免疫治療在腦轉(zhuǎn)移癌中的研究進展

王祎蕾，李袁飛

山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院腫瘤科，太原 030000

惡性腫瘤患者發(fā)生腦轉(zhuǎn)移往往預(yù)示著更差的預(yù)后，成為臨床腫瘤治療的一大挑戰(zhàn)。臨床上對于腦轉(zhuǎn)移癌的治療以常規(guī)手術(shù)和放療為主，但其對顱內(nèi)腫瘤的控制率僅為30%，相關(guān)研究顯示，非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）腦轉(zhuǎn)移患者在放療過程會出現(xiàn)新發(fā)腦轉(zhuǎn)移灶[1]。腦轉(zhuǎn)移癌可累及顱內(nèi)多種組織，包括腦實質(zhì)、脊膜、神經(jīng)及毛細(xì)血管等，而其中又以腦實質(zhì)轉(zhuǎn)移較為多見，同時可伴有癲癇、認(rèn)知功能減退、感覺或運動功能障礙以及顱神經(jīng)病變[2]，嚴(yán)重降低了患者的生活質(zhì)量。

腫瘤細(xì)胞定植或轉(zhuǎn)移的部位對腫瘤的治療有明顯影響。通常來講，腦原發(fā)癌與轉(zhuǎn)移癌的治療難度及病死率均遠(yuǎn)高于其他臟器[3]。大腦有其獨特的細(xì)胞類型、解剖結(jié)構(gòu)、代謝機制和免疫環(huán)境[4]，且由于血腦屏障的存在使絕大部分藥物難以進入顱內(nèi)發(fā)揮作用。可以說大腦獨特的微環(huán)境和生物屏障能夠為腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和定植提供一個安全的避難所，使其治療方式受到明顯限制。

近年來，得益于生物醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，惡性腫瘤的免疫治療為腦轉(zhuǎn)移癌的治療提供了新的思路。腫瘤的免疫治療手段主要包括免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）、腫瘤疫苗和免疫細(xì)胞療法。本文對不同免疫治療用于腦轉(zhuǎn)移癌治療的研究進行總結(jié)，結(jié)合腦轉(zhuǎn)移癌病灶獨特的腫瘤微環(huán)境，對免疫治療在腦轉(zhuǎn)移癌中的研究進展進行綜述。

1 腦的獨特結(jié)構(gòu)及微環(huán)境

1.1 血腦屏障

考慮到神經(jīng)元高度易受炎癥侵襲，從而導(dǎo)致不可逆損傷的特性，所有的中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞類型均有助于大腦形成整體的抗炎微環(huán)境，其中，最重要的就是參與構(gòu)成血腦屏障的細(xì)胞。血腦屏障是由緊密連接的非開窗內(nèi)皮細(xì)胞組成的，周細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的足端突起圍繞著這些非開窗內(nèi)皮細(xì)胞，為血腦屏障提供支持并維持其完整性[5]。血腦屏障作為一種天然的物理和化學(xué)屏障，一方面，與外周的外皮細(xì)胞相比，血腦屏障的內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達較低[6]，阻礙了外周免疫細(xì)胞過度進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)；另一方面，常規(guī)的化療藥物及大分子靶向藥物也很難跨越血腦屏障進入顱內(nèi)發(fā)揮作用。但血腦屏障經(jīng)常會在病變部位受到一定程度的破壞，使血液來源的腫瘤細(xì)胞能夠侵入顱內(nèi)，從而導(dǎo)致腦轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生。因此，如何能夠增加血腦屏障對外周免疫細(xì)胞及抗腫瘤藥物的通透性，成為治療腦轉(zhuǎn)移癌研究的重點。

1.2 腦轉(zhuǎn)移癌的免疫微環(huán)境

大腦一直以來都被認(rèn)為是具有“免疫特權(quán)”的器官，外周的藥物分子、細(xì)菌、免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞均很難跨越血腦屏障到達顱內(nèi)。近年來的研究已證實，在腦轉(zhuǎn)移癌發(fā)生過程中也有多種外周免疫細(xì)胞的參與，包括大量的淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞浸潤以及各種免疫因子，這些共同構(gòu)成了轉(zhuǎn)移灶的免疫微環(huán)境。

