放疗与免疫治疗联合应用的相关机制及研究进展*

于金明 滕菲菲

近来，肿瘤治疗越来越趋向于多学科综合治疗。手术、放疗和化疗是目前控制肿瘤的三大主要手段。然而，肿瘤复发和转移仍是致死的主要原因，免疫治疗作为一种新兴治疗方式，与常规肿瘤治疗联合能够激活人体的自身免疫反应而特异、持续的识别全身肿瘤细胞。局部放疗联合全身免疫治疗在临床应用中展现出显著优势。与既往普遍认为的放疗只具有免疫抑制作用的观点不同，研究表明局部放疗可促进机体抗肿瘤免疫反应［1］。肿瘤通过释放多种免疫抑制因子以及招募免疫抑制细胞，导致免疫抑制微环境阻碍放疗产生抗肿瘤免疫反应［2］。如何有效的放疗联合免疫治疗成为肿瘤治疗的一大挑战。本文主要对放疗与免疫联合治疗的相关机制及有效结合方式进行讨论。

1 肿瘤与免疫系统的交互作用

免疫系统一方面促进机体抗肿瘤，另一方面诱导肿瘤细胞形成免疫耐受，这一复杂的过程称为免疫编辑，在肿瘤发生发展中起双重作用。其可分为3个主要阶段：免疫清除、免疫平衡、免疫逃逸［3］。

1.1 免疫清除

固有免疫和特异性免疫系统共同识别生长初期的肿瘤细胞，并在其临床可见之前被消灭，这一阶段称为免疫清除阶段。在肿瘤细胞形成初期，细胞表面的相关蛋白激活机体固有免疫系统，NK细胞和γδ T细胞释放干扰素γ，激活具有细胞毒作用的巨噬细胞消灭肿瘤细胞。肿瘤细胞死亡时释放众多危险信号及相关抗原并由DC细胞识别、加工、递呈给CD4+、CD8+T细胞，激活特异性免疫应答。这一阶段的固有免疫和特异性免疫系统需要相互配合，才能保护机体清除肿瘤细胞。

1.2 免疫平衡

免疫清除如果未能消灭所有肿瘤细胞，少部分肿瘤细胞生存下来进入免疫平衡阶段，肿瘤细胞生长和死亡达到一定平衡。残存的肿瘤细胞进入功能休眠阶段，潜伏在患者体内可达数十年，直至出现肿瘤复发或远处转移，这一整个过程是由免疫系统调控。控制肿瘤细胞生长的同时又诱导肿瘤细胞免疫源性的产生，对免疫系统产生耐受。

1.3 免疫逃逸

肿瘤细胞在应对免疫调控过程中出现突变或者机体免疫系统出现衰弱，导致部分肿瘤细胞逃脱免疫系统的控制，进入免疫逃逸阶段。这一过程有众多机制参与，肿瘤细胞相关抗原的丢失、抗凋亡因子表达上调、肿瘤细胞释放血管内皮生长因子（vascular endothe⁃lial growth factor，VEGF）、转化生长因子-β（transform⁃ing growth factor-β，TGF-β）多种免疫抑制因子，招募髓系抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MD⁃SC）、调节性T细胞（regular T cell，Treg）等免疫抑制细胞，改变肿瘤微环境，抑制抗肿瘤免疫反应［4］。其中，肿瘤相关抗原丢失导致的免疫逃逸是一关键因素。

2 放疗激活抗肿瘤免疫反应的相关机制

临床上出现一种有趣的现象，在肿瘤局部放疗时放射野外远处转移病灶也出现了缩小，即“远位效应”。研究表明，这一现象是由放疗激活机体免疫应答引起的［5］。2012年，2篇临床案例报道［6-7］了在黑色素瘤患者局部放疗后，已存在的肿瘤特异性抗体水平升高，T细胞活化指标升高，而且出现新的抗肿瘤特异性抗体。放疗联合免疫治疗显著优于任一单一疗法，但对于放疗促进抗肿瘤免疫反应的具体机制还需要进一步探讨［8］。

