纳米刀消融联合程序性死亡蛋白-1/程序性死亡蛋白配体-1治疗胰腺癌及其免疫学机制研究进展

2020-01-11张啸波魏颖恬孟亮亮何晓锋肖越勇

中国介入影像与治疗学 2020年10期

李竞，张肖，张啸波，魏颖恬，孟亮亮，张欣，何晓锋，肖越勇*

(1.中国人民解放军总医院第一医学中心放射诊断科，北京 100853；2.中国人民武装警察部队特色医学中心医学影像科，天津 300162)

胰腺癌是难治性肿瘤之一，患者总体5年存活率仅为7%，发生远隔转移者5年存活率仅2%[1]。2014年我国胰腺癌发病人数约9.22万，发病率6.74/10万，死亡人数约8.11万，死亡率5.93/10万，分别居恶性肿瘤的第10位和第6位[2]，多数患者确诊时已失去手术机会。探索非手术方法治疗胰腺癌对改善患者预后具有重要价值。

不可逆电穿孔(irreversible electroporation, IRE)通过高压脉冲在肿瘤细胞膜上打出纳米级不可逆空隙而使瘤细胞凋亡，故又称纳米刀消融[3]，且不破坏消融区脉管结构，可用于治疗胰腺癌[4-5]。

由于胰腺癌特殊的肿瘤微环境，单一免疫治疗效果欠佳，而纳米刀消融可在一定程度上逆转免疫抑制，故理论上纳米刀消融联合免疫治疗可改善胰腺癌治疗效果。本文围绕纳米刀消融联合程序性死亡蛋白-1(programmed death-1, PD-1)/程序性死亡蛋白配体-1(programmed death ligand-1, PD-L1)治疗胰腺癌及其免疫学机制研究进展进行综述。

1 纳米刀消融联合PD-1/PD-L1治疗胰腺癌研究进展

PD-1/PD-L1是一种负性免疫调节因子，与肿瘤发生、发展密切相关。PD-1/PD-L1信号通路激活有助于肿瘤免疫逃避。PD-L1在多种肿瘤细胞表面高表达，其与T细胞表面的PD-1结合后通过负反馈抑制细胞毒性T细胞，促进肿瘤细胞的免疫逃逸[6]。CD8+T淋巴细胞在肿瘤免疫中的作用至关重要[7-8]，通过抑制PD-1与PD-L1结合，能够恢复T细胞和NK细胞活性，增强机体抗肿瘤免疫反应[9-10]。

目前单纯免疫治疗对胰腺癌效果欠佳[11-12]，原因可能与胰腺癌微卫星不稳定及抗原性较低[13-14]、胰腺癌的易转移性及高侵袭性[15]相关。此外，胰腺癌突变负荷低、淋巴细胞计数低、存在炎症因子和缺氧等独特的肿瘤微环境，亦不利于免疫治疗。研究[16]发现，对胰腺癌患者联合应用PD-1抑制剂与化学治疗(简称化疗)药物，可在一定程度上改善疗效。

纳米刀消融治疗胰腺癌的主要机制是导致肿瘤细胞凋亡，而凋亡可介导免疫耐受，故传统理论认为纳米刀消融联合免疫治疗难以发挥协同作用。SHAO等[17]发现纳米刀消融在诱导T细胞免疫方面优于热消融和冷冻消融，提示纳米刀消融联合免疫治疗可能发挥协同作用。目前纳米刀消融联合PD-1抗体的应用研究尚处于起步阶段。ZHAO等[18]将纳米刀消融与PD-1抗体联合用于小鼠原位胰腺癌模型，结果显示联合治疗后小鼠存活时间明显长于单独接受PD-1或纳米刀消融者；进一步联合应用细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4， CTLA-4)抗体、PD-1抗体与纳米刀消融，发现小鼠存活时间反而缩短，甚至低于单用纳米刀消融及单用PD-1抗体小鼠，主要原因可能在于CTLA-4抗体毒性过高。

既往研究[19]在纳米刀消融治疗后的原位小鼠胰腺癌组织中发现CD8+T淋巴细胞浸润，但CD8+T淋巴细胞浸润并非于治疗后立刻发生，多见于治疗后7天前后；而荷异位接种胰腺癌小鼠经纳米刀消融术后1天即可见T淋巴细胞浸润[20]。尽管已有相当数量的动物实验数据，但不同动物、不同肿瘤细胞系、不同接种部位及不同纳米刀参数等均可能影响CD8+T淋巴细胞浸润。胰腺癌患者经纳米刀消融后何时发生CD8+T淋巴细胞浸润尚需进一步观察。

2 纳米刀消融联合PD-1/PD-L1治疗胰腺癌的免疫学机制

尽管目前尚缺乏系统性研究来解释小鼠原位胰腺癌模型中纳米刀消融联合PD-1增强治疗效果的原因[14]，但以下3种免疫学机制可能参与其中，共同促进纳米刀消融后肿瘤免疫反应，协同发挥抗肿瘤作用。

2.1 增强肿瘤抗原性 HE等[21]发现纳米刀通过增加肿瘤细胞损伤相关分子模式的合成和分泌而增强特异性T细胞浸润和特异性免疫记忆。RINGEL-SCAIA等[22]使用高频纳米刀消融治疗4T1(小鼠乳腺癌细胞)小鼠，发现消融后局部固有免疫系统被激活，抗原呈递得到增强，诱导适应性免疫反应，增强免疫系统的整体抗肿瘤作用。

