腫瘤細胞的放射抗拒特性與免疫調節*

尹姣姣 綜述，潘耀柱,白　海 審校

(中國人民解放軍蘭州軍區蘭州總醫院血液科　730050)

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·綜述·

腫瘤細胞的放射抗拒特性與免疫調節*

尹姣姣 綜述，潘耀柱△,白海 審校

(中國人民解放軍蘭州軍區蘭州總醫院血液科730050)

放射療法；免疫調節；輻射耐受性；白細胞介素-12

在癌癥患者治療的過程中，大約有70%的患者需要放射治療，然而腫瘤細胞的輻射抗拒特性是腫瘤放射治療失敗的根源。影響腫瘤細胞放射敏感性的因素有很多，歸結起來有3個方面：(1)腫瘤細胞的外環境和腫瘤組織基質因素；(2)在細胞層次上的因素；(3)腫瘤細胞內分子或基因改變因素。目前，放射腫瘤學已經面臨了一個新概念的出現，即免疫系統能夠調節放射治療中的抗腫瘤效應。以下就機體免疫系統在放射治療中的作用及腫瘤細胞產生輻射抗拒特性的機制，和目前白細胞介素-12(IL-12)在放射治療中的意義作一綜述。

1　免疫系統在放射治療中的作用

放射治療是癌癥治療中一種重要的形式，它可以用于單獨治療癌癥也可以同化學治療和外科手術治療聯用。放射治療后腫瘤縮小的主要機制是損壞腫瘤細胞的DNA，造成腫瘤細胞在分子水平上的損傷，然而，一個新的觀點指出機體的免疫系統是保證有效的放射治療所必需的，其中T細胞及其分泌的干擾素在此過程中具有重要作用。

有報道發現在模擬腫瘤的小鼠中，腫瘤組織和引流淋巴結(draining lymph nodes，DLN)產生的腫瘤特異性細胞毒性淋巴細胞(cytotoxic lymphocyte,CTL)在放射治療后抑制腫瘤的生長中具有重要作用[1-2]。該細胞為CD8+特異T細胞，通過抗CD8單克隆抗體技術消除CD8+T細胞后，放射治療的療效幾乎完全消失。另外，在手術切除DLN或者基因缺失(Aly/Aly)的小鼠中，腫瘤部位CD8+腫瘤特異性CTL會明顯減少，同時伴有放射治療腫瘤療效的減弱[1]。這預示著DLN在放射誘導的CTL的激活和集聚過程中必不可少，也是抑制腫瘤必不可少的器官。

局部照射治療腫瘤后，在同一機體內沒有受到照射部位的腫瘤減小或消失，這種在沒有照射部位產生的全身效應，稱為腫瘤治療中的異位效應[3]。異位效應在腫瘤治療和控制轉移方面具有重要作用，將其用于臨床腫瘤治療有重要意義。有研究發現，異位效應的產生可能與死亡的腫瘤細胞相關[4]。死亡的腫瘤細胞會分泌一種蛋白，即高遷移率族蛋白1 (high mobility group box-1 protein，HMGB1)，該蛋白會誘導樹突狀細胞(DC)Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)信號通路的激活，從而使腫瘤抗原特異性T細胞活化發揮殺傷周圍腫瘤細胞的作用。在放射治療的時候，DC細胞通過TLR4和它的配體MyD88從死亡的腫瘤細胞獲得有效的抗原信號，從而激活腫瘤抗原特異性T細胞。在對手術后留有陽性淋巴結的乳腺癌患者的研究觀察中發現，與具有野生型TLR4基因的患者相比較，TLR4基因缺失的患者腫瘤復發更快。由此可見，腫瘤放射治療后出現的異位效應也是通過免疫調節來實現的。

干擾素γ(interferon gamma,IFNγ)是保證放射治療療效的必要細胞因子[5]。實驗發現對患有結腸癌的野生型小鼠進行局部放射治療(15 Gy)，腫瘤的體積會減小，而對于IFNγ敲除的小鼠則沒有變化[6]。研究證實了腫瘤內IFNγ的水平在放射治療后2 d升高，這正好和腫瘤體積的減少相關，但這并不意味著IFNγ對腫瘤細胞有直接的細胞毒作用[7]。51Cr釋放實驗證實放射治療后的腫瘤組織內T細胞展現出一種超強的溶解腫瘤細胞的能力，這依賴于IFNγ的產生。CD8+T細胞是IFNγ的主要產生者，通過抗體處理消除CD8+T細胞，可以使細胞內IFNγ的水平下降90%。消除CD8+T細胞幾乎剝奪了放射治療腫瘤的作用[6]，由此可見，IFNγ可能是CD8+T細胞的下游效應分子，在放射治療抗腫瘤中起了不可替代的作用[5]。

