肿瘤放疗与免疫治疗联合应用的研究进展

作者：黄胜兰姚伟荣万会平

来源：肿瘤研究与临床, ,31(7): 492-496.

摘要

放疗既可通过对照射野内肿瘤细胞的杀伤来提高肿瘤的局部控制率，也可通过多种机制激活机体抗肿瘤免疫应答来降低远处播散，在免疫治疗的辅助下协同发挥全身抗肿瘤作用。作为一种新的联合治疗方式，目前有大量研究发现局部放疗与不同免疫制剂联合治疗后使得肿瘤患者生存获益。联合治疗的最佳疗效与合适的放疗剂量、分割模式及联合时机等因素密切相关。文章就放疗对机体免疫系统的影响、肿瘤放疗与免疫治疗联合的相关基础和临床研究以及如何进行有效结合进行综述。

目前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。近年随着肿瘤免疫治疗的进展，给晚期肿瘤患者提供了新的治疗选择。免疫治疗由最初只局限于非特异性药物发展到特异性肿瘤疫苗及细胞治疗，免疫调节检查点的发现使得免疫治疗向分子靶向治疗发展，但是免疫治疗只局限于少数肿瘤，只能使少数患者获益，缓解时间也较短暂，这就需要新的组合方法来提高免疫疗法的功效及扩大其应用范围，其中局部放疗联合全身免疫治疗在临床应用中展现出显着优势。本文主要对放疗和免疫治疗相互作用的机制、相关临床研究和如何进行有效结合进行综述。

1放疗对免疫系统的影响

放疗是一种有效的抗肿瘤治疗方式，可直接损伤细胞DNA而导致细胞凋亡。既往认为放疗可引起机体骨髓抑制及血流抑制，使得外周血细胞数量减少，抑制机体免疫系统。后来，人们逐渐观察到肿瘤放疗后可在非照射部位诱导肿瘤的缩退，这一现象被称为远位效应。研究表明，放疗诱导的远位效应需免疫系统介导，宿主免疫系统的完整性决定了肿瘤的放射敏感性，健全的免疫系统是局部放疗后发生远位效应的关键[1]。

在癌症的发展过程中，肿瘤与宿主免疫系统之间的关系是从肿瘤细胞被免疫系统识别和破坏到免疫平衡，最终发生免疫逃逸。免疫逃逸阶段的特征是上调抑制性配体和细胞因子、减少主要组织相容性复合体1（MHC-1）分子表达，并增加骨髓源性抑制细胞的数量。这种免疫抑制环境导致了抗原呈递减少，下调机体抗肿瘤免疫应答。然而，放疗可以"揭露"肿瘤抗原，促进先天性及适应性免疫应答[2]。适应性免疫应答的第一步是通过抗原提呈细胞吞噬肿瘤抗原，并提呈给幼稚T细胞，从而激活下游的免疫反应和T细胞的启动。首先，放疗可使促吞噬信号钙结合蛋白释放增加[3]，而抗吞噬信号CD47相关蛋白受照射后表达下调[4]。放疗后高迁移率族蛋白（HMGB1）释放和MHC-1类分子表达上升，从而促进MHC类分子对肿瘤抗原的加工和递呈至CD8+T细胞。另外，放疗诱导的DNA损伤可能产生新抗原并触发免疫监视。研究发现在免疫能力健全的小鼠中，放疗后DNA错配不可修复的肿瘤细胞生长较差，但在免疫缺陷小鼠中却未观察到此现象，DNA修复缺陷细胞中积累的DNA突变增加了新抗原的负担，并引发了免疫反应[5]。在放疗过程中产生的DNA损伤可能也会增加突变负荷，并为免疫识别提供新抗原。此外，放疗可修饰肿瘤基质微环境，诱导多种细胞因子产生，如释放肿瘤坏死因子（TNF）可显着降低骨髓来源的抑制细胞（MDSC）比例[6]；增加细胞因子CXCL-9、CXCL-10释放而促进肿瘤组织中细胞毒性T细胞的聚集[7]。总之，放疗可通过多种机制刺激机体免疫系统向肿瘤免疫消除方向转化，为免疫介导的远位效应提供了良好的理论基础。

2肿瘤放疗与免疫治疗联合应用

目前有研究表明，放疗与不同免疫制剂（如免疫检查点、细胞因子、共刺激抗体等）联合应用可通过改善不同的预后指标提高肿瘤治疗效果。

2.1放疗与免疫检查点的联合

自美国食品药品监督管理局（FDA）批准CTLA-4免疫检查点抑制剂伊匹单抗（ipilimumab）上市以来，肿瘤免疫治疗迅速发展，程序性死亡受体1（PD-1）免疫检查点抑制剂哌姆单抗（pembrolizumab）和纳武单抗（nivolumab）及程序性死亡受体配体1（PD-L1）单克隆抗体阿特珠单抗（atezolizumab）相继获美国FDA批准上市。这些免疫检查点抑制剂已经成为继手术、放疗、化疗、靶向治疗之后又一大类疗法[8]。

