姜鋒,陳曉鐘 (浙江省腫瘤醫(yī)院,杭州310022)
免疫治療的興起是腫瘤領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性的進(jìn)步。臨床前研究已經(jīng)證明放射治療可以通過(guò)接種效應(yīng)、歸巢效應(yīng)及易損效應(yīng)與免疫治療藥物產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。但在臨床上,如何確定放射與免疫治療的最優(yōu)模式仍有很多問(wèn)題亟待解決。本文從腫瘤免疫的原理入手,回顧腫瘤放射治療療效與患者免疫狀況關(guān)系、放射治療和免疫治療的歷史發(fā)展,就放射治療中分割方式、分割劑量、照射靶區(qū)、采用的放療技術(shù)、放射治療的時(shí)序安排等因素對(duì)腫瘤免疫治療效果的影響作一綜述,為下一步研究提供理論依據(jù)及方向。
正常情況下,機(jī)體的免疫系統(tǒng)可以通過(guò)所謂的腫瘤免疫循環(huán)有效防止體內(nèi)腫瘤的發(fā)生[1]。固有免疫系統(tǒng)可探測(cè)到新生腫瘤形成時(shí)引起的組織變化,使自然殺傷細(xì)胞和γδ-T淋巴細(xì)胞活化并釋放出γ-干擾素,激活并增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的細(xì)胞毒功能。通過(guò)這些免疫效應(yīng)細(xì)胞的相互作用,機(jī)體有效殺滅并清除早期的腫瘤細(xì)胞,這個(gè)時(shí)期稱(chēng)為清除期。在這個(gè)過(guò)程中,腫瘤細(xì)胞遭到破壞并釋放出腫瘤相關(guān)抗原。周?chē)罨臉?shù)突狀細(xì)胞(DCs)捕獲這些抗原并將其加工處理成多肽,與主要組織相容性復(fù)合體(MHC)Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)分子組裝后表達(dá)于細(xì)胞膜上。在這個(gè)過(guò)程中,活化的DCs漸漸成熟,并移行至周?chē)馨徒Y(jié)中。成熟DC細(xì)胞誘導(dǎo)CD8+和CD4+T淋巴細(xì)胞增殖并分化為腫瘤特異的效應(yīng)T細(xì)胞。這些腫瘤特異的效應(yīng)T細(xì)胞在促炎因子的引導(dǎo)下回流至腫瘤部位,產(chǎn)生免疫反應(yīng),殺傷腫瘤細(xì)胞,從而獲得特異的腫瘤免疫。但有些腫瘤細(xì)胞由于基因組不穩(wěn)定可使相關(guān)抗原突變,得以逃避效應(yīng)細(xì)胞的殺傷而存活下來(lái),以致腫瘤細(xì)胞不能被完全清除而進(jìn)一步發(fā)展,這一階段稱(chēng)為平衡期。該時(shí)期,免疫系統(tǒng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷和突變腫瘤細(xì)胞的增殖達(dá)到一定的平衡,腫瘤可以被長(zhǎng)時(shí)間抑制在亞臨床階段。但是免疫系統(tǒng)這種持續(xù)的選擇壓力促使腫瘤細(xì)胞發(fā)展出高免疫抗性的克隆,對(duì)抗免疫細(xì)胞的清除并逐漸增大,這個(gè)階段被稱(chēng)為逃逸期。事實(shí)上,腫瘤細(xì)胞這種免疫抗性是腫瘤發(fā)展到臨床階段的必要條件之一。但臨床多項(xiàng)研究證實(shí),免疫系統(tǒng)仍對(duì)腫瘤的進(jìn)展有抑制作用[2]。腫瘤細(xì)胞免疫原性抗原的丟失常常預(yù)示著免疫逃逸,但實(shí)際上那些基因組不穩(wěn)定的腫瘤細(xì)胞仍可產(chǎn)生相當(dāng)多的新抗原,并能被機(jī)體的免疫系統(tǒng)所識(shí)別[3]。因此使腫瘤組織釋放出免疫原性抗原的干預(yù)(如放射治療)聯(lián)合抗免疫抑制治療提供了恢復(fù)免疫系統(tǒng)抗腫瘤活性的機(jī)會(huì)。
