光动力疗法与抗肿瘤免疫治疗在肿瘤治疗中的应用

刘朝莲 吴宏磊 徐可 综述 袁泽婷 审校

肿瘤在两千年前被描述为“癌症”和“癌”，分别指良性和恶性生长，通常难以治愈，死亡率高，且极易复发，严重影响人们的生活［1］。为了更好地治疗肿瘤，除了传统的如手术、化疗等手段之外，近年来还兴起了多种新兴治疗方法，包括免疫治疗和微创治疗。免疫治疗利用机体自身免疫来排除和杀伤肿瘤细胞，具有高选择性，低不良反应的特点［2］。目前免疫治疗主要包括3 类：癌症疫苗、过继性T 细胞治疗和免疫检查点阻断免疫治疗［3］。微创治疗，是指治疗创口较小或无创口的治疗策略。目前较为常见的有MRI 微创治疗、CT 微创治疗、DSA 微创治疗、内镜及腔镜微创治疗、消融治疗、生物基因治疗的微创导入等。其中，光动力治疗（photodynamic therapy，PDT）作为消融治疗的重要治疗方式之一，以其独特的诱导免疫原性特性备受人们关注。

PDT可诱导肿瘤细胞免疫原性死亡（immunogen⁃ic cell death，ICD），促进肿瘤细胞残基中肿瘤相关抗原的释放，还可进一步增加抗原特异性T 细胞的活化、增殖和浸润［4］，是目前研究较为广泛的抗肿瘤微创治疗方法之一，通常与免疫治疗相结合以提高其抗肿瘤治疗的治疗效率。除此之外，也有将PDT、光热治疗（photothermal therapy，PTT）和声动力治疗（so⁃nodynamic therapy，SDT）等多种微创治疗结合起来应用于抗肿瘤治疗的文献报道［5］。本文也将从PDT 的抗肿瘤机制、PDT 对免疫的影响、PDT 与免疫疗法的联合治疗策略等多个方面，对PDT 与抗肿瘤免疫治疗在肿瘤治疗中的联合应用进行综述，希望能对后续PDT抗肿瘤治疗研究有所帮助。

1 PDT介导的肿瘤损伤机制

PDT 是由光敏剂在激光照射下产生“光动力”反应而起到抗肿瘤作用的一种治疗方法。“光动力”主要涉及光、光敏剂以及活性氧（reactive oxygen spe⁃cies，ROS）［6］。在PDT 过程中，光敏剂在肿瘤组织中受到特定波长的光辐照，产生ROS［7］。ROS可直接杀伤肿瘤细胞，包括过氧化物、自由基、离子和单线态氧等，其在肿瘤细胞的损伤或死亡中起着关键的病理作用［8］。目前已知的PDT 介导肿瘤损伤的机制主要包括以下几种：1）PDT引起氧化应激产生ROS直接导致肿瘤细胞的凋亡和坏死；2）肿瘤相关血管系统被破坏，使肿瘤梗死；3）肿瘤细胞凋亡或坏死，释放多种促炎因子促发早期炎症反应，激活免疫系统，产生了抗肿瘤免疫［9］。然而，有研究指出，尽管PDT 后会产生免疫刺激，诱导免疫反应，但PDT引发的抗肿瘤免疫反应并不强大［10］。若将PDT 作为单一疗法来治疗肿瘤显然是不足以根除肿瘤。因此也迫切需要探索一些科学的方法和手段来提高PDT 抗肿瘤治疗的效率。

免疫治疗是一种新兴肿瘤治疗方法，能激发或调动机体的免疫系统，启动先天免疫和适应性免疫自行攻击和消灭肿瘤，而不会杀伤正常组织及细胞，并可产生免疫记忆诱导长期免疫［11］。有研究表明，将PDT 与抗肿瘤免疫治疗联合应用可以进一步提高和改善PDT诱发的抗肿瘤免疫反应［12-13］；同时还可以促进免疫记忆细胞的活化与增殖，能有效预防肿瘤转移［14-15］，是一种非常有前景的抗肿瘤联合治疗手段。

