PTCOG2020线上会议期间，日本大阪大学医学系医学物理与工程科/放射肿瘤科教授Dr. Yutaka Takahashi做了题为《碳离子治疗联合免疫检查点抑制剂治疗骨肉瘤》的演讲。介绍了肿瘤与免疫系统、放疗如何影响免疫系统以及放疗联合免疫治疗骨肉瘤的研究进展。质子中国将演讲内容整理后与大家分享。Takahashi教授先介绍了杀死肿瘤细胞的抗肿瘤免疫应答过程，即肿瘤免疫循环过程。第一步，肿瘤发生产生的新抗原释放，并被树突细胞(DC)捕获用于处理(步骤1)。接下来，树突状细胞向T细胞呈现MHCI和MHCII分子上捕获的抗原(步骤2)，导致针对被视为外源或中央耐受不完全的肿瘤特异性抗原(步骤3)的效应性T细胞反应的启动和激活。在此阶段确定免疫应答的性质，其中效应性T细胞与调节性T细胞的比例的平衡是最终结果的关键。最后，激活的效应性T细胞(步骤4)传递并浸润肿瘤床(步骤5)，特别是通过T细胞受体(TCR)与MHCI结合的同源抗原之间的相互作用识别并结合肿瘤细胞(步骤6)，并杀死特定肿瘤细胞(步骤7)。杀死肿瘤细胞释放额外的肿瘤相关抗原(重复步骤1)，以增加后续循环中反应的广度和深度。肿瘤的发生发展与免疫功能密切相关。免疫系统既具有抑制肿瘤发生发展的作用，也可以导致肿瘤细胞产生免疫耐受，此过程被称为肿瘤的免疫编辑(imunoediting)。Takahashi教授介绍道，肿瘤免疫编辑可以大致分为三个阶段：消除(Elimination)，平衡(Equilibrium)和逃逸(Escape)。消除阶段，免疫系统通过炎症细胞因子的产生，树突状细胞识别肿瘤抗原或激活自然杀伤细胞来监视和消除肿瘤细胞。 平衡阶段是肿瘤与免疫系统达到平衡的阶段，在此阶段，通过免疫细胞衰竭或抑制，遗传和表观遗传学变化或对免疫检测的抵抗力来选择肿瘤细胞。当肿瘤细胞逃脱了免疫检测并能够生长和扩展时，就会发生逃逸。 逃逸可以通过多种机制发生，包括免疫检查分子的正调节，骨髓来源的抑制性细胞(MDSC)诱导的免疫抑制，Treg分泌多种抑制性细胞因子或借助肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)清除凋亡肿瘤细胞等，从而消弱针对肿瘤的免疫反应。
免疫检查点CTLA-4和PD-1的发现者于2018年获得诺贝尔生理或医学奖。但免疫检查点抑制剂在肾细胞癌的疾病反应率为27%(9/33)，在黑色素瘤的疾病反应率为18%(14/76)，在胰腺癌的疾病反应率仅为2%(1/41)。Takahashi教授介绍了日本南东北综合医院1例64岁乳腺癌女性患者，患者因左乳肿块和疼痛入院，被诊断为患有多发骨、肺和淋巴结转移的乳腺癌。其接受了局部放疗，且未进行任何联合治疗，放疗后所有转移性病灶均产生了抗肿瘤反应。这种现象被称为远位效应(abscopal effect)。远位效应的产生机制包括：释放高运动组蛋白B1(HMGB1)，结合能促进树突状细胞抗原处理和交叉呈递的Toll样受体4(TLR4) ；热休克蛋白易位到细胞表面，诱导肿瘤细胞DAMPs的释放；钙网蛋白易位到细胞表面，募集树突细胞前来吞噬。此外，受到辐射损伤后存活的肿瘤细胞表面抗原表达会增加，包括细胞间黏附分子1(ICAM-1)，死亡受体Fas和主要组织相容性复合体I (MHC-I) 等，都能为T细胞识别和杀灭肿瘤细胞提供帮助。2017年，Nature Communications杂志研究了低分次放疗(hypofractionation)产生“远位效应”的机制。研究表明，8 Gy×3 fx的放疗剂量可增加胞质dsDNA，激活cGAS-Sting通路，增加干扰素β释放，激活DC细胞。DC的下游募集和CD8+T细胞的激活得以实现，并且与抗CTLA4或抗PD-1抗体协同发生了肿瘤排斥反应。而30 Gy放疗剂量则减少胞质dsDNA，增加了核酸外切酶(exonuclease)，排除了肿瘤细胞干扰素β的释放，导致DC募集和激活不足以及CD8+T细胞激活不足，故而无法与抗CTLA-4或抗PD-1抗体发挥协同作用。
多项研究探讨了免疫检查点抑制剂联合放疗的效果。宾夕法尼亚大学等研究机构开展了一项I期临床试验，纳入22例多发性4期黑色素瘤转移患者，仅有18％的患者对CTLA-4抗体ipilimumab联合放疗产生了应答。研究同时指出放疗提高了患者T细胞库 (repertoire)的多样性。CTLA-4属CD28家族成员，是重要的T细胞免疫负性调节因子。PD-1可逆转T细胞衰竭。Takahashi教授指出，目前尚不明确免疫治疗是否对所有类型肿瘤的有效性，有必要进行免疫检查点抑制剂适应证的扩展研究。已有研究表明骨肉瘤是X线抵抗的肿瘤但其对免疫检查点联合放疗的抗肿瘤效果研究较少。正在进行的免疫检查点抑制剂治疗骨肉瘤的临床试验较少。Takahashi教授介绍道，“我们做了一项骨肉瘤的动物实验，结果表明与单放疗组或免疫治疗组相比，10 Gy光子放疗联合双免疫检查点抑制剂可在骨肉瘤实验小鼠引起局部和远处效应(distant effect)。”
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