復合物Ⅰ（major histocompatibility complexⅠ，MHCⅠ）表達及招募免疫細胞，促進機體抗腫瘤免疫反應，與免疫治療相結合具有協(xié)同作用［3-4］。

在臨床實踐中，遠位效應的發(fā)生多見于病例報告，涉及多種腫瘤，包括黑色素瘤、非小細胞肺癌、肝癌等［5-7］。本文就放療遠位效應的產生機制和研究進展，重點分析放療聯合免疫治療的可行性及應用前景。

1 遠位效應的產生機制與放射治療的免疫效應

腫瘤通過多種機制來逃避機體的免疫監(jiān)視，包括：下調腫瘤抗原及MHCⅠ分子的表達、分泌免疫負性因子如轉化生長因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）、招募免疫抑制性細胞如調節(jié)性T細胞（T regulatory cell，Treg）和骨髓來源的抑制細胞（my-eloid-derived suppressor cell，MDSC）等，而放療可以打破腫瘤微環(huán)境的免疫抑制狀態(tài)。當機體的免疫活性效應超過免疫抑制效應并占據主導地位，遠位效應才有可能產生［8］。

研究表明，放療可以誘導腫瘤細胞免疫原性死亡、暴露腫瘤抗原以成為“原位瘤苗”［9］，并誘導產生損傷相關分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）以促進樹突狀細胞（dendritic cell，DC）成熟。DAMPs主要包括鈣網蛋白、高遷移率族蛋白1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）等［3］。放療促進腫瘤細胞鈣網蛋白向細胞膜的轉位，發(fā)揮“吞噬我”信號的作用，募集DC識別和處理腫瘤抗原［10］。HMGB1和ATP是放療后死亡的腫瘤細胞釋放的炎性分子，分別與toll樣受體4、嘌呤受體P2X7結合后促進DC成熟［11］。

DC成熟后表型發(fā)生改變并向局部引流淋巴結遷移，將腫瘤抗原通過MHCⅠ途徑呈遞給CD8+T細胞，使之致敏活化后成為細胞毒性T細胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）［12］。這些腫瘤特異性CTL進入血液循環(huán)并歸巢于腫瘤，可以特異性地識別所有表達相似抗原的細胞，并通過穿孔素、顆粒酶等途徑介導靶細胞死亡，進而清除放療野內和放療野外腫瘤，遠位效應由此產生［1］。

2 放療聯合免疫調節(jié)劑

雖然放療可誘導機體產生抗腫瘤免疫反應，但單獨放療時這一效應并不顯著，尤其對于免疫原性較弱的腫瘤而言。因此，免疫調節(jié)劑聯合放療可以調節(jié)與放大遠位效應［4］。

2.1 靶向DC

放療可以促進DC對腫瘤抗原的呈遞，靶向DC的免疫調節(jié)劑可放大此效應，從而促進遠位效應的產生。Fms樣酪氨酸激酶受體3配體（Fms-like tyrosine kinase receptor 3 ligand，Flt3-L）和粒細胞單核細胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colonystimulating factor，GM-CSF）均是促進DC生長和成熟的因子［3］。Chakravarty等［13］建立了小鼠自發(fā)性肺轉移模型，并對原發(fā)腫瘤進行局部放療（60 Gy×1次）聯合Flt3-L治療，結果提示原發(fā)腫瘤及肺轉移灶的生長均受到抑制。而在免疫原性較差的小鼠乳腺癌模型中，這種聯合治療同樣使遠位瘤灶生長延緩［14］。在一項關于轉移性癌癥患者開展的臨床試驗（Clinical-Trails.gov：NCT02474186）［15］中，放療（3.5 Gy×10次）聯合GM-CSF治療在22%非小細胞肺癌、36%乳腺癌患者中出現的遠位效應。

2.2 靶向細胞毒性T細胞相關抗原-4（cytotoxic Tlymphocyte-associated antigen 4，CTLA-

CTLA-4是表達在T細胞上的免疫檢查點之一，與B7分子結合后誘導T細胞無反應性。因此，聯合放療與CTLA-4抑制劑有助于改善腫瘤微環(huán)境的免疫抑制進而引起遠位效應。在小鼠自發(fā)性肺轉移瘤模型中，聯用放療和CTLA-4抑制劑明顯抑制了肺轉移并延長了小鼠總生存期［16］。相似結果也出現在小鼠乳腺癌和結腸癌模型中［17］。進一步研究發(fā)現，在小鼠雙腿皮下移植瘤模型中，局部放療會引起雙腿腫瘤Treg和CTL浸潤增加。但當聯用CTLA-4抑制劑后，腫瘤內Treg/CTL比值明顯下降，炎癥因子釋放增加，最終引起遠位腫瘤生長抑制［18］。臨床實踐中的個案報道也證實這種聯合治療可以引起臨床遠位效應［5-6］：1例轉移性黑色素瘤患者在給予伊匹單抗（CTLA-4抑制劑）過程中評效為疾病進展，給予脊髓轉移灶放療后繼續(xù)給予伊匹單抗治療，發(fā)現所有病灶均明顯縮小。監(jiān)測患者血液學指標，發(fā)現其抗原呈遞細胞數量較前明顯升高，而MDSC較前降低，提示聯合治療產生了系統(tǒng)性抗腫瘤免疫反應。