1979年臨床研究發(fā)現(xiàn)腫瘤的放射敏感性與宿主的免疫狀況明顯相關(guān)。免疫缺陷的荷瘤鼠腫瘤50%控制劑量是免疫正常組的2倍[4]。放化療治療移植扁桃體癌,免疫正常的C57BL/6小鼠比其免疫缺陷的同種小鼠(rag-1缺陷的C57BL/6)效果要好。而通常認(rèn)為,放射治療是一種局部治療手段。有多篇文獻(xiàn)報(bào)道照射野外腫瘤病灶的退縮現(xiàn)象,這種作用被稱(chēng)為遠(yuǎn)隔效應(yīng),但其內(nèi)在機(jī)制仍不清楚。由于其發(fā)生的概率小,被認(rèn)為是偶然事件。
關(guān)于局部放療對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移灶的作用研究結(jié)論不相一致,抑瘤和促瘤均有報(bào)道[5]。但并未引起臨床醫(yī)生的足夠重視。2010年,臨床研究首次證實(shí)伊匹單抗(ipilimumab)在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者治療中可以獲得生存獲益[6]。同期發(fā)表的2個(gè)病案報(bào)道,描述了ipilimumab治療中進(jìn)展的患者在接受放射治療后野外病灶出現(xiàn)了退縮;而先前的動(dòng)物研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)拮抗劑與放射治療存在協(xié)同效應(yīng)。同期發(fā)表的另外一項(xiàng)1期臨床研究發(fā)現(xiàn),與單一白細(xì)胞介素2治療相比,高劑量白細(xì)胞介素2聯(lián)合體部立體定向放射治療腎細(xì)胞癌和惡性黑色素瘤,可提高腫瘤反應(yīng)率。以上研究結(jié)果引起了臨床醫(yī)生對(duì)腫瘤免疫治療領(lǐng)域的重視,特別是如何與放射治療相聯(lián)合。
多項(xiàng)三期臨床研究證明,免疫治療可有效延長(zhǎng)多種腫瘤患者的生存期,包括復(fù)發(fā)/轉(zhuǎn)移惡性黑色素瘤、非小細(xì)胞肺癌、腎細(xì)胞癌等。證實(shí)腫瘤學(xué)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代——免疫治療時(shí)代。但僅有部分患者可從免疫治療中獲益。一個(gè)可能的原因是目前的免疫治療僅作用于腫瘤免疫中的單個(gè)環(huán)節(jié),易誘導(dǎo)腫瘤的抗藥性。如CLTA-4的單抗ipilumumab通過(guò)抑制DC細(xì)胞和T細(xì)胞之間的抑制通路起作用[7],而PD-1/PD-L1抑制劑通過(guò)抑制效應(yīng)T細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞或DC細(xì)胞之間的抑制作用而恢復(fù)效應(yīng)細(xì)胞的功能及增殖活力[8]。目前的研究熱點(diǎn),除了發(fā)展新的免疫治療方式之外,應(yīng)更深刻地理解放射治療和免疫系統(tǒng)的相互作用,以期改進(jìn)目前的免疫治療?,F(xiàn)有研究認(rèn)為,放射治療可通過(guò)以下環(huán)節(jié)激發(fā)腫瘤免疫反應(yīng):誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生免疫原性細(xì)胞死亡(ICD);招募T細(xì)胞至照射腫瘤區(qū);增加腫瘤細(xì)胞對(duì)T細(xì)胞殺傷的脆性。ICD是一種獨(dú)特的細(xì)胞死亡方式,常以凋亡小體或細(xì)胞碎片的形式釋放腫瘤相關(guān)抗原、ATP、鈣網(wǎng)織蛋白和血清高遷移率蛋白1。這些成分可以誘導(dǎo)周?chē)鶧C細(xì)胞聚集、活化,有效進(jìn)行抗原吞噬、加工后成熟。這些成熟的DCs回流自周?chē)馨徒M織,將腫瘤抗原信息遞呈給幼稚T細(xì)胞,使其活化增殖產(chǎn)生腫瘤特異性T效應(yīng)細(xì)胞,從而產(chǎn)生腫瘤特異性免疫[9]。另外放射治療可通過(guò)釋放T細(xì)胞趨化因子如CXCL-9、 CXCL-10等募集T效應(yīng)細(xì)胞至照射區(qū)。有趣的是CXCL-10的分泌常通過(guò)I型干擾素信號(hào)通路與ICD相偶聯(lián)。放射治療可一過(guò)性地增加腫瘤細(xì)胞表達(dá)MHC-I類(lèi)分子和Fas配體,從而增加腫瘤細(xì)胞對(duì)效應(yīng)T細(xì)胞殺傷的敏感性[10]。
