免疫联合立体定向放射治疗(ISABR)全解读
2015年12月6日，91岁的美国前总统卡特宣布自己已经战胜了转移性黑色素瘤。在接受了手术切除肝脏转移灶以后，卡特出现了脑转移，医生为其制定了立体定向放射治疗和抗PD-1免疫治疗方案，4个月以后，卡特脑内的4个转移灶消失了！免疫治疗到底有多神奇？到底怎样使用免疫治疗才能让更多患者受益？这是研究者们不断探寻的问题。
2016年3月8日，美国MD安德森癌症中心张玉蛟教授等人在Natural Review Clinical Oncology杂志上在线发表了一篇题为《Immunotherapy and stereotactic ablative radiotherapy（ISABR）：a curative approach》的文章，对SABR治疗后的免疫系统激活相关临床前和临床证据进行了回顾，并正式提出了“免疫联合立体定向放射治疗（ISABR）”的概念及进一步研究方向。在不久前的专访中，质子中国请张玉蛟教授就“ISABR”的概念进行了解读。
专家解读
▲MD安德森癌症中心张玉蛟教授
什么是ISABR？
ISABR=immunotherapy +Stereotactic Ablative Radiotherapy
即：免疫联合立体定向放射治疗。
在英文里，I是“我”的意思，SABR有“剑”的意思，连在一起，ISABR就是“我挥剑”（杀肿瘤），一说这个名词，大家就知道是什么意思。
ISABR的创新之处在哪里？
传统上对于放疗的理解是放射线“打乱”肿瘤DNA使其无法重组，导致肿瘤不能继续增生。其实除此之外，放射线还能让被杀死的肿瘤成为患者体内的“疫苗”，激发机体抗肿瘤特异性功能，同时损伤肿瘤血管上皮细胞，使免疫细胞、化疗药物和靶向药能够更容易进入到照射的原发肿瘤部位，使其对原发肿瘤的作用更大。全新的ISABR治疗理念将放射线的功能从传统认识里的1个机制扩大到现在的3个机制。
当前免疫治疗发展的如火如荼，如CAR-T、PD-1抗体等。PD-1抗体在免疫治疗中的作用相当于“放开免疫治疗的刹车”；CAR-T则起到“油门”的作用，让杀伤细胞能够在短时间内大量的进入到体内；而放疗则是“方向盘”，起到“把握方向”的作用，让T细胞明确肿瘤细胞的位置。将三者结合会得到1+1>2的效果。科学的发展应该将技术进展和生物领域的进展结合起来。目前生物领域正有着突飞猛进的进展，为我们提供了很好的研究窗口。
有人会认为免疫治疗出现后，似乎不再需要外科治疗和放疗了，这是很大的误解。目前来看，免疫治疗的应用和临床证据均针对的是IV期肿瘤，即对于无法治愈的肿瘤的疗效优于常规治疗方法。但对于早期和中期肺癌的治疗，目前来说还没有任何证据表明免疫治疗有效，因此目前早期肺癌仍以手术和放疗、中期肺癌仍以放化疗联合治疗为标准治疗方法。目前针对早期肺癌治疗过程中是否应该引入免疫治疗，我正在作为主要研究人员进行相关研究。针对中期肺癌是否应该引入免疫治疗也在进行研究。早期肺癌和中期肺癌的免疫治疗仍然是一个科研问题，还不是临床指证。只有IV期肺癌，尤其是化疗抵抗的IV期肺癌是免疫治疗的临床指证，因此不能认为一个仅针对IV期肺癌的治疗方法能够取代I期II期肺癌的标准治疗方法。
免疫治疗打开了一个新的治疗窗口，其在IV期肺癌的治疗中已经显示出了在一定情况下优于化疗的疗效，的确可以从许多方面进行进一步研究。同时免疫治疗也提供了一种可能性，即应用于早期和中期肺癌有可能进一步提高肿瘤治疗疗效，但目前来说这种治疗方法的应用仍限于IV期肿瘤。我并不预计免疫治疗会替代放疗和手术。
这篇文章揭示了在治疗过程中部分患者出现免疫治疗抵抗的机制，并且发现当在免疫治疗过程中加入放疗时，会逆转这种抵抗。的确当前越来越多的基础和临床研究证实了ISARB或放疗和免疫治疗结合会起到事半功倍的作用，可以肯定放疗能够与免疫治疗有协同作用。在这方面我们还有很多研究可以做，比如在什么情况下患者能够受益，因为当前从临床病例来讲，免疫治疗仅对20%-30%的肺癌患者有效，那么怎样筛选这些患者，以及怎样把其他标准治疗与免疫治疗结合起来让治疗的反应率有所提高，都是目前的研究课题。
小编带您一起回顾一下上文提到的两篇研究要点
放疗与免疫的关系
