肿瘤化疗放疗协同免疫治疗的分子机制①

史 航 梁碧林 李陶陶 戴天琦 黄永业 汪 冰

(东北大学生命科学与健康学院,沈阳110169)

肿瘤化疗放疗协同免疫治疗的分子机制①

史 航 梁碧林 李陶陶 戴天琦 黄永业②汪 冰②

(东北大学生命科学与健康学院,沈阳110169)

对于晚期癌症而言，传统化学和放射性治疗本身并不足以去除所有的肿瘤细胞。化学治疗和放射性治疗主要是为了控制局部肿瘤增长而诱发肿瘤细胞直接死亡。在大多数临床研究中，传统化学治疗通过采用最大耐受剂量(Maximum-tolerated dose,MTD)大规模杀死肿瘤细胞。这些传统治疗方法具有多方面缺点，比如：非特异性靶向，影响包括免疫细胞在内的正常细胞；促进具有药物和化学治疗抗性癌细胞的产生；以及产生毒性等。这些治疗方案可能会引发淋巴细胞减少症，并抑制宿主反应。为了克服这些缺点，许多研究致力于癌症发生相关信号通路研究，进而发展靶向治疗。例如，依据导致化学治疗和放射治疗失败的病例，寻找潜在的癌症信号通路，设计靶向这些信号或者基因的小分子化合物[1]。

肿瘤细胞与正常细胞在细胞膜组成上存在不同。肿瘤细胞膜改变是癌细胞高代谢活性、局部肿瘤微环境酸化和氧化磷酸化到无氧糖酵解转换，驱动外在以及内在进程的结果。由于肿瘤细胞暴露于突变或者错误折叠蛋白等环境中，从而形成特异性的分子模式[2]。这种肿瘤特异性分子模式的形成与天然和获得性免疫系统有关。在肿瘤免疫分子机制研究取得长足进步后，传统化学治疗和放射治疗介导的免疫调节研究也在发生变化。研究发现化学治疗引起淋巴细胞减少症，同时增加癌症病人效应免疫细胞功能[3]。单独的化学治疗或者放射治疗能够通过促进免疫原性肿瘤细胞死亡，或者破坏肿瘤微环境，引发免疫应答。在临床实践中，使用低于MTD剂量的化学治疗可以起到肿瘤疫苗作用，诱发对抗肿瘤的免疫应答。比如，将基于ABCG2抑制剂IMMU-132的化学治疗与偶联SN-38的抗Trop-2抗体进行联合治疗，能够提高对乳腺癌和胃癌的治疗效果[4]。因此，将化学治疗、放射治疗与免疫治疗相结合，有望提高肿瘤的治愈率。

1 免疫治疗研究进展

免疫监视能够平衡共刺激和共抑制信号，在不损害宿主情况下扩大免疫反应而直接抑制肿瘤发生发展。近年来，免疫治疗尤其是免疫检测点封闭治疗，已经在临床取得成功。嵌合抗原受体修饰T细胞已经在一系列临床实践中取得突破性进展。尽管，由于已获得的肿瘤特异性抗原有限并且存在较大的副作用，一定程度上限制了嵌合抗原受体修饰T细胞的应用推广。但这些结果证明，通过作用于免疫细胞或分子，而非直接对肿瘤细胞施加毒性作用，可以达到良好的治疗效果。

应用肿瘤特异性单克隆抗体治疗已经在多个肿瘤模型试验中获得成功。单克隆抗体既具备直接的细胞毒性，又对宿主免疫系统具有间接作用。后者属于一种效应功能，这种功能是经过临床认可的单克隆抗体的主要功能。当前，主要的目标是提高单克隆抗体的补体激活、抗体-依赖细胞的细胞毒性和吞噬作用。

由于肿瘤细胞可以逃逸常规的免疫应答，所以免疫治疗目标是加强机体天然免疫系统，破坏肿瘤细胞对免疫效应机制的抵抗性。肿瘤会采取多种策略来降低免疫治疗效果，比如过表达补体抑制剂[5]、低表达主要组织相容性复合物[6]、募集免疫抑制细胞[7]、干扰免疫细胞间的通讯[8]以及脱落抗肿瘤抗体结合表位[9]。因此，利用免疫效应因子杀死肿瘤细胞是进行肿瘤治疗的一种有效途径。例如，树突状细胞-细胞因子诱导的杀伤细胞能够提高患者机体免疫力，并对肿瘤细胞进行高效杀伤[10]。Ⅰ型干扰素除了在抗病毒方面的功能作用外，同时能够介导“免疫性细胞死亡”清除肿瘤细胞。当前，重组IFN-α2a、IFN-α2b和IL-2已经被美国食品及药物管理局(FDA)认可并应用于对癌症病人的治疗中。