2.1.1放疗与CTLA-4免疫检查点抑制剂的联合

CTLA-4为T细胞上的一种跨膜受体，与B7分子结合后诱导T细胞无反应性，参与免疫反应的负调节基因重组的CTLA-4免疫球蛋白可在体内外有效、特异地抑制细胞和体液免疫反应，是目前被认为较有希望的新免疫抑制靶点[9]。抗CTLA-4抗体代表药物伊匹单抗目前被美国FDA批准用于转移性黑色素瘤。大量临床前研究报道了放疗与抗CTLA-4抗体联合后显现出良好的远位效应[10]。一项临床回顾性研究中101例使用伊匹单抗治疗的患者证实了这一发现，其中有70例患者在治疗期间同时接受了放疗，其缓解率及总生存（OS）率明显高于未放疗组[11]。另一项多中心临床试验对799例内分泌治疗抵抗的晚期前列腺癌患者给予骨转移灶8 Gy的放射剂量，随机分为两组，分别给予伊匹单抗及安慰剂处理，亚组分析显示使用伊匹单抗联合放疗组无内脏转移的患者OS率有较大提高，提示非内脏转移可能是放疗与伊匹单抗结合的更合适的靶标，此外，该研究还表明，放疗与伊匹单抗结合的耐受性好且不良反应小[12]。

2.1.2放疗与PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂的联合

PD-1免疫检查点是一种抑制性细胞表面受体，PD-L1可在肿瘤细胞和肿瘤环境中的部分免疫细胞表面表达上调，从而逃脱免疫细胞的攻击。使用抗PD-1或PD-L1抗体可阻断这一反应，重建T细胞对抗肿瘤细胞的活性，以此阻止肿瘤转移和减小肿瘤体积[13]。目前在黑色素瘤、肺癌、肾癌、膀胱癌以及复发难治性淋巴瘤等单用或联合应用患者中显现出长时间的肿瘤缓解及极小的不良反应[14]。PACIFIC研究显示，在经含铂类方案同步放化疗后未发生疾病进展的局部晚期非小细胞肺癌（NSCLC）Ⅲ期的患者中，使用PD-L1抑制剂德瓦鲁单抗（durvalumab）与安慰剂相比较，德瓦鲁单抗显着延长2年OS率（66.3%比55.6%，P=0.005），显着提高客观缓解率（ORR），两组分别为28.4%和16.0%（RR=1.78，95%CI1.27~2.51），中位疗效持续时间分别为17.2个月和5.6个月（HR=0.51，95%CI0.41~0.68）[15]。尽管PD-1/PD-L1为肿瘤免疫治疗提供了一个新基准，但和其他常规治疗方法联合能显着提高疗效，目前研究最多的是PD-1/PD-L1和放疗联合。在放疗的作用下，可通过降低肿瘤负荷来改善抗PD-1的治疗效果[16]。一项Ⅰ期临床试验论证了多位点放疗与PD-1治疗的有效性及安全性，共纳入79例多发转移性实体瘤患者，对转移灶行立体定向放疗并在放疗结束后7天内给予PD-1治疗，中位随访时间为5.5个月。在影像随访的68例患者中，整体客观反应率为13.2%，OS期为9.6个月（95%CI6.5个月至待定），中位无进展生存期为3.1个月（95%CI2.9~3.4个月），并且治疗的耐受性良好[16]。一项回顾性临床分析对放疗联合PD-1及单用抗PD-1抗体进行了疗效比较，共纳入35例NSCLC患者，其中15例患者行姑息性放疗并在一周内接受PD-1抑制剂治疗，10例患者单用PD-1抑制剂作为二线或者三线治疗，中位随访时间为7.4个月，比较两个治疗组的1年OS率及无进展生存（PFS）率。结果表明，使用放疗联合PD-1抑制剂治疗的患者1年OS率为57.8%，而单用PD-1抑制剂组的生存率为27.4%（P=0.043）。放疗联合PD-1抑制剂组与PD-1抑制剂组1年PFS率分别为57.8%和20.6%（P=0.040）。在不良事件方面两组之间无差异[17]。并且对于PD-1抑制剂治疗后继发耐药的肿瘤联合局部放疗后，可以通过诱导干扰素β（IFN-β）产生，从而提高MHC-1的表达，重建PD-1抑制剂的抗肿瘤作用[18]。

