前言

在过去的十年中,免疫肿瘤学(IO)领域发生了一场革命,最显著的推动因素是免疫检查点抑制剂(ICI)治疗的批准和临床实施。然而,只有10-30%的患者能够在ICI的治疗中获益,尤其抗肿瘤免疫力低下或缺乏抗肿瘤免疫力的癌症患者(“冷”肿瘤)对ICI的治疗反应欠佳。

为了使这些患者对ICI敏感,需要启动新的肿瘤靶向免疫反应。这包括触发炎症信号、先天性免疫激活,包括招募和刺激树突状细胞(DC),并最终启动肿瘤特异性T细胞。肿瘤局部治疗触发这些途径的能力正在被越来越多地探索,其目的是开发与ICI的组合策略,以产生持久的反应。未来的方向包括以替代检查点、共刺激激动剂和靶向可能增强抗原性途径的药物为特征的新型组合。

肿瘤免疫的”冷“与”热“

免疫检查点只是有效抗癌免疫的一部分,突变负荷、抗原释放和呈递、炎症信号和TME成分的巨大多样性都在ICI疗效中发挥着关键作用。肿瘤免疫“冷热”的概念是这种多因素多样性的整体表现,代表了肿瘤诱导有效抗癌免疫的能力。

免疫刺激性“热”肿瘤被认为对免疫治疗更敏感。“热”的特征包括富含免疫细胞的TME,高CD8+Teff细胞,具有高CD8:Treg比率,抗原呈递细胞(APC)和炎症M1极化巨噬细胞浸润,以及免疫刺激性细胞因子产生(如I型IFN)。高肿瘤突变负荷(TMB)或微卫星不稳定性(MSI)导致的高肿瘤抗原(TAA)可用性也与ICI反应性相关,激活的抗原暴露免疫细胞上的检查点表达以及肿瘤细胞上的PD-L1为ICI治疗提供了靶点。

免疫抑制性“冷”肿瘤对免疫治疗反应性较低。它们的特征是缺乏或排斥Teff,具有较高比例的免疫抑制性Treg和M2极化巨噬细胞。抗原可用性差,例如低TMB和排斥APC的肿瘤,这意味着免疫细胞启动不理想,并抑制了有效的抗癌免疫反应,使ICI治疗无效甚至有害。例如,在缺乏有效启动的情况下,PD-1阻断可导致T细胞功能障碍和抗PD-1抵抗。非反应性基因标记和免疫抑制性细胞因子的产生如IL10和TGF-β)导致免疫细胞的缺乏,包括还有其他TME成分的免疫抑制作用,例如癌症相关成纤维细胞(CAF)、缺氧和异常血管系统。

尽管肿瘤的免疫冷热很复杂,也并非普遍,但它在ICI治疗反应中起着关键作用。即使在循环抗原特异性T细胞较高的情况下,TME水平上的耐药机制仍然占主导地位,因此,局部操纵TME以增加免疫“热”度以改善ICI反应性是一种合理的治疗策略。

免疫激活的细胞和分子机制

免疫学研究的进展已经证实放疗诱导的DNA损伤是一种病毒模态,触发溶瘤病毒(OV)疗法自然刺激的相同内在抗病毒炎症途径。这些保护性途径也可被其他药物(如TLR或STING激动剂)靶向,使致病物质或细胞缺陷得以识别和呈现,从而导致炎症信号级联和先天性以及适应性免疫反应。

天然免疫细胞上表达的模式识别受体(PRR)已进化为检测微生物致病分子,统称为病原体相关分子模式(PAMP)。细胞质核酸传感器cGMP-AMP合成酶(cGAS)和维甲酸诱导基因I(RIG-I)不仅对检测感染细胞很重要,而且对癌细胞的免疫识别也很重要。肿瘤发生过程中或治疗后细胞应激引起的胞质双链DNA(dsDNA)和dsRNA的组成和丰度的变化分别由cGAS和RIG-I等PRR检测,从而导致STING和线粒体抗病毒信号蛋白(MAVS)的激活。由此产生的复杂下游信号,包括IRF3和NFkB依赖性途径,最终导致I型干扰素和其他促炎症细胞因子的表达。