2 PDT与抗肿瘤免疫应答

PDT诱导抗肿瘤免疫应答是一个复杂的过程，目前，其机制尚未能完全阐明。多数研究认为，PDT诱导抗肿瘤免疫是由于PDT在肿瘤部位引起氧化应激后诱导ICD，释放肿瘤抗原及损伤相关分子模式（damage⁃associated molecular patterns，DAMPs）而引起的［16-17］。

热休克蛋白（heat shock protein，HSP）家族蛋白HSP70、HSP90、高迁移率族蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）、三磷酸腺苷（adenosine-triphos⁃phate，ATP）和钙网蛋白（calreticulin，CRT）［18］等DAMPs作为危险信号可被先天免疫细胞识别中和继而触发先天免疫反应［19］，与此同时，树突状细胞（den⁃dritic cells，DC）作为连接先天免疫反应和适应性免疫反应的最有效的抗原呈递细胞（antigen presenting cells，APCs）［20］，迅速过渡到成熟状态并迁移到淋巴结，并将肿瘤相关抗原（tumor associated antigens，TA⁃As）呈递给未成熟的T细胞，使T细胞变成细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocytes，CTLs），清除残留肿瘤细胞，启动适应性免疫［21］。因此，多数研究认为免疫原性DAMPs表达很可能是PDT诱导抗肿瘤免疫的重要部分。

在认识到PDT对免疫系统的重要作用后，研究人员愈发关注与抗肿瘤免疫治疗相关的PDT，尤其是与免疫治疗的结合应用。与此同时，为了提高PDT与免疫治疗的联合治疗效率，目前已经出现了利用免疫刺激剂来刺激免疫［22］、耗竭免疫抑制因子或建立免疫疫苗来增强免疫等创新性联合策略的研究［23-24］。

3 PD与免疫疗法的部分抗肿瘤联合治疗策略

3.1 PDT联合免疫佐剂

免疫刺激剂是能够促进机体免疫的一类物质，在增强肿瘤的光免疫治疗中起着重要作用，常用作增强癌症疫苗的佐剂［25］。目前广泛应用的是激动剂（toll-like receptors，TLRs），如瑞喹莫德（resiquimod，R848）和CpG 寡脱氧核苷酸（CpG oligodeoxynucleo⁃tide，CpG ODN）等。R848 是一种疏水性的咪唑并喹啉样分子，可以与免疫细胞高表达的TLR-7/8 结合，活化APC，上调共刺激因子CD80和CD86，诱导DC成熟。同时，将其表型从免疫抑制转变为免疫原性。使成熟的DC 分泌促炎因子，调节抗肿瘤免疫反应［26-27］。有研究表明，将R848与PDT联用，能有效提高PDT 抗肿瘤治疗的效率，现常用于皮肤表面的癌症［28］。美国食品药品监督管理局（FDA）已批准R848作为免疫调节剂用于皮肤病理学和皮肤癌的临床治疗［29］。CpG ODN是一种具有较强的免疫刺激活性的TLR 激动剂，不同于咪喹莫特，它们可与TLR9 结合，并促进共刺激分子的表达以及炎性细胞因子的分泌［30］。此外，CpG ODNs 还可直接抑制髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）的免疫抑制功能，使其分化为具有抗肿瘤活性的巨噬细胞［31］。目前，已经有将CpG ODN 与PDT 有效联合应用的研究报道。有研究利用PDT 具有高度免疫原性特点，构建了一种能有效吸附阴离子的CpG 纳米级金属框架用于乳腺癌治疗。其为了验证CpG ODNs与PDT 联合治疗的治疗效果，在该纳米金属框架上共载CpG ODNs 以传递CpG 促进DC 成熟，同时建立小鼠乳腺癌模型并对小鼠进行PDT，研究结果发现，小鼠96.6%的肿瘤消退。此外，与对照组相比，PDT与CpG ODNs 联合治疗的小鼠IFN-a 和IL-6 细胞因子水平增加，主要组织相容性复合体Ⅱ类（major his⁃tocompatibility complex Ⅱ，MHC-Ⅱ）和共刺激CD86分子的表达升高，表明PDT 和CpG 的有效递送激活了抗肿瘤免疫，两者联合治疗具有协同抗肿瘤作用，可有效抑制肿瘤生长［32］。

