放疗联合免疫检查点抑制剂治疗非小细胞肺癌介入时机及安全性的研究进展

Research Progress on Interventional Time and Safety of RT Combined with ICIs for NSCLCL

摘要: 非小细胞肺癌(non-small lung cancer, NSCLC)是一种常见且致命的恶性肿瘤。放疗(Radiotherapy, RT)是NSCLC一种有效的局部治疗手段。免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors, ICIs)，尤其是抗程序性细胞死亡受体1 (PD-1)、程序性细胞死亡配体1 (PD-L1)抗体等药物，使NSCLC患者的无进展生存(progression-free survival, PFS)和总生存(overall survival, OS)有显著延长，为NSCLC患者带来新的希望。但由于一些患者对免疫治疗未产生应答，且很多患者在治疗后很快出现原发性或继发性耐药，因此单纯的ICIs对于治疗NSCLC的疗效仍不满意。近年来，基于RT可以调节免疫系统的原理，一些研究发现在NSCLC的ICIs治疗中加入RT会显现出更好的疗效，但临床上对于RT介入时间及加入RT后安全性仍有争议。本文就ICIs联合放疗的作用机制、介入时机以及安全性问题的研究进展进行总结和论述，为临床治疗提供参考。

Abstract: Non-small cell lung cancer (NSCLC) is a common and fatal malignant tumor. Radiotherapy (RT) is an effective local treatment modality for NSCLC. Immune checkpoint inhibitors (ICIs), especially anti-programmed cell death receptor-1 (PD-1), and programmed cell death ligand 1 (PD-L1) antibodies, have significantly prolonged the progression-free survival (PFS) and overall survival (OS) of NSCLC patients. However, the efficacy of ICIs alone in the treatment of NSCLC is still unsatisfactory since some patients do not respond to immunotherapy and many patients develop primary or secondary drug resistance soon after treatment. In recent years, based on the principle that RT can modulate the immune system, some studies have found that adding RT to ICIs for NSCLC shows better efficacy in the treatment, but the timing of RT intervention and the safety of adding RT are still controversial in clinical practices. This article reviews and discusses the research progresses on the mechanism of the combined radiotherapy and ICIs therapy, the timing of RT intervention, and relevant safety issues, providing references for clinical treatment.

1. 引言

肺癌是全球发病率第二，病死率第一的癌症[1]。临床上，最常见的类型是非小细胞肺癌(NSCLC)，约占所有病例的85%。约30%的患者就诊时即为晚期，没有手术切除的机会，5年生存率往往低于20% [2]。传统的药物如含铂化疗、放疗(RT)、靶向药物等是治疗NSCLC的主要手段，但也未能解决肿瘤的进展及耐药问题。相关研究表明ICIs单药在治疗NSCLC中客观缓解率可达到15%~20%，在NSCLC治疗中具有里程碑意义[3]。随着临床试验的进行以及技术的进步，科学家对RT影响患者免疫系统以及全身肿瘤反应等方面产生浓厚兴趣，并进行了相关研究。大量临床试验表明，ICIs联合RT治疗黑色素瘤中在照射或非照射的病变中具有更好的抗肿瘤反应，显著延长患者的总生存期[4] [5]，而在治疗NSCLC仍处于探索阶段。本文主要结合国内外最新研究进展，对抗PD-1/PD-L1抗体联合RT治疗NSCLCL的作用机制、疗效、介入时机、安全性等方面进行综述。

2. RT与ICIs协同作用机制

2.1. 放疗增强肿瘤免疫反应

2.1.1. RT诱导肿瘤免疫原性死亡，产生远位效应

RT的抗肿瘤作用是由于活性氧释放引起DNA双链断裂导致有丝分裂细胞死亡。有研究表明RT不仅可以改变肿瘤微环境还可以产生远位效应[6] [7]。高剂量的照射诱导DNA双链断裂并损伤肿瘤细胞。短时间内，受损的细胞向血液中释放大量肿瘤相关抗原(TAA)片段，机体的抗原提呈细胞(APC)对其识别，称为抗原爆发。之后，激活的T细胞被募集以攻击照射野外的肿瘤细胞称为远位效应。基于RT触发的抗原爆发微环境，通过抗PD 1/PD-L1抗体的共同刺激，机体的免疫反应显著提高，从而对肿瘤产生明显的杀伤作用[8]。