热消融可增强肿瘤免疫[23]。病理学观察发现，纳米刀消融治疗后，消融区内常存在热损伤[24]。胰腺癌抗原性较低是其免疫治疗效果不佳的主要原因，热消融破坏的肿瘤细胞可为免疫系统提供新抗原，诱导抗肿瘤免疫[23-25]。抗原呈递细胞可在细胞外周吸附抗原，诱导特异性免疫应答。CTLA-4抗体可诱导体内射频消融后肿瘤抗原特异性CD8+T淋巴细胞增加并活化[25]。联合射频消融与抗PD-1抗体治疗可显著增强T细胞免疫应答，增强抗肿瘤免疫能力，延长生存时间[26]。

2.2 介导急性炎性反应当前对纳米刀消融介导的急性炎症反应认识仍不够充分。研究[27]表明纳米刀消融通过各种途径引起急性炎性反应，此为其抗肿瘤免疫的重要机制。RINGEL-SCAIA等[22]报道,高频纳米刀消融可改变乳腺癌内具有免疫抑制作用的肿瘤微环境，主要通过纳米刀消融的促炎症和促进适应性免疫应答而使肿瘤由抗炎状态变为促炎状态。

细胞焦亡是细胞程序性死亡的一种方式，可诱导炎性反应，为细胞在应激及感染状态下应对不良环境的病理性改变。作为一种物理消融技术，纳米刀通过在细胞膜上打开孔洞导致钾离子和其他离子外流和内流，钾离子外流诱导焦亡发生[27]。ZHANG等[28]对大鼠正常肝组织进行纳米刀消融，分别在消融术后1、3、6、24 h对消融肝组织进行HE、Masson和Tunel染色，并通过蛋白质印迹法检测焦亡相关蛋白表达，结果显示消融后6～24 h消融区内细胞焦亡和坏死活跃，证实纳米刀消融可以诱导肿瘤细胞发生焦亡。WANG等[29]研究发现肿瘤细胞在治疗后即使发生少量焦亡也可以趋化CD8+T淋巴细胞在肿瘤内部聚集，从而有效抑制肿瘤转移。另外，应激状态下，细胞本身也会通过不同信号通路诱导焦亡发生[30]。

2.3 逆转免疫抑制纳米刀消融通过改变肿瘤微环境使肿瘤从抗炎状态变为促炎状态，使胰腺癌由原有的免疫沙漠型向免疫炎症型转变[31]。O'NEILL等[32]发现纳米刀消融后肿瘤细胞PD-L1表达较前增加，提示纳米刀消融联合PD-1的效果可能优于单纯使用PD-1。NARAYANAN等[33]报道，纳米刀联合PD-1和Toll样受体7(TLR7)可增加胰腺癌小鼠的生存时间和CD8+T淋巴细胞及树突状细胞浸润。

纳米刀消融逆转免疫抑制的机制可能包括以下方面。首先，纳米刀消融作为一种物理消融手段损伤消融区内存在细胞膜结构的物质，杀伤了消融区内起免疫抑制作用的髓源性抑制细胞、胰腺星型细胞及调节性T细胞等[34]。AL-SAKERE等[35]对小鼠皮下肉瘤进行纳米刀消融，术后0、2、6 h分别检测巨噬细胞、抗原呈递细胞、树突状细胞、CD4+T淋巴细胞及CD8+T淋巴细胞变化，发现术后6 h内上述免疫细胞均逐渐减少，其原因可能为纳米刀消融直接杀伤肿瘤内所有细胞，包括免疫细胞。PANDIT等[34]对经纳米刀消融与胰腺癌切除术治疗的胰腺癌患者分别于术前、术中及术后1、3、5天检测外周血CD4+Treg细胞的3个亚群(CD4+CD25+、CD4+CD25+FoxP3+、CD4+CD25+FoxP3+)，结果显示相比手术切除肿瘤患者，纳米刀消融后患者的CD4+CD25+FoxP3+Treg亚群细胞水平在术后第5天达到最大降幅，提示纳米刀消融可通过损伤Treg细胞发挥抗免疫抑制作用，为联合免疫治疗提供时间窗，使应用免疫检查点抑制剂治疗效果达到最大化。其次，纳米刀消融改善肿瘤内低氧。ZHAO等[18]采用蛋白质印迹法在蛋白水平检测纳米刀消融术后低氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor, HIF-1α)表达，结果显示纳米刀消融后4天肿瘤组织HIF-1α表达仅为对照组的53%；同时以异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate, FITC)标记的右旋糖酐检测消融后肿瘤血管通透性，结果显示通透性显著增加，峰值出现于术后第4天，其原因可能与纳米刀消融术后血管内皮细胞损伤有关。肿瘤内缺氧是免疫抑制的关键调节因子，改善瘤内缺氧环境可增强抗肿瘤免疫。最后，肿瘤内的细胞因子及外泌体是构成肿瘤微环境的重要部分[1]，抑制转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)信号能够减少调节性T细胞在胰腺癌组织中聚集。纳米刀消融导致消融区内大量分泌细胞因子及外泌体的细胞死亡，抑制肿瘤内细胞因子及外泌体释放，使肿瘤内细胞因子结构发生改变[34]。