肿瘤免疫微环境与放射治疗

肿瘤免疫微环境与放射治疗华中科技大学协和医院肿瘤中心伍钢2016年8月27日－－长春KalbasiA,etal.JClinInvet,2015,123:2756-2763免疫逃逸：肿瘤细胞发生更多的突变导致不可控性生长、侵袭、转移免疫平衡：免疫表型发生转化的肿瘤细胞能逃避CTLs的杀伤免疫清除：肿瘤细胞被CD8+CTLs特异性识别，通过细胞毒性机制对其杀伤肿瘤与免疫免疫与肿瘤的关系对肿瘤生长具有调控功能的免疫细胞与肿瘤相关的免疫细胞有T细胞（T效应、T辅助、T调节）、NK细胞、巨噬细胞（M1、M2）、髓源性抑制细胞（MDSC）、DC细胞等KalbasiA,etal.JClinInvet,2015,123:2756-2763VandeBurgSH,etal.NatureRevCancer,2016,16:219-233抑瘤效应：T效应、T辅助、NK、DC、M1细胞促瘤效应：T调节、M2、MDSCNativeNKceii对肿瘤生长具调控作用的免疫分子除图中给出的免疫分子外，目前发现补体片段如C3a、C5a等也介入了放疗引起的免疫反应Barkeretal.,NatureReviewsCancer.2015,15:409-425Immunity,2015，42,767–777肿瘤逃避和抑制免疫系统的机制抑制肿瘤抗原的递呈免疫细胞活性异常调节分泌免疫抑制因子募集免疫抑制细胞PennockGK.etal.TheOncologist，2015;20:812–822.谷氨酰胺代谢脂质代谢糖代谢Warburg效应：即使供氧充足，肿瘤细胞不依赖线粒体内的氧化磷酸化（OXPHOS）供能，而选择糖酵解途径作为主要产能方式谷氨酰胺代谢增强：肿瘤的“必需氨基酸”脂质代谢增强：肿瘤细胞高表达单酰基甘油脂肪酶（MAGL），促进脂肪分解成甘油和脂肪酸的水解酶，调节脂肪酸代谢网络促进癌症的发生肿瘤抑制免疫系统的机制－－代谢改变最终引起包括T细胞在内的所有免疫细胞的代谢发生重塑TME中T细胞的代谢重塑▷细胞外氨基酸↓，乳酸堆积，饥饿→AMPK↑→TCR表达↓，糖酵解↓→效应T细胞↓▷AMPK↑→糖酵解↓，OXPHOSP↑，FAO↑，肿瘤微环境中因子（TGF-β，IL-10）↑→Treg细胞↑代谢改变影响T细胞的分化类型→免疫抑制，肿瘤生长BiswasSK,Immunity,2015,43:435-449肿瘤微环境中的免疫细胞－－代谢重塑效应T细胞是抗肿瘤免疫的“特种兵”PennockGK.TheOncologist,2015,20:812-822肿瘤细胞释放肿瘤抗原肿瘤抗原递呈给T细胞效应T细胞识别肿瘤AgT细胞杀灭肿瘤T细胞被激活，并增殖分化成效应T细胞和记忆T细胞肿瘤微环境对效应T细胞的调控－－抑制与阻遏限制T细胞迁移：TME将T细胞限制在肿瘤基质中，TME血管排斥T细胞进入循环，减少其在肿瘤细胞周围募集诱导T细胞凋亡：TME中IDO、PD-L1、单核细胞产物FasL、TNF-a等可引起T细胞凋亡和耗竭降低T细胞增殖：TME中乏氧等可使DCs免疫耐受，调控CD8+T细胞增殖能力下降或丧失阻碍T细胞致敏：TME常降低CTL浸润能力，抑制CTL活性，导致肿瘤免疫赦免JoyceJA,etal.Science,2015,348:74-80肿瘤特异性T细胞在肿瘤形成早期即功能异常？动物实验提示：SchietingerAetal.,Immunity,2016,45:389-401肿瘤特异性T细胞在肿瘤形成前期和早期就已功能异常这种功能异常初始可逆，后期不可逆持续的抗原接触导致了T细胞功能异常，与微环境因素无关前期和早期肿瘤病灶中功能异常的T细胞类似于人类肿瘤后期肿瘤激活的T细胞放疗对肿瘤微环境（TME）产生的影响Fig.RadiationeffectsontheTME.Barkeretal.,NatureReviewsCancer.2015,15:409-425肿瘤血管癌巢组织免疫系统致血