肿瘤立体定向消融放疗联合免疫治疗的研究进展①

赵 刚 涂甲丁 卜嘉蕊 王然玉 张书涵

（吉林大学公共卫生学院，国家卫生健康委员会放射生物学重点实验室，长春 130021）

1 立体定向消融放疗的概念

立体定向消融放疗（stereotactic ablative radiotherapy，SABR）又称体部立体定向放射治疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）、立体定向放射外科（stereotactic radiosurgery，SRS）等［1］，本文以下统称SABR。SABR 是一种有效的大分割、短疗程的非侵入性消融治疗。SABR 与常规分割放疗（每日剂量1.8～2.5 Gy）或大分割放疗（每日剂量3～6 Gy，常用于临终姑息治疗）不同，SABR 是在复杂影像引导技术的支持下对肿瘤靶点进行每日可高达8～30 Gy消融剂量的治疗，分割次数也大大减少（1～5次）［2-3］。由于其良好的局部控制和耐受性，SABR 目前在许多癌症的治疗中发挥非常重要的作用，如头颈部癌症、非小细胞肺癌、肝癌、胰腺癌和脑瘤［3-4］。

2 SABR与肿瘤免疫的关系

传统的放射生物学理论主要侧重于射线作用于细胞DNA，引起双链断裂、单链断裂等损伤，最后导致有丝分裂灾难和细胞凋亡［5］。现在有大量证据表明，SABR 也具有强大的免疫调节作用，协调了一系列细胞和分子的改变，最终增强了全身抗肿瘤免疫反应。肿瘤细胞通常都进化出了防止细胞死亡被识别为免疫原性的策略，而SABR 恰恰增强了肿瘤的免疫原性，从而诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡（immunogenic cell death，ICD），这种ICD 是通过肿瘤细胞凋亡和坏死的细胞碎片产生的肿瘤相关抗原（tumour-associated antigens，TAAs）大量释放介导的［6-7］。这些凋亡或坏死的肿瘤细胞也释放大量的“促炎危险信号”和“损伤相关模式分子（damage associated molecular patterns，DAMP）”，如：热休克蛋白、高迁移率族蛋白（high-mobility group protein B1，HMGB1）［8-9］。DAMP 和“促炎危险信号分子”通过与树突状细胞（dendritic cells，DCs）表面Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）结合，增强DCs的抗原递呈作用，将TAAs 更迅速准确地传递给肿瘤特异性细胞毒性T 淋巴细胞（cytotoxic T lymphocytes，CTL）［10-11］。以HMGB1为例，HMGB1是一种组蛋白-染色质结合蛋白，是一种重要的ICD 标志物，SABR 引起肿瘤细胞发生ICD 后，HMGB1 被大量释放，释放出来的HMGB1与DCs表面的TLR4和TLR9结合，进而激活髓样细胞分化初级反应蛋白（myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88）信号通路和NF-κB 信号通路，最后导致DCs成熟、主要组织相容性复合体（major histocompatiblity complex，MHC）分子上调、共刺激分子表达上调，所有这些改变都有利于DCs 将肿瘤细胞递呈至CTL，从而实现对肿瘤细胞的特异性杀灭［12］。SABR 还进一步增强肿瘤细胞的钙网织蛋白（calreticulin，CRT）移位到肿瘤细胞膜表面，这种细胞膜表面移位的CRT 进一步增强了CTL 对肿瘤的识别和杀伤作用［13］。研究证实，这种CRT 移位是SABR 诱导肿瘤ICD 的重要环节［14］。最后，SABR 还上调正常组织和肿瘤组织表面的MHC-1 表达，从而增加抗原递呈，促进了CTL 对肿瘤的杀灭作用［15］。以上所有的SABR 作用诱发了机体的抗原特异性、适应性免疫反应，相当于原位疫苗接种的效果，有利于机体免疫系统迅速准确地清除局部肿瘤。

