腫瘤細(xì)胞的放射抗拒特性與免疫調(diào)節(jié)*

尹姣姣 綜述，潘耀柱,白　海 審校

(中國人民解放軍蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院血液科　730050)

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·綜述·

腫瘤細(xì)胞的放射抗拒特性與免疫調(diào)節(jié)*

尹姣姣 綜述，潘耀柱△,白海 審校

(中國人民解放軍蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院血液科730050)

放射療法；免疫調(diào)節(jié)；輻射耐受性；白細(xì)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(xì)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(xì)胞放射敏感性的因素有很多，歸結(jié)起來有3個方面：(1)腫瘤細(xì)胞的外環(huán)境和腫瘤組織基質(zhì)因素；(2)在細(xì)胞層次上的因素；(3)腫瘤細(xì)胞內(nèi)分子或基因改變因素。目前，放射腫瘤學(xué)已經(jīng)面臨了一個新概念的出現(xiàn)，即免疫系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)放射治療中的抗腫瘤效應(yīng)。以下就機(jī)體免疫系統(tǒng)在放射治療中的作用及腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生輻射抗拒特性的機(jī)制，和目前白細(xì)胞介素-12(IL-12)在放射治療中的意義作一綜述。

1　免疫系統(tǒng)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(dú)治療癌癥也可以同化學(xué)治療和外科手術(shù)治療聯(lián)用。放射治療后腫瘤縮小的主要機(jī)制是損壞腫瘤細(xì)胞的DNA，造成腫瘤細(xì)胞在分子水平上的損傷，然而，一個新的觀點(diǎn)指出機(jī)體的免疫系統(tǒng)是保證有效的放射治療所必需的，其中T細(xì)胞及其分泌的干擾素在此過程中具有重要作用。

有報道發(fā)現(xiàn)在模擬腫瘤的小鼠中，腫瘤組織和引流淋巴結(jié)(draining lymph nodes，DLN)產(chǎn)生的腫瘤特異性細(xì)胞毒性淋巴細(xì)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(xì)胞為CD8+特異T細(xì)胞，通過抗CD8單克隆抗體技術(shù)消除CD8+T細(xì)胞后，放射治療的療效幾乎完全消失。另外，在手術(shù)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(yù)示著DLN在放射誘導(dǎo)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(jī)體內(nèi)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(chǎn)生的全身效應(yīng)，稱為腫瘤治療中的異位效應(yīng)[3]。異位效應(yīng)在腫瘤治療和控制轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)，異位效應(yīng)的產(chǎn)生可能與死亡的腫瘤細(xì)胞相關(guān)[4]。死亡的腫瘤細(xì)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(dǎo)樹突狀細(xì)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(xì)胞活化發(fā)揮殺傷周圍腫瘤細(xì)胞的作用。在放射治療的時候，DC細(xì)胞通過TLR4和它的配體MyD88從死亡的腫瘤細(xì)胞獲得有效的抗原信號，從而激活腫瘤抗原特異性T細(xì)胞。在對手術(shù)后留有陽性淋巴結(jié)的乳腺癌患者的研究觀察中發(fā)現(xiàn)，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(fù)發(fā)更快。由此可見，腫瘤放射治療后出現(xiàn)的異位效應(yīng)也是通過免疫調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。