免疫激活也可以在没有微生物产物的情况下发生,而不是由应激或死亡细胞释放的炎症信号触发,这统称为损伤相关分子模式(DAMP)。ATP、HMGB1和钙网蛋白等DAMP是免疫原性细胞死亡(ICD)高度炎症过程的标志,ICD被定义为一种调节性细胞死亡机制,能够在宿主体内诱导适应性免疫反应。代谢介质ATP释放到细胞外空间分别通过P2Y2和P2X7受体触发DC的招募和激活,而HMGB1的分泌通过TLR-4激活DC,钙网蛋白移位到细胞表面,向抗原呈递细胞提供“吃我”信号,并导致目标细胞的吞噬作用。在癌症方面,ICD导致TAA的释放,并随后引发癌症特异性免疫反应。

总之,治疗诱导的炎性PAMP和DAMP信号为激活的DC提供了一个有利的环境,使其能够处理肿瘤源性抗原并将其交叉呈递给T细胞,从而与ICI协同启动并维持全身肿瘤特异性免疫应答。因此,ICD的诱导以及由此产生的肿瘤佐剂性的增加是免疫原性局部治疗(如OV和放疗)疗效的关键机制。

溶瘤病毒疗法

溶瘤病毒是自然发生或基因修饰的病毒,通过直接细胞裂解和刺激抗癌免疫反应选择性感染和破坏肿瘤细胞。

OV的免疫刺激作用是多模式的。病毒复制触发细胞溶解和ICD,这将释放病毒子代以继续周围肿瘤细胞中的裂解级联反应,产生用于交叉启动APC和DAMP的TAA,随后导致刺激1型IFN介导的抗肿瘤免疫反应。细胞固有抗病毒机制在OV介导的免疫中也起着不可或缺的作用。病毒DNA和RNA分别由CGA和RIG-I等PRR感应,触发STING介导的ATP依赖性炎症级联反应,导致JAK/STAT通路上调和促炎性细胞因子释放。

OV疗法作为一种免疫佐剂与其他免疫调节疗法(如ICI)相结合的潜力已变得显而易见,OV疗法呈现出诱人的前景。它们具有抗癌活性和肿瘤选择性,通常具有良好的耐受性,无重叠的副作用,并且能够增加OV注射和非注射肿瘤的免疫热度。OV/ICI组合的一些临床试验目前正在进行中。

单纯疱疹病毒

在T-Vec被批准用于治疗黑色素瘤后,基于单纯疱疹病毒-1(oHSV-1)的溶瘤病毒获得了迄今为止最广泛的临床应用。在T-Vec中,HSV主干已通过删除ICP34．5和ICP47以及插入GM-CSF进行修饰,以增强选择性和免疫效果。

到目前为止,T-Vec/ICI联合治疗的结果好坏参半。IT-Tvec和Ipilimumab治疗晚期黑色素瘤的II期试验显示,响应率显著改善(38%对18%),且无额外的安全问题。然而,一项评估T-Vec联合Pembrolizumab的III期研究最近因中期分析无效而终止,尽管在试验的1b期部分有很好的转化数据。这突出表明,关于这些复杂组合策略的生物学基础,还有很多需要学习的地方。

腺病毒

一些oADV正在临床开发中,并已与ICI疗法联合试验。ONCOS-102是一种oADV,E1A Rb结合位点缺失24bp,以减弱正常组织中的复制,并添加GM-CSF以增强免疫。一项由两部分组成的针对晚期黑色素瘤患者的I期研究(NCT03003676)同时或序贯与抗PD-1治疗相结合,提供了OV克服ICI耐药性能力的证据,结果报告了35%的ORR。一项联合Durvalumab针对卵巢癌和结直肠癌腹膜转移患者的I期研究(NCT02963831)显示,治疗后CD8+T细胞浸润,PD-L1表达增加,看到一些临床活动的证据,但只有1个持久反应。第二阶段招募正在进行。

DNX-2401是另一个删除了E1A的oADV。IT DNX-2401联合Pembrolizumab治疗复发性GBM的II期剂量递增研究发现,在招募的49名患者中,ORR为11．9%,有2个持久响应,中位OS为12．5个月。

CG0070是加入GM-CSF的oADV。评估CG0070联合Pembrolizumab治疗难治性非肌肉浸润性膀胱癌(NMIBC)的II期研究正在进行中(NCT04387461)。

LOAd703是一种修饰型oADV,携带免疫刺激转基因TMZ-CD40L和4-1BBL。目前正在招募一项1/2期试验(NCT02705196),该试验将评估LOAd703联合标准护理化疗(吉西他滨/nab紫杉醇)和Atezolizumab治疗胰腺导管腺癌(PDAC)。众所周知,胰腺癌被免疫排斥在外,然而,联合治疗显示出增加抗原特异性T细胞和减少循环中的MDSC,中期报告中有6/10的受试者出现部分应答。