2.1.2. 重塑肿瘤微环境

在肿瘤微环境中，辐射会导致基质，免疫和血管发生变化。辐射可增加CD8⁺ T细胞的浸润[9]，不仅可以诱导T淋巴细胞CD8⁺表面MHC-1的表达，还能诱导T淋巴细胞CD8⁺和自然杀伤(NK)淋巴细胞表面死亡受体和配体的表达，使肿瘤细胞被这些免疫细胞识别并破坏。低剂量照射促进肿瘤脉管系统的正常化和M2样巨噬细胞向M1样的极化，M1样巨噬细胞诱导Th1趋化因子的表达，将CD8⁺ T细胞和CD4⁺ T细胞募集到发生肿瘤的部位，从而促进T细胞介导的抗肿瘤作用。

2.2. ICIs对RT的增敏作用

放疗导致肿瘤细胞乏氧，进而通过各种机制导致肿瘤细胞对放疗的敏感性下降(见图1) [10]。肿瘤细胞乏氧主要与照射刺激诱导免疫抑制的细胞因子分泌有关，而发挥肿瘤免疫抑制作用。ICIs可以恢复肿瘤血管，改善肿瘤细胞的氧合，进一步增加放疗的敏感性[11]。另一方面，放疗使肿瘤表面的PD-L1的表达增加，协助肿瘤细胞发生免疫逃逸。而免疫检查点抑制剂可识别并阻断PD-L1，发挥抗肿瘤的作用[12]。

(a) 缺氧可引起抗辐射性更强的CD133+癌症干细胞增加，并通过HIF-Notch1通路抑制癌症干细胞的分化。(b) 缺氧可以通过抑制肿瘤细胞S期DNA的复制和促进原癌基因的表达来增加肿瘤的辐射抵抗力。(c) miR-30a和miR-205的表达由于Dicer在缺氧条件下表达受损而降低，导致肿瘤蛋白p53诱导型核蛋白1降低。这种蛋白质会降低放射敏感性。该过程也可以通过减少miR-124和miR-144来减弱PIM1原癌基因的抑制作用来实现。(d) HIF-1的增加导致糖酵解关键酶的活性增加。葡萄糖糖酵解产生的丙酮酸、乳酸、还原型谷胱甘肽和过氧化氢与ROS反应，减少辐射引起的肿瘤损伤。HIF-1的增加会增加CAIX、PDGF、VEGF等促肿瘤血管生成基因的表达。(e) 在缺氧条件下，血红素加氧酶-1、金属硫蛋白II和c-Jun癌基因的表达增加，使肿瘤细胞更具侵袭性。

Figure 1. Hypoxia reduces the radio sensitivity of tumor cells

图1. 缺氧会降低肿瘤细胞的放射敏感性

3. 放疗联合ICIs治疗不同时期NSCLC介入时机

3.1. 放疗联合ICIs治疗早期NSCLC

早期NSCLC主要是通过手术、RT等局部治疗手段，尽管控制率很高，但早期患者治疗失败往往与远处转移或复发相关，4年远处控制率为54%，癌症特异性生存率为75.3% [13]。新辅助化疗临床试验发现，对于小的、局限性病灶(<4 cm)的患者没有显著的益处[14]。近年来，研究发现小剂量多次分割RT、立体定向体放射治疗(SBRT)与ICI联合可以促进肿瘤免疫反应的产生，几项研究正在探索辅助放疗联合免疫可能改善可切除早期NSCLC无病生存率的假设。Altorki等人[15]在2019年世界肺癌大会上提交的初步数据证明了新辅助免疫治疗联合小剂量多次分割RT治疗可手术I-IIIA期NSCLC患者的潜力，在这项研究中，患者随机接受新辅助Durvalumab，有或没有RT (24 Gy分3次照射于单个部位)。接受RT的患者显示完全病理缓解率(CPR)为47% (8/17)，主要病理学缓解率(MPR)为24% (4/17)定义为残留肿瘤≤10%。相比之下，单独免疫治疗组的CPR或MPR为0% (0/17)。该项研究展现RT联合ICIs对早期NSCLC的临床益处。对于早期不可切除的NSCLC目前SBRT是标准治疗方法，但局部或远处复发或两者同时发生是常见的。美国的一项早期NSCLC患者进行了单独SABR与SABR联合免疫治疗(I-SABR)的随机2期试验[12]，从2017年6月30日至2022年3月22日，将156名参与者被随机分配(1:1；使用Pocock & Simon方法)接受SABR，有或没有四个周期的Nivolumab (480 mg，每4周一次，首次给药日期为在SABR治疗后当天或之后36小时内)。在中位33个月的随访中，ICIs联合SABR显著提高了4年无病生存率，从53% (95% CI 42%~67%)提升至77% (95% CI 66%~91%)且毒性可耐受，但需要从目前正在进行的一些III期试验中进一步确认。上述研究初步证实了对于早期不可切除的NSCLC放疗后加以免疫治疗有显著的临床意义。