小膠質(zhì)細(xì)胞作為顱內(nèi)固有的巨噬細(xì)胞，是腦免疫微環(huán)境的核心組成部分，發(fā)生腦轉(zhuǎn)移時，小膠質(zhì)細(xì)胞活化可以使白細(xì)胞介素（interleukin，IL）表達上調(diào)，而IL-6 能夠?qū)π?yīng)T 細(xì)胞發(fā)揮免疫抑制作用，同時也可介導(dǎo)ICI 的耐藥[7]。其次，星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)特有的功能最豐富的細(xì)胞類型之一，腦轉(zhuǎn)移癌發(fā)生時，腫瘤細(xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞之間相互作用能夠使IL-1β高表達，從而進一步激活Notch信號通路，該通路的激活能夠增加腫瘤干細(xì)胞的干性并驅(qū)動其在腫瘤微環(huán)境中的增殖分化[8]。

發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的情況下，血腦屏障的通透性會增加，可導(dǎo)致外周免疫細(xì)胞向腦部浸潤[9]。對腦轉(zhuǎn)移癌微環(huán)境的分析已經(jīng)證實，淋巴細(xì)胞的比例明顯升高，黑色素瘤的腦轉(zhuǎn)移癌也表現(xiàn)出了較多的淋巴細(xì)胞和CD8+T 細(xì)胞浸潤[10]。有研究指出，ICI 治療腦轉(zhuǎn)移癌并不依賴于藥物與腫瘤細(xì)胞的直接接觸，而是通過“喚醒”因程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）高表達而作用受限的外周免疫細(xì)胞，使其遷移至中樞神經(jīng)系統(tǒng)來達到治療腦轉(zhuǎn)移癌的目的[11]。因此，ICI 并不一定需要穿過血腦屏障，通過借助激活外周的效應(yīng)T 淋巴細(xì)胞也可殺傷腫瘤細(xì)胞。這些發(fā)現(xiàn)為腦轉(zhuǎn)移癌的ICI 治療奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

1.3 腦轉(zhuǎn)移發(fā)生的驅(qū)動因素與治療難點

累及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的腫瘤轉(zhuǎn)移可分為實質(zhì)轉(zhuǎn)移、軟腦膜轉(zhuǎn)移和硬膜外轉(zhuǎn)移[12]。循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cell，CTC）能夠通過血液、大腦淋巴系統(tǒng)或腦脊液轉(zhuǎn)移至顱內(nèi)。CTC 在轉(zhuǎn)移至顱內(nèi)的過程中，可以增加血腦屏障的通透性并在一定程度上破壞腦內(nèi)的緊密連接，從而提高腫瘤細(xì)胞向顱內(nèi)的轉(zhuǎn)移率。CTC 通過血腦屏障和血-腦脊液屏障的機制與白細(xì)胞跨內(nèi)皮遷移的行為相似，通過滾動、黏附至血管內(nèi)皮細(xì)胞，最終通過外滲進入顱內(nèi)。然而CTC 的外滲需要與血管內(nèi)皮細(xì)胞建立緊密的連接，這不可避免地會受到血流速度的影響，因此，顱內(nèi)低血流流速的區(qū)域成為外周腫瘤細(xì)胞腦轉(zhuǎn)移的首選部位[13]。

肺癌、乳腺癌及黑色素瘤是最常發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤[14]。目前已有腦轉(zhuǎn)移過程中基因?qū)W特征的相關(guān)研究試圖解釋腦轉(zhuǎn)移癌發(fā)生的分子機制。關(guān)于乳腺癌腦轉(zhuǎn)移的研究指出，與顱外轉(zhuǎn)移相比，polo 樣激酶1（polo like kinase 1，PLK1）基因在腦轉(zhuǎn)移癌中表達顯著增加，抑制PLK1基因的表達可延緩腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生，提高17%的總生存率[15]。盡管如此，惡性腫瘤發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的機制及基因特征尚未完全明確，因此也極大地限制了靶向藥物在腦轉(zhuǎn)移癌患者中的應(yīng)用。

同時，大腦具有獨特的血腦屏障和血-腦脊液屏障，這種生物屏障具有強大的選擇性，能夠阻止大部分的外源物質(zhì)透過。由于血腦屏障的親脂性，親水性的大分子抗腫瘤藥物很難通過被動擴散進入顱內(nèi)，明顯限制了鉑類等水溶性化療藥物在腦轉(zhuǎn)移癌中的應(yīng)用。但脂溶性藥物在血液中的運輸能力較差，這兩者之間的矛盾成為藥物遞送的一大難點。同時，小膠質(zhì)細(xì)胞可以修復(fù)CTC 轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生的血腦屏障的短暫損傷，也使得新形成的轉(zhuǎn)移瘤可以免受系統(tǒng)化療藥物的影響，為腦轉(zhuǎn)移癌的治療增加了巨大的挑戰(zhàn)。