最后,改良的oADV TILT-123编码两种免疫刺激细胞因子(IL-2和TNF-a),与抗PD-L1治疗相结合具有良好的临床前活性。计划于2021年进行TILT-123与抗PD-L1药物Avelumab联合研究。

其他类型OV

溶瘤柯萨奇病毒株CVA21(Cavatek)和ICI治疗之间的协同作用已被证明,CVA21治疗后TME发生变化,CD8+T细胞浸润增加,PD-L1和其他免疫检查点受体上调。Ib期MITCI试验(NCT02307149)评估了晚期黑色素瘤患者中CVA21联合Ipilimumab治疗的效果。观察到ORR为38%,无剂量限制毒性。对晚期黑色素瘤进行的IT CVA21和Pembrolizumab治疗的I期CAPRA研究结果显示,ORR为73%。

改良痘苗痘病毒JX-594(Pexa Vec)与ICI联合治疗也在研究中。最近一项针对肾癌患者的Ib期研究(NCT03294083)报告了联合Cemiplimab治疗的疗效证据。此外,其正在进行一项进一步的研究(NCT02977156),招募晚期实体瘤患者,将IT JX-594与Ipilimumab联合应用。

肿瘤内注射溶瘤性水泡性口炎病毒(oVSV)构建的VSV-hIFNbetasodium碘转运体目前正在开展与Avelumab联合治疗晚期实体瘤的临床试验(NCT02923466)。溶瘤脊髓灰质炎病毒PVSRIPO也正在与nivolumab联合治疗PD-1难治性黑色素瘤(NCT0412759)以及和atezolizumab联合治疗胶质瘤(NCT03973879)。

放射疗法

抗原性通过诱导与突变相关的肿瘤新抗原的暴露和呈递而增加,这些新抗原是T细胞介导的抗肿瘤免疫反应的关键靶点,并且与ICI反应相关。放射治疗已被证明能促进急性转录程序,包括与DNA损伤和修复相关的基因,其中许多基因在肿瘤中经常发生突变。此外,放疗通过增强蛋白质降解和mTOR调节的翻译增加肽库。当与MHC I类表达增加相结合时,这会导致更多抗原肽被宿主免疫细胞识别,并增强TCR多样性。

电离辐射引起的DNA损伤导致dsDNA在细胞质中积累,以及微核形成。这种双链DNA被cGAS识别,随后激活STING,从而触发I型干扰素的转录。此外,放射疗法通过诱导DAMP,导致DC以剂量和分次依赖的方式激活。

放射治疗和ICI的结合仍然是一个研究兴趣不断增加的领域,目前有500多项研究涉及这些组合的临床试验,近年来这一数字大幅增加。下表总结评估RT/ICI组合一些前瞻性临床研究的非详尽结果。

其它局部疗法

其他旨在提高TME炎症表型的策略也在临床开发中。这些包括局部提供的免疫佐剂、非病毒溶瘤剂和物理热疗法,如高强度聚焦超声(HIFU)。下表总结了一些正在进行的临床研究。

PV-10

PV-10是一种常用结膜染料荧光素的小分子类似物,目前正在作为癌症免疫疗法进行临床评估。PV-10选择性地积聚在肿瘤细胞内的溶酶体中,导致免疫原性细胞死亡、PAMP、DAMP和TAA释放以及抗原特异性抗癌T细胞反应。

PV-10联合Pembrolizumab针对晚期黑色素瘤患者的Ib期试验(NCT02557321)达到了安全性的主要终点,并有9%的CR和57%的PR,两个扩展队列目前正在招募中。

Toll样受体激动剂

Toll样受体(TLR)是一个PRR家族,最常见于DC和巨噬细胞,但也存在于T细胞和肿瘤组织。它们在先天性和适应性免疫反应中发挥关键作用,识别潜在有害的PAMP和DAMP,包括微生物核酸和TAA,并触发细胞凋亡和免疫细胞成熟和招募。

一些临床试验正在评估TLR激动剂与ICI的组合。I/II期Lightning-204多中心研究(NCT02644967)评估了肿瘤内TLR-9激动剂(tilsotolimod)联合Ipilimumab治疗PD-1难治转移性黑色素瘤的安全性和疗效。局部和远处病变均有反应,ORR为22．4%(2个CR),中位OS为21个月。但随后的LIGHTURE-301试验(NCT03445533)未能达到其主要终点,与单独使用Ipilimumab相比,ORR没有显著改善。

