“低火”就足够让肿瘤“变热”！科学家发现低剂量放疗可促进肿瘤微环境中免疫细胞的浸润，增强免疫治疗效果...
免疫疗法为肿瘤治疗带来了一次大变革，然而临床上仍有大量的患者不能从免疫治疗中获益。
研究发现，当肿瘤中T细胞的浸润少时，肿瘤往往会对免疫治疗不敏感，这些肿瘤被称为“冷”肿瘤。
因此，寻找将“冷”肿瘤变“热”的方法，也成为了近年来免疫治疗研究的热门方向。
近日，来自瑞士洛桑大学路德维希癌症研究所的George Coukos团队在Cancer Discovery期刊发表重要研究成果[1]，他们发现低剂量放疗能够促进肿瘤微环境中免疫细胞的浸润，将“冷肿瘤”变“热”，进而增强免疫治疗的效果。
论文首页截图
实际上，在这项研究之前，已经有不少研究发现高剂量放疗可以通过多种机制增强免疫反应。然而并不是所有肿瘤都适合高剂量放疗，例如卵巢癌在腹膜腔中弥漫性扩散的特征，使得高剂量放疗有较大的风险。
为了研究低剂量全腹放疗（LD-WART）对卵巢癌的影响，研究人员通过腹腔注射ID8细胞构建了小鼠卵巢癌模型。
他们发现低剂量的放疗可以诱导肿瘤细胞DNA损伤，但不影响肿瘤生长。
虽然晚期ID8肿瘤在稳定状态下的炎症反应很弱，但是1 Gy照射足以诱导炎症分子的显著上调，其中包括干扰素（IFN）α和IFNγ通路、补体的激活、白细胞介素（IL）6/JAK/STAT3通路，以及可吸引T细胞、NK细胞和树突状细胞（DCs）的多种趋化因子的表达也显著上调。
此外，在放疗后第5天，研究人员发现淋巴细胞、NK细胞、巨噬细胞和树突状细胞的浸润显著增多。
低剂量放疗诱导ID8肿瘤炎症反应增强，免疫细胞浸润增多
既然低剂量可以增强肿瘤的炎性反应，将“冷肿瘤”变“热”，那么，它是否可以用来增强免疫治疗的效果呢？
George Coukos和他的同事通过注射免疫检查点抑制剂抗PD-1抗体和抗CTLA-4抗体，来激活T细胞；通过CD40的激动性单抗，来激活抗原呈递细胞APCs[2]；以及使用低剂量的环磷酰胺（CP），来抑制Treg细胞[3]。
从成像显示小鼠有明显的ID8肿瘤开始，研究人员在第0天使用环磷酰胺治疗，在第1天采用低剂量腹部放疗、免疫检查点抑制剂抗PD-1抗体和抗CTLA-4抗体、以及抗CD40抗体联合治疗（简称放射联合免疫疗法，RACIM），每周3次。
令人惊讶的是，83.5%接受RACIM的小鼠在治疗第20天时显示肿瘤得到缓解。值得注意的是，在缺少腹部放疗的小鼠中，联合免疫治疗（即环磷酰胺 免疫检查点抑制剂 CD40抗体，简称CIM）的效果大大减弱。
放射治疗大大增强了联合免疫治疗的效果
那么，放疗又是如何影响免疫治疗效果的呢？
研究人员发现，与CIM或未治疗的对照肿瘤相比，RACIM组小鼠肿瘤中的T细胞、单核细胞和DCs的浸润果然显著增多了。
但是除了数量增多，RACIM是否还会影响这些免疫细胞的抗肿瘤功能呢？单细胞测序技术为这一问题提供了更加精细的答案。
他们发现，经RACIM治疗后，肿瘤浸润的淋巴细胞主要表现为活化的效应T细胞亚群，其中主要包括耗竭性T细胞（Tex）、耗竭前体T细胞（Tpex）和效应记忆T细胞（TEM）。
与CIM治疗组的肿瘤相比，RACIM治疗后Tex细胞的增多最为显著，这些Tex细胞表现出更强的效应功能和细胞杀伤能力。
RACIM治疗后，肿瘤中效应T细胞亚群显著增多
因此，放疗可以通过增加肿瘤中T细胞的浸润，并扩增具有抗肿瘤能力的效应T细胞，从而与联合免疫治疗发挥协同作用。
除了T细胞，树突状细胞也是肿瘤微环境中不可忽视的一群免疫细胞。
cDC1能有效地将肿瘤抗原交叉呈递给CD8 T细胞[4]，在抗肿瘤免疫反应中扮演重要角色。研究人员发现，和CIM组相比，RACIM治疗的肿瘤中cDC1细胞显著增多，并表现出更强的抗原呈递功能。