2 化学治疗的免疫效应

早在五十年前，研究已经发现化学治疗能够引发免疫反应并达到治疗效果。然而，直到最近十年，人们才开始关注化学治疗下的免疫分子机制。越来越多的证据表明，化学治疗直接影响宿主天然和获得性免疫系统的功能。

2.1 化学治疗对免疫系统的影响 化学治疗影响免疫系统所涉及的分子和细胞机制多种多样，并且依赖于治疗中所使用的药物类型和剂量。例如，使用环磷酰胺(Cyclophosphamide，CPA)治疗能够激发免疫系统增加自然杀伤细胞活性，促进树突细胞募集到肿瘤部位[11]。将环磷酰胺、多柔比星和长春新碱联合使用能够使肿瘤相关的M2巨噬细胞(Tumor-associated M2 type of macrophages，TAMs)进行再极化成为M1型[12]。紫杉醇刺激TAMs产生IL-12和TNF，进而激活树突细胞、自然杀伤细胞和细胞毒性T淋巴细胞[13]。

化学治疗同样对获得性免疫系统展现出一定的积极作用。例如，低浓度的顺铂和紫杉醇联合使用，能够引起较强的肿瘤特异性CD8+T细胞反应。荷瘤小鼠进行5-氟尿嘧啶注射后，选择性杀伤肿瘤相关髓系来源的抑制细胞，提高T细胞依赖的抗肿瘤免疫力[14]。此外，将5-氟尿嘧啶和顺铂联合治疗，增加食管鳞癌病人肿瘤微环境中CD4+和CD8+淋巴细胞数目[15]。化疗药物丙戊酸钠能够影响γδT细胞的激活和免疫表型[16]。

一些化学治疗还能够消除肿瘤引起的免疫抑制。比如，低剂量环磷酰胺能够降低调节性T细胞的活性[17]。吉西他滨能减少循环髓系来源的抑制细胞数目，促进TAM靶向刺激性M1型巨噬细胞[18]。此外，化学治疗同样可以提高免疫治疗的效果。过继性T细胞疗法是一种具有巨大治疗潜力的临床治疗方法，已经在多发性骨髓瘤的临床研究中取得成功[19]。研究表明，环磷酰胺治疗能够提高过继性T细胞疗法的治疗效果。在小鼠模型中，使用环磷酰胺和CD137抗体进行联合治疗，显示出CD8介导的抗癌协同效果[20]。

2.2 化学治疗影响免疫系统的机制 虽然我们知道化疗药物能够调控肿瘤免疫原性、触发宿主免疫力，但是具体的分子机制尚不完全明确。一些化疗药物诱导免疫原性细胞死亡，促使宿主免疫系统识别肿瘤细胞，引发免疫反应。濒临死亡的肿瘤细胞释放危险信号——高迁移率组蛋白B1(High mobility group box 1,HMGB1)，HMGB1结合TLR4促进DC细胞成熟和激活[21]。紫杉烷(比如多西他赛和紫杉醇)和长春花生物碱(比如长春瑞滨和长春花碱)等化疗药物，能够促进钙网蛋白(Calreticulin，CALR)暴露，有助于免疫系统识别肿瘤细胞[22]。化学治疗后，肿瘤细胞以自噬依赖性方式释放三磷酸腺苷，募集骨髓细胞进入肿瘤床并分化成炎性DC样细胞。另外，化学治疗后，肿瘤细胞中Ⅰ型IFN表达显著上调。Ⅰ型IFN能够激活DC细胞，并通过CXCL10途径募集T细胞。将化学治疗运用到免疫治疗中进行联合治疗是提高抗肿瘤效果的有效策略。化学治疗相结合免疫治疗的模式不仅仅适用于全身治疗，也可以在恶性浆膜腔积液等治疗中得以推广[23]。

3 放射治疗的免疫效应

局部肿瘤病人往往采用放射治疗法。虽然通过增加放射治疗有效剂量可以最大限度消灭肿瘤细胞，但是如何应用放射治疗刺激免疫系统治疗转移性肿瘤仍然是一个难题。在进行放射治疗时，应用某些单克隆抗体以及一些能够加强抗体与肿瘤细胞抗原结合能力的技术手段，已经成为放射免疫治疗研究的新热点。通过单克隆抗体注射，可以显著提高放射治疗的效果[24]。尤其是对颅内转移瘤的研究发现，将免疫分子抑制剂或者免疫治疗试剂应用到放射治疗，可以提高病人的生存和生活质量[25]。

