背景近半数初诊的恶性肿瘤患者需接受放射治疗(简称“放疗”),放疗的目的为直接杀死肿瘤细胞,从而使肿瘤退缩。尽管早期临床研究证实放疗除引起被照射肿瘤的直接反应外,还可诱发远处、非照射区域肿瘤的退缩,该现象被称为“放射远隔效应”,但相关机制并未完全阐明,且未应用于临床治疗。最近有研究证实了放射远隔效应的作用机制,即:放射线杀死肿瘤细胞,释放肿瘤相关抗原后激活一系列免疫相关通路,促进相关细胞因子的释放进而使T细胞分化成熟,并可通过树突状细胞进一步激活人体的固有免疫和适应性免疫来杀伤肿瘤细胞,该机制的明确为放疗联合免疫治疗,特别是放疗联合免疫检查点抑制剂的开启和发展奠定了基础。在未来的十年内,随着免疫治疗在临床应用的不断突破,合理地应用放疗联合免疫治疗可能会为目前许多肿瘤的标准治疗带来新的变化。因此,为研发新一代联合治疗方式,我们亟需深入了解放疗所带来的免疫效应。本文在临床、动物、细胞和分子四个维度探索了放疗增强免疫检查点抑制剂疗效的作用和机制。本文采用“总-分-分”的结构,分三部分来论证:第一部分,首先在临床水平证实,在晚期非小细胞肺癌当中,“放疗+免疫”(iRT)显著提高患者生存。虽然相较于单用免疫治疗,“放疗+免疫”优势显著(有统计学差异),但仍有超过一半的病人不能从中获益,因此,我们从放疗(第二部分,临床水平)和免疫(第三部分,动物水平)这两个角度入手,分别利用低剂量放疗和SHP-2抑制剂对其进行优化,提高疗效,并探索潜在机制。第一部分:在转移性非小细胞肺癌中,放疗联合免疫治疗(iRT)疗效显著:两个2期随机对照研究的汇总分析目的既往多个动物实验发现,放疗的加入显著增强免疫治疗,特别是免疫检查点抑制剂(PD-1/PD-L1单抗)的疗效,但到目前为止,仍未有一个临床水平的研究证实,放疗的加入是否会增强免疫治疗的疗效并延长患者的生存。目前,在晚期非小细胞肺癌(Metastatic Non-Small Cell Lung Cancer,mNSCLC)当中,只有两项对比PD-1单抗和PD-1单抗联合放疗的随机分组临床试验(NCT02492568和NCT02444741)。当我们对这两项研究分别进行分析时,都可以看到放疗联合PD-1单抗组有获益的趋势,但由于样本量较少,不足以得出具有足够统计学效力的结论。因此,我们联系了两个研究的通讯作者,获取两个研究的原始数据后进行汇总分析,以进一步研究在晚期非小细胞肺癌当中,放射治疗的加入是否能够增强PD-1单抗的疗效。方法我们将两项研究的意向治疗人群(ITTP,intent-to-treat population)进行合并。主要的研究终点为放射野外客观缓解率(Abscopal response rate,ARR),放射野外疾病控制率(Abscopal control rate,ACR),考虑到放射线对肿瘤的直接杀伤作用,受照射肿瘤的数据并不纳入疗效分析;其他终点还包括,无进展生存时间(Progression Free Survival,PFS),总生存时间(Overall Survival,OS)和相关的亚组分析。结果146例患者纳入最终的分析,76例患者只接受了 PD-1单抗,72例患者接受了 PD-1单抗联合放疗(iRT)。联合组中,放射野外的ARR为41.7%,而PD-1单抗单药组为19.7%(p=0.004);同时,关于放射野外的ACR,联合组为65.2%,PD-1 单抗单药组为43.4%(p=0.0087)。中位PFS 为 9.0个月 VS 4.4 个月(p=0.026);中位OS为19.2个月VS 8.7个月(HR 0.66;p=0.006)。针对于不同放疗模式的亚组分析显示,24Gy/3f联合PD-1单抗组的ARR为47.2%,50Gy/4f联合PD-1单抗组的ARR为56.2%,二者均优于PD-1单抗单药组(p<0.05);传统分割组(45Gy/15f)的有效率仅为20%,同PD-1单抗单药组无统计学差异。结论在晚期非小细胞肺癌当中,相对于免疫单药组(PD-1单抗),放疗联合免疫(iRT)显著提高疗效并延长生存,被证实是一种有效的治疗模式。