SABR 除了对肿瘤细胞和免疫细胞的直接作用外，还对肿瘤微环境造成影响。通常情况下，肿瘤组织总是处于一种免疫抑制的微环境中，形成这种免疫抑制，甚至“免疫沙漠（immune desert）”状态的原因是多方面的。某些肿瘤缺乏产生有效抗原递呈所必需的炎症介质，导致CTL 无法向肿瘤周围靠近，肿瘤的脉管系统也形成了一道天然屏障，阻止T细胞向肿瘤组织浸润，而SABR 恰恰逆转了这种免疫抑制状态［16］。研究证实SABR 诱导照射局部的炎症性趋化因子高表达，如：趋化因子10（C-X-C motif chemokine 10，CXCL10）和CXCL6，从而导致CD4 和CD8阳性T淋巴细胞向肿瘤灶聚集［17-18］。SABR也与肿瘤血管相互作用，上调肿瘤局部血管的黏附分子，如血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion protein 1，VCAM-1）和细胞间黏附分子-1（intracellular adhesion protein 1，ICAM-1），这些黏附分子均为促进白细胞局部浸润的关键因子，SABR 还诱导微血管损伤，有利于免疫细胞在肿瘤的局部浸润［19］。SABR 还对肿瘤微环境中的巨噬细胞产生影响。巨噬细胞分布广泛，在先天免疫过程中发挥重要作用。巨噬细胞可分为不同亚型，通常分为M1 型和M2 型，M1 型属于促炎型，M2 型属于抗炎型，M2 型也是肿瘤微环境中诱发免疫抑制的重要因素。研究显示，SABR 能够诱导肿瘤微环境中的M2 型巨噬细胞向M1 型转化，从而解除肿瘤的免疫抑制状态［20］。综上，SABR 促进抗肿瘤的CTLs 向肿瘤微环境聚集和浸润，抑制了肿瘤逃逸作用，增强了局部免疫介导的抗肿瘤作用。

除了这种局部杀灭作用，SABR 对肿瘤还有一种“远端效应（abscopal effect）”，主要表现为局部照射后远处非照射野肿瘤的消退［21-23］。目前，广义远端效应是指局部放疗后，在距照射区一定距离的非照射区产生的全身性效应，包括转移瘤效应和正常组织损伤两种形式。前者指肿瘤局部照射后导致远处肿瘤的消退。在临床中，肝细胞癌、乳腺癌、甲状腺癌、淋巴瘤、宫颈癌和黑色素瘤等其他转移性实体肿瘤类型均可发生远端效应［24］。但单独放疗引起的远端效应较为罕见，且大部分远端效应主要发生在肾细胞癌、黑色素瘤和淋巴瘤等免疫原性肿瘤中［25］。值得一提的是，转移瘤多在放疗后几个月消退，表明肿瘤消退不是单一事件的结果，而是在一段时间内接受持续不断的攻击所致。目前认为这种作用主要是通过免疫介导的不同细胞杀伤机制清除肿瘤的结果［26］。此外，正常组织损伤包括诱导正常组织中的基因不稳定性、细胞死亡和致癌转化［27］。对正常组织毒性机制的研究表明，免疫反应，尤其是炎症反应，在电离辐射暴露诱导的早期和晚期副作用中起关键作用［28］。

3 与SABR 联合应用的肿瘤免疫治疗的研究进展

单独应用SABR，其诱导的ICD和远端效应都很少发生。这是因为肿瘤一般处于一种免疫抑制的微环境中，且肿瘤周围往往淋巴细胞浸润不充分，免疫细胞很难发挥作用［29］。这就要求SABR 与一些免疫调节制剂联合应用，这些免疫调节制剂按照其机制主要可分为两大类：第一类是激活抗原递呈细胞（antigen presenting cells，APCs）；第二类是清除T细胞抑制信号［30］。分述如下：