因此針對腦轉(zhuǎn)移癌的治療，主要有兩個難點：①抗腫瘤藥物如何克服血腦屏障和血-腦脊液屏障發(fā)揮作用；②如何阻斷腫瘤細(xì)胞-微環(huán)境之間的相互作用，減弱或抑制轉(zhuǎn)移灶的進一步增殖、擴散和耐藥性。但目前針對這兩種治療方式所涉及的顱內(nèi)復(fù)雜結(jié)構(gòu)及作用機制尚未完全明確，但幸運的是，進一步研究腦轉(zhuǎn)移癌與中樞及外周免疫系統(tǒng)之間的相互作用，可能會為增加腦轉(zhuǎn)移癌對免疫治療的敏感性提供新的機會。

2 腦轉(zhuǎn)移癌的免疫療法

2.1 ICI

目前，已有研究表明，ICI 有改善晚期惡性腫瘤腦轉(zhuǎn)移患者預(yù)后的潛力，其中抗PD-1 的代表藥物——帕博利珠單抗及納武利尤單抗在腦轉(zhuǎn)移癌中應(yīng)用的研究較為廣泛。對帕博利珠單抗治療黑色素瘤和NSCLC 腦轉(zhuǎn)移患者的臨床研究顯示，帕博利珠單抗可以顯著延長患者的無進展生存期（progression-free survival，PFS）及總生存期[15]。同時針對腦轉(zhuǎn)移癌患者，對CheckMate057、Check-Mate017 和CheckMate063 臨床試驗的匯總分析結(jié)果顯示，納武利尤單抗可延長腦轉(zhuǎn)移癌患者的總生存期[16]。ICI 單獨治療可使腦轉(zhuǎn)移癌患者擁有較好的臨床獲益，聯(lián)合ICI 療法成為近年來的研究熱點。細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4（cytotoxic Tlymphocyte associated protein 4，CTLA4）抗體——伊匹單抗，與納武利尤單抗聯(lián)合治療腦轉(zhuǎn)移癌的臨床試驗表明，無癥狀黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移患者通過聯(lián)合療法也能夠獲得較高的顱內(nèi)緩解率[17-18]。因此，CTLA4 聯(lián)合ICI 治療腦轉(zhuǎn)移癌患者的臨床應(yīng)用效果也是非常值得期待的。同時，與傳統(tǒng)放化療相比，ICI 的不良反應(yīng)發(fā)生率較低，其治療腦轉(zhuǎn)移癌的耐受性及安全性也是值得肯定的[19]。

2.2 免疫細(xì)胞療法

嵌合抗原受體T 細(xì)胞（chimeric antigen receptor T cell，CAR-T）療法是近年來新興的一種免疫治療方式。這類細(xì)胞療法在多種腫瘤中均顯示出一定的抗腫瘤效果，具有明顯的廣譜性，并且已被批準(zhǔn)用于治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤[20]，它可以利用任何抗體或受體配體的腫瘤靶向特異性來重新定向T 細(xì)胞的殺傷能力[21]。既往CAR-T 療法并未用于治療神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，但美國食品藥品管理局（FDA）在2017 年批準(zhǔn)了兩種CAR-T 療法用于治療復(fù)發(fā)/難治性急性淋巴細(xì)胞白血病和大B 細(xì)胞淋巴瘤[22]，雖然相關(guān)的早期臨床試驗均排除了中樞神經(jīng)系統(tǒng)受累的患者，但之后對腦脊液的評估發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)給藥的CAR-T細(xì)胞經(jīng)常被轉(zhuǎn)運到中樞神經(jīng)系統(tǒng)[23]。研究顯示，大多數(shù)急性淋巴細(xì)胞白血病患者腦脊液中均可檢測到CAR-T 細(xì)胞，且經(jīng)治療后，患者的顱內(nèi)腫瘤情況能夠得到完全緩解[24-25]。CAR-T 療法在血液系統(tǒng)中樞神經(jīng)惡性腫瘤中的成功應(yīng)用為該療法在實體腫瘤，尤其是轉(zhuǎn)移性腦腫瘤的免疫治療提供了新思路。一項關(guān)于乳腺癌腦轉(zhuǎn)移臨床前實驗結(jié)果顯示，腦室內(nèi)注射人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）-CAR-T 細(xì)胞的小鼠模型發(fā)生了抗腫瘤免疫反應(yīng)，能夠使腫瘤消退，并延長小鼠的存活期[26]?；谶@項臨床前實驗的良好結(jié)果，一項正在進行的Ⅰ期臨床試驗正在觀察腦室內(nèi)傳遞HER2-CAR-T 細(xì)胞對腦轉(zhuǎn)移癌患者的影響。