2　放射治療失敗的原因

放射治療對于原位腫瘤的治療是一種非常有效的方法，但是并不是所有的個體都會得到同樣的療效[8-9]。臨床上，經常把接受放射治療的癌癥患者分為兩類：第一類人群是放射治療應答人群，即采用放射治療可以明顯地控制或者治愈腫瘤；第二類人群是放射治療不應答人群，即放射治療腫瘤療效低下[10]。研究發現，放射治療后，放射應答腫瘤免疫細胞有效增高，從而導致IFNγ和細胞毒性T細胞的急劇增加；無應答腫瘤內免疫細胞和IFNγ增加很少同時只存在輕微的CTL效應[10]。

放射治療原位腫瘤失敗的原因很多，其中腫瘤和宿主的因素非常復雜。目前的腫瘤平衡模型提出存在細胞生長和細胞死亡這種平衡，免疫調節存在于放射誘導的腫瘤休眠中，腫瘤休眠是由腫瘤增殖和免疫細胞殺傷作用的平衡引起的[11]，免疫成分的消除會解除腫瘤的休眠狀態而促使腫瘤復發。放射治療的成功與否，免疫應答是關鍵，放射治療后需要長時間的免疫活動來建立腫瘤休眠，因此放射治療后增加免疫調節細胞有可能最大限度地增加放射治療療效。

3　腫瘤細胞產生放射抗拒性的機制

首先從分子水平探討，應用基因分析技術確定在放射治療敏感性和放射抗拒性腫瘤中表達量不同的基因有哪些，對于理解臨床出現的放射抗拒性腫瘤和提高放射治療療效具有重要意義。有報道證實在人類患有的癌癥中與放射治療敏感性相關的基因一般會與細胞凋亡、DNA修復,生長因子,信號轉導,細胞周期和細胞黏附、侵襲和轉移，血管生成和缺氧有關。在這些基因中，BIRC2是腫瘤放射應答的預警器。一些研究已經證實了在一些腫瘤類型中可以采用基因分析來判斷放射治療敏感性。Survivin是凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis,IPA)家族的成員，是目前發現最強的凋亡抑制因子，Survivin功能復雜，具有抑制細胞凋亡，促進細胞轉化并且參與細胞有絲分裂、血管生成和腫瘤細胞耐藥性產生等作用。研究者發現，Survivin是惟一的單獨與固有放射治療敏感性相關的蛋白。除了Suivivin，Bax、Bcl-2、Bcl-X(L)、COX2和P53、Arg72Pro多態性也與放射應答相關[9]。

其次，從免疫調節水平看，研究發現放射治療后，存在于引流淋巴結和腫瘤中的DC細胞都會被放射損傷的腫瘤細胞釋放的危險相關分子模式(danger-associated molecular patterns，DAMPs)激活。隨后，這些DC細胞具有了吞噬腫瘤抗原的能力，然后加工遞呈給T細胞進一步地激活有效的抗腫瘤免疫應答。由于這種現象的起始因子是放射引起的腫瘤細胞損傷，因此當腫瘤細胞對放射損傷具有高修復能力，或腫瘤細胞不能釋放DAMPs和腫瘤抗原，缺乏激活DC介導的放射治療后免疫應答的能力時，腫瘤細胞即表現為放射抗拒。在B16黑素瘤模型中，放射治療會引起血管細胞黏附因子(VCAM-1)在腫瘤血管壁的形成，這種細胞因子將會增強抗腫瘤免疫細胞的浸潤。研究發現，與沒有照射的Colon38腫瘤相比，照射后的腫瘤脈管系統中的VCAM-1會輕微的增高。或許，放射治療后血管表型的變化，會影響免疫細胞浸潤腫瘤的速率，最終也決定了腫瘤對放射治療的應答與不應答[12]。同時，腫瘤細胞的免疫原性對放射治療后免疫應答的強度也具有重要作用，有些腫瘤細胞免疫原性強就能產生快且強的免疫應答，反之，免疫原性弱的腫瘤細胞就不容易產生免疫應答，這也是造成放射抗拒性的原因。