管内皮细胞损伤诱导肿瘤血管新生破坏肿瘤细胞，致其应急反应激活肿瘤相关成纤维细（CAF）树突细胞（DCs）自然杀伤细胞（NK）激活调节性T细胞（TReg）肿瘤相关巨噬细胞（TAM）激活髓源性抑制细胞（MDSC）三者均与放疗抵抗和肿瘤复发相关，CAF还与组织纤维化关联放疗对免疫功能的主要影响－－双向免疫原性细胞死亡免疫耐受放疗引起肿瘤细胞损伤并导致细胞应激导致损伤相关模式分子（DAMP）反应DAMP激活多种模式识别受体（PRR）Treg通过释放CTLA4抑制CD8+细胞激活激活DC/NK/巨噬细胞/T细胞，杀伤肿瘤细胞Barkeretal.,NatureReviewsCancer.2015,15:409-425免疫原性细胞死亡和免疫耐受放疗诱导免疫原性细胞死亡的可能机制KalbasiA,etal.JClinInv,2015,123:2756-2763放疗诱导DAMPs等释放，活化DCs为初始T细胞提供共刺激信号，交叉激活CTLs放疗使CRT转移到细胞表面，增强肿瘤抗原MHC-1交叉提成作用被交叉激活的CTLs，诱导肿瘤细胞发生免疫细胞死亡免疫原性细胞死亡（ICD）：特定化学药物或放射治疗时，肿瘤细胞释放DAMPs，由非免疫原性细胞转变为免疫原性细胞，在体内激发CTLs介导的肿瘤细胞杀伤效应放疗引起肿瘤免疫抑制的可能机制CTLs—细胞毒性T淋巴细胞KalbasiA,etal.JClinInv,2015,123:2756-2763MHC-1表达下调肿瘤新生血管异常，乏氧诱导HIF-1，生成SDF-1，后者趋化MDSCs和TAMs，释放大量炎症因子MDSCs和TAMs分泌细胞因子，抑制DCs，共刺激下调，同时激活Tregs，抑制CTLs此外，还可通过TGF-β,ROS,RNI等消耗L-精氨酸抑制CTLs肿瘤细胞表达PD-L1和PD-L2，通过PD-1受体抑制CTLs功能运用正性调节：过继细胞疗法ACT再次激活T细胞抗肿瘤效应抑制负性调节：抑制免疫系统负性调节，如TGFβ免疫检查点抑制剂，anti-CLTA-4anti-PD-1肿瘤抑制——体外扩增T细胞回输抗肿瘤T细胞再活化免疫系统负性调节免疫检查点对策：利用正性调节，抑制负性调节DemariaSetal.JAMAONCOLOGY2015，8放疗协同免疫治疗的机制射线致细胞死亡DC提呈抗原T细胞识别肿瘤Ag产生抗肿瘤T细胞射线致细胞死亡激活炎症信号释放特异性Ag激活固有免疫激活特异免疫答T细胞为主DC/NK/M1DemariaSetal.JAMAONCOLOGY2015，8放疗可改善T细胞抑制/阻遏状态正向：---重组肿瘤相关的巨噬细胞,使血管正常化---趋化因子↑，效应T细胞募集---提高肿瘤细胞MHC1、FAS受体表达DemariaSetal.JAMAONCOLOGY2015，8负向：---放疗也可以上调PD-L1抗PD-L1治疗依据放疗增强肿瘤抗原的交互递呈，激活T细胞SharabiAB,etal.,LancetOncol,2015,16:e498-509电离辐射诱导的危险信号增强DC细胞介导的抗原递呈，使CD8T细胞激活和增值在缺乏危险信号时，肿瘤抗原递呈是受限或致耐受性的放疗联合免疫治疗的策略因瘤而异潜在靶点：根据肿瘤免疫表型分为－－免疫阻斥型（immuneexclusion）增加T细胞募T细胞浸润作用受阻，致肿瘤组织中参与免疫调节的T细胞减－－免疫抑制型（immunesuppression）增强T细胞活化T细胞活化功能受到抑制－－免疫检查点抑制免疫功能免疫应答不足/T细胞耗竭，抑制免疫检查点例如CTLA-4、PD-1DemariaSetal.JAMAONCOLOGY2015，8免疫阻斥型:T细胞浸润作用受阻，致肿瘤组织中参与免疫调节的T细胞减少免疫阻斥原因：血管异常、DC缺失、趋化因子↓，致T细胞募集↓放疗影响：血管正常化、趋化因子↑等使肿瘤中效应T细胞聚集免疫靶点：促肿瘤抗原提呈回输效应细胞、共刺激分子DemariaSetal.JAMAONCOLOGY2015，8---PD-L1阻断剂通过抑制肿瘤细胞免疫逃逸发挥作用---而临床实验表明此疗法对大多病人无效，肿瘤不敏感或耐药的机制是什么？