近距離放療調(diào)節(jié)抗腫瘤免疫效應(yīng)的研究進展*

李虎子 綜述 趙路軍 審校

近距離放射治療（brachytherapy，BT），又稱內(nèi)照射，是一種使用能量較低的放射性核素臨時或永久的直接植入到腫瘤內(nèi)部的放療方法。BT 照射劑量在靶區(qū)內(nèi)高度適形分布，被視作適形放療的一種形式，與外照射均是重要的放療手段。其中，臨時植入的高劑量率近距離放射治療（high-dose-rate BT，HDR-BT）和永久植入的低劑量率近距離放射治療（low-dose-rate BT，LDR-BT）臨床應(yīng)用比較普遍[1]。近年來，又有學(xué)者將其歸納為立體定向近距離消融（stereotactic ablation brachytherapy，SABT）。因此，BT 同時也是一種達到腫瘤“原位疫苗”理想的治療措施[2]，并激活抗腫瘤免疫效應(yīng)，促使遠處未經(jīng)治療的轉(zhuǎn)移瘤亦可出現(xiàn)明顯的自發(fā)消退，即放療的“遠隔效應(yīng)”[3-4]。不同的放療方案對抗腫瘤免疫反應(yīng)的影響不盡相同，本文就BT 調(diào)節(jié)抗腫瘤免疫效應(yīng)的研究進展進行綜述。

1 BT 誘導(dǎo)腫瘤細胞的死亡和免疫性抗原的釋放

BT 通過誘導(dǎo)DNA 損傷和阻斷細胞分裂，抑制腫瘤細胞增殖，誘導(dǎo)凋亡或壞死，直接發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。傳統(tǒng)常規(guī)分割放療模式是基于線性二次模型以及傳統(tǒng)放射生物學(xué)的“4R”理論基礎(chǔ)，對腫瘤細胞分次照射、分時段殺傷。腫瘤細胞周期再分布（redistribution）和再氧合（reoxygen）有利于促進照射對腫瘤細胞的殺傷，增進放療效果；而腫瘤細胞再修復(fù)（repair）和再群體化（repopulation）有利于腫瘤細胞逃避射線的殺傷，消弱放療效果。與傳統(tǒng)分割的外放療相比，BT 已被證明有潛在的治療優(yōu)勢：1）BT 的劑量分布通常優(yōu)于外放療，提供了最高的生物等效劑量[5]；依據(jù)線性二次模型的預(yù)測，增加輻射劑量應(yīng)該導(dǎo)致更多的腫瘤細胞死亡[6]，更有利于腫瘤特異性抗原的釋放[7]。2）與外放療的急性照射不同，BT 實現(xiàn)持續(xù)照射，可以累積殺傷更多被細胞周期再分布到輻射敏感期的腫瘤細胞[8]。3）LDR-BT 具有較低的氧增強比（oxygen enhancement ratio，OER），可能會規(guī)避低氧對腫瘤的放射保護作用。4）與其他放療方式相比，BT 可能最適合保留正常組織和相關(guān)淋巴器官，避免輻射敏感的免疫細胞受到照射[2]。因此，BT 在啟動“原位疫苗”效應(yīng)時可能比傳統(tǒng)外放療更具優(yōu)勢[2，9]。

放射引起的DNA 損傷、氧化應(yīng)激和細胞死亡是免疫系統(tǒng)的主要刺激物。BT 照射導(dǎo)致腫瘤細胞DNA損傷、細胞死亡，死亡的腫瘤細胞釋放損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）的特定信號。氧化應(yīng)激反應(yīng)也會產(chǎn)生一些DAMPs。DAMPs 來自細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，主要包括細胞高遷移率族蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）、熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）、鈣網(wǎng)蛋白（calreticulin，CRT）、S100、氧化DNA、ATP等[10-11]。BT 后免疫原性主要依賴于DAMPs 的特定信號的釋放[12]。其在細胞內(nèi)均不誘發(fā)免疫應(yīng)答，但被死亡細胞釋放至細胞外，可以作為免疫性抗原，具有激活免疫應(yīng)答的潛能。DAMPs 被結(jié)合或細胞質(zhì)模式識別受體（pattern recognition receptor，PRRs）、吞噬受體或清除受體、嘌呤受體等受體識別，誘導(dǎo)并激活樹突狀細胞（dendritic cells，DCs），吞噬死亡細胞，并將釋放的腫瘤抗原傳遞給T 細胞；DAMPs 在這一過程中發(fā)揮關(guān)鍵的免疫原性作用[13]。BT 抗腫瘤免疫效應(yīng)見圖1。