2.1 放疗促进肿瘤抗原扩增、改变和表达

由于基因突变，恶性肿瘤细胞许多抗原表达区别于正常组织细胞。Ⅰ和Ⅱ期的临床试验证明，抗肿瘤免疫疫苗的疗效与肿瘤相关抗原的数量具有明显相关性［9］。放疗能够促进肿瘤相关抗原的表达以及促进新的肿瘤抗原产生，激活抗肿瘤免疫反应。然而肿瘤会抑制抗原递呈，其中CD8+T细胞识别抗原的关键分子MHC-1，在肿瘤细胞中表达明显下降［10］。放疗能够有效促进MHC-1分子的表达，同时促进DC成熟并向肿瘤浸润［11］。研究表明，不成熟DC抑制T细胞增殖，进而抑制抗肿瘤免疫反应，而肿瘤细胞通过释放多种抑制因子抑制抗原递呈细胞（APC）的成熟，促进肿瘤生长［12］。

2.2 放疗连接固有免疫与特异性免疫

TLR4是连接固有免疫与特异性免疫的关键分子。放疗导致肿瘤细胞死亡，释放HMGB-1，其与TLR4结合，进而促进MHC-1对肿瘤抗原的加工和递呈［8，13］。淋巴结阳性的乳腺癌患者中，携带TLR4失活基因突变的对放化疗的敏感性较差［14］。另外，食管鳞癌患者术前放化疗能够明显提高肿瘤特异性T细胞的应答以及HMGB-1在血液中的水平，而HMGB-1的表达与预后明显相关［15］。以上研究均证明了放疗在连接固有免疫和特异性免疫中的关键作用。

2.3 放疗诱导T细胞应答

目前绝大多数免疫治疗通过拮抗CTLA-4（cyto⁃toxic T-lymphocyte antigen-4）、PD-1（programmed cell death receptor-1）、TIM3等免疫抑制因子以及抑制间质细胞（如MDSC）来改变肿瘤微环境，促进T细胞活化和应答［8］。以细胞为基础的免疫治疗避免淋巴细胞的活化过程，直接由体外输入活化的肿瘤特异性淋巴细胞。但这些活化的淋巴细胞到达肿瘤微环境后，在多种抑制因子作用下功能同样被抑制。放疗通过促进HMGB-1释放，进而促进APC活化和成熟，促进T细胞的活化。有研究显示，肿瘤接受放疗后，临近引流淋巴结内的T细胞增殖活化水平明显高于未放疗者［15］。

放疗通过诱导肿瘤细胞形成“原位疫苗”，激活机体已存在的免疫反应抵抗肿瘤，主要由CD8T细胞介导。在转移性乳腺癌鼠模型中，原发病灶行放疗可抑制肺转移病灶的生长，且疗效与CD8T细胞的数量有关。同样的结果在放疗联合免疫治疗时更为显著［15］。目前，已开展多项针对局部晚期肿瘤疾病的放疗联合免疫治疗的临床试验。

2.4 远位效应的偶然性

患者行放疗后出现了针对肿瘤相关抗原的免疫应答，说明放疗后的确存在一定程度的免疫激活反应，但单独依赖放疗还不能够解除机体对肿瘤形成的免疫耐受。

虽已进行了大量的肿瘤疫苗研究，但结果却不容乐观，并未观察到肿瘤的客观缩小。在人群中选择性使用疫苗所带来的生存获益虽不明显，但仍然证明了免疫系统在延缓肿瘤进展上还是具有一定作用。也就是说的确有免疫抑制存在，抑制了免疫效应期的抗肿瘤作用。T细胞不可能靠识别一种或两种抗原来达到抗肿瘤疗效，同时，对抗特定肿瘤的唯一的最佳抗原靶点难以寻找，更何况，虽然肿瘤细胞表达大量的抗原，但大部分具有免疫源性的抗原在肿瘤被发现时已经丢失，在逃脱免疫控制时已“被编辑”掉。因此，免疫治疗的疗效不依赖于T细胞的扩增程度，而依赖于肿瘤抗原级联扩增的程度，这样扩增的T细胞针对的是不同的肿瘤抗原，而不是疫苗中使用的单一抗原。有趣的是，放疗能够促进肿瘤抗原的级联扩增［16］。

T细胞杀灭肿瘤细胞需要具备的条件：1）T细胞需要透过血管浸润肿瘤微环境内；2）保持效应功能；3）对靶点抗原能够形成稳定的免疫活化［17-18］。尽管放疗能够促进T细胞向肿瘤集簇并诱导相关抗原表达增强T细胞的识别，但只部分解释了远位效应的偶然性。而且肿瘤特异性T细胞，尤其是CD8+T细胞必须达到一定浓度才能够有效抑制肿瘤的生长［19］。