传统意义上使用放射治疗治疗肿瘤主要利用的是放射线局部照射能够造成肿瘤细胞DNA不可修复性的损伤，杀伤肿瘤细胞。2010年发表的数据显示放疗能够损伤小血管的非恶性血管上皮细胞，引起早衰效应，从而“饿死”肿瘤细胞。近几年，越来越多的数据显示局部照射还能够激活系统免疫反应，加强免疫系统对肿瘤细胞的识别，促进肿瘤细胞的死亡。
事实上，局部放疗不仅可以直接杀伤癌细胞，还能够让这些被放射线杀死的肿瘤细胞起到“原位抗癌疫苗”的作用。
靶区被放射线照射以后，肿瘤细胞释放大量抗原，即肿瘤相关抗原（tumor associated antigens，TAAs），包括坏死和凋亡的肿瘤细胞以及肿瘤细胞碎片。TTAs数量和种类的增加使得抗原呈递细胞（antigen-presenting cell）和树突状细胞激活肿瘤特异性免疫应答。除了肿瘤细胞以外，放疗对肿瘤基质的破坏同样能够增强免疫识别。还有研究表明放疗后释放出的“危险信号”或可以促进非特异性免疫转变为获得性免疫。
ISABR临床前证据
多项临床前研究数据已经证实SABR后能够激活免疫反应。例如，一项小鼠模型试验中，研究人员证实单个分割15-25Gy放射线照射后，引流区淋巴结产生的T细胞增加，导致原发灶或转移灶CD8+ T细胞依赖性体积缩小或根除；有趣的是，研究人员发现，SABR诱导的上述免疫反应和肿瘤缩小在常规分割照射时并没有出现。另外一项类似的研究中，研究人员发现小鼠在接受了单个分割（15Gy）或常规分割（3Gy×5分割）放射线照射后都出现了抗肿瘤免疫应答，但与常规分割照射相比，单个分割照射后产生的宿主免疫细胞数量更多。放射治疗过程中分割数量的不同对免疫应答的影响的差异在后来的许多研究中都得到了证实和强调。
初步数据显示，放射线诱导的免疫应答可能具有“剂量依赖性”；放射线剂量与分割数对激活免疫应答非常重要；并且可能存在一个放疗剂量阈值，低于这个阈值不能很好的激活免疫应答，高于这个阈值免疫应答可以很好的被激活。
一项以大鼠黑色素瘤为模型的动物试验中，研究人员发现7.5Gy和10Gy的放射线照射后能够激活免疫应答，但5Gy的放射线没有激活免疫应答。相反，使用高剂量放射线，即≥15Gy，脾调节性T细胞（splenic regulatory T (TREG) cells）会增加，抑制肿瘤特异性免疫。
另外一项研究发现使用8-10Gy放射线照射人体前列腺癌细胞能够激活免疫应答相关基因、放射线诱导的损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern molecules ，DAMPs）分子和炎症细胞因子。
2014年MD安德森的科研人员发表的一项研究不仅证实了放射线剂量与分割数对激活免疫系统的重要性，还证实了放射线照射后免疫应答持续的时间。对受到单个分割SABR照射的前列腺癌细胞系的研究发现，至少10Gy的放射线才能激活抗肿瘤免疫应答。为了能够明确放疗后增加免疫治疗的时间窗，研究人员对SABR后不同时间点肿瘤表型的变化进行了分析，结果发现在SABR结束后72小时，包括OX-40配体和41BB配体在内的免疫激活标记物表达增加；SABR后144小时PD-L1表达下降。
同时，SABR与免疫治疗联合使用会产生协同抗肿瘤作用也被许多临床前试验证实，这些免疫治疗制剂包括细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）、免疫检查点（immune checkpoint）抑制剂、单克隆抗体等。
这些数据表明，不仅SABR能够有效激活免疫应答，SABR联合免疫治疗与单用SABR或单用免疫治疗相比，能够获得更好的疗效。这些临床前研究结果为未来进行临床试验打下了基础。
ISABR临床证据
最著名的SABR和免疫治疗成功联合使用的临床证据是2012年发表的一项病例报告。使用单克隆抗体易普利姆玛（ipilimumab，一种抗-CTLA-4单克隆抗体）联合SABR（28.5Gy，3个分割）成功治疗了转移性黑色素瘤患者的脊柱旁转移病灶。SABR治疗后的CT扫描结果显示不仅局部对治疗有反应，照射野外的远处转移病灶也有缩小。局部照射联合抗CTLA-4免疫治疗引起了体内系统性抗肿瘤反应，即“远隔效应”（abscopal effect）。