3.2. 放疗联合ICI治疗局部晚期NSCLC

3.2.1. 同步放化疗联合免疫巩固治疗

局部晚期NSCLC (LA-NSCLC)仍是一种具有挑战性的疾病，目前现有的治疗方案疗效不尽人意，使用化疗或靶向抑制剂进行巩固治疗的研究未能使得局部晚期NSCLC的PFS或OS有显著获益。值得注意，III期PACIFIC [16]试验证明了在局部晚期NSCLC中加入巩固免疫治疗后的显著生存获益。本研究将不可切除的IIIA或IIIB期NSCLC患者随机分配至接受或不接受辅助Durvalumab的根治性的放化疗。与未接受免疫巩固治疗的患者相比，接受Durvalumab治疗的患者显示PFS (17.2个月vs. 5.6个月；p < 0.001)和2年OS (66.3% vs. 55.6%; p = 0.0025)改善[17]。接受Durvalumab治疗组的缓解率为28.4%，安慰剂组为16.0%。无论PD-L1表达如何，在所有患者人群中均观察到PFS和OS获益。同时该试验中发现了有趣的现象：在同步放化疗完成后14天内开始ICIs与更大的PFS相关：HR 0.39 (95% CI, 0.26~0.58) vs. 0.63 (95% CI, 0.49~0.80)。该试验初步说明在同步放化疗后2周时开始免疫巩固患者可能会获得更好的益处，还需要更进一步的临床对照试验来给予证明。此外，Durmetal最近报告了一项II期试验的结果，该试验评估了不可切除的III期NSCLC患者在放化疗后巩固Pembrolizumab的治疗方案。与历史对照相比，至转移性疾病的时间、PFS和OS均有所改善，中位值分别为30.7、18.7和35.8个月[18]。基于上述两种研究表明同步放化疗联合免疫巩固治疗LA-NSCLC有显著的临床效益，对于放化疗后免疫介入的确切时机及最佳的组合方案值得进一步的试验进行探索。

3.2.2. 同步放化疗及免疫治疗

两项临床前研究表明，ICIs与RT同时给药的获益增加。Dovedi等人[18]证明分次放疗的同时给予ICIs而非序贯给药可改善生存率。从机制上讲，在RT治疗后促进机体CD8⁺ T细胞的产生，后者产生的IFNγ介导肿瘤细胞上的PD-L1上调，协助ICIs抗肿瘤作用。Jabalan等人最近在JAMA肿瘤学上报告了一项I期试验的结果[19]，该试验评估了PD-1抑制剂与NSCLC的标准放化疗同时进行。21例患者接受Pembrolizumab联合同步放化疗。观察到6个月和12个月PFS分别为81%和69.7%，由此激发了更大规模的前瞻性研究。该研究的中位PFS为18.7个月，74%的患者中观察到部分缓解，16%的患者中观察到总体缓解。免疫治疗与标准同步放化疗同时给予治疗LA-NSCLC在临床上取得效果是否优于其他治疗模式，还需要更多的II期、III期临床试验给予支持。

3.2.3. 免疫诱导治疗联合同步放化疗

虽然同步放化疗后的巩固ICIs可提高NSCLC的生存率，但前期同步放化疗期间对于一些体积过大的肿瘤更容易导致放射性缺氧[20] [21]。因此，该方案对巨大LA-NSCLC患者具有挑战性，会引起发生的肺炎风险增高以及局部区域控制较差等问题的出现[22]。在CheckMate 816试验中[23]，手术前新辅助化疗免疫治疗为IIIA期NSCLC患者带来的生存获益大于IB-II期疾病患者，可能是因为新辅助ICIs联合化疗可以更好地缩小肿瘤体积，并有助于提高后续根治性治疗的疗效。因此，在根治性cCRT (同步放化疗)之前进行诱导免疫治疗，可以使巨大LA-NSCLC患者受益是有合理依据的。在随机III期NEOTORCH试验中，Toripalimab (一种人源化IgG 4抗程序性细胞死亡-1 (PD-1)单克隆抗体)与化疗联合作为II/III期NSCLC根治性手术前的新辅助治疗相比，显著改善了无事件生存期(EFS) (p < 0.001)。此外，在单组、II期NeoTAP 01研究中[24] [25]，在可切除的III期NSCLC中，新辅助Toripalimab和化疗后进行手术也产生了有利的结局和可控毒性。鉴于目前越来越多的证据表明新辅助治疗Toripalimab在LA-NSCLC中的获益，cCRT前诱导Toripalimab也可能改善大体积不可切除LA-NSCLC的疗效。在诱导免疫治疗的背景下，放疗更有可能发挥免疫协同效应，逆转抗PD-1/PD-L1耐药并且激活远位免疫应答。有必要进行更多的前瞻性试验，以确定诱导免疫联合同步放化疗治疗巨大LA-NSCLC的疗效和安全性。