干細(xì)胞作為一種以細(xì)胞為基礎(chǔ)的免疫治療方法也越來越受歡迎。干細(xì)胞能夠穿透血腦屏障進入腦組織[27]，無論是通過自身還是作為其他抗腫瘤藥物的載體發(fā)揮抗腫瘤作用，都使其成為了腦轉(zhuǎn)移癌靶向治療的完美細(xì)胞。在肺癌腦轉(zhuǎn)移小鼠模型中，顱內(nèi)給予表達羧基酯酶的神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cell，NSC）聯(lián)合鹽酸伊立替康可使腫瘤縮小并提高小鼠存活率[28]。同樣，表達胞嘧啶脫氨酶的NSC 和前藥5-氟尿嘧啶能夠縮小乳腺癌腦轉(zhuǎn)移小鼠的腫瘤大小。

2.3 腫瘤疫苗

腫瘤疫苗無疑為腫瘤的免疫治療邁出了革命性的一步，其原理是將腫瘤抗原以多種形式導(dǎo)入患者體內(nèi)，從而激活機體自身的免疫反應(yīng)來達到控制或清除腫瘤細(xì)胞的目的[29]。2010 年4 月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了普羅文奇用于治療晚期前列腺癌，這也是世界范圍內(nèi)第一個真正意義上的腫瘤疫苗[30]。此后，腫瘤疫苗在一些實體腫瘤中也得到了廣泛的研究，這其中也包括原發(fā)性腦腫瘤，如神經(jīng)膠質(zhì)瘤。但就腦轉(zhuǎn)移癌來講，此類疫苗的研究還處于起步階段。一例樹突狀細(xì)胞疫苗治療腦轉(zhuǎn)移癌患者的病例報道顯示，腫瘤疫苗可能能夠在腦轉(zhuǎn)移癌中有效誘導(dǎo)抗腫瘤免疫反應(yīng)[31]。但一項將腫瘤疫苗用于黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移癌的臨床研究表明，此方法并未產(chǎn)生明顯的治療效果[32]。由此可見，腫瘤疫苗也為腦轉(zhuǎn)移癌的治療帶來了一絲曙光。

3 小結(jié)與展望

由于血腦屏障的存在，傳統(tǒng)的化療藥物難以被運輸?shù)侥X轉(zhuǎn)移灶內(nèi)，其藥效也難以發(fā)揮作用。目前，多種ICI 在腦轉(zhuǎn)移癌患者中的成功應(yīng)用，預(yù)示著腦原發(fā)癌和轉(zhuǎn)移癌的免疫治療蘊含巨大潛力。但與顱外腫瘤不同的是，發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的腫瘤患者缺乏更有效的預(yù)測因子和動物模型來評估免疫治療的療效，這使其在實際臨床應(yīng)用中造成了很大的困難。因此，掌握腦轉(zhuǎn)移癌免疫抑制的生物學(xué)基礎(chǔ)和具體機制，對于設(shè)計安全、高效且能產(chǎn)生持久反應(yīng)的新型免疫干預(yù)措施必不可少，在此基礎(chǔ)上仍需大量的臨床試驗來證明免疫治療對腦轉(zhuǎn)移癌的有效性。此外，未來的研究期望能夠依據(jù)腦轉(zhuǎn)移癌的免疫微環(huán)境及外周血特征，尋找出更有針對性的生物標(biāo)志物作為預(yù)測因子，來選擇可能更多獲益的人群。同時不斷探索對于不同腫瘤腦轉(zhuǎn)移最為合適的免疫治療方案，為免疫治療在腦轉(zhuǎn)移癌中的治療帶來更多的可能性。