免疫治疗时代NSCLC放疗的机遇与挑战

2021
01/08

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近期在《Translational Lung Cancer Research》发表的一篇综述,为大家介绍了放疗与免疫治疗联合的基本原理以及联合治疗的机遇与挑战

近年来,免疫治疗从根本上改变了癌症患者的临床治疗策略。免疫检查点抑制剂(ICIs)可逆转肿瘤微环境的免疫抑制效应,达到抗肿瘤的作用。尽管PD-1、PD-L1和CTLA-4抗体已改善了NSCLC患者的治疗模式,但单独使用ICIs的应答率仅为19%-47%,因此,为了增强患者抗肿瘤的免疫能力,开始了ICI和放疗联合的探索。

放疗是一种传统的癌症治疗手段,20世纪90年代,放疗和化疗的结合提高了患者局部肿瘤的控制和生存获益,成为了III期NSCLC患者的标准疗法,并一直持续至今。早在1953年研究者发现,在多发病灶的患者中,照射野外的肿瘤也会退缩,这种现象被称为“远隔效应”,近年,远隔效应也被认为是免疫介导产生的。

近期在《Translational Lung Cancer Research》发表的一篇综述,为大家介绍了放疗与免疫治疗联合的基本原理以及联合治疗的机遇与挑战1。

放疗联合免疫治疗的机会

放疗是一把双刃剑,既可以刺激免疫系统,也可以抑制免疫系统。

对免疫系统的抑制:

放疗后,通过募集TAMs、Treg细胞和MDSCs来诱导免疫抑制环境;

放疗还可增加TGFR-β和HIF-1α的分泌,抑制DC成熟,诱导内皮细胞产生辐射抗性。

对免疫系统的刺激:

放疗破坏肿瘤细胞DNA双链,导致细胞死亡;

放疗可以暴露先前隐藏的肿瘤相关抗原(TAA),并诱导免疫刺激分子(如:DAMP、ATP、HMGB1)释放,从而促进DC成熟和抗肿瘤T细胞的激活;

环鸟苷酸-腺苷酸合成酶(cGAS)检测DNA损伤,触发环化GMP-AMP (cGAMP)合成,调节干扰素基因刺激因子(STING)。STING通过一系列的磷酸化反应诱导细胞因子的表达,如IFN-1、IL-6和TNF-α;

放疗还会重塑肿瘤床的脉管系统并影响淋巴细胞向肿瘤的募集;

此外,放射线还可以促进对照射野外病变的破坏,即所谓的远隔效应。

临床前研究表明,放疗联合ICIs可以系统地根除小鼠模型中的疾病2,3。有研究发现放疗增加了肿瘤微环境中PD-L1的表达,放疗联合抗PD-L1治疗不仅有效地控制了局部肿瘤的生长,且通过激活细胞毒性T细胞和减少MDSCs在小鼠体内的积聚,延缓了远处肿瘤的生长4。在NSCLC小鼠模型中,放疗联合PD-1抗体可通过CD8 + T细胞的浸润增强抗肿瘤活性5,6。另一项回顾性研究表明,NSCLC放化疗后肿瘤PD-L1表达增加,为放化疗后应用ICIs提供了病理学基础7。

因此,联合治疗的潜在机制是放疗可以激活免疫系统对抗肿瘤细胞,ICIs可以通过阻断免疫检查点来逆转肿瘤微环境的免疫抑制效应。

同时,也有一些临床研究评估了放疗联合免疫治疗的疗效:

KEYNOTE-001研究的二次分析显示,与未接受过放疗的患者相比,先前接受过放疗患者的PFS(4.4 vs. 2.1个月; P=0.019)和OS(10.7 vs. 5.3个月; P=0.026)均显著延长。在接受过放疗的患者(43%)中,39%的患者接受过颅外放疗,25%的患者接受过胸部放疗。进一步分析显示,与未接受颅外放疗的患者相比,接受过颅外放疗的患者的PFS(6.3 vs. 2.0个月;P=0.0084)和OS(11.6 vs. 5.3月;P=0.034)明显更长。

PEMBRO-RT是一项II期研究,在SBRT作用于单个肿瘤病灶后使用Pembrolizumab治疗晚期NSCLC患者,探索在Pembrolizumab前进行SBRT是否能增强抗肿瘤反应。该研究共纳入92例患者,其中76人被随机分配到试验组和对照组(仅使用Pembrolizumab)。

试验组在完成SBRT(24Gy,分3次)后的7天内给予Pembrolizumab,12周时,这些患者的ORR翻了一倍(18% vs. 36%;P=0.07);试验组的mPFS(1.9 vs. 6.6个月;P=0.19)和OS(7.6 vs. 15.9个月;P=0.16)也有所改善。亚组分析显示PD-L1阴性患者的PFS和OS明显延长,提示放疗可能改变PD-L1阴性肿瘤的微环境,从而促进Pembrolizumab的作用。