基于以上研究,放射和免疫治療聯(lián)合已成為腫瘤免疫治療的一個(gè)重要方向。目前有超過(guò)70項(xiàng)臨床研究來(lái)多維度探討這一問(wèn)題,包括放射治療聯(lián)合CTLA-4抑制劑,放射治療聯(lián)合PD-1/PD-L1抑制劑,放射治療聯(lián)合細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素2、抗轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β、粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子等[11~13]。
為使放射和免疫治療達(dá)到最優(yōu)組合,需要考慮以下因素:分割方式和分割劑量、放射治療和免疫治療的時(shí)序安排、采用的放射治療技術(shù),臨床靶區(qū)(CTV)是否照射,照射病灶選擇及聯(lián)合治療的安全性。
4.1 分割方式及分割劑量 在確定分割方式及分割劑量之前,首先要確定放射治療的目的是為了提高腫瘤局部控制還是希望誘導(dǎo)遠(yuǎn)隔效應(yīng)來(lái)控制微轉(zhuǎn)移灶。如為前者,放射治療可通過(guò)擴(kuò)大T細(xì)胞識(shí)別抗原庫(kù)達(dá)到接種效應(yīng),誘導(dǎo)T細(xì)胞至照射部位達(dá)到歸巢效應(yīng),增加腫瘤細(xì)胞對(duì)T細(xì)胞殺傷的脆性作用,從而增強(qiáng)機(jī)體的腫瘤免疫效應(yīng)。而目前認(rèn)為,接種效應(yīng)是產(chǎn)生全身性的免疫反應(yīng)最重要環(huán)節(jié)。
已有多項(xiàng)研究發(fā)表了不同分割方式和分割劑量對(duì)免疫效應(yīng)的效果。動(dòng)物模型研究表明,在1~50 Gy的劑量區(qū)間,細(xì)胞表面分子(FAS、MHC1、ICAM1)表達(dá)與照射劑量存在正相關(guān)[14~16]。用B16黑色素瘤模型評(píng)價(jià)5×3 Gy和單次15 Gy對(duì)淋巴結(jié)中DC的激活效果,發(fā)現(xiàn)后者更有效[17]。但用B16-OVA黑色素瘤模型來(lái)評(píng)價(jià)不同分割對(duì)T細(xì)胞啟動(dòng)的影響發(fā)現(xiàn),2×7.5 Gy模式優(yōu)于單次15 Gy[18]。有研究則直接探討不同分割方式的放射治療與免疫治療聯(lián)合的效果。Dewan等[19]使用TSA乳腺癌細(xì)胞模型和MCA38大腸癌模型發(fā)現(xiàn),與CLTA-4抑制劑聯(lián)合治療時(shí),不管局部腫瘤控制還是遠(yuǎn)隔免疫反應(yīng),3×8 Gy的分割方式均明顯優(yōu)于5×6 Gy或1×12 Gy模式。而來(lái)自于接受ipilimumab治療的黑色素瘤患者的回顧性研究發(fā)現(xiàn),接受≤3 Gy的分割劑量與出現(xiàn)遠(yuǎn)隔效應(yīng)相關(guān)[20]。因此分割方式和劑量是最大化免疫反應(yīng)中最重要的因素。但就目前已有的證據(jù)而言尚無(wú)一個(gè)公認(rèn)的最優(yōu)模式。而現(xiàn)有相互矛盾的結(jié)果恰恰說(shuō)明最佳的分割方式往往是高度依賴(lài)于個(gè)體情況,即不同瘤種、不同宿主。宿主不同的免疫微環(huán)境往往會(huì)導(dǎo)致不同的最優(yōu)分割方式。