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华中科技大学协和医院肿瘤中心伍伍 钢钢20162016年年8 8月月2 27 7日长春日长春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与肿瘤相关的免疫细胞有T细胞（细胞（T效应效应、T辅助辅助、T调节调节）、）、NK细胞细胞、巨噬细胞（巨噬细胞（M1、M2）、髓源性抑制细胞（）、髓源性抑制细胞（MDSC）、）、DC细胞细胞等等Kalbasi A,et 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、MDSCNativeNK ceii对肿瘤生长具调控作用的对肿瘤生长具调控作用的免疫分子免疫分子除图中给出的免疫分子外，目前发现补体片段如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机制肿瘤逃避和抑制免疫系统的机制抑制肿瘤抗原的递呈抑制肿瘤抗原的递呈免疫细胞活性异常调节免疫细胞活性异常调节分泌免疫抑制因子分泌免疫抑制因子募集免疫抑制细胞募集免疫抑制细胞Pennock GK.et al.The Oncologist，2015;20:812822.谷氨酰胺代谷氨酰胺代谢谢脂质代谢脂质代谢糖代谢糖代谢Warburg效应：即使供氧充足，肿瘤细胞不依赖线粒效应：即使供氧充足，肿瘤细胞不依赖线粒体内的氧化磷酸化（体内的氧化磷酸化（OXPHOS）供能，而选择糖酵解）供能，而选择糖酵解途径作为主要产能方式途径作为主要产能方式谷氨酰胺代谢增强：肿瘤的谷氨酰胺代谢增强：肿瘤的“必需氨基酸必需氨基酸”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，），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调节脂肪酸代谢网络促进癌症的发生肿瘤抑制免疫系统肿瘤抑制免疫系统的的机制代谢改变机制代谢改变最终引起包括最终引起包括T T细胞在内的所有免疫细胞的代谢细胞在内的所有免疫细胞的代谢发生重塑发生重塑TMETME中中T T细胞的代谢重塑细胞的代谢重塑 细胞外氨基酸细胞外氨基酸 ，乳酸，乳酸堆积，饥饿堆积，饥饿AMPK TCR 表达表达，糖酵解，糖酵解 效应效应T细胞细胞 AMPK 糖酵解糖酵解 ，OXPHOSP，FAO，肿，肿瘤微环境中因子（瘤微环境中因子（TGF-，IL-10）Treg细胞细胞代谢改变影响代谢改变影响T T细胞的分化细胞的分化类型类型免疫抑制，肿瘤生免疫抑制，肿瘤生长长Biswas SK,Immunity,2015,43:435-449肿瘤微环境中的免疫细胞代谢重塑肿瘤微环境中的免疫细胞代谢重塑效应效应T T细胞是抗肿瘤免疫的细胞是抗肿瘤免疫的“特种兵特种兵”Pennock GK.The Oncologist,2015,20:812-822Pennock GK.The Oncologist,2015,20:812-822肿瘤细胞释放肿瘤细胞释放肿瘤抗原肿瘤抗原肿瘤抗原递呈给肿瘤抗原递呈给T细胞细胞效应效应T细胞识细胞识别肿瘤别肿瘤AgT细胞杀细胞杀灭肿瘤灭肿瘤T细胞被激活，细胞被激活，并增殖分化成并增殖分化成效应效应T细胞和细胞和记忆记忆T细胞细胞肿瘤微环境对效应肿瘤微环境对效应T T细胞的调细胞的调控控抑制与阻遏抑制与阻遏限制限制T细胞迁移：细胞迁移：TME将将T细胞限制在肿瘤基质中，细胞限制在肿瘤基质中，TME血管排斥血管排斥T细胞进入循环，细胞进入循环，减少其在肿瘤细胞周围募集减少其在肿瘤细胞周围募集诱导诱导T细胞凋亡：细胞凋亡：TME中中IDO、PD-L1、单核细胞产物单核细胞产物FasL、TNF-a等可引起等可引起T细胞凋亡和耗竭细胞凋亡和耗竭降低降低T细胞增殖：细胞增殖：TME中乏氧等可使中乏氧等可使DCs免疫耐受，调控免疫耐受，调控CD8+T细细胞增殖能力下降或丧失胞增殖能力下降或丧失 阻碍阻碍T细胞致敏细胞致敏：TME常降常降低低CTL浸润浸润能力能力，抑制，抑制CTL活性，导致活性，导致肿瘤免疫赦免肿瘤免疫赦免Joyce JA,et al.Science,2015,348:74-80肿瘤特异性肿瘤特异性T T细胞在肿瘤形成早期即功能异常？细胞在肿瘤形成早期即功能异常？