一项系统综述8显示ICI联合SBRT比单独ICI治疗有更高的远隔效应反应率,提示对ICI治疗无效者可通过放疗转化为应答者,但并未显示OS和PFS有获益。因此,进一步的研究应该集中在这种联合疗法的患者选择上。

综上所述,放疗和免疫治疗相结合可以增强免疫应答,但在最佳剂量和分割、靶区、放疗和免疫治疗的顺序以及联合治疗的毒性等方面仍有待研究。

放疗与免疫治疗相结合面临的挑战

放疗的时机选择

目前,放疗和免疫治疗的最佳时机和顺序尚不清楚。

联合免疫治疗和放疗的最佳顺序取决于免疫治疗促进的激活机制。

14天内:2018年ESMO报道的PACIFIC研究表明,放化疗后辅助给予Durvalumab可以改善PFS和OS。无论完成放疗的时间长短,Durvalumab组的PFS均长于安慰剂组(<14天:NR vs. 4.8个月,HR=0.39;≥14天:14.0 vs. 5.6个月,HR=0.63)。多因素分析显示,在14天内使用Durvalumab与较好的OS相关(图1)。

图1 PACIFIC更新OS亚组分析结果

21天内:另一项回顾性研究9报告了放疗后开始免疫治疗的不同最佳时间。这项研究纳入了在国家癌症数据库(NCDB)2004至2015年间接受SBRT治疗的转移性NSCLC患者。共13862例符合研究标准,其中371例患者在SBRT后接受了免疫治疗。

分析显示,与SBRT开始后21天内接受免疫治疗的患者相比,在SBRT开始后至少21天接受免疫治疗的患者有更长的OS(19 vs. 15个月;P=0.0335)。但该回顾性研究包含了许多混杂因素影响,因此,放疗后接受免疫治疗的最佳时间仍然需要通过大型随机临床试验来探索。放疗和免疫治疗的综合效果不仅与两者的间隔时间有关,还与它们使用的顺序有关。

表1 正在进行的探索放疗时机的研究

尽管DETERRED研究与PACIFIC研究结果相比,在生存方面没有显著改善,但研究发现Atezolizumab联合放化疗是安全可行的。一个包括肿瘤大小、动力学和免疫标记物在内的定量系统药理学模型表明,在放疗之前或同时给予抗PD-L1可能产生更好的协同效应10。许多研究不同治疗组合序列的试验正在进行中,未来将确定改善患者临床结果的最佳组合。

剂量和分割

随着技术的进步,低分割放疗已广泛应用于靶体积相对较小的NSCLC患者。

临床前研究显示,高剂量放疗可能导致肿瘤特异性CD8+T细胞浸润增加,Fas或细胞间黏附分子(ICAM)表达上调,肿瘤相关多肽表达增强11-13。

然而,抗CTLA-4抗体联合24Gy/3次照射可产生有效的远隔效应,而单次剂量20Gy则不能3。低分割放疗诱导内源性胞浆DNA积聚,进而激活人STING(hSTING)通路,催化ICs募集。高于12~18 Gy的放射剂量可诱导核酸外切酶TREX1降解胞质DNA14。

目前公认的是,放射剂量为8~10Gy/次,1~2次,似乎是诱导有效抗肿瘤反应的最佳剂量15。PACIFIC研究的一个亚组分析发现,无论常规放疗的总放射剂量是多少,患者都能享有显著的生存益处。

表2 探索不同放射剂量和分割方式的研究16-18

目前尚无大型临床试验证明放疗与免疫治疗相结合的最佳剂量和分割方式。但我们可以推测,放射免疫疗法可能需要比最大耐受剂量更低的放射剂量,这为较低剂量放射与免疫疗法相结合提供了机会。

放射靶区和剂量

临床上常规使用60 Gy的放射剂量来根除肿瘤,对于亚临床疾病则使用45-50 Gy的预防性剂量19,20。由于肿瘤相关的引流淋巴结(DLN)是抗肿瘤T淋巴细胞激活和聚集的重要部位21,选择性淋巴结照射(ENI)可能影响获得性免疫反应。

因此,通过照射DLN,在接受立体定向放疗和ENI治疗的小鼠模型中,获得性免疫反应被减弱,特别是当放疗和免疫治疗相结合时22。然而,目前还没有临床试验评估DLN照射联合放疗和免疫治疗局晚期NSCLC的疗效。

相关研究提示,淋巴细胞减少会严重影响患者的临床结果,接受5Gy放射治疗的肺组织体积和肿瘤总体积是淋巴细胞减少的重要预测因子23。此外,外周淋巴细胞是放射敏感细胞,50%细胞失活所需计量(D50)低至2Gy24。常规照射30次可使99%的循环细胞受到至少0.5Gy的照射25。一项系统综述显示26,放疗诱导的淋巴细胞减少(RIL)是OS的独立预测因子。