3.3. 放疗联合ICIs治疗转移性NSCLC

很多患者在就诊时已经出现了远处转移，可选择的治疗方案是非常有限，尤其是对于驱动基因阴性的患者可选择的治疗方案更是少之又少。2017年Shaverdian等人对98例入组1期KEYNOTE-001试验的患者进行了分析[26]，比较在Pembrolizumab治疗之前接受或未接受RT治疗的患者。该试验表明，既往接受过RT的患者中位OS显著改善至10.7个月，而既往未接受过RT的患者中位OS为5.3个月(p = 0.026)。对于既往接受过颅外RT的患者，中位OS改善至11.6个月，而既往未接受过颅外RT的患者为5.3个月(p = 0.034)。观察到的临床在免疫治疗的背景下RT引起的全身免疫应答。随后，荷兰癌症研究所的PEMBRO-RT研究[27]和MD安德森癌症中心(MD Anderson Cancer, MDACC) [28] II/III期试验评估了联合或者不联合免疫疗法在治疗转移性NSCLC的疗效。前者随机试验中，免疫检查点抑制剂联合SBRT与单纯的免疫检查点抑制产生的应答率没有显著差异(p = 0.07)，尤其是对于PD-L1表达阴性的患者。后者试验表明，SBRT与治疗应答率增加和PFS延长有关。两项研究均提示免疫联合RT对转移性NSCLC有临床益处，但均无统计学意义，可能与样本量受限有关。对于寡转移的NSCLC，BAUML等开展的一项单臂II期研究[29]，在手术或者SBRT治疗4~12周后接受Pembrolizumab治疗显示较以往数据PFS有显著延长。更多的临床研究正在进行，免疫联合RT能否给转移性的NSCLC带来显著的临床效益仍有待确认。

4. 放疗联合ICI的安全性

随着对RT联合ICIs治疗NSCLC研究的不断进行，其安全性的评估也随着逐渐增加。许多研究表明，两者联合在临床中患者可表现出良好的耐受[30]。然而，毒性反应可能会随着不同的RT剂量、技术以及联合ICIs的不同方案而出现不同的毒性表现。在KEYNOTE-001临床试验的二次分析中，晚期NSCLC患者接受放疗和Pembrolizumab治疗后PFS和OS显著延长，并且不良反应可接受。在另外一项研究中提示，相对于单纯的RT，RT联合免疫治疗会导致3级以上的不良反应发生率增加，但无统计学意义[31]。Levy等人[32]证明了在接受姑息性RT剂量的10例患者中同时使用Durvalumab和RT的安全性，没有因RT而导致的3级或更高级别的不良事件。Hwang等人[33]回顾性分析了164例接受胸部RT和免疫检查点抑制的患者，未发现免疫相关AE增加。该研究主要由接受60Gy治疗的患者组成，在接受免疫检查点抑制前平均8.6个月接受RT治疗。相比之下，对117例患者的回顾性研究发现，在RT的30天内接受SBRT同时接受免疫检查点抑制剂的患者的3级肺炎发生率增加(10.7% vs. 0%; p < 0.01) [34]。根据目前研究结果来看，RT与免疫治疗联合的安全性是可接受的，但在胸部照射时还需警惕严重性肺炎的发生。未来的研究，包括正在进行的随机研究，将有助于进一步阐明免疫治疗和RT组合的毒性特征。

5. 总结与展望

RT和ICIs在机制上协同抗肿瘤作用为NSCLC的综合治疗开创了新篇章。随着越来越多对免疫治疗的基础及临床研究的进行，以及放疗精准技术的快速发展，放疗联合免疫治疗恶性肿瘤必然是未来研究的热点。目前的研究已经初步证实了放疗联合免疫检查点抑制剂会给NSCLC患者带来显著的临床效益。对于二者组合的最佳方案，包括放射剂量、放射技术、免疫药物的选择等方面，仍需要更多的探究。此外，并不是所有患者对放疗联合免疫治疗都有很好的抗肿瘤反应，那么该如何精准地选择患者，检测疗效以及监测管理毒副反应等一系列问题有待解决。

NOTES

^*通讯作者。