上期内容：肿瘤免疫学-第29章 减少肿瘤内调节性T细胞的策略（下）

30.1 引言

放射治疗作为一种有效的癌细胞治疗方法，已有逾半个世纪的历史。这种疗法的优化主要集中于如何提高肿瘤区域的剂量精确度，同时最大限度地保护周围正常组织。这一挑战促使多代生物学家和临床研究者深入探讨辐射伤害机制及不同组织的修复过程。经过数十年的基础与临床研究，我们已经明确了放射剂量分布的基本原则，能够通过精细化的治疗计划，在安全地对肿瘤施加致命剂量的同时，帮助正常组织恢复。通常这种治疗持续数周，每日进行。

随着技术的不断进步，例如线性加速器的应用，现在我们能够非常精确地定位肿瘤及其在治疗过程中的动态变化，这使得采用更大剂量的辐射成为可能，同时也更安全。这种高剂量的快速放射治疗不仅为患者带来了便利，而且在控制肿瘤方面往往能够取得更佳效果。因其疗效与外科手术相媲美，这种方法也被称为“消融性放射治疗”。

在当前的免疫肿瘤学新时代，越来越多的证据表明免疫系统是抑制肿瘤发展的关键。放射治疗在此中扮演了新的角色，它不仅直接杀死癌细胞，还能增强患者对免疫治疗的响应。在本章中，我们将回顾放射治疗的当前标准，并探讨在接受免疫治疗的患者中观察到的一些意外远隔效应。文章还将介绍这些异位效应背后的免疫学机制，并概述放射治疗与免疫检查点抑制剂及其他免疫疗法的协同作用。最后，我们将探讨推动这一跨学科领域发展的现有障碍和机遇。

30.2  放射治疗目前的临床使用和局部影响

从历史上看，放射肿瘤学领域是在与根除肿瘤细胞放射治疗是基于放射生物学原理发展而来，旨在精确消除肿瘤细胞。这种方法依赖于肿瘤细胞修复DNA损伤能力的降低，治疗策略主要基于体外模型，即通过细胞存活曲线来预测治疗效果。传统的临床前模型和临床经验提供了关于如何保护邻近重要结构的重要指导，这促成了每天使用1.8至2.0戈瑞（Gy）剂量的广泛应用，此法旨在减轻毒性，为正常组织修复DNA损伤提供时间。由于日剂量较低，传统治疗需要5至7周来达到足够的累积剂量以消灭肿瘤细胞。这种延长疗程的方法仍是治疗乳腺癌、前列腺癌、直肠癌、胰腺癌、脑癌和头颈癌的标准方案。

为了应对每种疾病的扩散模式和复发模式，放射治疗中引入了“临床目标体积”(CTV)的概念。CTV不仅包括直接可见的肿瘤（即总肿瘤体积或GTV），还包括肿瘤周围可能存在肿瘤细胞的亚临床区域，包括区域性引流淋巴结(Fig 30.1)。治疗目标是清除局部区域内所有肿瘤细胞，防止复发并尽量减少远处扩散。在CTV的基础上，通常还会添加一个额外的边界，形成“计划目标体积”或PTV，以考虑患者体位的日常变动。使用较旧的成像技术，处理的区域往往较大，虽然日剂量较低，但可能引发显著的副作用。

然而，随着强度调制放射治疗（IMRT）的发展和广泛应用，现在可以更精确地控制剂量分布，更好地保护邻近的正常组织。同时，图像引导放射治疗（IGRT），包括治疗期间的日常CT扫描，大大提高了对治疗目标的精确性和对正常组织体积的管理，从而减少了副作用。尽管CTV的定义通常保持不变，但现代技术的进步使得设备能够更有效地控制CTV在治疗期间的生理运动，从而提高治疗的精确度和效果。