首先是激活APC 的免疫调节制剂。TLRs 激动剂和CD40 单克隆抗体（monoclonal antibody，mAb）属于这一类调节剂。CD40 mAb 能够刺激DCs 的抗原递呈作用和淋巴结转移，CD40 mAb 已经在一些肿瘤治疗的临床前动物模型和早期临床试验中得到应用［31-32］。在一项B 细胞淋巴瘤小鼠实验中，CD40 mAb 联合5 Gy 全身照射，收到了良好的抗瘤效果，作者分析这种联合的效果可能来源于全身照射，诱导肿瘤细胞发生凋亡，并释放TAAs，同时肿瘤生长速度放缓，而CD40 mAb 的应用使TAAs 更迅速准确地传递给CTL，从而发挥CTL 的肿瘤杀伤作用［33］。TLR是一个广泛表达于造血细胞上的模式识别受体家族，包括APC、单核细胞和B 细胞，TLR 能够识别DAMPs，触发先天免疫，并促进适应性免疫的发展。人类TLR 家族有10 个亚型（TLR1～TLR10）［34］。人和鼠的不同DC 细胞亚类表面表达不同的TLRs 亚型［35］。TLRs 激动剂联合SABR，在临床前动物模型中收到了良好的抗瘤效果［36-37］；更令人鼓舞的是，在B 细胞淋巴瘤患者的临床研究中，TLRs 激动剂联合放疗，也观察到了远端效应［38］。TLRs激动剂的作用是激活TLRs下游的MyD88信号通路，导致转录因子NF-κB 入核，从而促进DCs 成熟，上调MHC分子和共刺激分子表达。

其次是清除T 细胞抑制信号类的免疫调节剂。CTLA-4（CTL antigen 4）是表达于T 细胞表面的关键抑制类信号分子，能够与DC 或其他APCs 细胞表面B7 家族的CD80 或CD86 配体结合，从而抑制T 细胞激活［39］。研究显示，封闭CTLA-4 可增强SABR 的原位疫苗接种效果，有利于CTL 局部清除肿瘤，并增强免疫记忆，防止肿瘤复发［40-41］。放疗联合ipilimumab，一种专用于封闭CTLA-4 的单克隆抗体，已经过美国食品药品监督管理局（FDA）批准上市用于治疗转移性黑色素瘤，收到了良好的疗效［42］。程序性死亡受体1（programmed cell death protein 1，PD-1）是另一类表达于T 细胞表面的关键抑制类信号分子。很多肿瘤细胞表面表达PD-1 的配体，包括PDL1 和PD-L2，从而逃避机体的免疫攻击。美国FDA已经批准多款针对PD-1 或PD-L1、PD-L2 的中和抗体类药物用于治疗各种PD-1 阳性肿瘤，在此不赘述。研究表明，放疗后PD-1/PD-L1 表达均上调，这可能是诱发肿瘤放疗抵抗的因素之一，因此在放疗同时应用PD-1/PD-L1 中和抗体就显得更有必要［43］。进一步研究显示，SABR 与PD-1 或PD-L1 中和抗体和CTLA-4 中和抗体联合应用，其作用优于任何一种或两种单独应用的效果，其可能的机制是这三种疗法互为补充，发挥了相互促进的协同作用［44］。属于清除T 细胞抑制信号类的免疫调节剂还包括抗CD137的mAb、抗OX-40的抗体、IL-2、吲哚胺2，3加双氧酶1（indoleamine 2，3 dioxygenase 1，IDO1）抑制剂和TGF-β 中和抗体等，可喜的是，这些免疫调节剂与放疗联合应用抗肿瘤的试验都在进行中，其中很多收到了良好的疗效［45-53］。