研究發(fā)現(xiàn),不同照射劑量誘導(dǎo)的核酸外切酶Trex1量是決定是否產(chǎn)生有效免疫反應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[21]。研究發(fā)現(xiàn)12~18 Gy以上的劑量可通過(guò)誘導(dǎo)核酸外切酶Trex1降解腫瘤細(xì)胞胞漿內(nèi)DNA,從而阻斷后續(xù)誘導(dǎo)的STING通路引起的β干擾素分泌,抑制腫瘤免疫效應(yīng)的產(chǎn)生。因此更加可靠直接評(píng)價(jià)不同分割方式的免疫刺激效應(yīng)的方法就是發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)記物。如可在外周血或活檢標(biāo)本中測(cè)量ICD相關(guān)的細(xì)胞因子,或使用新的技術(shù)來(lái)大范圍測(cè)定T細(xì)胞抗原庫(kù)的擴(kuò)充度。
4.2 放射治療技術(shù) 容積調(diào)強(qiáng)、拉弧治療等新的放射治療技術(shù)的應(yīng)用,使得劑量線可以更好地與靶區(qū)適形,但同時(shí)不可避免在周?chē)=M織中產(chǎn)生大體積的低劑量區(qū)。而淋巴細(xì)胞是體內(nèi)對(duì)射線最敏感的細(xì)胞群體之一,其10%細(xì)胞存活劑量約3 Gy。因此,腫瘤引流淋巴結(jié)的照射劑量及分割照射的時(shí)間安排顯得非常重要,特別是選擇每日照射的模式。通常幼稚T輔助細(xì)胞的更新時(shí)間為12~24 小時(shí)。但當(dāng)與DC細(xì)胞接觸接受抗原遞呈時(shí),這些T細(xì)胞需要另外24 h來(lái)被激活,從而使克隆快速擴(kuò)增[22]。而對(duì)T效應(yīng)細(xì)胞而言,如果與DC細(xì)胞的穩(wěn)定接觸過(guò)程缺如,雖然仍可成功分化為功能正常的效應(yīng)細(xì)胞,但遠(yuǎn)期記憶克隆分化會(huì)出現(xiàn)障礙,從而影響后期的免疫反應(yīng)。因此,在1 d內(nèi)即使淋巴結(jié)被照射了很低的劑量,仍很有可能影響T淋巴細(xì)胞的啟動(dòng)和記憶功能。但目前低劑量每日照射對(duì)腫瘤免疫效應(yīng)的影響尚不清楚,亟待進(jìn)一步研究。
4.3 CTV 放射聯(lián)合免疫治療的模式需考慮經(jīng)典的治療靶區(qū)設(shè)置。如在一位廣泛轉(zhuǎn)移的患者身上擬行放射治療以作為免疫刺激,可能并不需要使用CTV來(lái)覆蓋腫瘤的微病灶;或單照射腫瘤區(qū)就足以誘導(dǎo)出腫瘤免疫效應(yīng),而不用像常規(guī)治療一樣外擴(kuò)一個(gè)計(jì)劃靶區(qū)。但需臨床研究進(jìn)一步證實(shí)。
4.4 照射病灶 當(dāng)與免疫治療聯(lián)合時(shí),如何選擇最合適的病灶進(jìn)行照射以產(chǎn)生遠(yuǎn)隔效應(yīng)目前知之甚少。有研究提出用數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)最有可能產(chǎn)生免疫刺激效能的病灶[23]。這個(gè)模型以T細(xì)胞交通流動(dòng)為基礎(chǔ),并假定只有來(lái)自照射區(qū)足夠數(shù)量的腫瘤特異性T效應(yīng)細(xì)胞能夠到達(dá)的部位才可能發(fā)生遠(yuǎn)隔效應(yīng)。而目前臨床上尚無(wú)足夠的資料證明其正確性,而且這個(gè)模型并未考慮遠(yuǎn)隔效應(yīng)的其他影響因素。