此外，研究人员发现RACIM治疗可以提高cDC1和cDC2中Rae1分子的表达。Rae1是NKG2D的配体，在小鼠和人类T细胞中，NKG2D是一种重要的共刺激受体[5]，它可增强CD8 T细胞的杀伤功能[6]并抑制Fas介导的T细胞凋亡[7]。
巧合的是，在RACIM治疗的肿瘤中，CD4 和CD8 Tex细胞中NKG2D分子的表达均显著上调。而通过抗体阻断NKG2D，可消除RACIM的治疗效果，提示在RACIM治疗中，NKG2D对于抗肿瘤T细胞的功能至关重要。
阻断NKG2D可消除RACIM的治疗效果
最后，研究人员还将这些发现推向了临床。在这项I期临床试验中，研究人员对表现为“冷”肿瘤的患者进行低剂量放疗、低剂量环磷酰胺和免疫检查点抑制剂治疗。
与小鼠模型类似的是，低剂量放疗可以增强炎症反应，从而与免疫治疗协同杀伤肿瘤。在有反应的患者中，联合治疗增强了T细胞的浸润，其中Th1、CD8 和效应记忆T细胞特征的增加最为显著。
总而言之，这项研究的结果表明，低剂量放疗可以对缺乏免疫浸润的肿瘤的微环境进行重编程，并与免疫治疗一起促进免疫反应的激活，进而实现肿瘤的控制。
这一发现对于临床上“冷肿瘤”的治疗有着重要意义。期待着放疗这一经典的治疗方法，在免疫治疗红透半边天的今天，能够继续大放异彩。
参考文献
1.F. G. Herrera et al., Low Dose Radiotherapy Reverses Tumor Immune Desertification and Resistance to Immunotherapy. Cancer Discov, (2021).
2.R. H. Vonderheide, M. J. Glennie, Agonistic CD40 antibodies and cancer therapy. Clin Cancer Res 19, 1035-1043 (2013).
3.D. T. Le, E. M. Jaffee, Regulatory T-cell Modulation Using Cyclophosphamide in Vaccine Approaches: A Current Perspective. Cancer Res 72, 3439-3444 (2012).
4.K. Hildner et al., Batf3 Deficiency Reveals a Critical Role for CD8 alpha( ) Dendritic Cells in Cytotoxic T Cell Immunity. Science 322, 1097-1100 (2008).
5.K. Maasho, J. Opoku-Anane, A. I. Marusina, J. E. Coligan, F. Borrego, Cutting edge: NKG2D is a costimulatory receptor for human naive CD8( ) T cells. J Immunol 174, 4480-4484 (2005).
6.M. A. Markiewicz et al., Costimulation through NKG2D enhances murine CD8( ) CTL function: Similarities and differences between NKG2D and CD28 costimulation. J Immunol 175, 2825-2833 (2005).
7.V. Groh, K. Smythe, Z. P. Dai, T. Spies, Fas ligand-mediated paracrine T cell regulation by the receptor NKG2D in tumor immunity. Nature Immunology 7, 755-762 (2006).
责任编辑丨BioTalker