最后，在惡性腫瘤細胞中，腫瘤微環境中的因素也是誘導腫瘤放射抗拒性的一個重要原因。放射治療一般通過誘導氧化壓力來殺死腫瘤細胞。在分子水平上，乏氧誘導因子1(hypoxia-inducible factor 1，HIF-1)途徑在腫瘤放射敏感性方面有重要作用[13]。其中包括放射后HIF-1介導的對脈管系統的保護途徑和HIF-1調節的葡萄糖和磷酸戊糖途徑[14]。這些異常的細胞代謝途徑會增加腫瘤細胞抗氧化的能力，從而對抗由放射引起的氧化壓力。由于氧氣的存在會增加放射治療的殺傷效力，因此腫瘤中氧氣的狀態是一個很重要的原因。在乏氧狀態下的腫瘤細胞對放射治療的敏感性降低[15]。此外，一個潛在的缺氧環境可能意味著血管會減少運輸氧氣和免疫細胞進入腫瘤的能力，在一定水平上會影響免疫細胞對腫瘤的殺傷作用。

因此，腫瘤細胞的放射抗拒特性，是由個體的基因差異，免疫調節狀況和放射后腫瘤微環境中的多種因素決定的。

4　細胞因子IL-12

IL-12是一種異二聚體蛋白質，首先發現于人皰疹病毒(epstein-barr virus,EBV)轉化的B細胞系中[16]。IL-12是一種多功能的細胞因子，在固有免疫和獲得性免疫中起到橋梁作用，同時在細胞介導的免疫應答中通過誘導Th1細胞的分化起到一個關鍵的調節作用。IL-12通過促進IFNγ產生、增強自然殺傷細胞和T細胞的細胞活性來介導細胞免疫。另外，IL-12通過IFNγ誘導基因和淋巴-血管內皮細胞間的交聯，啟動抗血管生成程序。依賴于IFNγ的IL-12表達的腫瘤生長緩慢，與親代腫瘤網狀特點的血管相比，其血管生成更小。IL-12的這種免疫調節和抗血管生成能力，使它成為目前抗癌治療的一個關鍵細胞因子。最新研究發現，惡性膠質瘤中的調節性T細胞(Treg)具有抑制抗腫瘤免疫的作用，局部給予細胞因子IL-12，可以提高T細胞活性，逆轉膠質瘤的免疫微環境，產生抗腫瘤的免疫應答，從而清除腫瘤。IL-12和CTLA-4封鎖主要作用于CD4+T細胞，從而引起FoxP3+調節性T細胞急劇減少，增加效應T細胞的數量[17]。

事實上，將IL-12轉染進腫瘤細胞可以增強完全治愈的放射治療療效[18]。IL-12的這種作用需要CD8+T細胞的調節，因為敲低CD8+T細胞會部分解除放射治療的效果。因此，IL-12療法可以激活一個強大的免疫應答，研究發現，放射治療后小鼠的一只腿植入外源性Colon38/IL-12的腫瘤被治愈，而另一只腿植入親代Colon38的腫瘤沒有被治愈[12]。

應用含有IL-12的微球，在臨床中可以模仿綜合療法(放射治療聯合免疫療法)。例如，IL-12微球注入模擬臨床環境的腫瘤中，與IL-12轉染入腫瘤細胞相比更加貼近臨床環境。由于放射治療會造成外周淋巴細胞的凋亡，只有放射治療后IL-12微球處理的腫瘤會顯著延遲腫瘤的生長[12]。因為，如果在放射治療前給予IL-12，它可以使腫瘤活性淋巴細胞浸潤或者活化，然而這些淋巴細胞對放射敏感，繼而被射線殺傷而減少。與此相比，放射治療后給予IL-12，它會保持放射治療后產生的炎癥微環境，進而促使抗腫瘤效應T細胞的產生。由此可見，放射治療聯合免疫療法能夠增強放射治療療效。

5　展　　望

放射療法是腫瘤常規治療中必不可少的治療手段。但是，這種治療手段并不能完全清除機體內的腫瘤細胞，而由于腫瘤細胞高度的變異性，在環境壓力作用下會產生具有治療抗性的腫瘤細胞，導致腫瘤復發。由于傳統認為放射治療，對機體免疫具有損傷和抑制作用，主要著眼于如何盡可能有效殺傷和清除腫瘤細胞，對治療機制的研究也一直集中于對腫瘤細胞內在分子的調控作用上。近來研究結果顯示，腫瘤細胞外在因素，特別是機體內在的抗腫瘤免疫反應，在腫瘤常規治療效應中具有重要作用，尤其是在清除和控制殘存腫瘤細胞、延緩和防止腫瘤復發上發揮著尤為關鍵的作用。因此，對機體抗腫瘤免疫反應具有主導抑制作用的腫瘤免疫抑制微環境，必定在腫瘤常規治療效應中起著更為重要的作用。深入系統地研究腫瘤免疫微環境，尤其是腫瘤常規治療導致的腫瘤免疫微環境變化，可以加深對腫瘤抗腫瘤免疫反應和腫瘤免疫抑制微環境之間的相互作用及其作用機制的理解，從而建立更為合理的腫瘤治療方案，發展有效的腫瘤治療新策略。

[1]Akeshima T,Chamoto K,Wakita D,et al,Interleukin-30 expression in prostate cancer and its draining lymph nodes correlates with advanced grade and stage[J].Cancer Res,2010,70(7):2697-2706.