Fig 30.1 描述了放射治疗中使用的各种治疗边界。其中，“GTV”代表肿瘤总体积，即直接可见或已诊断出的肿瘤区域。“CTV”指的是临床靶体积，这不仅包括GTV，还包括周围可能潜藏微小肿瘤细胞的区域，以及相关的区域性淋巴结。“PTV”则是规划靶体积，它在CTV的基础上额外扩展一定边界，以考虑到日常治疗中可能出现的患者体位变动和其他技术因素的影响，确保整个治疗过程中肿瘤区域得到有效照射。这些定义帮助放射治疗团队精确定位治疗区域，优化治疗效果，同时尽量减少对健康组织的损伤。

放射治疗在治疗转移性疾病方面正迅速发展。常见的应用包括缓解疼痛、控制出血，或减轻因肿瘤生长引起的机械性压迫导致的神经症状。在这些情况下，较短的治疗方案已被证实能有效控制症状。例如，RTOG 97-14研究是一项具有里程碑意义的研究，它将患有疼痛性骨转移的乳腺癌和前列腺癌患者随机分组，对比接受单次8 Gy与分10次共30 Gy的治疗效果，发现两者在疼痛缓解方面具有相似的效果。这一发现促使美国放射肿瘤学会（ASTRO）建议在适当的患者中采用单次给药方案以缓解疼痛。

除了缩短治疗周期，治疗转移瘤时还经常调整或消除CTV边缘。改进的固定和成像技术确保了目标区域的充分覆盖，其精确度可与手术相匹配，同时显著减少了正常组织的受影响范围。现在可以安全地实施6至30 Gy或更高剂量的治疗，分1至5次给药，这种方法被定义为立体定向放射治疗（包括立体定向放射外科或SRS、立体定向体放射治疗或SBRT、立体定向消融放射治疗或SABR）。治疗期间，患者被精确固定并进行成像，确保治疗精确无误。

立体定向治疗是一种前景广阔的技术，它提供了更高的剂量和更低的毒性，常用于治疗选择性患者的肾上腺、脊柱、肝脏、肺和大脑的转移肿瘤。特别是在治疗大脑转移肿瘤方面，它比全脑放射治疗具有更重要的地位，后者通常涉及30 Gy分10次给药，但会导致包括恶心、呕吐、脱发、思维混乱和认知能力下降等显著的急性和慢性毒性。与此相比，立体定向治疗通过保留正常大脑组织，使认知能力下降最小化，根据患者病灶数量、类型及预期寿命，这种方法正逐渐成为越来越多患者的标准治疗选择。支持这一趋势的是，最近的个体患者数据荟萃分析表明，对于50岁以下的患者，单独使用立体定向治疗（不加全脑放疗）与生存率的提高相关。

RTOG 90-05试验则探讨了单次剂量立体定向治疗脑转移瘤的效果，这是一项根据脑转移瘤大小逐渐增加剂量的试验。虽然对小病变（小于2厘米）的高剂量治疗毒性最小，但对较大病变的治疗可能导致严重的神经毒性，如放射性坏死（辐射导致的脑组织坏死）。因此，高剂量的单次治疗需谨慎进行，许多中心会将单次剂量分为3至5次给药，以减少对较大肿瘤的毒性。

30.3 从局部到远端：放疗与全身肿瘤控制

放射治疗的细胞毒性作用通常局限于直接辐射区域，但有时也会在辐射区域外观察到远处肿瘤的消退，这种现象最早由Mole在1953年定义为“远隔效应”（广泛的、靶外效应）。远隔效应虽然在多种恶性肿瘤中有报道，但在传统放疗中相对罕见。然而，有趣的是，在使用免疫检查点抑制剂治疗进展期黑色素瘤的患者中，放疗与免疫治疗的结合显著增加了远隔效应的发生率。这些临床观察和实验室证据共同指向了T细胞介导的反应机制，激发了对放射治疗在增强免疫治疗效果方面的研究兴趣。