此外,若干研究表明,心脏、肺和身体接受的平均放射剂量以及免疫细胞的辐射估计剂量(EDRIC)与淋巴细胞减少有关23,27-29。因此,应确定要照射组织的适当体积,建议使用SBRT或质子疗法来减少平均剂量,并最大程度降低RIL。

临床前研究表明,部分肿瘤接受放疗即可引起肿瘤反应30。同样,一项I期研究评估了转移性实体瘤患者接受多位点SBRT后再给予Pembrolizumab治疗的安全性,结果显示,局部和完全放疗患者3个月的疾病控制率无显著差异31。

转移灶体积大于65mL者使用局部SBRT治疗,局部放疗组肿瘤体积中位数为116.6 mL,完全放疗组为7.2mL。然而,该试验的结果应该谨慎考虑,因为SBRT计划排除的肿瘤区域也接受了低剂量的放疗,导致了部分接受放疗的转移性肿瘤也产生了相应反应32。此外,68例患者中只有17例接受了局部放疗,随访时间太短,无法获得OS33。

自从一份病例报告描述了一例黑色素瘤患者在接受Ipilimumab和放疗后产生的远隔效应以来,许多临床试验都探索了单一病灶照射联合ICI的疗效34。然而,新出现的证据表明,这种策略不会产生实质性的远隔效应或任何临床获益35。

考虑到不同转移灶的不同TAA,肿瘤基因组的异质性以及肿瘤负荷,建议采用多部位而不是单一部位照射,以提高放疗联合ICI的疗效36。此外,对特定转移灶的照射应以照射的可行性和安全性为基础。例如,肺实质和肝组织对SBRT有耐受性。

一项评估SBRT联合Ipilimumab治疗NSCLC和肝转移患者的安全性和有效性的I期试验显示,肝SBRT的T细胞活化作用高于肺SBRT,进而产生更有利的患者预后37。但是,骨髓是免疫豁免的部位,这是一种在放疗后某些部位不能产生抗肿瘤反应的现象38,39。因此,骨放疗并不能提高ICI的疗效。

获得性耐药

尽管ICIs使NSCLC的治疗发生了革命性的变化,但原发性和获得性免疫耐药会影响ICIs的疗效,迫切需要制定更有效的策略来克服这种耐药性。

获得性耐药的可能机制是发生新抗原丢失、JAK1/JAK2突变、耗竭T细胞的表观遗传稳定性以及抑制性免疫检查点上调40-43。

一项研究描述了晚期NSCLC患者对PD-1/PD-L1抑制剂获得性耐药性的临床模式,结果显示获得性耐药性仅限于一个或两个部位,淋巴结是获得性耐药最常见的部位44。15例获得性耐药患者接受放疗等局部治疗,两年生存率为92%(95%CI:0.77-1.00),11例患者在局部治疗后继续接受ICIs治疗。因此,研究发现,对ICIs治疗后出现寡进展的患者可以接受放疗,以延长ICI的疗效。

尽管放疗和免疫治疗的结合改善了临床结果,正如许多临床试验所证明,大多数患者最终会复发并产生获得性耐药45,46。

慢性INF-γ激活、ATP转化为腺苷、细胞外基质重构以及Tregs、MDSCs和巨噬细胞的浸润抑制了这种联合治疗的反应47。了解联合治疗获得性耐药的机制为制定克服这种耐药的策略提供了基础,设计以肿瘤微环境中的成分为靶点以减少免疫抑制的临床前和临床试验是至关重要的。

患者选择

目前在选择合适患者进行联合治疗方面已投入大量精力,但仍然没有可靠的预测标志物或反应模型。对于不可手术的NSCLC,放化疗后经常发生局部或远处进展。由于这些患者的异质性,其5年生存率在6%~30%之间47。

RTOG 0617研究显示,放疗剂量递增组的临床结局并未得到改善,表明局部强化RT剂量可能不适用于所有不可手术的NSCLC患者。因此,建立预测模型来评估不可手术NSCLC的失败模式可以进一步指导个体化的放射联合免疫治疗方案。

既往研究表明:

PD-L1表达、肿瘤突变负荷、DNA错配修复缺陷、IFN-γ相关基因表达和肿瘤浸润淋巴细胞是ICIs的潜在生物标志物49,50。

PACIFIC研究的事后探索性分析显示,在PD-L1表达≥1%的患者中,与安慰剂相比,Durvalumab作为巩固治疗可显著改善PFS和OS(HR =0.46;95% CI: 0.33-0.61)。然而,在PD-L1表达<1%的患者中,与安慰剂组相比,Durvalumab组的PFS和OS并没有明显改善。但亚组分析不能代表试验中的患者,且PD-L1表达<1%的患者较少,故Durvalumab对PD-L1表达<1%的患者的疗效有待进一步探讨。