圖1 BT 抗腫瘤免疫效應(yīng)

2 BT 促進DCs 和T 淋巴細胞的活化

DCs 的招募和活化，對啟動抗腫瘤免疫效應(yīng)至關(guān)重要[9，14]。BT 可以通過直接或間接地促進DCs 的活化、成熟[15]。BT 可誘導(dǎo)局部生成IFN-β，增強DCs 交叉抗原遞呈的能力[16]，促進CD8+T 細胞的功能。DCs表面的受體識別并結(jié)合由BT 誘導(dǎo)釋放的免疫性抗原啟動DCs 的成熟、活化。BT 誘導(dǎo)生成的DAMPs 中的一些分子可以與DCs 表面的Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）及其他相關(guān)受體結(jié)合，如CRT、ATP 和HMGB1 分別與DCs 細胞表面的CD91、P2RX7 和TLR 4 結(jié)合，熱休克蛋白70（heat shock protein 70，HSP70）與TLR4 和CD91 結(jié)合，氧化DNA 可與TLR9結(jié)合等。TLRs 通過NF-κB、AP-1 以及IFN 家族，促使DCs 的成熟，如TLR4 激活髓樣分化一級反應(yīng)基因88（MyD88）信號通路，導(dǎo)致NF-κB 易位，促進DCs 成熟[17]。DCs 的活化過程中重要的是上調(diào)主要組織相容性復(fù)合體（histocompatibility complex，MHC）Ⅱ類分子的表達，誘導(dǎo)CD80、CD86 和CD40 的表達，生成Ⅰ型IFN、IL-1、IL-6、IL-12、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等細胞因子[18]。補體C3a 和C5a 的釋放亦可作為刺激DCs 的成熟的替代途徑[19]。

成熟的DCs 將誘導(dǎo)效應(yīng)T 細胞的分化。DCs 識別抗原，并將之提呈給T 細胞，CD4+T 細胞增殖為CD8+T 淋巴細胞和自然殺傷細胞（natural killer cell，NK），從而活化細胞毒性T 淋巴細胞（cytotoxic T lymphocytes，CTLs）和NK 細胞[20]。成熟DCs 上表達的共刺激配體CD80 和CD86 與T 細胞表面的共刺激受體CD28 結(jié)合，刺激細胞因子IL-2 的產(chǎn)生，IL-2是T 細胞擴增的重要細胞因子。其他在成熟DCs 中上調(diào)的共刺激配體，如ICAM-1 與T 細胞表面的LFA-1結(jié)合[21]，CD40 配體與CD40 結(jié)合在活化CD4+T 輔助細胞中發(fā)揮重要作用，亦有助于活化CD8+T 細胞。若在沒有DCs 釋放共刺激信號和細胞因子的情況下，MHC 肽復(fù)合物與T 細胞受體的相互作用不會導(dǎo)致T細胞擴增，而是導(dǎo)致T 細胞耐受。效應(yīng)T 細胞可以進入放射腫瘤和放射部位之外的病灶，導(dǎo)致遠處腫瘤的消退。

細胞因子水平變化也是激活免疫應(yīng)答的重要機制之一[22]。BT 通過DCs 的成熟、活化介導(dǎo)了CTLs活化，并釋放多種趨化因子和細胞因子。CTLs 釋放TNF-α、誘導(dǎo)干擾素-γ（IFN-γ）等細胞因子，這些細胞因子進一步活化CTLs，并觸發(fā)CD4+T 細胞向CTLs極化[23]，且這些細胞因子能夠抑制調(diào)節(jié)性T 細胞（regulatory T cells, Tregs）和骨髓來源的抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）[24]。作為抗原提呈細胞的巨噬細胞也可以被這些細胞因子激活，輻射能夠?qū)⑵鹨种瓶鼓[瘤作用的M2 型巨噬細胞轉(zhuǎn)化為促進抗腫瘤效應(yīng)的M1 型巨噬細胞[25]，發(fā)揮抗腫瘤免疫效應(yīng)。另一方面，BT 還可以通過影響免疫相關(guān)基因的表達，啟動抗腫瘤免疫效應(yīng)。HDR-BT 顯著誘導(dǎo)免疫檢查點相關(guān)基因的變化，包括編碼PD-L2、TIM-3、B7-H3、PD-L1、CTLA-4、GITR、BTLA 和CD40 的基因；IFN-γ 表達相關(guān)基因上調(diào)（如CXCL9、PD-L1、STAT1 和PSMB10），同時與CD8+T 細胞浸潤、積聚和活化相關(guān)的基因表達上調(diào)（如CD8A、TIGIT、Lag3、CD27、CCL5 和CXCR6）[26]。BT 抗腫瘤免疫效應(yīng)相關(guān)分子及信號通路見圖1，表1。

