1、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,Kalbasi A, et al. J Clin Invet, 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,Kalbasi A, e
2、t al. J Clin Invet, 2015,123:2756-2763Van de Burg SH,et al. Nature Rev Cancer,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、MDSC,NativeNK ceii,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,Barker et al., Nature Reviews Cancer. 2015 ,15:409-425Immunity , 2015，42, 767777,肿瘤逃避和抑制免疫系统的
3、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,Pennock GK. et al. The Oncologist ，2015;20:812822.,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
4、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-，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,Biswas SK, 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”,Pennock GK. The Oncologist, 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Ag,T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
5、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,Joyce JA, et al. 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：,Schietinger A et al.,
6、 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. Radiation effects on the TME.,Barker et al., Nature Reviews Cancer. 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（C
7、AF）,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,Barker et al., Nature Reviews Cancer. 2015 ,15:409-425,免疫原性细胞死亡和免疫耐受,放
8、疗诱导免疫原性细胞死亡的可能机制,Kalbasi A, et al. J Clin Inv, 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,Kalbasi A, et al. J Clin I
9、nv, 2015,123:2756-2763,MHC-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-, 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,肿瘤抑制,对策：利用正性调节，抑制负性调节,Demaria S et al. JAMA ONCOLOGY 2015，8,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A
10、g 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/M1,Demaria S et al. JAMA ONCOLOGY 2015，8,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,Demaria S et al. JAMA ONCOLOGY 2015，8,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,Sharabi AB, et al., Lancet Oncol, 2015
11、, 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（immune exclusion）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（immune suppression）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-1,Demaria S et al. JAMA ONCOLOGY 2015，8,
12、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,Demaria S et al. JAMA ONCOLOGY 2015，8,-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,Haidong Tang,et al. Cancer Cell ,2016, 29:285296,-实验发现：大量T细胞
13、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,Haidong Tang,et al. Cancer Cell ,2016, 29:285296,Facilitating T Cell Infiltration in Tumor Microenvironment Overcomes Resistance to PD-L1 Blockade,肿瘤组织中T细胞浸润贫乏的机制,Weiping Zou, et al. Science Translation M
14、edicine, 2016,8:328,B-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-阻滞剂+放疗：NCT01401062,Demaria S et al. JAMA ONCOLOGY 2015，8,免疫检查点抑制剂
15、：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,Demaria S et al. JAMA ONCOLOGY 2015，8,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-4RT，疗效明显优于单一治疗，优势互补,Vaccine, 2
16、015,16;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,Sharabi AB, et al., Lancet Oncol, 2015, 16:e498-509,单独应用抗PD-L1没有明显的细胞毒效应,RT+P
17、D-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,Victor C T-S, et al. 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,Victor C T-S, et al
18、. 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，则可逆转T细胞耗竭、增加肿瘤灶CD8 TILs浸润、提高小鼠存活率,放疗双检查点阻断实验结果,RT+抗CTLA4单抗+PD-L1单抗，可增加TCR表型多样性、增加TIL浸润、逆转T细胞耗竭，从而增加抗肿瘤效应,放疗与PD-L1mAb同步提高放疗疗效,用三阴乳腺癌、结肠癌等细胞系构建小鼠肿瘤模型，分次放疗后可引起肿瘤细胞PD-L1表达上调分次放疗联合抗PD-1/PD-L1单抗治疗可激活CD8+T细胞，提高局部肿瘤控制、延长生存期、防止肿瘤复发分次放
19、疗同步抗PD-1/PD-L1单抗治疗可显著增强疗效，而序贯疗法则无明显效果,A&B：方案A与方案B使荷瘤小鼠的生存期明显延长，而方案C未表现出明显效果,Dovedi SJ, et al. Cancer Research，2014,74:5458-5468,放疗通过经典和旁路途径-激活补体,单次放疗20Gy后4h和24h补体C3表达上调，96和168h C3表达下调； 单次放疗5Gy后24h补体C3表达也上调 C3b、iC3b、C3c的沉积在RT后24h以外的其他时间点均未被检测到经典途径、旁路途径参与激活，凝集素途径未参与,Immunity , 2015，42, 767777,放疗的疗效依赖于
20、C3a和C5a,放疗对于敲除C3的小鼠无抑瘤作用,放疗后临床组织标本中C3a、C5a及其受体表达增加,阻断C3ar或C5ar能拮抗放疗的抑瘤作用,IgM与坏死的肿瘤细胞结合促进了放疗引起的补体激活,Immunity , 2015，42, 767777,补体抑制剂可明显降低放疗效果,地塞米松可抑制补体的激活，显著降低肿瘤局部补体激活的程度，从而降低放疗疗效,补体片段免疫荧光染色,补体片段免疫沉淀,肿瘤生长曲线,Immunity , 2015，42, 767777,Morris ZS, et al. J Clin Oncol, 2014,32:2886-2893Barker et al., Nat
21、ure Reviews Cancer. 2015 ,15:409-425,激活DC细胞，抗原递呈增加活性T、NK细胞数量，剔除抑制性T细胞（Treg）激活补体，杀伤肿瘤细胞促进肿瘤募集TIL，增强PD1和PD-L1单抗抗肿瘤效应激活肿瘤原位疫苗效应远隔效应,小结：放射治疗协同免疫治疗的机制,小结：针对不同免疫靶点的药物,Barker et al., Nature Reviews Cancer. 2015 ,15:409-425,Demaria S et al, Trend in Cancer,2016,2:286-294,DC缺失或DC对免疫耐受,自发或在疫苗激活下产生的抗肿瘤T细胞,M2诱导产生的血管屏障阻抑T细胞进入肿瘤组织,激活的DC迁移至肿瘤引流淋巴结，并激活肿瘤特异T细胞,激活的效应T细胞向肿瘤迁移，杀死癌细胞，并分泌细胞因子，后者进一步激活DC细胞，促使TAM极化为抗肿瘤的M1型,肿瘤由“冷”向“热”转变,放射治疗免疫治疗的游戏改变者？,谢谢您的参与！,