2013年发表的一项回顾性分析研究中，研究人员对接受易普利姆玛和全脑照射（WBRT）或脑转移灶立体定向放射外科治疗（SRS）的黑色素瘤患者的治疗结果进行了分析，接受WBRT和易普利姆玛治疗的患者中位生存时间为3.1个月，而接受SRS和易普利姆玛治疗的患者的中位生存时间为19.9个月。接受ISABR治疗的患者明显生存时间更长。
在既往病例报告或回顾性分析结果的基础上，部分医院已经开始开展SABR联合免疫治疗的相关临床研究。其中涉及到的肿瘤类型包括脑脊柱肿瘤、中枢神经系统肿瘤、肝癌、肺癌、肾上腺癌等。
未来方向
肿瘤位置、分期、分型会对治疗结果有非常大的影响。ISABR能够依靠SABR照射后的肿瘤激活个体化肿瘤特异性免疫应答，因此，选择肿瘤组织学、位置和分期最合适的患者对明确这一治疗放疗的临床疗效至关重要。
除了晚期肿瘤患者可以因ISABR获益外，寡转移肿瘤患者或患有局部晚期肿瘤、肿瘤转移可能性非常高的肿瘤患者在此前的研究中并没有涉及。SABR的免疫应答激活效应联合免疫治疗能够用于治疗传统诊断方法无法发现或未发现的病灶，在这一理论的基础上，目前针对寡转移实体肿瘤患者高剂量放射治疗联合L19-IL-2融合蛋白治疗的临床研究已经开始进行。
除此之外，多发转移患者可能也会因此而获益。针对某一转移病灶的照射可以激活免疫应答，从而使得免疫系统攻击照射野外的转移病灶。在这种情况下，经SABR治疗的肿瘤起到“原位肿瘤疫苗”的作用。但是，通常放疗激活的免疫反应不足以应对所有的转移病灶或微小病灶，使用免疫治疗联合SABR治疗或许可以获得更有效的免疫应答。
有些研究人员提出免疫治疗应该在放疗之后实施。其中一个理论是如果没有放射线产生肿瘤抗原，并且打破此前已经存在的肿瘤免疫耐受，那么免疫治疗的疗效可能不会充分发挥。而另一方面，在免疫治疗后实施SABR确实存在一定优势：在接受SABR之前激活抗原呈递细胞和效应T细胞能够让这些细胞准备好对放疗产生的肿瘤抗原做出应答。同时，在接受SABR治疗时，肿瘤细胞微环境内存在被激活的免疫佐剂也能够让SABR疗效最大化。
比如，在适应性T细胞转移免疫治疗中，SABR作为后续治疗，能够干预肿瘤部位的免疫应答。相反，治疗性肿瘤疫苗疗法可能就需要SABR先释放肿瘤抗原，从而激活抗原呈递和免疫调节细胞。
目前，很难使用标准实验室检查或影像学检查方法明确患者的疗效，并且使用传统临床终点，如肿瘤可切除率，肿瘤应答情况，无病生存率和/或总生存率评估ISABR的疗效可能无法获得准确的数据。推荐使用能够早期证实或反映免疫系统激活的免疫学相关生物标记物来评估ISABR的疗效。
免疫联合放疗的概念并不新奇，许多研究已经表明这种联合治疗方法不仅可行，且非常有效。为了明确“ISABR”的疗效，目前已经有部分临床试验正在进行，尽管在几年内可能得不到研究结果，但我们相信放疗联合免疫治疗的优势才刚刚开始显现，未来必将前途无量。
参考文献： Chang JY. et al. Immunotherapy and stereotactic ablative radiotherapy（ISABR）：a curative approach. Nat Rev Clin Oncol. 13(8):516-24（2016）
来自MD安德森的科研人员制造了一个临床前肿瘤模型，研究同源基因宿主反复接受抗鼠PD-1抗体后，体内传代Kras突变、P53缺失的鼠肺癌细胞抗PD-1治疗抵抗的情况。不仅揭示了抗PD-1抗体治疗抵抗的机制，还证实局部放射治疗能够对抗抗PD-1抗体治疗抵抗。该文章于2016年11月7日在线发表在Cancer Research上。
实验结果
抗PD-1治疗抵抗的机制
亲代肿瘤细胞和抗PD-1治疗抵抗肿瘤细胞中PD-L1表达没有差异。
既往实验结果表明肿瘤组织内PD-L1抗体表达与抗PD-1治疗应答有关，本动物实验结果表明亲代肿瘤细胞和抗PD-1治疗抵抗肿瘤中PD-L1表达没有差异，因此抗PD-1治疗抵抗肿瘤细胞显型与PD-L1表达无关。
抗PD-1治疗抵抗肿瘤细胞中MHC复合体表达下调。
