肿瘤免疫微环境与放射治疗.pptx

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 KalbasiA etal JClinInvet 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 KalbasiA etal JClinInvet 2015 123 2756 2763VandeBurgSH etal NatureRevCancer 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 NativeNKceii 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 Barkeretal NatureReviewsCancer 2015 15 409 425Immunity 2015 42 767 777 肿瘤逃避和抑制免疫系统的机制 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 PennockGK etal TheOncologist 2015 20 812 822 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 BiswasSK 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 PennockGK TheOncologist 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 JoyceJA etal 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 SchietingerAetal 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 RadiationeffectsontheTME Barkeretal NatureReviewsCancer 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 CAF 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 Barkeretal NatureReviewsCancer 2015 15 409 425 免疫原性细胞死亡和免疫耐受 放疗诱导免疫原性细胞死亡的可能机制 KalbasiA etal JClinInv 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 KalbasiA etal JClinInv 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 DemariaSetal JAMAONCOLOGY2015 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Ag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 DemariaSetal JAMAONCOLOGY2015 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 DemariaSetal JAMAONCOLOGY2015 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 SharabiAB etal LancetOncol 2015 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 immuneexclusion 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 immunesuppression 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 DemariaSetal JAMAONCOLOGY2015 8 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 DemariaSetal JAMAONCOLOGY2015 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 HaidongTang etal CancerCell 2016 29 285 296 实验发现 大量T细胞浸润对于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 HaidongTang etal CancerCell 2016 29 285 296 FacilitatingTCellInfiltrationinTumorMicroenvironmentOvercomesResistancetoPD L1Blockade 肿瘤组织中T细胞浸润贫乏的机制 WeipingZou etal ScienceTranslationMedicine 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 DemariaSetal JAMAONCOLOGY2015 8 免疫检查点抑制剂 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 DemariaSetal JAMAONCOLOGY2015 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 4 RT 疗效明显优于单一治疗 优势互补 Vaccine 2015 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 SharabiAB etal LancetOncol 2015 16 e498 509 单独应用抗PD L1没有明显的细胞毒效应 RT PD 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 VictorCT S etal 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 VictorCT S etal 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CD8TILs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 DovediSJ etal CancerResearch 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168hC3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 42 767 777 放疗的疗效依赖于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