但也不可否认,iRT的有效率仅为41.7%,仍需要进一步的优化。第二部分:利用低剂量放疗增强放疗联合免疫(iRT)的疗效目的临床前研究证实,低剂量放疗会重塑肿瘤基质并提高肿瘤免疫治疗的疗效。在本人参与的几个放疗联合免疫的临床试验中发现,大分割放疗,特别是立体定向放射治疗(Stereotactic Body Radiation Therapy,SBRT),所产生的散射线(低剂量放疗)能提高没有接受大分割放疗病灶对免疫治疗的疗效。基于此假说,我们对该现象进行了临床水平的探索。方法我们对在MD Anderson癌症中心正在进行的三个放疗联合免疫的临床研究进行了汇总分析(病人均为IV期,且治疗方案为SBRT联合免疫检查点抑制剂)。共155个病人接受了 SBRT联合免疫治疗;其中26个病人的远隔病灶(未接受大分割放疗的病灶)受到了低剂量放疗。低剂量放疗的类型有两种,第一:大分割放疗产生的散射线(20人);第二:人为的利用新的等中心(isocenter)产生放射线(6人)。考虑到我们的主要研究终点是低剂量放疗后远隔病灶的疗效,因此我们对接受到低剂量放疗的远隔病灶(低剂量远隔病灶)和未接受到低剂量放疗的远隔病灶(无剂量远隔病灶)的疗效进行对比。根据最新的RECIST 1.1标准进行疗效评价,CR(完全缓解)或者PR(部分缓解)的病例我们称之为治疗有效。结果在纳入研究的26个病人中,共有83个远隔病灶可供我们分析,其中38个为低剂量远隔病灶,45个为无剂量远隔病灶。低剂量病灶放疗剂量的平均值是7.3Gy(1.1-19.4Gy),低剂量放疗和免疫治疗的中位间隔时间是27天(0-105天),中位起效时间是39天(10-153)天。有20个(53%,20/38)低剂量远隔病灶对免疫治疗有效,相对应的,仅有8个(18%,8/45)无剂量远隔病灶有效,有显著统计学差异(p=0.001)。同时具有低剂量和无剂量远隔病灶的病人有22人(33个低剂量病灶和45个无剂量病灶),14个(42%,14/33)低剂量病灶对免疫治疗有效,而相应的无剂量远隔病灶均无疗效。同时,对于无剂量远隔病灶有疗效的病人,其相应的低剂量远隔病灶也都对免疫治疗有效。结论低剂量放疗的介入,会显著提高大分割放疗(SBRT)联合免疫检查点抑制剂治疗晚期恶性肿瘤病人的疗效(远隔病灶),换言之,低剂量放疗会增强放疗联合免疫(iRT)的疗效。第三部分:利用SHP-2抑制剂增强iRT抗肿瘤作用的疗效及机制研究目的免疫检查点抑制剂(如PD-1/PD-L1单抗)已经成为驱动基因阴性的晚期非小细胞肺癌(NSCLC)的标准治疗。但是,由于原发或继发耐药,大约80%的患者对免疫疗法无响应。既往的研究报道,虽然放射治疗可以克服PD-1耐药,改善肿瘤微环境,但其疗效仍然不能令人满意。酪氨酸磷酸酶SHP-2在某些肿瘤组织或免疫细胞中表达,同时发挥促进肿瘤增殖和抑制抗肿瘤免疫原性的作用。基于此,我们提出了假说,在PD-1耐药的小鼠模型中,三联治疗(放射治疗,SHP-2抑制剂和PD-L1抑制剂)或许会克服免疫治疗耐药并增强抗肿瘤作用。方法移植瘤模型的构建思路为:将PD-1耐药的344SQ-NSCLC腺癌细胞系,在6-8周龄的129Sv/Ev小鼠身上进行皮下种植,在小鼠左腿建立第一肿瘤模型,给予放疗;右腿建立第二肿瘤模型,不给予放疗,用来观察远隔效应。治疗方式为:SHP099(SHP-2抑制剂,口服),PD-L1抑制剂(Duvalumab,腹腔注射)和大分割放射治疗(XRT,12Gy×3次)。结果放疗与SHP099和PD-L1抑制剂的联合使用可促进局部和远处的抗肿瘤效应,减少肺转移灶,并延长小鼠的存活时间。同时,放疗会增加第二肿瘤中SHP-2阳性的M1型肿瘤相关的巨噬细胞浸润(P=0.019)。SHP099会促进M2型肿瘤相关巨噬细胞向M1型极化,促进CD8+T细胞增殖的同时会降低放射治疗引起的调节性T细胞(Tregs)的表达。结论SHP-2抑制剂的加入会通过上调M1型巨噬细胞和CD8+T细胞显著提高放疗联合免疫(iRT)的疗效,并进一步克服PD-1的耐药,有必要开展临床研究进一步验证该疗法。