表1 BT 抗腫瘤免疫效應(yīng)相關(guān)分子及信號通路

3 BT 調(diào)節(jié)淋巴細胞亞群

3.1 LDR-BT 調(diào)節(jié)T 淋巴細胞亞群

T 淋巴細胞大量浸潤是細胞免疫發(fā)揮抗腫瘤反應(yīng)的核心，也是免疫治療發(fā)揮作用的細胞學(xué)基礎(chǔ)，BT 能夠誘導(dǎo)T 淋巴細胞亞群的活化。LDR-BT 治療的前列腺癌患者外周血中活化的T 淋巴細胞亞群的比例顯著增加，且Tregs 和MDSCs 的比例顯著降低[27]。LDR-BT 后，外周血中CD3+T 細胞、CD4+T 細胞、NK細胞（CD3-CD16+/56+）等免疫活性細胞均顯著升高[4]，活化的T 淋巴細胞（CD3+HLA-DR+、CD4+HLA-DR+和CD8+HLA-DR+）比例亦逐漸升高[27]；雖然CD8+T 淋巴細胞百分比無顯著變化[4]，但是CD4+/CD8+比值顯著升高[4]，活化的T 淋巴細胞和Tregs 的比例也逐漸增加[27]。與初始CD4+T、CD8+T 淋巴細胞相比，LDRBT 開始后記憶性CD4+T、CD8+T 細胞顯著減少；且3 個月后外周血中CD8+T 淋巴細胞和NK 細胞呈明顯降低趨勢，可能因為在某些細胞因子的作用下，上述免疫細胞遷移至腫瘤微環(huán)境，誘發(fā)細胞免疫[4，27]。Tregs 和MDSCs 的減少可能與活化T 細胞亞群的增加有關(guān)[27]。在LDR-BT 開始后，Tregs 亞群的比例顯著增加，相對于CD4+和CD8+T 細胞亞群的比值無明顯變化；而在200 天后觀察到Tregs 與活化的CD4+和CD8+T 細胞亞群的比值顯著降低。同樣的還有MDSCs（CD11b+CD14+HLA-DR-）亦是在200 天后觀察到顯著降低。

B 淋巴細胞在抗腫瘤免疫效應(yīng)中既可以作為抗原遞呈細胞（antigen-presenting cells，APCs），也可分泌抗體介導(dǎo)腫瘤細胞殺傷效應(yīng)。LDR-BT 后外周血中B 細胞（CD3-CD19+）的比例呈明顯的下降趨勢，可能是因為B 細胞由于抗原識別而從外周血遷移到受照射的腫瘤微環(huán)境而減少[27]。但是，另一項研究表明外周血中的B 細胞不受LDR-BT 影響，但是體現(xiàn)B 細胞免疫功能的免疫球蛋白IgM、IgG 和IgA，以及補體C3 和C4 的濃度均在特定的時間內(nèi)顯著升高[4]。

3.2 HDR-BT 調(diào)節(jié)淋巴細胞亞群

HDR-BT 導(dǎo)致腫瘤內(nèi)劑量具有異質(zhì)性，且不同劑量區(qū)出現(xiàn)不同的免疫效應(yīng)[2]。在臨近粒子源的中心區(qū)域，越靠近放射源劑量越高，高劑量區(qū)（＞12 Gy）表現(xiàn)出最大程度的免疫原性腫瘤細胞死亡和腫瘤特異性抗原的釋放[7]。隨著距離的增加，照射劑量逐漸跌落，在高-中劑量（8～12 Gy）可以最佳地誘導(dǎo)細胞質(zhì)釋放dsDNA 和cGAS/STING/干擾素γ，驅(qū)動腫瘤細胞免疫標志物的表型改變[28]。中等劑量（2～5 Gy）可增強免疫刺激細胞因子的釋放，導(dǎo)致免疫細胞增強腫瘤浸潤。由巨噬細胞釋放的T 細胞刺激細胞因子IL-12和抑制細胞因子IL-10 具有劑量依賴和劑量率依賴性效應(yīng)，本效應(yīng)在此劑量區(qū)域達到峰值；與之相似的還有轉(zhuǎn)化生長因子-β，其可調(diào)節(jié)內(nèi)皮黏附分子ICAM-1 和VCAM 的表達，增強腫瘤組織的免疫細胞浸潤。低劑量（＜2 Gy）可能通過對輻射高度敏感的細胞群的直接細胞毒性作用，使局部腫瘤浸潤淋巴細胞亞群暫時消失，因此這也提供了一個重新構(gòu)建沒有免疫抑制細胞的微環(huán)境的機會[2]。

