放射治疗：免疫治疗时代的光与暗

前言

将免疫疗法引入癌症治疗，从根本上改变了肿瘤的临床管理。然而，只有少数患者（约10%至30%）对免疫治疗的单一疗法表现出长期反应。此外，还有许多癌症类型，包括胰腺癌和胶质瘤，对免疫治疗有抵抗力。由于放射治疗的免疫调节作用，放射治疗与免疫治疗相结合在一些临床试验中取得了较好的治疗效果。

然而，放射治疗是一把双刃剑，在一定剂量和分割方式下，放射治疗也会削弱免疫系统，并非所有临床试验都表明放射治疗和免疫治疗相结合可以提高生存率。因此，阐明放射治疗与免疫系统之间的相互作用，有助于优化放射治疗和免疫治疗的协同效应。

放疗影响抗肿瘤免疫的正反面

放射治疗可以单独使用，也可以与其他治疗方法（如手术、化疗和免疫治疗）结合使用。一方面，放疗增强了肿瘤细胞的免疫原性，提高了抗肿瘤免疫能力。另一方面，在某些情况下，放射治疗可能会增强患者的局部和全身免疫抑制。

放射治疗诱导局部和全身抗肿瘤免疫

电离辐射促进细胞核中双链DNA（dsDNA）的释放，增加线粒体外膜的通透性，并触发细胞质中线粒体DNA（mtDNA）的暴露。dsDNA和mtDNA都是启动cGAS-STING途径和随后I型干扰素转录的有效介质。

I型干扰素信号在激活DC中至关重要，从而促进T细胞活化和肿瘤控制。放疗后肿瘤源性外泌体中dsDNA的积累也促进了DC的招募，并直接诱导DC的I型IFN应答，这进一步促进了CD8+T细胞的招募，为T细胞活化提供了第三个信号。

为了逃避T细胞的攻击，MHC I类分子在许多癌细胞中要么缺失要么低表达。放射治疗上调了肿瘤细胞表面的MHC I类分子，并增强了TAA的生成，从而扩大了可供呈递的抗原库。此外，细胞表面的钙网蛋白暴露、HMGB1和ATP的分泌增强了免疫原性并促使免疫细胞浸润，从而促进肿瘤微环境中的免疫反应。

放射治疗还增加了肿瘤浸润免疫刺激细胞的丰度，并刺激肿瘤细胞和基质细胞释放促炎介质。趋化因子的释放，如CXCL9、CXCL10、CXCL11和CXCL16，导致DC、巨噬细胞和T细胞的浸润。

总之，通过改变肿瘤细胞表型，触发免疫刺激性DAMP的标志性释放，以及增加促炎免疫细胞的数量，放疗增强了肿瘤细胞对T细胞介导的抗肿瘤效应的敏感性，并促进了对癌细胞的识别和清除。

放射治疗引发免疫抑制和淋巴细胞减少

放射治疗的导致癌细胞中dsDNA的积累，从而激活cGAS/STING信号，促进I型IFN基因的转录。然而，干扰素信号也会产生有害影响，导致治疗抵抗。肿瘤细胞的重复照射可诱导慢性I型干扰素和干扰素刺激的基因表达，从而通过多种抑制途径介导辐射抵抗和转移传播。

IFN-γ和I型IFN都负责上调肿瘤细胞上PD-L1的表达，从而进一步诱导T细胞耗竭，抵抗抗肿瘤免疫。IDO也被I型IFN和IFN-γ上调，作为免疫抑制因子发挥作用。此外，激活的STING信号可增强Tregs、MDSC的动员，并消除肿瘤免疫原性。局部放疗上调CCL2和CCL5的分泌，这与Tregs和单核细胞的募集有关。招募的单核细胞以TNF-α依赖的方式激活Tregs，从而降低放射治疗的疗效。此外，通过分泌IL-10和TGF-β，Tregs增强MDSC的免疫抑制作用并抑制效应T细胞的功能。

淋巴细胞减少是放射治疗中最常见的副作用之一。由于骨髓对辐射极为敏感，因此在放射治疗期间，可能会发生严重的骨髓损伤。即使相对较低的辐射剂量也会导致骨髓暂时功能性消融。当骨髓受到中等剂量的辐射时，需要几年时间才能恢复活跃的造血功能。较高的辐射剂量会导致不可逆转的损害。循环中的外周血单个核细胞也对电离辐射高度敏感。每天重复进行常规分割放射治疗的细胞毒性足以耗尽迁移的免疫效应细胞。

放射治疗导致淋巴细胞减少的另一个机制是通过淋巴器官的照射。幼稚T细胞对辐射极为敏感，即使低剂量照射淋巴组织也会导致p53介导的快速凋亡。此外，放疗诱导的肿瘤细胞分泌Gal-1表现出T细胞促凋亡活性，并与淋巴细胞减少和不良生存结局相关。