2.2放疗与细胞因子的联合

2.2.1放疗与白细胞介素2（IL-2）的联合

IL-2是一种细胞因子，可促进T细胞增殖、活化，也可激活自然杀伤（NK）细胞，在免疫反应的激活中起着至关重要的作用。高剂量的IL-2已被证实可诱导转移性肾细胞癌完全缓解（CR），也可促进黑色素瘤的消退，但有效率较低。放疗可通过释放细胞因子及上调MHC-1类分子表达促进记忆T细胞形成，这就为放疗与高剂量的IL-2联合治疗肿瘤提供了理论依据。一项Ⅰ期临床试验将12例转移性肾细胞癌及黑色素瘤患者纳入研究，给予立体定向放疗（1~3次/20 Gy）及高剂量IL-2（60 000 U/kg，每8 h给药1次，共14次），以非照射病灶的缓解情况作为评估指标，有8例患者达到了CR和部分缓解（PR）（1例CR，7例PR，缓解率为66.6%），其中5例黑色素瘤患者中1例CR，4例PR，缓解率为71.4%，3例转移性肾癌均PR，缓解率为60%[19]。但IL-2会引起毛细管渗漏综合征、缺血、流感样症状等不良反应，为了减少不良反应，增强其抗肿瘤作用，目前已研发出新的靶向肿瘤的免疫因子，如NHS-IL2（以游离脱氧核糖核酸为靶点）、L19-IL2（以新生血管中纤维蛋白血管外区域为靶点），研究表明这些新的免疫因子与放疗结合可协同控制局部及远位病灶[20,21]。

2.2.2放疗与粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）的联合

GM-CSF可诱导来源于骨髓前体细胞的树突细胞分化为不同的亚群，是促进树突细胞成熟的免疫佐剂。GM-CSF基因转导的肿瘤细胞作为一种疫苗（GVAX）被应用于进展期NSCLC、肾细胞癌及黑色素瘤等多种肿瘤，可促进肿瘤缓解[22]。另外，研究发现放疗过程中体内GM-CSF水平与肿瘤预后相关，对126例不可切除的肺癌及食管癌患者进行放疗，检测GM-CSF释放量，并进行生存分析，结果显示放疗后OS、PFS延长与体内GM-CSF水平上调相关[23]。所以放疗与细胞因子GM-CSF或GVAX结合可产生有效的抗肿瘤作用。在一项临床试验中得到了验证，以一线化疗或内分泌治疗后稳定或进展期转移实体肿瘤患者为研究对象，至少有3个以上转移病灶作为筛选条件，转移病灶行局部放疗（35 Gy/10次），放疗第2周开始给予每天皮下注射GM-CSF（125 μg/m2），持续2周，主要研究终点为发生远位效应患者的比例，次要研究终点为生存期及不良反应，结果显示局部放疗联合皮下注射GM-CSF能引发22.2% NSCLC、35.7%的乳腺癌患者出现远隔效应，并且发生远隔效应患者比未发生者，OS期显着延长（20.98个月比8.33个月）[24]。

2.2.3放疗与其他细胞因子的联合

TNF-α由活化的巨噬细胞和其他免疫细胞产生，可诱导产生多种免疫反应，如免疫细胞活化、肿瘤细胞凋亡等。TNF-α与放疗联合不良反应较大，TNF-α是以腺病毒作为载体的改良细胞因子，与放疗联合后可通过诱导启动子促进其向TNF-α转化，Ⅰ期临床研究发现TNF-α与放疗联合治疗在食管癌、头颈部癌和其他实体肿瘤中，OS和PFS都有所提高，不良反应可耐受[25]。初期研究中IFN-α与放疗联合治疗胰腺癌也表现出较好的生存优势，Ⅱ期研究中IFN-α与放化疗联合作为胰腺癌术后辅助治疗，观察到的中位生存期为25.4个月，但该方案有相当大的不良反应，最终导致研究终结[26]。

2.3放疗与共刺激抗体的联合

2.3.1放疗与OX40抗体激动剂

OX40（CD134）是TNF受体超家族的成员，表达于活化的CD4+和CD8+T细胞，与配体OX40L结合后能协同刺激T细胞活化，促进B细胞产生高价抗体和类别转换，介导OX40+T细胞向炎症反应浸润。OX40激动剂能促进CD4+、CD8+T增殖细胞因子产生、记忆T细胞形成，并能抑制调节性T细胞（Treg细胞）功能，使之成为与放疗联合治疗的有利策略。预临床试验表明大剂量单次照射（20 Gy）与OX40激动剂联合治疗后通过增加肿瘤组织中CD8+T细胞而获得肿瘤缓解，生存期延长[27]。一项Ⅰ期临床试验应用OX40激动剂、环磷酰胺联合单次放疗（8 Gy）治疗转移性前列腺癌目前还在进行中，已有结果表明在外周血淋巴细胞中CD4+、CD8+和NK细胞增殖增加，细胞因子IFN、IL-2释放增加[25]。