正如接下来章节将详细讨论的，多项临床试验正在探索放射治疗与各种免疫调节剂结合的潜力。放射是否能够引发体外效应，部分取决于肿瘤本身的免疫原性，但这一假设仍在进一步验证中。例如，在与ipilimumab（一种免疫检查点抑制剂）联合应用的治疗中，黑色素瘤和非小细胞肺癌（NSCLC）这两种具有高突变负担的恶性肿瘤显示了显著的远隔效应，这些肿瘤类型更有可能表达T细胞可以识别的新抗原。此外，即使在肾细胞癌这种突变负担较低但对免疫治疗有良好响应的肿瘤中，也观察到了放疗引起的异位反应。

此外，无论是单独放疗还是与不同的免疫调节剂联合使用，异位反应也在多种其他恶性肿瘤中被记录。综合来看，这些数据表明，在不同类型的肿瘤中，放射治疗能够引发远隔效应。然而，目前尚不清楚是否需要一定程度的预先存在的抗肿瘤免疫反应作为前提。

有观点认为，放射治疗转移部位的具体位置可能影响实现远隔效应的可能性。虽然可以推测，由于肿瘤的异质性和器官特异性特征，不同的转移可能会形成不同程度的免疫抑制微环境，但目前尚无充分的证据来指导如何选择辐射部位以优化异位反应的发生。

从总体上看，大量的临床前研究显示，放射治疗能够诱导抗肿瘤T细胞的活化，这有助于控制被辐射的肿瘤。然而，实现远隔效应较为困难，可能因为这需要更广泛和更强大的抗肿瘤T细胞反应，这些T细胞能够识别多种抗原，解释肿瘤的异质性，并克服未接受辐射治疗部位的肿瘤微环境中存在的障碍。特定肿瘤的放疗诱导免疫应答的强度可能取决于所使用的免疫治疗剂和放疗方案。

例如，针对不对免疫检查点抑制剂产生反应的乳腺癌和大肠癌的小鼠模型的研究表明，仅当放疗被纳入治疗方案时，才能观察到异位反应。这突显了放疗方案的关键性：例如，针对CTLA-4的抗体，单次剂量20 Gy表现无效，而连续几天分别给予6 Gy x 5和8 Gy x 3的方案，则能实现完全或部分的异位反应。虽然在临床上还未确定与免疫治疗结合使用的最佳放疗方案，但有趣的是，至少在与抗CTLA-4抗体结合时，类似于在小鼠中有效的放疗方案同样能在人体中诱发异位反应。

30.4 增强局部控制：促进抗肿瘤免疫应答效应阶段的放射治疗效果

研究观察到，在缺乏正常T细胞室的小鼠中，相较于免疫正常的小鼠，治愈经辐射的肿瘤需要更高剂量的辐射。这一发现首次指出了T细胞对放射治疗局部反应的重要性，并在30年后通过使用携带模型抗原的小鼠肿瘤实验得到证实。然而，T细胞在促进患者放射治疗局部反应中的具体作用仍需进一步研究。尽管如卵清蛋白等模型抗原便于进行原理验证研究，它们的高免疫原性和表达水平并不真实反映癌症患者的情况，因为肿瘤细胞已经逐渐进化出逃避免疫系统的策略。

此外，放射治疗还可能触发免疫抑制信号。例如，在两个免疫原性较低的小鼠癌症模型中，仅在中和了放射激活的强免疫抑制因子TGF-β后，CD8⁺ T细胞对三种内源性抗原的反应才显现。在临床上，少有证据表明仅通过标准放疗能够激活肿瘤特异性T细胞。因此，放射治疗对T细胞的激活作用可能主要在与免疫治疗结合使用时才显现。值得注意的是，在已有抗肿瘤T细胞反应的患者中，放疗能够重新激活停滞的免疫反应，这是通过对抗肿瘤微环境中的T细胞排斥以及癌细胞由于主要组织相容性复合体I类（MHC-I）抗原提呈分子下调而导致的抗原性降低这两个关键免疫逃逸机制实现的(Fig 30.2)。