干擾素γ(interferon gamma,IFNγ)是保證放射治療療效的必要細(xì)胞因子[5]。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)對患有結(jié)腸癌的野生型小鼠進(jìn)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(shí)了腫瘤內(nèi)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(guān)，但這并不意味著IFNγ對腫瘤細(xì)胞有直接的細(xì)胞毒作用[7]。51Cr釋放實(shí)驗證實(shí)放射治療后的腫瘤組織內(nèi)T細(xì)胞展現(xiàn)出一種超強(qiáng)的溶解腫瘤細(xì)胞的能力，這依賴于IFNγ的產(chǎn)生。CD8+T細(xì)胞是IFNγ的主要產(chǎn)生者，通過抗體處理消除CD8+T細(xì)胞，可以使細(xì)胞內(nèi)IFNγ的水平下降90%。消除CD8+T細(xì)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(xì)胞的下游效應(yīng)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(jīng)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(yīng)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(yīng)答人群，即放射治療腫瘤療效低下[10]。研究發(fā)現(xiàn)，放射治療后，放射應(yīng)答腫瘤免疫細(xì)胞有效增高，從而導(dǎo)致IFNγ和細(xì)胞毒性T細(xì)胞的急劇增加；無應(yīng)答腫瘤內(nèi)免疫細(xì)胞和IFNγ增加很少同時只存在輕微的CTL效應(yīng)[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(fù)雜。目前的腫瘤平衡模型提出存在細(xì)胞生長和細(xì)胞死亡這種平衡，免疫調(diào)節(jié)存在于放射誘導(dǎo)的腫瘤休眠中，腫瘤休眠是由腫瘤增殖和免疫細(xì)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(tài)而促使腫瘤復(fù)發(fā)。放射治療的成功與否，免疫應(yīng)答是關(guān)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(diào)節(jié)細(xì)胞有可能最大限度地增加放射治療療效。

3　腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生放射抗拒性的機(jī)制

首先從分子水平探討，應(yīng)用基因分析技術(shù)確定在放射治療敏感性和放射抗拒性腫瘤中表達(dá)量不同的基因有哪些，對于理解臨床出現(xiàn)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(shí)在人類患有的癌癥中與放射治療敏感性相關(guān)的基因一般會與細(xì)胞凋亡、DNA修復(fù),生長因子,信號轉(zhuǎn)導(dǎo),細(xì)胞周期和細(xì)胞黏附、侵襲和轉(zhuǎn)移，血管生成和缺氧有關(guān)。在這些基因中，BIRC2是腫瘤放射應(yīng)答的預(yù)警器。一些研究已經(jīng)證實(shí)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(fā)現(xiàn)最強(qiáng)的凋亡抑制因子，Survivin功能復(fù)雜，具有抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化并且參與細(xì)胞有絲分裂、血管生成和腫瘤細(xì)胞耐藥性產(chǎn)生等作用。研究者發(fā)現(xiàn)，Survivin是惟一的單獨(dú)與固有放射治療敏感性相關(guān)的蛋白。除了Suivivin，Bax、Bcl-2、Bcl-X(L)、COX2和P53、Arg72Pro多態(tài)性也與放射應(yīng)答相關(guān)[9]。

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

最后，在惡性腫瘤細(xì)胞中，腫瘤微環(huán)境中的因素也是誘導(dǎo)腫瘤放射抗拒性的一個重要原因。放射治療一般通過誘導(dǎo)氧化壓力來殺死腫瘤細(xì)胞。在分子水平上，乏氧誘導(dǎo)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(dǎo)的對脈管系統(tǒng)的保護(hù)途徑和HIF-1調(diào)節(jié)的葡萄糖和磷酸戊糖途徑[14]。這些異常的細(xì)胞代謝途徑會增加腫瘤細(xì)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(tài)是一個很重要的原因。在乏氧狀態(tài)下的腫瘤細(xì)胞對放射治療的敏感性降低[15]。此外，一個潛在的缺氧環(huán)境可能意味著血管會減少運(yùn)輸氧氣和免疫細(xì)胞進(jìn)入腫瘤的能力，在一定水平上會影響免疫細(xì)胞對腫瘤的殺傷作用。