2.3 靶向程序性死亡受體-1（programmed cell death protein-1，PD-1）通路

表達在T細胞上的PD-1與其配體PD-L1結合后可誘導活化的T細胞失活，進而抑制抗腫瘤免疫。目前，PD-1通路是腫瘤免疫治療的常用靶點之一［4］。由于放療會促進PD-L1的表達，因此放療與抗PD-1/PD-L1治療的聯合具有實踐基礎［19］。在PD-1基因敲除的小鼠黑色素瘤和腎細胞癌模型中，局部放療（15 Gy×1次）可產生明顯的遠位效應，并延長小鼠生存［20］。Victor等［21］研究發(fā)現，放療聯合CTLA-4抑制劑治療腫瘤患者及荷瘤小鼠，可引起放療和非放療部位腫瘤的消退，但易復發(fā)。在這些復發(fā)的患者及動物模型中，PD-L1基因的表達高度上調，并構成一個“抗性基因標記”。聯合放療、CTLA-4抑制劑和PD-1通路抑制劑的“三重威脅療法”，可恢復對放療及CTLA-4抑制劑治療的反應。

2.4 靶向TGF-β

作為一種強大的免疫抑制性細胞因子，TGF-β被認為是抑制遠位效應產生的關鍵介質之一。放療促進腫瘤微環(huán)境內TGF-β的釋放，而TGF-β會抑制DC活化、CTL增殖及其功能［22］。在小鼠自發(fā)性肺轉移模型和雙腿移植瘤模型中，Vanpouille-Box等［23］發(fā)現放療聯用TGF-β抑制劑可產生遠位效應，這可能與TGF-β被抑制后促進DC激活繼而增強T細胞對腫瘤特異性抗原的免疫應答有關。

3 放療的劑量與分割方式影響遠位效應的產生

臨床實踐中，廣泛采用1.8～2.0 Gy/次/d，每周5次的常規(guī)分割放療（conventional fractionation radiotherapy，CFRT）。但由于免疫細胞對放療非常敏感，反復多次放療足以殺滅體內產生的免疫效應細胞［24］。Yovino等［25］研究發(fā)現，對腦部腫瘤2 Gy單次局部放療即可導致5%的循環(huán)細胞受到0.5 Gy的劑量輻射，而當30次放療完成后，99%的循環(huán)細胞接受了不低于0.5 Gy的劑量輻射。

立體定向消融放療（stereotactic ablative radiotherapy，SABR）是指單次大劑量（≥5 Gy）、低分割（1～5次）的放療方式，其生存率和局部腫瘤控制率與手術治療相近［26］。較CFRT而言，SABR可引起更多的腫瘤細胞免疫原性死亡，促進腫瘤抗原釋放及呈遞［27］，從而引起更強的系統(tǒng)性抗腫瘤免疫效應。實驗研究發(fā)現［28］，在相同生物等效劑量下，與36 Gy/9 f相比，23 Gy/2 f減少了MDSC，降低了血管內皮生長因子濃度，增強了PD-L1的抗腫瘤效應。目前，許多研究認為，SABR聯合免疫治療，無論是對于局部腫瘤的控制還是遠位效應的產生，都更具有理論基礎與應用前景。Bernstein等［29］結合臨床與基礎研究首次提出了免疫治療聯合SABR（首次命名為“ISABR”）的治療策略。雖然如此，產生遠位效應的較佳劑量分割方式仍存在爭議。

Dewan等［17］利用動物乳腺癌和結腸癌模型，將放療與CTLA-4抑制劑聯用，并比較了20 Gy×1次、8 Gy×3次、6 Gy×5次3種放療模式，發(fā)現僅后兩種放療模式可引起遠位效應。而在小鼠肺癌和纖維肉瘤中，10 Gy×5次與2 Gy×12次均能產生遠位效應，但前者更為明顯［30］。到目前為止還未見超分割放療引起遠位效應的報道。

4 遠位效應的爭議性問題

4.1 腫瘤特異性

多數研究認為遠位效應具有腫瘤特異性。Demaria等［14］研究發(fā)現，在小鼠乳腺癌（67NR）模型中，對其中一側腫瘤進行放療（6 Gy×1次）聯合Flt3-L治療，在引起局部腫瘤消退的同時，還觀察到對側腫瘤生長的延緩。但當非放療部位腫瘤為不相關的小鼠B淋巴細胞瘤（A20）時，非放療側腫瘤生長卻不受限制［14］。這在另外兩項研究［17，20］中也得到了類似的結論，提示放療誘導腫瘤細胞的免疫原性死亡及特異性免疫細胞的激活對于遠位效應的產生是必須的。