4 寻找最佳的SABR 与免疫治疗的组合方式

大量临床前动物实验和临床试验表明，SABR与免疫调节剂联合应用前景广阔。在这两类免疫调节剂中（激活APC 的免疫调节剂和清除T 细胞抑制信号类的免疫调节剂），激活APC 的免疫调节剂在与SABR 的联合应用中显得更为关键，因为成熟的APC 可能在肿瘤微环境中发挥有益的多重功效，与SABR 或/和刺激T细胞的药物发生多重抗肿瘤的协同作用。因此，免疫调节剂与SABR 究竟应该如何联合应用显得更为重要。例如：应该先用药还是先照射，还是给药的同时给予照射？SABR 后肿瘤释放TAA和/或DAMP在人体的动力学尚不明确，相关的体内动物实验和体外细胞实验表明，SABR 后肿瘤细胞在8 h 内发生死亡，24 h 达到峰值，这种辐射引起的肿瘤细胞死亡会持续至少7 d［54-55］。研究表明，照射18 h 后Ⅰ类MHC 开始增加，这种增加趋势会持续到照射后的第10 天［56］。激活APC 的免疫调节剂TLR 激动剂和小分子的CD40 激动剂半衰期均较短，48～72 h 内生物活性基本消失［57］。因此，这类药物的给药时间需非常精确地计划，以配合肿瘤抗原释放的峰值［58］。相对来说，CD40抗体和其他一些大分子类药物半衰期更长，生物活性持续时间更久，SABR 和给药时机的配合可以更宽松一些［33］。第二类免疫调节剂即清除T 细胞抑制信号类调节剂，按照其作用机制推测，应该遵循先给药后照射或给药和照射同时进行的顺序，因为先给药解除了T 细胞抑制信号，随后照射诱发的原位疫苗接种效果产生的大量TAA 或DAMP 经APC 递呈给被激活的T细胞，从而达到杀灭肿瘤的效果。当然，该领域还需要更多更详实的动物和临床试验结果的支持，也需要更客观的观测终点指标［30］。另外，SABR 的照射剂量和分割次数也对疗效至关重要。研究证实，大剂量照射才能发挥良好的原位疫苗接种效果，7.5～15.0 Gy 剂量范围内效果最佳。而分两次照射，每次7.5 Gy，控瘤效果最佳，T 细胞介导的肿瘤杀伤作用最佳，Treg细胞比例最低［59］。当然，这个剂量也不是黄金标准，各组照射剂量和照射次数与用药的组合都在测试中，针对不同的免疫调节剂，照射剂量和次数也需进行相应调整，以达到最佳的抗瘤效果。需要特别强调的是，照射剂量和次数与肿瘤的部位、大小、类型、肿瘤周围正常组织对照射的耐受程度等因素均密切相关。在SABR 治疗的纳入标准中，患者的转移灶不能超过5个，而能够同时进行SABR 治疗的部位不能超过3 处。另外，既然SABR 照射的作用是产生原位疫苗接种的效果，那么是否可以出于安全考虑，照射野不必覆盖整个肿瘤，局部照射是否就能产生同类效果，这一领域还需要深入探索［30］。

5 小结与展望

无论是放疗引起机体的抗肿瘤免疫反应，还是放疗与免疫调节剂联合应用都不是崭新的概念，相关研究已经在实验室进行多年。近年来，随着科学界对T 细胞在抗肿瘤免疫中的深刻认识，特别是免疫检测点抑制剂和嵌合抗原受体T 细胞免疫疗法（chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy，CAR-T）在临床应用中取得巨大成功，SABR 与免疫检测点抑制剂联合应用受到越来越多的重视。SABR相当于原位疫苗接种，诱发肿瘤释放大量的TAA 和DAMP，免疫检测点抑制剂能够清除T 细胞抑制类信号，从而激活T 细胞更高效地发挥抗肿瘤作用。此外，SABR 与免疫检测点抑制剂的联合应用，几乎都会诱发抗肿瘤的远端效应，对照射野外的转移瘤也发挥良好的疗效。因此，SABR 与免疫调节剂联合应用的研究方兴未艾。但这种联合治疗也同样面临诸多挑战，例如究竟该如何联合，如何挑选适应症，如何准确迅速地评价疗效等，这些方面还缺乏国际公认的标准。因此，这方面的基础和临床研究的进一步深入，将有利于早日制定针对不同肿瘤的SARB和免疫治疗联合应用的标准化治疗方案。