4.5 時(shí)序安排 當(dāng)放射治療與免疫治療聯(lián)合應(yīng)用時(shí),時(shí)序安排可能是獲得最佳效果的另外一個(gè)關(guān)鍵因素。放射及免疫治療的最佳次序安排依所用免疫治療藥物的作用機(jī)制而定。如Young等[24]發(fā)現(xiàn)在放射治療前使用CTLA-4抑制劑可以獲得最佳結(jié)果。而其他研究卻發(fā)現(xiàn),CTLA-4抑制劑與放射治療同期或序貫使用,均可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)[19]。而以O(shè)X-40為基礎(chǔ)的免疫治療,放射治療后即刻用藥效果最佳[25]。推測(cè)OX-40激動(dòng)劑通過(guò)增加腫瘤特異性T細(xì)胞的數(shù)目來(lái)起作用,而CTLA-4抑制劑則通過(guò)減少調(diào)節(jié)性T細(xì)胞起作用。因此,OX-40激動(dòng)劑在照射誘導(dǎo)抗原釋放后即刻使用可獲得最大效果。而只有先通過(guò)CTLA-4抑制劑降低Treg數(shù)量后,放射治療誘導(dǎo)的腫瘤抗原釋放才能獲得最佳免疫刺激作用。Dovedi等[26]研究了PD-1軸與放射治療的時(shí)序,發(fā)現(xiàn)最佳的時(shí)機(jī)是同期或放療后即刻使用PD-L1阻斷劑。放療后間隔1周再使用PD-L1阻斷劑則無(wú)協(xié)同效應(yīng)。PD軸抑制劑可以提高細(xì)胞毒T細(xì)胞的裂細(xì)胞作用,因此應(yīng)該在放療暫時(shí)性增加腫瘤細(xì)胞表面受體從而提高其對(duì)T細(xì)胞殺傷的脆性時(shí)即刻使用。該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn),放射治療可以一過(guò)性誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞及腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞高表達(dá)PD-1軸分子。因此預(yù)期PD-1軸抑制劑在照射的就近時(shí)間使用可產(chǎn)生最大的免疫刺激作用。
4.6 安全性 就放療與免疫治療聯(lián)合應(yīng)用的安全性而言,目前相關(guān)臨床研究不多。從理論上說(shuō),放射治療導(dǎo)致的急性毒性反應(yīng)與炎癥反應(yīng)有關(guān),因此免疫治療有可能加重這一反應(yīng)。Kroeze等[27]回顧分析立體定向放療與抗CTLA4和抗PD-1/PD-L1聯(lián)合治療的安全性,發(fā)現(xiàn)顱腦立體定向放療與抗CTLA4聯(lián)用的方式是安全的。但體部立體定向放療與抗CTLA4聯(lián)用、與抗PD-1/PD-L1聯(lián)用的安全性目前尚無(wú)定論。Levy等[28]在傳統(tǒng)立體定向放療聯(lián)合PD-L1抑制劑durvalumab的Ⅰ、Ⅱ期臨床研究發(fā)現(xiàn),這種聯(lián)合方式可以耐受。而在一項(xiàng)去勢(shì)抵抗的轉(zhuǎn)移性前列腺癌的大樣本Ⅲ期臨床研究中發(fā)現(xiàn),ipilimumab聯(lián)合常規(guī)放射治療的不良反應(yīng)并未比單用ipilimumab嚴(yán)重。就已有的研究而言,免疫治療加放射治療并未比單用免疫治療產(chǎn)生更明顯的不良反應(yīng)。但考慮資料的有限性和短期性,如Kroeze而言免疫治療聯(lián)合放射治療仍需非常謹(jǐn)慎。
免疫治療的興起是腫瘤領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性的進(jìn)步。臨床前研究已經(jīng)證明放射治療可以通過(guò)接種效應(yīng)、歸巢效應(yīng)及易損效應(yīng)與免疫治療藥物產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。但在臨床上,如何確定放射與免疫治療的最優(yōu)模式仍有很多問(wèn)題亟待解決,包括最優(yōu)的分割方式和劑量、治療靶區(qū)、放療技術(shù)、時(shí)序安排及安全性。希望目前開(kāi)展的臨床研究在不久的將來(lái)可提供可靠的答案。
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