3.1 放射治疗对免疫系统的影响 研究发现，局部放射治疗能够通过增加肿瘤细胞的凋亡和坏死刺激抗肿瘤免疫应答，增加抗原递呈和免疫调节相关基因表达[26]。辐射能够调节抗原肽谱，并提高肿瘤细胞表达MHCⅠ类分子、提高继承性CTL免疫治疗效率[27]。另外，局部放射能够改变肿瘤细胞表型，使其对疫苗介导的T细胞杀伤更为敏感[28]。局部放射可能通过改变肿瘤微环境促进免疫效应细胞大量渗入而起到治疗作用。比如，诱导CXCL9、CXCL10和CXCL16等炎症趋化因子的表达[29，30]。这些因子促进T细胞募集进入肿瘤微环境和提高CD8+T细胞浸润[31]。IFN在肿瘤免疫治疗中扮演重要角色，控制IFN产生存在多条信号通路。研究发现，Toll样受体信号通路中的重要转导蛋白MyD88的缺失对局部照射介导的肿瘤退化没有明显影响。同样，控制IFN、TRIF的信号通路同样对照射介导的肿瘤退化没有显著影响[32]。然而，DNA传感信号通路STING对IFN产生起到重要作用。局部照射后肿瘤组织内存在大量DNA损伤。环鸟苷酸-腺苷-5单磷酸合成酶(cGAS)在胞质中将DNA加工为二核苷酸，进而启动固有免疫信号通路[33]。cGAS缺陷的树突细胞经辐射后不能够产生IFN，而正常树突细胞则能够产生。因此，局部照射能够通过DNA传感信号通路引发固有感应，产生Ⅰ型IFN[32]。这些结果支持放射治疗和免疫治疗间协同作用的基本原理，说明合理放射治疗的必要性：既要降低肿瘤负荷又要提高免疫活性。如此，随后的免疫治疗才能够维持或者扩大放射引起的免疫反应。

3.2 放射治疗协同免疫治疗的作用机制 短暂辐射烧蚀后，肿瘤负荷将快速减少。而且，这一过程依赖于T细胞反应。辐射烧蚀启动的免疫反应和肿瘤减灭，虽然有时会被传统分次放射治疗或者某些辅助化学治疗所阻止，但是在局部免疫治疗中得到显著放大。局部照射导致肿瘤退化可能具有多种机制，但Ⅰ型IFN的作用最为关键。对IFN-α/β缺陷小鼠进行同等剂量的局部照射并不能控制肿瘤生长[32]。这说明宿主细胞，尤其是树突细胞，需要响应Ⅰ型IFN从而产生有效的局部照射介导的抗肿瘤免疫反应。

由于放射治疗能够通过增加肿瘤微环境中的Ⅰ型IFN上调PD-L1表达而避开效应T细胞引发肿瘤逃逸[34,35]，所以放射治疗联合免疫治疗会更具临床治疗前景。实际上，小鼠乳腺癌和直肠肿瘤模型的研究已经发现，放射治疗和PD-L1抗体治疗联合具有协同作用[34,35]。联合治疗不仅仅延长了抗肿瘤免疫作用，而且能够引起远位效应。联合治疗能够控制由辐射后原始肿瘤迁徙而来的次级肿瘤。CD8+T细胞的效应功在其中起到了关键作用。CD8+T细胞不仅仅协同放射和PD-L1抗体的联合治疗，同时恢复PD-L1封闭后对肿瘤微环境中CTLs的效应功能[34,36]。同样有研究表明，PD-L1抗体处理能够逆转T细胞消耗[37]。封闭CTLA4和PD-L1能够提高放射疗法的免疫反应和治疗效果[37]。放射治疗和PD-L1抗体治疗的协同作用提高CTL效应功能，有效控制肿瘤生长[34,35]，引起T细胞介导的免疫反应而抑制肿瘤转移。总体来说，将放射治疗和CTLA4、PD-L1封闭治疗相结合，是进行癌症治疗的一种有效方式。当然，联合治疗引起的潜在毒性也需要进行进一步的研究。

4 展望

手术、放射、化学以及免疫治疗在肿瘤治疗中发挥了巨大的作用，但是这些方法仍然有发展潜力。手术仍然是肿瘤治疗的首选，但许多临床病例不适合进行手术。肿瘤手术切除主要应用于对早期肿瘤治疗，但是单纯手术治疗无法阻止其复发和转移[38]。化学和放射治疗会引起一定的抗肿瘤免疫反应，具有通过激发免疫细胞而清除肿瘤细胞的潜能。因此，免疫治疗结合放射或化学治疗，有望显著提高临床治疗效果。肿瘤具有异质性，因此治疗方法也应该具有多样性。越来越多研究证据表明，单一的治疗手段很难达到癌症的全面治愈。未来的治疗方案很可能是多种治疗手段的结合，比如应用多种抗癌药物组成的cocktail，辅以免疫治疗和/或放射治疗，甚至精神治疗。

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[收稿2016-08-08 修回2016-09-28]

(编辑 张晓舟)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.05.030

①本文受国家自然科学基金项目(81502582)资助。

史 航(1994年-)，女，在读硕士，主要从事肿瘤生物学相关研究，E-mail:iks9454@163.com。

R730

A

1000-484X(2017)05-0773-04

②通讯作者，E-mail:huangyongye88@163.com;E-mail:wangbing@mail.neu.edu.cn。