基于成像数据的放射组学和类似的机器学习方法也有非常好的前景,可无创地评估肿瘤浸润性CD8+ T细胞51。放射组学技术可以对肿瘤特征进行纵向监测。当与肿瘤活检和基因组学相结合时,可以改善患者的选择。

考虑到联合治疗的多样性和复杂性,需要在基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和微生物组等多个水平上寻找合适的生物标志物52。外周血中循环ICs、循环细胞因子和循环抗肿瘤自身抗体也可以作为预测患者对放疗和放射免疫治疗反应的生物标志物53。

综上所述,目前还没有一种生物标志物可以成功预测患者对联合治疗的反应,并且所有现有的潜在生物标志物都需要在临床试验中进行验证。

联合治疗的毒性

放疗和免疫治疗的结合不仅调节免疫反应,还影响与治疗相关的AEs类型和严重程度。一些回顾性研究显示,放疗和ICI联合使用不会增加毒性。

一项对接受抗PD-1/PD-L1治疗的转移性肺癌患者进行的回顾性队列研究显示,放疗和非放疗队列中≥2级irAEs的发生率(13.7% vs. 15.4%;P=0.83)、所有级别肺炎(8.2% vs. 5.5%;P=0.54)和≥2级肺炎发生率(4.1% vs. 3.3%;P>0.99)无显著差异。该研究的局限性在于放疗和抗PD-1 / PD-L1治疗之间的中位时间为8.6个月53。

PACIFIC研究:探索了III期NSCLC发生的肺炎是否影响Durvalumab的疗效。安全性方面与安慰剂组相比,3/4级不良反应发生率为30.5% vs. 26.1% ,任意级别肺炎/放射性肺炎为33.9% vs. 24.8% ,3/4级肺炎/放射性肺炎为3.6% vs. 3%,肺炎导致死亡比率为3.1% vs. 8.6% 。调整Cox比例风险模型中时间依赖性肺炎的存在后,发现OS,PFS和远处转移时间(TTDM)与ITT人群的结果一致(表3)。

此外,在任何模型中,时间依赖性肺炎的出现都不显著(P>0.1)。因此,未发现肺炎的存在影响Durvalumab的疗效。

表3 OS、PFS和TTDM根据研究中肺炎的发生(时间依赖性)和ITT人群进行了调整

UN14-197研究:放化疗后使用Pembrolizumab作为巩固疗法,结果显示5.4%的患者出现3-4级肺炎,5.4%的患者出现3-4级呼吸困难。

NICOLAS研究:当Nivolumab联合同步放化疗时,贫血(47.5%)、疲劳(45%)和肺炎(42.5%)是最常见的不良反应。放疗结束后3个月内未发生3/4级肺炎。因此,在III期NSCLC中,Nivolumab联合同步放化疗的安全性可控,但未来还需要更大规模的试验来验证这些结果。

PEMBRO-RT研究:Pembrolizumab联合SBRT,最常见的不良反应是乏力(39%)、流感样症状(32%)和咳嗽(39%)。联合组肺炎的发生率比Pembrolizumab组高(8% vs. 26%)。12例(17%)出现3~5级Pembrolizumab相关毒性反应,两组间差异无统计学意义(P>0.05)。

在过去的几年里,许多病例报告和单一机构的回顾性研究对放疗联合免疫治疗的安全性进行了探索。许多联合治疗的临床试验正在进行中,在等待进一步验证之前,目前我们可以得出的结论是,放疗联合免疫似乎是安全且可以接受的。

ICIs联合放疗的未来方向

基于大量的临床前和临床研究,放疗与ICIs相结合被认为是未来有效的治疗模式。目前,各种组合方案正在进行,包括不同的免疫疗法,不同的剂量和分割方案,较小的靶病灶以及不同的联合治疗顺序。将来,这些临床试验有望提供确凿的证据,证明NSCLC患者可以从联合治疗中获益。并且,针对不同阶段NSCLC患者的联合治疗方案研究也在开展。

ICIs联合SBRT良好的耐受性为不适合或不愿接受手术切除的早期NSCLC患者提供了制定联合策略的机会;

作为可切除NSCLC的新辅助疗法,免疫治疗的有效性和安全性使得在手术前探索放疗联合免疫作为新辅助疗法成为可能;

在局晚期NSCLC中,放疗与免疫同时进行可能比免疫作为巩固治疗更能改善患者的生存;

在ICIs的同时对多个部位进行SBRT可能会增强转移性NSCLC患者的抗肿瘤疗效。

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放疗,患者,Oncol

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