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【译者简介】贾倞：医学硕士,中日友好医院 放射肿瘤科 主治医师

【背景】
    粒子束用于临床放射治疗（Radiation therapy，RT）已有60年历史，目前在世界范围内广泛应用于各种肿瘤的治疗。因其生物学方面的优势，以及绝佳的剂量分布，粒子束放射治疗的疗效、尤其是肿瘤的局部控制方面十分显著。相比传统的光子束RT，碳离子束RT（Carbon-IonRT）具有更强的抗肿瘤作用，并且对周围正常组织的损伤较小。但是，如何防止肿瘤的远处转移，是提高疗效的关键问题。
自从2005年采用光子束RT与免疫检查点抑制剂相结合进行抗肿瘤治疗的报道首发以来，RT与免疫治疗（Immunotherapy，IT）的联合应用成为这一领域的研究热点。本文介绍碳离子束RT与IT相结合在肿瘤治疗的临床前期研究状况，并对其前景进行展望。
【成果简介】
1、RT激活机体免疫以及与IT联合的理论基础
   人类免疫系统有清除恶性肿瘤的潜力，如有些肿瘤病人的癌肿会自发消退。但是，肿瘤可通过多种机制逃避机体免疫系统识别和攻击，从而在人体内继续生存和增殖，这一现象称为免疫逃逸。其作用机理为机体产生免疫抑制细胞，如调节性T细胞，后者可抑制效应性T细胞的增殖活化，抑制辅助性T细胞细胞因子的分泌，从而抑制机体的抗肿瘤免疫应答。因此，可将特异性肿瘤抗体、细胞因子、肿瘤疫苗及免疫检查点抑制剂等成分作为自然免疫系统的补充，注入体内或肿瘤组织内，通过免疫机制发挥消除肿瘤的作用（如图1所示）。同时免疫系统还可以攻击亚临床病灶，在肿瘤治疗之后很长一段时间内保持其杀伤恶性肿瘤细胞、抑制远处转移的能力。

图 1. 辐射诱导的免疫激活及RT与IT联合治疗示意图
（RT可导致肿瘤细胞死亡，包括免疫源性死亡。濒死的肿瘤细胞可作为肿瘤抗原被抗原呈递细胞如树突状细胞（DC）和巨噬细胞俘获。成熟的抗原呈递细胞将肿瘤抗原与主要组织相容性复合体（MHCC）相结合，继而刺激T细胞，使之成为细胞毒性T细胞。活化的细胞毒性T细胞则具有攻击肿瘤细胞的功能，包括肿瘤微转移灶和循环肿瘤细胞。）
2、碳离子束RT与IT联合的实验研究
大多数恶性肿瘤的治疗过程中，包括RT，均有免疫系统的参与。RT与IT联合应用更有优势（见表1）。接受RT治疗后死亡的癌细胞可作为肿瘤抗原或肿瘤疫苗，启动抗癌免疫反应。表1中两项研究[1，2]均为IT结合碳离子束RT治疗，作用于同基因（同系）C3H/He小鼠肿瘤模型，两者均采用骨髓源性树突状细胞（BM-DCs）作为IT。
表 1. 碳离子束RT与IT联合应用于无免疫缺陷小鼠模型的实验列表

3、碳离子束RT诱导免疫反应效果和抑制肿瘤远处转移原理
表1中的第一项研究在小鼠体内接种了鳞状细胞癌（SCC VII）和乳腺癌FM3A两种肿瘤细胞。碳离子束照射后将DCs注入肿瘤组织内。研究发现碳离子束RT的抗肿瘤效应主要包括以下三种情况：1. 原位肿瘤消退且再次接种肿瘤细胞后不形成肿瘤，即排斥效应（Rejection）；2. 碳离子束RT后，虽然原位肿瘤未完全消退，但是远处转移灶的数量明显减少，即转移抑制效应（Metastasis inhibition）。3. 碳离子束RT还可诱导未接受照射的肿瘤退缩，这称为异位效应或远端效应（Abscopal effect）；表明在辐射所导致的癌细胞死亡之外，存在着免疫反应的参与，因而导致照射范围之外的肿瘤细胞死亡。当与DC IT联合应用时，碳离子束的这些抗肿瘤效应得到了加强。RT与IT联合治疗荷瘤小鼠后疗效评价方式见图2。