放疗与免疫疗法的联合治疗

在过去的十年中，已经批准了几种用于癌症临床治疗的免疫治疗药物。这些免疫治疗药物中已有许多在临床开展了与放射免疫疗法的联合治疗的测试。

放疗与免疫治疗的协同作用

由于放射治疗具有显著的免疫刺激效应，它为免疫治疗与不同形式的放射治疗相结合提供了理论基础。

HNSCC的临床前研究表明，通过将肿瘤微环境转化为炎症环境，放疗使无反应的HNSCC肿瘤对PD-L1抑制敏感。放疗和抗PD-L1抗体协同减少肿瘤浸润性MDSC的积聚，将T细胞从抑制性肿瘤免疫微环境中释放出来，并增强抗肿瘤作用。放射免疫治疗还可在受照区域外诱导强烈的由CD8+T细胞介导的抗肿瘤反应。通过免疫治疗与放疗的结合，患者可以实现转移肿瘤的局部控制和消退。

此外，当完全反应的小鼠受到重新植入的肿瘤细胞攻击时，放疗和抗PD-L1药物的组合会诱导免疫记忆效应。由于复发和远处转移是癌症相关死亡的主要原因，产生记忆免疫反应可以有效预防肿瘤复发和转移，从而延长患者的生存时间。

临床研究表明，放射免疫治疗对患者的生存率有着令人鼓舞的益处。晚期非小细胞肺癌患者放疗后给予Nivolumab治疗，PFS中位数（4.4个月vs 2.1个月，p=0.019）和OS中位数（10.7个月vs 5.3个月，p=0.026）比未接受放疗的患者显著延长。

总之，放射免疫治疗重塑了抑制性肿瘤免疫微环境，促进了T细胞反应的产生，识别并清除了受照射肿瘤部位和远处转移的癌细胞。

在某些情况下，放疗不能增强与免疫治疗的联合效应

免疫治疗通过刺激抗肿瘤免疫反应来消除癌细胞，而抗肿瘤免疫应答主要依赖于激活CD8+T细胞或利用的免疫细胞。放射治疗可能通过上调抑制性免疫细胞的浸润并直接损伤循环淋巴细胞，包括CD8+T细胞，从而有效地降低免疫治疗的疗效。因此，放疗和免疫治疗并不总是显示协同效应。

尽管抗PD-1抗体与8Gy×2照射联合，以CD8+T细胞依赖性方式增强了原发性和转移性肿瘤的控制，并逆转了适应性免疫抵抗，但2Gy×10照射后的抗PD-1抗体抑制了DLN内肿瘤特异性CD8+T细胞中IFN的表达，导致缺乏疗效。这可能是由于低剂量每日分次放射治疗引起的淋巴细胞减少和免疫抑制。选择性淋巴结放疗经常用于局部肿瘤的治疗，旨在解决潜在的亚临床淋巴结微转移。然而，当与抗CTLA-4抗体结合时，选择性淋巴结照射有助于免疫抑制肿瘤微环境，与抗CTLA-4抗体单药治疗相比，生存时间没有延长。此外，尽管放疗联合抗CTLA-4可导致肿瘤消退，但PD-L1表达同时上调，从而导致T细胞耗竭和耐药。

与临床前研究一致，有几个临床试验表明放射治疗和免疫治疗之间没有联合作用。一项涉及前列腺癌的3期试验表明，在多西他赛治疗后进展的患者中，8Gy放疗联合ipilimumab与单纯放疗组相比，OS无显著差异。临床前证据表明，低分割电离辐射与ICIs联合应用可显著增强肿瘤控制。然而，旨在评估nivolumab和SBRT（9Gy×3）在HNSCC中协同作用的临床试验未能改善ORR。此外，作为FDA批准的第一种自体细胞免疫疗法，与安慰剂相比，sipuleucel-T的中位生存期提高了4.1个月。然而，转移性去势抵抗前列腺癌患者接受300cGy×10剂量放疗后，sipuleucel-T组的PFS中位数与单纯sipuleucel-T组相当。此外，单用Sipuleucel-T组的累积抗原提呈细胞和IFN-γ+T细胞甚至更高。

总之，放疗在某些情况下可能会削弱免疫治疗的疗效。免疫治疗与放疗是否协同作用与多种因素有关。放疗与免疫治疗相结合时，应充分考虑放疗的免疫调节作用。需要进行额外的调查，以确定最佳放疗方案、目标检查点和患者队列，从而全面评估放射免疫治疗的疗效。

增强放疗与免疫治疗协同效应的策略

为了优化放射免疫治疗的抗肿瘤效果，应考虑几个方面，包括探索适当的放射治疗方案，考虑免疫治疗与放疗相结合时的时间表，减少放射治疗的免疫抑制作用以及一些放射治疗新技术的应用。