动物实验提示：动物实验提示：Schietinger A et al.,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（放疗对肿瘤微环境（TMETME）产生的影响产生的影响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（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 Inv,2015,123:2756-2763MHC-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功能运用正性调节运用正性调节：过继细胞疗法ACT再次激活T细胞抗肿瘤效应抑制负性调节：抑制负性调节：抑制免疫系统负性调节，如TGF免疫检查点抑制剂，anti-CLTA-4 anti-PD-1肿瘤抑制体外扩增体外扩增T细胞回输细胞回输抗肿瘤抗肿瘤T细胞再活化细胞再活化免疫系统负免疫系统负性调节性调节免疫检查点免疫检查点对策：利用正性调节，抑制负性调节对策：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/M1Demaria 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，激活放疗增强肿瘤抗原的交互递呈，激活T T细胞细胞Sharabi AB,et al.,Lancet Oncol,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潜在靶点：根据肿瘤免疫表型分为根据肿瘤免疫表型分为 免疫阻斥型免疫阻斥型（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 免疫免疫抑制型抑制型（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 免疫阻斥型免疫阻斥型:T:T细胞浸润作用受阻细胞浸润作用受阻，致肿瘤组织中参与免疫调节致肿瘤组织中参与免疫调节的的T T细胞减少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阻断剂阻断剂通过通过抑制肿瘤细胞免疫逃抑制肿瘤细胞免疫逃逸逸发挥作用发挥作用-而临床实验表明此而临床实验表明此疗法对大多病人无效，疗法对大多病人无效，肿瘤不敏感或耐药的肿瘤不敏感或耐药的机制是什么？如何克机制是什么？如何克服？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,2016,29:285296FACILITATING T CELL INFILTRATION IN TUMOR MICROENVIRONMENT OVERCOMES RESISTANCE TO PD-L1 BLOCKADE肿瘤组织中肿瘤组织中T T细胞浸润贫乏的机制细胞浸润贫乏的机制Weiping Zou,et al.Science Translation Medicine,2016,8:328B-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免疫抑制型抑制型:T:T细胞活化功能受到抑制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：NCT01401062Demaria S et al.JAMA ONCOLOGY 2015，8 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Demaria S et al.JAMA ONCOLOGY 2015，8 伊匹单抗可封闭伊匹单抗可封闭CTLA-4CTLA-4，解除其对，解除其对T T细胞的抑制，致肿瘤缓细胞的抑制，致肿瘤缓解解-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,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程序性细胞死因子PD-1,PD-L1PD-L1为为PD-1PD-1的配体，两者被称为的配体，两者被称为检查检查点分点分子子，主要主要维维持免疫系持免疫系统对统对自身抗原耐受自身抗原耐受PD-1PD-1主要在效应阶段，通过与其配体主要在效应阶段，通过与其配体PD-L1PD-L1和和PD-L2PD-L2作用作用在肿瘤微环在肿瘤微环境中抑制境中抑制T T细胞功能。细胞功能。