图 2. 作用于荷瘤小鼠时RT所诱导的免疫反应效果评价
（排斥效应--荷瘤小鼠首次抗肿瘤治疗后，再次接种肿瘤细胞，不形成肿瘤；转移抑制效应--治疗后出现转移的肿瘤数量减少；异位效应--治疗后未经照射部位的肿瘤生长受到抑制）
    表1中第二项研究则采用了极易出现转移的SCCNR-S1细胞。RT为低剂量照射，以避免RT后肿瘤的生长受到显著抑制（见图3）。IT选择经α-半乳糖苷神经酰胺（α-GalCer）处理过的BM源性DCs，在碳离子束RT后第1.5天注入肿瘤组织内。实验结果令人惊喜，不论是α-GalCerDCs还是碳离子束RT，均会导致转移性结节数量的减少。因此，当将DCs IT和碳离子束RT联合应用后，肺转移结节的数量大幅下降。

图 3. 碳离子RT抑制肿瘤远处转移的原理探究
（高剂量RT可抑制肿瘤生长，同时远处肺转移灶的生长亦受抑制。低剂量RT对肿瘤生长的抑制作用较弱，受照射肿瘤可继续生长。如果此时肺转移仍然受到抑制，则提示在碳离子束RT的直接作用之外，似乎辐射所诱导的免疫反应发挥了更重要的作用。其中的机理有待进一步探究）
上述实验表明，碳离子束RT可活化未经预处理的或未成熟DCs。
有研究还发现，当采用生物有效剂量相当的等效剂量分别应用碳离子束和光子束进行RT时，光子束RT没有显示出相应的肺转移抑制效应，说明碳离子束RT在激活免疫系统方面更加有效。另外，肿瘤组织中存在大量异质性成分，其中肿瘤干细胞（CSC）样细胞和休眠细胞对光子束RT抗拒，它们与肿瘤治疗后局部复发密切相关；而这类细胞对碳离子束RT相对较敏感，显示碳离子束RT抗肿瘤作用的另一个优势，即不受肿瘤组织异质性的限制。
【展望】
粒子束RT取得了卓越的肿瘤局部控制率，但是因为肿瘤的远地转移，它对总生存率的提高贡献并不显著。通过对以上基础研究的分析我们可以看出，IT作为粒子束RT理想的合作伙伴可激活免疫系统，并因此达到抑制肿瘤转移、消除肿瘤转移灶的效果。预期我们可以进一步研究不同种类的IT，如免疫系统的调节剂、免疫检查点抑制剂、骨髓源性抑制细胞抑制剂以及细胞因子等，联合粒子束（如碳离子束）RT，作用于侵袭强或者易出现远处转移的恶性肿瘤模型。这些研究会帮助我们更深层次地理解RT/IT联合治疗的作用机理。我们期待二者的强强联合会在临床肿瘤病人治疗的工作中取得肿瘤局部控制率高、且远处转移率低的双重效果，从而使恶性肿瘤病人的疗效得到大幅提高。
【参考文献】
[1] Matsunaga A, UedaY, Yamada S, Harada Y, Shimada H, Hasegawa M, Tsujii H, Ochiai T, Yonemitsu Y.Carbon-ion beam treatment induces systemic antitumor immunity against murinesquamous cell carcinoma. Cancer. 2010;116:3740–3748.
[2] Ohkubo Y, IwakawaM, Seino KI, Nakawatari M, Wada H, Kamijuku H, Nakamura E, Nakano T, Imai T.Combining carbon ion radiotherapy and local injection ofa-galactosylceramide–pulsed dendritic cells inhibits lung metastases in an invivo murine model. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2010;78:1524–1531.
 【原文链接】
Shimokawa T., et al.The future of Combining Carbon-Ion Radiotherapy with Immunotherapy: Evidenceand Progress in Mouse Models. Int J Particle Ther 2016: 61-70.
 
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