Fig30.2 促进抗肿瘤免疫反应效应期的放射治疗效应。左，细胞毒性T细胞(CTL)存在，但由于血管屏障的存在而无法进入肿瘤，这是由促血管生成肿瘤相关巨噬细胞(TAM)促进的。此外，MHC-I在癌细胞上的下调也阻止了它们被CTL识别。正因如此，放射治疗重组巨噬细胞导致血管正常化，从而允许肿瘤被CTL浸润。此外，辐射可上调癌细胞上的MHC-I、NKD2D配体和Fas，使它们成为CTLs识别和消除的良好靶点。

辐射治疗能够引起一系列免疫调节变化，包括释放趋化因子，这些因子吸引效应T细胞进入肿瘤，并增加血管内皮细胞上的粘附分子表达，从而促进T细胞的浸润，如在小鼠乳腺癌和黑色素瘤模型中所示。此外，研究还发现放射治疗可以重新编程肿瘤相关的巨噬细胞（TAM），并与过继T细胞转移协作，通过促进血管正常化来强化胰腺肿瘤的免疫排斥反应。有趣的是，脑胶质瘤原位小鼠模型中也观察到外周疫苗激活的T细胞增加了对辐照肿瘤的浸润，表明这一机制适用于生长在不同解剖位置的多种实体肿瘤。

在体外和体内实验中，多种小鼠和人类癌细胞模型均显示辐射能够上调MHC-I的表达。体外实验中，MHC-I的增加能够增强CD8⁺细胞毒性T细胞（CTL）对辐射后癌细胞的溶解能力；在体内，它则提高了过继转移和疫苗激活T细胞介导的肿瘤排斥反应。除了提高癌细胞的抗原性，辐射还被发现能增加应激诱导配体的表达，这些配体可与CTL和自然杀伤细胞（NK）表面的NKG2D受体结合，从而促进这些免疫细胞对癌细胞的杀伤作用。辐射还通过诱导死亡受体Fas/CD95的表达，增强T细胞杀伤癌细胞的能力。

因此，放射治疗通过对癌细胞和肿瘤微环境的多重作用，显著增强了免疫介导的肿瘤排斥反应。如果患者体内预先存在抗肿瘤T细胞，那么适应性免疫可能有助于通过放疗实现局部肿瘤控制。此外，临床前研究显示，针对肿瘤的放射治疗可以使耐药转移肿瘤对过继T细胞变得敏感。放射治疗还可能恢复肿瘤对激活内源性抗肿瘤T细胞的其他免疫疗法的反应。肿瘤中MHC-I的下调是多种免疫疗法（包括PD-1阻断）耐药的机制之一，最近在PD-1耐药的肺癌小鼠模型中的研究表明，放射诱导的MHC-I分子的上调可以在某些情况下克服对抗PD-1治疗的耐药性。

30.5 诱导远隔效应：放射治疗促进抗肿瘤T细胞启动的效果

在自然情况下无法有效生成抗肿瘤T细胞的患者中实现这一点，仍然是癌症免疫治疗面临的一大挑战。尽管在癌症发展过程中，免疫系统可能会识别所有类型的癌细胞，但大多数临床上可检测的肿瘤都能通过编辑T细胞识别的抗原来逃避免疫监视。然而，肿瘤的固有遗传不稳定性会导致更多的突变，这些突变往往具有抗原性，成为强效抗肿瘤反应的靶标。与此同时，抗肿瘤T细胞发育的一个主要障碍是树突状细胞的功能障碍和数量不足。

放射治疗至少部分地能够克服启动抗肿瘤T细胞的这些障碍(Fig 30.3)。在实验模型中，有证据显示放射治疗增加了树突状细胞（DC）向肿瘤的招募及活化，这一过程是由辐射诱导的免疫原性细胞死亡（ICD）期间释放的危险信号所介导。ICD期间典型的危险信号包括钙网蛋白转移到死亡细胞表面，促进其被DCs吸收；高迁移率族蛋白盒-1（HMGB-1）的释放与DCs上的Toll样受体4（TLR4）的结合；以及ATP的释放通过P2X7受体激活树突状细胞中的炎症小体。此外，当辐射后的癌细胞DNA进入DCs的细胞质时，通过STING（干扰素基因刺激因子）途径激活I型干扰素的产生，从而提供了另一种自分泌方式激活DCs的信号。这些机制共同推动了抗肿瘤T细胞的启动和功能，为免疫治疗提供了有力支持。