但是，根據Camphausen等［30］報道，小鼠背部接種Lewis肺癌或纖維肉瘤后對其腿部（無腫瘤部位）進行放療（10 Gy×5次），結果背部腫瘤生長延緩，表明在這個研究模型中，對正常組織進行輻照也可以產生系統(tǒng)性免疫反應，而遠位效應的產生可能與放療后局部組織炎癥反應釋放細胞因子以及抗血管生成因子進入循環(huán)有關。

4.2 放療對遠位腫瘤的負效應

放療會引起機體一系列復雜的反應，可表現為免疫促進作用，也可出現免疫抑制現象，這可能與放療的劑量及分割方式、腫瘤的組織學類型、腫瘤微環(huán)境的免疫狀態(tài)等有關。盡管許多研究證實了遠位效應的存在，但在一些動物模型和臨床報道中，局部放療也會促進遠處轉移瘤的生長［31-32］。上述現象可能與放療動員腫瘤細胞進入外周循環(huán)有關，其機制包括：放療對局部組織和血管造成損傷，促進TGF-β的表達使腫瘤上皮細胞間質轉化，進而促進腫瘤的侵襲和轉移［33］。Martin 等［31］研究認為，當放療劑量較低、不足以較好地控制局部腫瘤時，腫瘤細胞及其內容物更易進入循環(huán)導致轉移瘤的產生和生長。

4.3 放療聯合免疫治療的不良反應

盡管放療聯合免疫治療展現出了較好地應用前景，但其臨床治療時的不良反應不可忽略。單用免疫調節(jié)劑即有可能引起較嚴重的不良反應，包括伴有橫紋肌溶解癥狀的爆發(fā)性心肌炎［34］、以間質性肺炎為主的免疫治療相關性肺炎［35］等；而當免疫調節(jié)劑聯合放療時，則具有加重放療引起的放射性肺損傷的可能性：近期研究發(fā)現，PD-1抑制劑聯合放療可促進放射性肺炎的發(fā)生，其可能與CD8+T淋巴細胞增多有關，且可能增加放療相關死亡事件的發(fā)生概率［36］。

5 結語

由于抗腫瘤免疫反應通常由刺激信號和抑制信號共同調節(jié)。因此，只有在合適的時間點進行合適的免疫調節(jié)才能促進遠位效應的產生。目前，證據顯示，大劑量分割放療與遠位效應的產生存在更為密切的聯系。但是，因免疫反應的復雜性以及實驗動物模型的局限性，有關放療聯合免疫治療的轉化性研究結果，還需臨床驗證探討。同時，臨床開展大劑量放療聯合PD-1抑制劑等免疫治療的模式，以及這種聯合治療可能帶來的潛在不良反應等問題有待于深入研究。

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Biological foundation and research progress on radiotherapy combined with immunotherapy

Limei YIN,Chen PANG,You LU

Department of Thoracic Oncology,West China Hospital,West China School of Medicine,Sichuan University,Chengdu 610041,China

You LU;E-mail:radyoulu@hotmail.com

Numerous studies revealed that radiation can promote the immunogenic cell death,enhance the immune response of tumor-antigen-specific T cells,and induce systematic antitumor immunity,which may result in abscopal effect.Abscopal effect refers to the regression of non-irradiated metastatic lesions distant from the primary tumor site that is directly subjected to irradiation.Despite that abscopal effect has been clinically reported and that many preclinical studies have confirmed its biological basis,abscopal effect remains a subclinical phenomenon,in which objective efficacy is difficult to obtain.Currently,the anti-PD-1/PD-L1 therapy in clinical applications shows a clear and definite curative effect,thereby making local radiotherapy combined with immunotherapy a new treatment pattern.However,the clinical practice of this new mode should be based on appropriate dose and fraction and the most suitable temporal combination to achieve the synergic antitumor immune response.

tumor,radiotherapy,immunotherapy,abscopal effect

10.3969/j.issn.1000-8179.2017.22.296

四川大學華西醫(yī)院胸部腫瘤科（成都市610041）

*本文課題受國家自然科學基金項目（編號：81672982）和四川省科技廳應用基礎研究計劃項目（編號：2016JY0050）資助

盧鈾 radyoulu@hotmail.com

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.81672982)and the Applied Basic Research Programs of Science and Technology Department of Sichuan Province(No.2016JY0050)

（2017-03-14收稿）

（2017-07-05修回）

（編輯：楊紅欣 校對：武斌）

尹利梅 專業(yè)方向為肺癌的放射治療與免疫治療。

E-mail：limei-yin@foxmail.com