HDR-BT 對免疫細胞的影響呈劑量依賴性。單次劑量2 Gy 時，CD8+CTL 細胞無顯著變化，而隨著劑量的增加，CD8+T 細胞的募集增加；劑量達10 Gy 時，CD8+CTL 細胞顯著增加，達到峰值；之后隨著劑量的增加，CD8+T 細胞反而減少。單次劑量10 Gy 對腫瘤浸潤免疫細胞水平的變化影響最大，有效地提高了腫瘤浸潤細胞毒性CD8+T 淋巴細胞的水平。同樣，此劑量有效的抑制了M2 型巨噬細胞的募集[29]。

3.3 BT 聯(lián)合免疫治療

放療聯(lián)合免疫治療在提高腫瘤局部控制率，激活機體免疫應(yīng)答、克服常規(guī)放療介導(dǎo)的免疫耐受等方面具有明顯優(yōu)勢。相對于外放療，BT 是否具有同樣的優(yōu)勢，目前研究尚顯不足。Xia 等[30]通過動物模型證明，免疫治療增強BT 的局部腫瘤控制率。Sui 等[31]報道了BT 聯(lián)合免疫治療晚期非小細胞肺癌的臨床觀察，局部病灶均呈明顯消退。Yuan 等[32]觀察到經(jīng)過HDR-BT 和免疫治療的前列腺癌患者，局部組織內(nèi)PD-L1 表達量增多，CD8+T 細胞顯著增多，而外周血中CD4+效應(yīng)T 細胞也顯著升高。Rodriguez-Ruiz 等[3]同樣證實了免疫治療能夠增強BT 的遠隔效應(yīng)。目前一些有關(guān)BT 聯(lián)合免疫治療的前瞻性臨床試驗正在進行中，如NCT04395079、NCT04620603、NCT02642-809、ChiCTR2000038689、ChiCTR2100044382、ChiCTR2000039748 等，上述研究將進一步揭示兩者聯(lián)合治療的臨床效果和具體機制。

4 結(jié)語與展望

動態(tài)的抗腫瘤免疫反應(yīng)一般包括以下步驟：腫瘤細胞凋亡或死亡后釋放腫瘤免疫性抗原；DCs 捕獲這些免疫性抗原，發(fā)育成熟并遷移到區(qū)域淋巴結(jié)；DCs將捕獲的抗原遞呈給T 細胞并活化T 細胞；活化的T細胞遷移、滲透至腫瘤組織內(nèi)，然后識別、殺傷腫瘤細胞；被殺傷的腫瘤細胞繼續(xù)釋放免疫性抗原，形成“腫瘤-免疫循環(huán)”。雖然，BT 對機體免疫系統(tǒng)的影響尚缺乏深入的研究，但有研究已經(jīng)表明，BT 殺傷腫瘤細胞，逐漸破壞腫瘤組織，保留了腫瘤蛋白和腫瘤相關(guān)抗原的完整，調(diào)節(jié)免疫活性[4]，將“冷”腫瘤轉(zhuǎn)化為免疫活性更強的“熱”組織，啟動抗腫瘤免疫效應(yīng)，涉及的機制包括免疫原性腫瘤細胞死亡，抗原交叉遞呈及T 淋巴細胞的活化。

BT 因其高度適形性及提供更高生物效應(yīng)劑量的優(yōu)勢，誘導(dǎo)腫瘤細胞免疫原性死亡和腫瘤特異性抗原的釋放，進而激活抗腫瘤免疫效應(yīng)。但是，目前的研究尚有不足之處：1）BT 誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫效應(yīng)并不能完全抑制腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和進展，尚需與其他治療方法聯(lián)合，BT 誘導(dǎo)抗腫瘤免疫效應(yīng)的復(fù)雜機制將局部治療轉(zhuǎn)變?yōu)槿碇委?，?lián)合免疫治療或成為腫瘤治療學(xué)的一大突破[33-35]。2）影響B(tài)T 后免疫應(yīng)答的相關(guān)因素并不明確，不同劑量、持續(xù)時間、原發(fā)腫瘤病灶等因素對免疫應(yīng)答的影響也不明確。3）BT 誘導(dǎo)抗腫瘤免疫效應(yīng)的具體的機制尚不明確，有待進一步的研究。