选择合适的放射治疗方案

为了优化放射免疫治疗的效果，放射治疗方案应设计为包括两个因素：剂量和分割方式。临床医生根据经验应用常规放射治疗，以实现局部肿瘤控制和耐受毒性。然而，即使是可耐受的淋巴细胞减少症也会减弱放射治疗与免疫治疗相结合的疗效。常规放射治疗的发展没有考虑免疫系统的潜在治疗效果，这通常会对免疫系统产生不利影响，不利于免疫治疗。低分割辐射与ICIs联合使用可增强抗肿瘤免疫，从而显著控制肿瘤。此外，与单次大剂量放疗相比，低分割放疗也具有优越的疗效。

研究报告称，低分割放疗与免疫治疗相结合的疗效有所提高。如抗PD-1抗体与8Gy×2，而不是2Gy×10联合，增强了原发性和转移性肿瘤的控制。单剂量20Gy局部放疗的疗效与8Gy×3和6Gy×5相当。然而，当与抗CTLA-4抗体联合时，仅分割放疗可显著改善原发和继发肿瘤部位的肿瘤生长。

放疗方案与ICIs联合应用时有一个特定的治疗窗口。放射免疫治疗的最终效果取决于对免疫系统复杂影响的综合效果。低分割放疗与免疫治疗相结合更为合适。然而，放射治疗结合免疫治疗的临床试验通常基于经典方案，联合免疫治疗的最佳放射治疗方案仍有待探索。

探索免疫治疗与放疗相结合的时间表

据报道，免疫治疗给药方案对放射治疗的肿瘤抑制有显著影响。同时给予放疗和抗PD‑L1治疗，而不是序贯治疗与长期肿瘤控制相关。然而，KEYNOTE-001 的1期临床试验显示，在pembrolizumab之前接受任何形式放疗的患者均表现出延长的PFS。此外，在转移性HNSCC患者中，与nivolumab单药相比，nivolumab同时接受SBRT并没有改善ORR。

因此，最佳顺序可能与多种因素有关，如免疫治疗的类型、放疗方案、肿瘤特征和个体差异。所有这些因素都应考虑在内，以获得更好的预后效果。

缩小放射治疗范围

完整的癌症免疫循环在免疫治疗中至关重要，放射免疫治疗在放疗过程中保护淋巴细胞是很重要的。为了减少放疗对免疫细胞的负面影响，必须避免淋巴结、骨髓和血液的照射。

在过去二十年中，IMRT以及其他技术使适形剂量应用于放射治疗成为可能，从而降低非恶性组织的辐射剂量，同时确保局部肿瘤的杀瘤剂量。针对各种适应症的常规放疗方案，如NSCLC、宫颈癌、HNSCC，通常针对肿瘤部位制定50-70Gy的全剂量，针对DLN制定45-50Gy的剂量，以达到预防覆盖的目的。由于DLN是T细胞交叉启动的主要平台，淋巴组织中的T细胞对放疗极为敏感，照射无瘤淋巴结可能会干扰抗肿瘤免疫反应的启动。因此，颈部淋巴结阴性患者无需进行预防性淋巴结照射。应高度重视淋巴结的保护。此外，血液循环和骨髓中的T细胞对辐射极为敏感。放射治疗期间，有必要减少血管和骨髓的暴露。

放射治疗新技术的应用

新技术的开发也是将放疗对免疫系统的副作用降至最低的一个很好的选择。质子放射治疗能够减少向非恶性组织输送的剂量，并诱导组织相容性抗原和TAAs的上调。此外，质子放疗增加了肿瘤细胞表面钙网蛋白的暴露，从而增加了CTL对肿瘤细胞的杀伤作用。将免疫治疗与质子放射治疗相结合是很有前景的。

重离子放射治疗（HIRT）正在成为治疗恶性肿瘤的前沿技术。HIRT可以改变能量并叠加多个布拉格峰，从而提供更精确的治疗。与质子放射治疗和基于光子的IMRT相比，碳离子放射治疗与更高的OS相关。在治疗期间，HIRT将显著减少淋巴细胞损伤。因此，HIRT增强了免疫系统在放射免疫治疗中的作用。

与临床应用的常规剂量率约为5Gy/min相比，FLASH放疗可以以超高剂量率（>40Gy/s）提供剂量。因此，它可以降低正常组织毒性，同时保持局部肿瘤控制。通过提供更高的剂量率，FLASH放疗缩短了治疗时间。短的暴露时间显著减少了循环免疫细胞的辐射。

小结

免疫治疗的疗效高度依赖于免疫系统。免疫治疗与其他治疗方法的结合应充分考虑免疫调节作用。放疗由于其对免疫系统的刺激作用而成为理想的伴侣。然而，放射治疗具有深远的免疫调节作用，并非所有放疗方案都与免疫治疗协同作用。了解放疗的潜在免疫机制对于提高放疗和免疫治疗的协同效应至关重要。

现有证据证明，同时给予低分割放疗和免疫治疗更有可能提高治疗效果。减少照射量也显示出改善患者预后的潜力。此外，放疗技术的技术突破为创造放射免疫治疗的最大疗效提供了重要机会。

参考文献：

1.Radiotherapy: Brightness and darkness in the era of immunotherapy. Transl Oncol.2022 May;19:101366.