Fig30.3 描述了放射治疗如何促进抗肿瘤T细胞启动的效应。在此过程中，辐射处理的癌细胞释放危险信号，这些信号促使树突细胞（DCs）被招募至肿瘤部位。在此，树突细胞吸收垂死的癌细胞并随后被激活。活化的树突细胞携带肿瘤抗原到达肿瘤引流淋巴结（TDLN），在那里它们启动肿瘤特异性T细胞的交叉呈递。这些初始T细胞进一步分化成细胞毒性T细胞（CTLs），并迁移到被辐射处理的肿瘤（图中右侧）及未受照射的转移灶（图中左侧），在这些部位介导肿瘤的完全消退和异位反应。

上述信号的产生依赖于应激反应通路的激活，这些通路包括未折叠蛋白反应和自噬，它们在癌细胞因辐射而死亡时被触发。癌细胞的死亡方式多种多样，具体取决于哪种存活或凋亡途径被激活，以及肿瘤微环境的类型、使用的辐射剂量和分级方法。值得注意的是，树突细胞（DCs）的数量限制了辐射引发的抗肿瘤T细胞反应的规模，而免疫抑制机制的存在则进一步阻碍了这一过程。因此，尽管放射治疗能够将肿瘤转变为一个免疫原性中心，它通常并不是一个理想的免疫激活方法。在临床上，大多数已识别的癌症具有较低的免疫原性。为了有效启动强大的抗肿瘤T细胞反应，需要采用阻断免疫抑制途径或增强免疫激活的治疗方法，比如已在临床前研究中成功应用的靶向CTLA-4、PD-1和PDL-1的免疫检查点抑制剂，以及激活CD137和TLR激动剂的激动抗体联合使用。

至于放射治疗是否能诱导新抗原的生成，这一问题尚未明确解决。在大多数研究中，已通过单独使用放射治疗或与免疫治疗联合使用来触发T细胞反应，这些反应通常针对单一的抗原表位，例如引入到癌细胞中的免疫显性内源性抗原或外源性报告抗原（如卵清蛋白，OVA）。为了引发更广泛的CD8⁺ T细胞反应，我们分析了对癌细胞中过表达的三种抗原的四种不同表位的反应：抗凋亡蛋白生存素、上皮细胞向间质转化（EMT）转录因子Twist，以及内源性逆转录病毒gp70的包膜。当通过中和TGF-β来阻止辐射诱导的DC激活抑制时，对所有四个表位的反应均由低免疫原性的小鼠4T1乳腺癌模型中的辐射引发。因此，去除关键的免疫抑制障碍释放了辐射的潜力，从而触发广泛的T细胞反应。目前正在进行的研究工作致力于全面评估辐射后激活的T细胞克隆库。

除了抗原特异性外，由辐射引发的抗肿瘤T细胞的数量和持久性可能是实现异位反应的关键因素。实际上，尽管辐射可以成功地清除原位肿瘤，作为一种严格的原位放射接种效果的测试，异位反应却很少见。正如前文第30.3节所述，辐射剂量及其分级策略似乎是决定放射与抗CTLA-4联合治疗诱导异位反应能力的关键因素。例如，重复3到5次的6-8 Gy剂量能够产生异位反应，而单一高剂量的20 Gy辐射则不能。最新的研究数据表明，有效与无效的放疗方案之间的差异可能源于它们在癌细胞内诱导I型干扰素（IFN-I）通路活化能力的不同。综上所述，当放疗作为免疫治疗的辅助措施时，最佳的放疗方案可能与常规放射肿瘤学实践中采用的方案有所不同，这一点在临床应用中极为关键。