如何克服？PD-1/PD-L1阻断剂抗肿瘤的机制HaidongTang,etal.CancerCell,2016,29:285–296---实验发现：大量T细胞浸润对于PD-L1阻断疗法治疗肿瘤有着很重要的作用---对于PD-L1阻断疗法阳性的EGFR+肿瘤，使用LIGHT与抗EGFR抗体的融合蛋白可以增加肿瘤中T细胞浸润，从而改善检查点阻断疗法耐药性HaidongTang,etal.CancerCell,2016,29:285–296FacilitatingTCellInfiltrationinTumorMicroenvironmentOvercomesResistancetoPD-L1Blockade肿瘤组织中T细胞浸润贫乏的机制WeipingZou,etal.ScienceTranslationMedicine,2016,8:328B-链蛋白信号的激活和TH1型细胞因子CXCL9、CXCL10的沉默，致肿瘤CD8+T细胞浸润贫乏，反之则T细胞浸润增加3.策略：放疗联合免疫治疗的潜在靶点免疫抑制型:T细胞活化功能受到抑制免疫抑制原因：－－DC耐受、抗原性减弱、负向调节因子高表达致T细胞活化↓放疗影响：－－抗原提呈、清除↑－－肿瘤原位疫苗免疫疗法：－－杀伤位点激动剂－－回输效应细胞和共刺激分子－－抑制/拮抗负性调节位点TLR7激动剂+放疗：NCT01421017TGF-β阻滞剂+放疗：NCT01401062DemariaSetal.JAMAONCOLOGY2015，8免疫检查点抑制剂：抗CTLA-4局部放疗联合抗CTLA-4肿瘤抗原提呈↑趋化因子上调↑抗原清除能力↑放疗远位效应↑DemariaSetal.JAMAONCOLOGY2015，8伊匹单抗可封闭CTLA-4，解除其对T细胞的抑制，致肿瘤缓解--放射治疗诱导急性炎症反应及免疫原性细胞死亡，--形成促进抗肿瘤免疫微环境---肿瘤原位疫苗Vaccine,2015,16;33(51):7415-22放疗诱导形成原位疫苗，促进抗CTLA-4治疗效果抗CTLA-4可通过ADCC作用清除肿瘤内Tregs，增强抗肿瘤免疫多项基础及临床研究表明，抗CTLA-4＋RT，疗效明显优于单一治疗，优势互补Vaccine,2015,16;33(51):7415-22抗CTLA-4治疗＋RT，两者具有协同效应联合疗法中，不同分割剂量放疗对抗肿瘤免疫的作用，有待进一步探索局部放疗能触发针对特异性肿瘤抗原的T细胞免疫反应程序性细胞死因子PD-1,PD-L1为PD-1的配体，两者被称为检查点分子，主要维持免疫系统对自身抗原耐受PD-1主要在效应阶段，通过与其配体PD-L1和PD-L2作用在肿瘤微环境中抑制T细胞功能。RT+PD-L1增加肿瘤细胞对ICD的敏感性SharabiAB,etal.,LancetOncol,2015,16:e498-509单独应用抗PD-L1没有明显的细胞毒效应RT+PD-L1阻断剂可上调肿瘤细胞MHC、FAS，增强其对T细胞介导的细胞毒作用的敏感性放疗+双重检查点阻断激活肿瘤非特异性免疫从而提高放疗效果VictorCT-S,etal.Nature,2015,520:373-380小鼠双侧接种B16-F10黑色素瘤细胞，成瘤后仅一侧放疗放疗与伊匹单抗（anti-CTLA4）联合取得更好效果从联合治疗后非照射区域复发的瘤体提取细胞并接种小鼠，二次成瘤后再次联合治疗，结果产生放疗抵抗转录组学提示：PD-L1可能与联合治疗抵抗有关敲除瘤细胞的PD-L1后治疗敏感性提高RT+伊匹单抗RT+伊匹单抗VictorCT-S,etal.Nature,2015,520:373-380原因：PD-L1可致T细胞耗竭在放疗＋anti-CTLA4基础上，再加anti-PD-L1