因此，腫瘤細(xì)胞的放射抗拒特性，是由個體的基因差異，免疫調(diào)節(jié)狀況和放射后腫瘤微環(huán)境中的多種因素決定的。

4　細(xì)胞因子IL-12

IL-12是一種異二聚體蛋白質(zhì)，首先發(fā)現(xiàn)于人皰疹病毒(epstein-barr virus,EBV)轉(zhuǎn)化的B細(xì)胞系中[16]。IL-12是一種多功能的細(xì)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(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答中通過誘導(dǎo)Th1細(xì)胞的分化起到一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。IL-12通過促進(jìn)IFNγ產(chǎn)生、增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞和T細(xì)胞的細(xì)胞活性來介導(dǎo)細(xì)胞免疫。另外，IL-12通過IFNγ誘導(dǎo)基因和淋巴-血管內(nèi)皮細(xì)胞間的交聯(lián)，啟動抗血管生成程序。依賴于IFNγ的IL-12表達(dá)的腫瘤生長緩慢，與親代腫瘤網(wǎng)狀特點(diǎn)的血管相比，其血管生成更小。IL-12的這種免疫調(diào)節(jié)和抗血管生成能力，使它成為目前抗癌治療的一個關(guān)鍵細(xì)胞因子。最新研究發(fā)現(xiàn)，惡性膠質(zhì)瘤中的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)具有抑制抗腫瘤免疫的作用，局部給予細(xì)胞因子IL-12，可以提高T細(xì)胞活性，逆轉(zhuǎn)膠質(zhì)瘤的免疫微環(huán)境，產(chǎn)生抗腫瘤的免疫應(yīng)答，從而清除腫瘤。IL-12和CTLA-4封鎖主要作用于CD4+T細(xì)胞，從而引起FoxP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞急劇減少，增加效應(yīng)T細(xì)胞的數(shù)量[17]。

事實(shí)上，將IL-12轉(zhuǎn)染進(jìn)腫瘤細(xì)胞可以增強(qiáng)完全治愈的放射治療療效[18]。IL-12的這種作用需要CD8+T細(xì)胞的調(diào)節(jié)，因為敲低CD8+T細(xì)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(qiáng)大的免疫應(yīng)答，研究發(fā)現(xiàn)，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(yīng)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(lián)合免疫療法)。例如，IL-12微球注入模擬臨床環(huán)境的腫瘤中，與IL-12轉(zhuǎn)染入腫瘤細(xì)胞相比更加貼近臨床環(huán)境。由于放射治療會造成外周淋巴細(xì)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(xì)胞浸潤或者活化，然而這些淋巴細(xì)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(chǎn)生的炎癥微環(huán)境，進(jìn)而促使抗腫瘤效應(yīng)T細(xì)胞的產(chǎn)生。由此可見，放射治療聯(lián)合免疫療法能夠增強(qiáng)放射治療療效。

5　展　　望

放射療法是腫瘤常規(guī)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(jī)體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞，而由于腫瘤細(xì)胞高度的變異性，在環(huán)境壓力作用下會產(chǎn)生具有治療抗性的腫瘤細(xì)胞，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)。由于傳統(tǒng)認(rèn)為放射治療，對機(jī)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(xì)胞，對治療機(jī)制的研究也一直集中于對腫瘤細(xì)胞內(nèi)在分子的調(diào)控作用上。近來研究結(jié)果顯示，腫瘤細(xì)胞外在因素，特別是機(jī)體內(nèi)在的抗腫瘤免疫反應(yīng)，在腫瘤常規(guī)治療效應(yīng)中具有重要作用，尤其是在清除和控制殘存腫瘤細(xì)胞、延緩和防止腫瘤復(fù)發(fā)上發(fā)揮著尤為關(guān)鍵的作用。因此，對機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)具有主導(dǎo)抑制作用的腫瘤免疫抑制微環(huán)境，必定在腫瘤常規(guī)治療效應(yīng)中起著更為重要的作用。深入系統(tǒng)地研究腫瘤免疫微環(huán)境，尤其是腫瘤常規(guī)治療導(dǎo)致的腫瘤免疫微環(huán)境變化，可以加深對腫瘤抗腫瘤免疫反應(yīng)和腫瘤免疫抑制微環(huán)境之間的相互作用及其作用機(jī)制的理解，從而建立更為合理的腫瘤治療方案，發(fā)展有效的腫瘤治療新策略。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.12.037

國家自然科學(xué)基金資助項目(81372132)；甘肅省自然科學(xué)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(xì)胞自噬研究?！?/p>

，E-mail:panyaozhu@163.com。

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1671-8348(2016)12-1695-03

2015-12-27

2016-01-18)