另有其他有效的免疫刺激剂在与PDT 联用后表现出十分卓越的抗肿瘤效应，如乳杆菌卡介苗（BCG，TLR-2/4）、咪喹莫特（TLR-7）、分枝杆菌细胞壁提取物（MCWE）等。

3.2 PDT与免疫检查点阻断治疗

众所周知，肿瘤的生长与发展往往伴随着一个肿瘤免疫抑制微环境，这个免疫抑制网络包括调节性T细胞（regulatory T，Treg），MDSCs和2型（M2）巨噬细胞，以及免疫抑制细胞因子等［33］。这些抑制分子的上调或激活，都会产生严重的免疫抑制负担，抑制机体免疫，促进肿瘤生长，影响抗肿瘤治疗的治疗效率。

免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade，ICB）治疗是逆转肿瘤免疫抑制微环境的有效治疗方法之一［34］，可通过抑制Treg，活化CTLs来阻断癌细胞的侵袭［35］。其中，免疫检查点分子如细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（cytotoxic T lymphocyte antigen-4，CT⁃LA-4）、程序性细胞死亡1（programmed death receptor 1，PD-1）或程序性死亡配体1（programmed cell death-Ligand 1，PD-L1）等免疫检查点分子均被认为是抗癌免疫治疗的关键治疗靶点［36］，是近来ICB治疗研究的热点。

然而，ICB 治疗仍然需要面对两个挑战性问题，低应答率和免疫相关不良反应（immune-related ad⁃verse effects，irAEs）［37］，即仅有部分癌症患者能够响应ICB 治疗［38］。这也使得提高免疫原性和肿瘤T 细胞浸润成为ICB治疗的关键之一。有研究认为，PDT可以诱导免疫原性增强肿瘤T细胞浸润，是一种有效的免疫原性治疗，可使肿瘤对ICB 治疗敏感，提高肿瘤治疗效率［39-40］。Duan 等［41］研究发现，在PDT 联合ICB治疗的过程中，PDT在肿瘤中诱导了免疫原性环境并且可致敏PD-L1 检查点阻断治疗，纳米粒子介导的PDT和ICB联合治疗不仅可以根治原发肿瘤，还可以产生全身抗肿瘤免疫。有研究将ICB 与PDT 等免疫原性传统治疗相结合，可显著提高肿瘤对检查点治疗的应答率，有效治疗肿瘤［41］。因此，尽管ICB治疗仅对部分患者有效，但随着科学研究的深入和科学技术的发展，ICB仍然是现代免疫疗法的重要方法之一，联合ICB治疗仍然有希望用于增强PDT介导的癌症免疫治疗效率。