一方面，肿瘤细胞释放如TGF-β等多种免疫抑制因子，同时高表达CTLA-4、PD-1等免疫抑制蛋白，均抑制了效应T细胞的功能［20］。另一方面，髓系抑制细胞聚集在肿瘤微环境内抑制效应T细胞的功能，包括M2型巨噬细胞（MDSC）、不成熟DC。Treg通过释放免疫抑制细胞因子，在抑制效应T细胞功能方面也起到关键作用［21-22］。有研究显示，Treg对放疗具有耐受性，尽管不知Treg功能是否受到损害，但其数量在放疗后可增加［23］。

总之，放疗引起远位效应的关键在于转变已存在的肿瘤免疫抑制微环境，增强抗肿瘤免疫反应进而超过免疫抑制效应。

3 放疗联合免疫治疗与现存挑战

放疗联合免疫治疗已开始应用于临床。目前，FDA已批准使用转移性黑色素瘤的免疫制剂伊匹单抗（Ipilimumab）并正在进行Ⅰ期及Ⅱ期临床试验，观察放疗联合伊匹单抗的近期疗效及安全性。其中，最值得关注的是一项对比放疗联合伊匹单抗与单独使用伊匹单抗疗效的双臂试验（NCT01689974）。另外，一些其他临床试验在探索全身应用DC疫苗或瘤内注射与放疗联合应用的可行性［26］。对于细胞免疫制剂联合局部放疗的应用研究虽已成熟，但尚未应用于临床。目前进行的放疗联合免疫治疗的临床试验，主要包括早期预后数据，如外周血中的免疫指标（细胞因子水平、抗原特异性T细胞活性、淋巴细胞分型等），但不包括远期生存数据。

3.1 放疗联合免疫治疗的最佳时机

放疗前已存在的活化免疫微环境能够增强后续放疗的疗效，但考虑到放疗的细胞毒作用，其可能破坏已存在和正在进行的细胞免疫反应［24］。目前的临床试验中，免疫治疗在放疗前数日、放疗中或与放疗同时进行，关于放疗联合免疫治疗的最佳时机一直未有定论。因放疗所带来的免疫活化时间短暂，放疗结束后行免疫治疗效果将大打折扣，在放疗结束后行免疫治疗可能效果不佳，具体机制仍需进一步研究。

3.2 放疗的分割模式与总剂量

常规分割放疗与大分割放疗在促进抗肿瘤免疫应答方面发挥着不同的作用。随着放疗技术的发展，大大提高了靶区适形度，降低了周围正常组织的受照量，使单次大剂量照射成为可能，从而达到更高的生物等效剂量。目前，大分割体部立体定向放疗（SBRT）越来越成为一种趋势。

放疗联合免疫治疗时最佳分割模式的临床前期试验大量的结果不尽相同。在一项联合T细胞免疫治疗的黑色素瘤动物实验中，单次大剂量放疗疗效优于常规分割放疗［15］。然而，在另一项联合TLR7激动剂的淋巴瘤动物实验中，放疗剂量10 Gy/次较2 Gy×5次模式显出绝对优势［25］。目前不同放疗分割模式是否能达到相同的生物等效剂量，以及动物实验中不同的分割模式是否与临床上应用的常规分割和大分割具有相同的效果尚未明确。

联合免疫治疗所需的最佳放疗总剂量同样也是亟待解决的问题之一。既要诱发有效的抗炎反应，又要激活特异性抗肿瘤免疫应答［26］。研究表明，较高的放疗剂量有利于促进T细胞的集簇以及肿瘤抗原的表达，但同时刺激免疫抑制细胞Treg的增殖［27］。

3.3 放疗部位的选择

放疗引起的免疫应答程度还与放疗的部位有关，如皮肤、胃肠道和肺脏等器官，由于部分与外界相通，其免疫系统具有特殊性。肝脏由于长期接触机体代谢产物，其免疫应答方式也有所不同。另外，中枢神经系统以及生殖系统（如睾丸）也是特殊的免疫豁免器官［28-30］。放疗在这些器官引起的免疫反应是不同的，如何确定合适的放疗部位以达到联合免疫治疗的最佳疗效，仍需要进一步探索。

4 结语

局部放疗与全身免疫系统之间的相互调节作用使放疗与免疫联合治疗成为可能。大量临床前期试验已取得显著疗效，部分临床试验正在探索其安全性和有效性。在不同类型肿瘤中选择合适的免疫制剂，放疗的最佳分割模式与总剂量，最佳的联合时机是放疗与免疫联合治疗成功的关键。

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