3面临的挑战

大量预临床及临床研究表明，适当的时机、剂量和组合可能是放疗和免疫治疗成功的关键。

3.1放疗的分割方式与总剂量

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。在B16黑色素瘤模型中，比较分次照射（3 Gy×5次）和单次照射（15 Gy）在局部淋巴结中激活树突细胞的能力时发现大分割占优势[28]。另外，在一个类似的肿瘤模型（B16-OVA黑色素瘤）中，利用酶联免疫斑点试验检测脾脏中T细胞IFN-γ胞的释放量发现7.5 Gy×2次的分割方式比15 Gy单次照射更有效[29]。所以在选择分割方式之前首先应明确放疗的主要目的是为了缩小照射的局部病灶还是对非照射部位形成远位效应。一项乳腺癌及结肠癌肿瘤模型中，采用放疗与CTLA-4抑制剂联合，如同时考虑到局部肿瘤控制和远位效应，8 Gy×3次分割模式和剂量明显优于6 Gy×5次和12 Gy×1次[30]。在一项利用伊匹单抗与放疗联合治疗黑色素瘤的临床回顾性研究中也发现小于3 Gy的分次剂量更能诱导远位效应[31]。总之，放疗联合免疫治疗时最佳分割模式的临床前试验结果不尽相同，最佳分割模式和总剂量目前尚无定论，可能跟肿瘤类型及联合的免疫制剂相关。而且目前无直接方式评估不同分割模式和剂量对免疫刺激下疗效的影响，可能需要进一步探索出更多有效的生物标志物（如血液或活组织检查组织中释放的凋亡相关趋化因子或者细胞因子）评估疗效和对机体的影响。

3.2放疗与免疫治疗联合的最佳时机

局部放疗可诱导机体产生多方面的免疫应答，结合时机对优化疗效将会产生至关重要的影响。Young等[32]报道了抗CTLA-4抗体需先于放疗，而基于OX40的免疫治疗需在放疗同时或者于放疗后使用，这主要基于两者之间的作用机制不同，OX40的主要作用在于增强抗原特异性T细胞功能，而抗CTLA-4则是下调Treg细胞的功能，所以OX40制剂在放疗诱导抗原释放后最有利，而在CTLA-4抑制剂作用后，只有当Treg细胞被耗尽时，放疗产生的抗原释放才是最有效的。也有相关研究[33,34,35]报道了PD-1/PD-L1抑制剂与放疗联合治疗的时间顺序，发现PD-L1于放疗中或放疗后立即使用为最佳时机，并提出放疗诱导PD-1轴相关分子在肿瘤细胞及肿瘤浸润T细胞的过度表达是暂时性的，若延迟至1周后使用则会大大减弱两者之间的协同作用，并且PD-1轴抑制剂会增加细胞毒性T细胞的溶解活性。因此，最佳时机应考虑到肿瘤类型、免疫制剂及放疗的作用机制及共同对免疫微环境的影响，目前尚无定论，需要更多的研究进一步阐明最佳时机的问题。

3.3放疗部位的选择及放疗体积的确定

目前在免疫治疗的背景下对如何选择放疗部位从而产生最佳的远位效应了解甚少，有些研究者提出利用一个数学模型来预测最有潜力的病灶，这个模型首先是基于放疗后T细胞的分布，并假设远位效应的产生是由于有足够数量的效应T细胞从照射部位转移到非照射远隔部位，但是此假设缺乏其他重要参数来确定远位效应，并且没有得到临床数据的验证[17]。对于广泛转移的患者，放疗只是作为一种免疫佐剂，普遍认为放疗体积无需扩大至临床靶区或者计划靶体积，小范围照射一方面能消灭受照肿瘤细胞，另一方面可诱导肿瘤免疫应答并降低了周围正常组织的受照量。然而，这种方法只局限于理论，需要在临床试验中进行验证。

4总结

肿瘤联合治疗是今后抗癌治疗的发展趋势，免疫治疗的出现对肿瘤学领域产生革命性的影响，对于免疫反应低下的肿瘤患者，可通过不同机制的免疫制剂来刺激免疫反应链中的不同步骤。大量的临床前期数据表明放疗可通过疫苗效应、吸引效应、脆性效应等与免疫治疗起到协同作用。但在联合治疗的过程中，放疗的剂量、分割方式、部位、放疗体积及免疫治疗的介入点都需要更充分的临床试验数据论证，以使放疗联合免疫治疗达到最佳疗效。

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