3.3 PDT与DC疫苗

在抗肿瘤免疫治疗中，抗原交叉表达和强大的抗原特异性CD8+T 细胞免疫反应是影响其治疗效率的关键因素，为了增强在PDT 过程中产生的抗肿瘤免疫反应，除了上述较为经典的联合应用策略之外，近年来也出现了很多抗原捕获、增强抗原表达、增强抗原呈递以及免疫疫苗等多种免疫增强方法的研究。Zhang等［42］将卵清蛋白（ovalbumin，OVA）作为模型抗原，通过实验验证了在激光照射下产生的ROS可显著增强OVA 抗原的交叉表达效率的可行性。PDT 过程中，ROS 除了刺激释放DAMPs 作为免疫佐剂促进APCs 成熟之外，还能够提高CD8+T 细胞生成所需的抗原交叉表达效率。该研究从小鼠胫骨中取出骨髓来源的树突细胞（bone marrow derived dendrit⁃ic cells，BMDCs）进行培养，并用抗原纳米粒子处理BMDCs，用B16-OVA 细胞培养上清液，刺激未成熟BMDCs，结果显示，与加入光敏剂的对照组相比，在激光照射下，抗原纳米粒子组的CCR7、CD80 和MHC-Ⅱ的表达显著提高，进一步证实了ROS对BM⁃DCs成熟的促进作用。此外，现在的很多抗原捕获及诱导设计均与DC 相关，并在一定程度上结合了DC疫苗，这是由于DC 是人体最有效的APC 之一，在活化T细胞启动免疫治疗方面有着重要作用，可吸收细胞外抗原，并通过MHC-Ⅱ分子来激活CD4+T细胞介导的体液免疫；同时，当抗原进入DC细胞质后，在蛋白酶体中降解，并以MHC-Ⅰ分子的形式出现，从而产生细胞免疫，诱导抗原特异性CTLs的产生。

不同于传统疫苗直接引入微生物产生可被人体识别的保护性抗体，癌症疫苗是将肿瘤细胞暴露于致命的辐射剂量，然后将这些被杀死的肿瘤细胞引入动物体内，以期望宿主的免疫系统能够识别被杀死的肿瘤细胞并产生免疫［43］。其中，PDT产生的细胞裂解物可激活DC，诱导强大的细胞毒性T细胞反应，具有肿瘤特异性，比电离辐射或UV产生的细胞裂解物更有潜力成为癌症疫苗［44］。目前有将PDT产生的凋亡性肿瘤细胞用作与DC结合的肿瘤抗原的研究，将PDT 处理的肿瘤细胞作为DC 疫苗，形成PDT-DC疫苗。这种PDT-DC疫苗能有效根除肿瘤，触发更强的抗肿瘤预防效应，还能增强T 淋巴细胞反应，是一种较为理想的联合治疗策略［45］。

临床研究表明，PDT后在肿瘤内注射DC，肿瘤生长受到明显抑制［46］。Ni 等［47］研发了一种共载Dox 和Ce6 的纳米粒子，利用Dox 的细胞毒性和Ce6 的PDT性质有效诱导ICD，以更好地暴露和传播TAA，这一过程中产生的ROS有望通过模拟炎症机制的方式招募DC，形成一种原位DC 疫苗用于乳腺癌治疗。DC疫苗治疗效果较为显著，小鼠4T1肿瘤生长得到有效抑制，并且除了DC 的有效招募外，小鼠血清中细胞因子水平增加，说明该原位疫苗有效诱导炎症反应，触发了抗肿瘤免疫治疗［47］。Korbelika 等［48］利用PDT后的SCCVⅡ细胞制备疫苗，建立小鼠SCCVⅡ肿瘤模型，接种了PDT 疫苗的小鼠，其肿瘤生长明显减缓。此同时，对小鼠脾细胞MDSCs 水平进行流式检测，结果显示，PDT 疫苗对脾脏中免疫调节细胞的数量均有显著影响。

综上所述，PDT治疗有望成为治疗各种癌症的一种有效的辅助或主要手段。

4 结语

PDT能有效激活宿主免疫，包括天然免疫和适应性免疫。临床试验表明，PDT 具有较高的有效性，能够治疗癌前病变，能广泛用于肺癌、食管癌以及皮肤癌等多种癌症治疗，并且无耐受［49］。除此之外，PDT介导的氧化应激和某些光敏剂可能会产生新的、独特的肿瘤抗原，使PDT 治疗的癌细胞比其他方法杀死的癌细胞更具免疫原性。PDT 与免疫治疗的联合治疗也不仅局限于PDT 与某一种单一免疫疗法的结合，更多的将是多种免疫疗法的联合应用。

在不久的将来，PDT与免疫疗法将会更高效的应用于临床肿瘤治疗。为此，进一步应更去了解人体免疫系统，充分利用当代先进的科学技术，深入探索PDT与免疫疗法相关的联合治疗策略。