I类主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）分子表达下调是肿瘤逃逸的主要机制，这一通路被认为是抗PD-1治疗抵抗的最可能的机制之一。研究人员测量了体内样本和体外样本亲代和抗PD-1治疗抵抗肿瘤细胞内的I类MHC（H-2Kb和H-2Db）和II类MHC（I-A/I-E）的表达。体内肿瘤样本测量结果显示未经治疗的治疗抵抗肿瘤细胞H-2Kb显著低于未经治疗的亲代肿瘤细胞。抗PD-1治疗可能会增加亲代肿瘤细胞H-2Kb的表达，但在治疗抵抗肿瘤细胞内没有这种效果。治疗抵抗肿瘤细胞内β微球蛋白（I类MHC分子的重要组成部分）也下调。除此之外，CD11b+Gr1+细胞等肿瘤浸润抗原呈递细胞表达的H-2Kb和H-2Db水平也更低，进一步证实了治疗抵抗肿瘤内I类和II类MHC复合体表达下调也与抗PD-1治疗抵抗有关。
抗PD-1治疗抵抗肿瘤细胞内肿瘤浸润淋巴细胞的浸润减少，功能也降低。
抗肿瘤应答与浸润到肿瘤内的免疫细胞的数量和表型有关，诊断时肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocytes，TILs）越多，预后越好。抗PD-1治疗能够显著增加亲代肿瘤细胞内的IFN-γ产生的CD4+和CD8+TILs（两种重要的抗肿瘤辅助细胞或效应T细胞），但在治疗抵抗肿瘤细胞中没有这种效果。可见，抗PD-1治疗抵抗肿瘤的抗肿瘤免疫应答有缺陷。
放疗能够对抗抗PD-1治疗抵抗
放疗能够增加I类MHC的表达，从而对抗抗PD-1治疗抵抗。
放射线能够显著增加肿瘤细胞内的H-2Db和H-2Kb的表达，但不会增加I-A/I-E的表达。抗PD-1治疗对与抗PD-1治疗抵抗的肿瘤无效，但放疗本身能够显著抑制肿瘤生长，放疗联合抗PD-1治疗对肿瘤生长的抑制作用优于单用放疗或单用抗PD-1治疗。
放疗联合抗PD-1治疗能让肿瘤消退，增加被照射和未被照射的肿瘤细胞内的CD8+T细胞数量。
在将肿瘤细胞植入在两个不同位置（原发肿瘤植入后10天，植入次级肿瘤，抗PD-1治疗在第14天开始）的亲代肿瘤模型中，抗PD-1治疗不仅显著抑制了原发肿瘤生长，还减少了同步转移肺癌病灶数量，但对大原发肿瘤没有影响。对于原发肿瘤，抗PD-1治疗联合放疗不仅显著抑制了原发肿瘤生长，还能显著控制未被照射肿瘤的生长，减少肺癌同步转移。8只小鼠中，2只小鼠的肿瘤经放疗联合抗PD-1治疗后完全缓解，幸存的小鼠再次被植入同样的肿瘤细胞后没有发病，表明抗肿瘤记忆已经形成。两种治疗方法联合使用能够进一步增加照射和未照射肿瘤细胞中细胞毒性效应CD8+T细胞数量，提高系统抗肿瘤免疫应答。
放疗通过激活IFNβ/IFNAR-MHCI类通路让肿瘤对抗PD-1治疗敏感。
放疗能够产生I型干扰素（IFN），从而增加Ｉ类MHC表达和抗原呈递。研究人员发现在抗PD-1治疗抵抗的肿瘤模型中，放射线增加的是IFNβ，而不是IFNγ。研究人员为抗PD-1治疗抵抗模型给予放疗和抗PD-1治疗的同时，还给予了抗FNAR1抗体，发现阻断了IFNβ通路后，与单纯放疗相比，放疗联合抗PD-1治疗不再进一步抑制肿瘤生长，表明放疗通过激活I型IFN信号抑制抗PD-1治疗抵抗。
该试验使用的模型是第一个与PD-L1表达但对抗PD-1/PD-L1免疫治疗抵抗的肺癌患者相关的抗PD-1治疗抵抗临床前试验模型。人肺癌的KRAS致癌基因和肿瘤抑制基因TP53突变非常常见，而本实验的小鼠模型与人肺癌类似，也具有P53和KRAS突变。本实验发现抗PD-1治疗抵抗肿瘤细胞中TILs数量低，浸润少，且β2微球蛋白（β2M）下调均与此前的临床试验结果相符。试验结果表明抗PD-1治疗抵抗的机制与抗原呈递通路缺陷有关，试验同时也证实了放疗除了能够提高局部控制率，还能有助于激活系统免疫反应，进而抑制抗PD-1治疗抵抗。
参考文献：Xiaohong Wang, et al. Supression of type 1 IFN signaling in tumors mediates resistance to anti-PD -1 treatment that can be overcome by radiotherapy.
http://cancerres.aacrjournals.org/content/early/2016/11/05/0008-5472.CAN-15-3142