另一个TLR-9激动剂(CMP-001)和Pembrolizumab治疗PD-1难治性黑色素瘤患者的1b期试验(NCT02680184)结果显示,最佳ORR为23．5%,中位缓解期为19．9个月。在另一项与atezolizumab联合治疗PD-1耐药的非小细胞肺癌临床试验(NCT03438318)中,CMP-具有可耐受的安全性,然而没有客观反应,在第1阶段后终止了试验。

其他正在进行的临床试验包括TLR-7/8激动剂NKTR-262与Nivolumab和聚乙二醇化IL-2联合治疗晚期实体瘤(NCT03435640);IT TLR-7激动剂LHC165联合抗PD-1治疗晚期实体瘤(NCT03301896),TLR-8激动剂motolimod联合抗PD-1药物nivolumab治疗HNSCC(NCT03906526)以及卡介苗联合Durvalumab+/-RT治疗NMIBC(NCT03317158)。

STING激动剂

STING是cGAS/STING途径的关键组成部分,是先天免疫和适应性免疫之间的桥梁。STING在与cGAMP或其他CDN结合时被激活,导致刺激1型IFN反应、免疫细胞募集、促进DC成熟和启动抗原特异性免疫。

目前正在进行多项临床试验,评估STING激动剂和ICI的联合疗法。STING激动剂MK-1454与Pembrolizumab联合治疗晚期实体瘤或淋巴瘤的首次人体试验(NCT03010176)显示了令人鼓舞的安全性和早期疗效证据。目前正在进行二期研究,评估MK-1454与Pembrolizumab联合治疗HNSCC(NCT04220866)以及ADU-S100与Pembrolizumab联合治疗HNSCC(NCT03937141)的安全性和疗效。

Melphalan

Melphalan是一种氮芥烷基化化疗药物,广泛用于癌症治疗。其局部治疗已被证明可通过启动ICD增强免疫细胞浸润和抗原递呈,同时将系统性副作用降至最低。一项Melphalan联合ipilimumab的II期临床试验显示PFS有改善以及62%的CR。然而,由于较小的样本数,其均未达到显著性差异。

溶瘤肽

溶瘤肽(OPs)是一种具有净正电荷和大部分疏水氨基酸残基的短多肽,旨在模拟天然抗菌肽。这使它们能够选择性地通过带负电荷的磷脂膜进入较高磷脂酰丝氨酸暴露的癌细胞。

溶瘤肽LTX-315/401和RT53、已被证明在黑色素瘤和纤维肉瘤模型中触发ICD和DAMP释放以及IFN-Ⅰ分泌,导致局部免疫浸润和肿瘤消退。LTX-315目前正在联合Pembrolizumab进行一项I期试验(NCT04796194)。

基于热和超声的治疗

高强度聚焦超声(HIFU)是一种非侵入性的热疗方式,主要用于治疗实体肿瘤患者,这些患者不适合手术和放疗。HIFU被证明能诱导人类癌细胞的ICD,促进DAMP的产生以及细胞因子的产生,从而使巨噬细胞从抑制性M2-分化为抗肿瘤M1表型。目前正在进行的一项1期研究正在评估HIFU联合Pembrolizumab治疗转移性乳腺癌的疗效(NCT03237572)。

小结

尽管近年来取得了巨大的进步,ICI治疗在免疫性冷肿瘤的治疗中仍然基本无效。局部免疫调节疗法可以和ICI之间产生协同效应,然而应答和耐药性的机制非常复杂,很可能没有一种单一疗法能够克服肿瘤介导的免疫抑制,多靶点组合可能代表免疫治疗策略的未来。

为了克服ICI在冷肿瘤中缺乏有效性,并最大限度地发挥局部治疗组合的协同作用,还有很多需要学习的地方。对于局部治疗后肿瘤发生的生物学变化的持续研究正在为设计更有效的策略奠定基础。局部免疫调节仍然是肿瘤治疗的一个强有力的补充,有可能使更多患者对免疫检查点阻断产生反应。

参考文献:

1．Kickstarting Immunity in Cold Tumours:Localised Tumour Therapy Combinations With Immune Checkpoint Blockade． FrontImmunol． 2021; 12: 754436．