RT+PD-L1RT+PD-L1增加肿瘤细胞对增加肿瘤细胞对ICDICD的敏感性的敏感性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+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放疗+双重检查点阻断激活肿瘤非特异性免疫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.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放疗双检查点阻断实验结果双检查点阻断实验结果RT+抗抗CTLA4单抗单抗+PD-L1单抗，单抗，可增加可增加TCR表型多样性、增加表型多样性、增加TIL浸润、逆转浸润、逆转T细胞耗竭，细胞耗竭，从而增加抗肿瘤效应从而增加抗肿瘤效应放疗与放疗与PD-L1MABPD-L1MAB同步提高放疗疗效同步提高放疗疗效用三阴乳腺癌、结肠癌等细胞系构用三阴乳腺癌、结肠癌等细胞系构建小鼠肿瘤模型，分次放疗后可引起建小鼠肿瘤模型，分次放疗后可引起肿瘤细胞肿瘤细胞PD-L1表达上调表达上调分次放疗联合抗分次放疗联合抗PD-1/PD-L1单抗治单抗治疗可激活疗可激活CD8+T细胞，提高局部肿瘤细胞，提高局部肿瘤控制、延长生存期、防止肿瘤复发控制、延长生存期、防止肿瘤复发分次放疗同步抗分次放疗同步抗PD-1/PD-L1单抗治单抗治疗可显著增强疗效，疗可显著增强疗效，而序贯疗法则无而序贯疗法则无明显效果明显效果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放疗通过经典和旁路途径-激活补体激活补体 单次放疗单次放疗20Gy20Gy后后4h4h和和24h24h补体补体C3C3表达上调，表达上调，9696和和168h C3168h C3表达下调；表达下调；单次放疗单次放疗5Gy5Gy后后24h24h补体补体C3C3表达也上调表达也上调 C3b C3b、iC3biC3b、C3cC3c的沉积在的沉积在RTRT后后24h24h以外的其他时间点均未被检测以外的其他时间点均未被检测到到经典途径、旁路途径参与激活，凝集素途径未参与经典途径、旁路途径参与激活，凝集素途径未参与Immunity,2015Immunity,2015，42,76777742,767777放疗的疗效依赖于放疗的疗效依赖于C3AC3A和和C5AC5A放疗对于敲除放疗对于敲除C3C3的的小鼠无小鼠无抑瘤作用抑瘤作用放疗后临床组织标本中放疗后临床组织标本中C3aC3a、C5aC5a及其受体表达增加及其受体表达增加阻断阻断C3arC3ar或或C5arC5ar能拮抗放疗的抑瘤作用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,2015Immunity,2015，42,76777742,767777补体抑制剂补体抑制剂可明显降低放疗效果可明显降低放疗效果地塞米松可抑制地塞米松可抑制补补体的激活，体的激活，显显著降低著降低肿肿瘤局部瘤局部补补体激活的程度，从而降低放体激活的程度，从而降低放疗疗疗疗效效补体片段免疫荧光染色补体片段免疫荧光染色补体片段免疫沉淀补体片段免疫沉淀肿瘤生长曲线肿瘤生长曲线Immunity,2015Immunity,2015，42,76777742,767777Morris ZS,et al.J Clin Oncol,2014,32:2886-2893Barker et al.,Nature 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小结：针对不同免疫靶点的药物针对不同免疫靶点的药物药物物靶点靶点作用模式作用模式IpilimumabCTLA4激活激活T细胞胞NivolumabPembrolizumabPD1T细胞耗竭胞耗竭ImiquimabTLR7激活激活DC细胞胞融瘤病毒融瘤病毒肿瘤瘤细胞胞激活免疫反激活免疫反应未来抑制未来抑制剂IL-6、IL-10激活激活T细胞胞PD-L1、TIM3、LAG3防止防止T细胞耗竭胞耗竭未来促效未来促效药GM-CSF、CXCL16、OX40、CD40L、CD80、募集和激活募集和激活T细胞胞CCL3、CCL5、IL-2、IL-4、IL-12、IRX-2激活免疫反激活免疫反应Barker et al.,Nature Reviews Cancer.2015,15:409-425Demaria S et al,Trend in Cancer,2016,2:286-294DC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？放射治疗免疫治疗的游戏改变者？谢谢您的谢谢您的参与！参与！