[2]Di Meo S,Airoldi I,Sorrentino C,et al.Interleukin-30 expression in prostate cancer and its draining lymph nodes correlates with advanced grade and stage[J].Clin Cancer Res,2013,20(3):585-594.

[3]Rodel F,Frey B,Multhoff G,et al.Contribution of the immune system to bystander and non-targeted effects of ionizing radiation[J].Cancer Lett,2013,356(1):105-113.

[4]Lauber K,Ernst A,Orth M,et al.Dying cell clearance and its impact on the outcome of tumor radiotherapy[J].Front Oncol,2012,2:116.

[5]Pusic AD,Pusic KM,Clayton BL,et al.IFNγ-stimulated dendritic cell exosomes as a potential therapeutic for remyelination[J].J Neuroimmunol,2013,266(1/2):12-23.

[6]Gerber SA,Sedlacek AL,Cron KR,et al.IFN-γ mediates the antitumor effects of radiation therapy in a murine colon tumor[J].Am J Pathol,2013,182(6):2345-2354.

[7]Lee Y,Auh SL,Wang Y,et al.Therapeutic effects of ablative radiation on local tumor require CD8+T cells:changing strategies for cancer treatment[J].Blood,2009,114(3):589-595.

[8]Farnebo L,Jerhammar F,Ceder R,et al.Combining factors on protein and gene level to predict radioresponse in head and neck cancer cell lines[J].J Oral Pathol Med,2011,40(10):739-746.

[9]Farnebo L,Tiefenbock K,Ansell A,et al.Strong expression of survivin is associated with positive response to radiotherapy and improved overall survival in head and neck squamous cell carcinoma patients[J].Int J Cancer,2013,133(8):1994-2003.

[10]Gerber SA,Lim JY,Connolly KA,et al.Radio-responsive tumors exhibit greater intratumoral immune activity than nonresponsive tumors[J].Int J Cancer,2013,134(10):2383-2392.

[11]Liang H,Deng L,Chmura S,et al.Radiation-induced equilibrium is a balance between tumor cell proliferation and T cell-mediated killing[J]J Immunol,2013,190 (11):5874-5881.

[12]Lugade AA,Sorensen EW,Gerber SA,et al.Radiation-induced IFN-gamma production within the tumor microenvironment influences antitumor immunity[J].J Immunol,2008,180(5):3132-3139.

[13]Meijer TW,Kaanders JH,Span PN,et al,Targeting hypoxia,HIF-1,and tumor glucose metabolism to improve radiotherapy efficacy[J].Clin Cancer Res,2012,18 (20):5585-5594.

[14]Horsman MR,Mortensen LS,Petersen JB,et al.Imaging hypoxia to improve radiotherapy outcome[J].Nat Rev Clin Oncol,2012,9(12):674-687.

[15]Yaromina A,Thames H,Zhou X,et al.Radiobiological hypoxia,histological parameters of tumour microenvironment and local tumour control after fractionated irradiation[J].Radiother Oncol,2010,96(1):116-122.

[16]Del Vecchio M,Bajetta E,Canova S,et al.Interleukin-12:biological properties and clinical application[J].Clin Cancer Res,2007,13(16):4677-4685.

[17]Vom Berg J,Vrohlings M,Haller S,et al.Mechanism of IL-12 mediated alterations in tumour blood vessel morphology:analysis using whole-tissue ounts[J].Br J Cancer,2013,210(13):2803-2811.

[18]Thaci B,Ahmed AU,Ulasov IV,et al.Depletion of myeloid-derived suppressor cells during interleukin-12 immunogene therapy does not confer a survival advantage in experimental malignant glioma[J].Cancer Gene Ther,2014,21(1):38-44.

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.12.037

國家自然科學基金資助項目(81372132)；甘肅省自然科學基金資助項目(145RJZA199)。作者簡介:尹姣姣(1987-)，檢驗技師，碩士，主要從事細胞自噬研究。△

，E-mail:panyaozhu@163.com。

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1671-8348(2016)12-1695-03

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2016-01-18)