光動(dòng)力學(xué)療法誘導抗腫瘤免疫反應研究的進(jìn)展
黃正1強永剛2陳偉2
惡性腫瘤是以細胞異常增生為特征的常見(jiàn)疾病,早期診斷和及時(shí)治療是降低腫瘤患者死亡率的關(guān)鍵。但惡性腫瘤的早期診斷和有效控制仍是醫學(xué)界的棘手問(wèn)題。手術(shù)治療、放射治療與
藥物治療仍是目前治療惡性腫瘤的常規手段。但這些傳統的治療手段常難以獲得理想療效,醫學(xué)界仍在不斷探索治療惡性腫瘤的新方法。光動(dòng)力學(xué)療法(photodynam2ictherapy,PDT)是逐漸趨向成熟的治療腫瘤和非腫瘤疾病的一種新手段。在臨床上,光動(dòng)力學(xué)療法及其與傳統治療手段聯(lián)合應用治療惡性腫瘤的技術(shù)已逐漸被接受。為了有效控制和根治惡性腫瘤,光動(dòng)力學(xué)療法以及其他傳統治療手段往往在抗腫瘤免疫的參與下,才有可能達到抗局部原發(fā)腫瘤、抗轉移腫瘤和防止腫瘤復發(fā)等理想效果[1]。本文對光動(dòng)力學(xué)療法誘導抗腫瘤免疫的臨床前期研究進(jìn)展作一綜述,并對光動(dòng)力學(xué)療法誘導的抗腫瘤免疫反應anti2tumorimmuneresponses)的機制及其作用和影響進(jìn)行討論。
一、光動(dòng)力學(xué)療法在腫瘤治療中的應用
光動(dòng)力學(xué)療法是集光源、導光器件、組織光學(xué)和藥物制劑等技術(shù)為一體的醫學(xué)新技術(shù)。光動(dòng)力學(xué)療法主要涉及2個(gè)步驟,第一步是局部或全身使用光敏劑(photosensitizer或photosensitizingagent);第二步是使用合適波長(cháng)和強度的光對
病灶進(jìn)行局部照光,激活病灶內或病灶周?chē)墓饷魟2]。在氧分子的參與下,光敏劑的光化學(xué)反應能夠產(chǎn)生一系列有細胞毒性的活性分子,它們對細胞的破壞作用,將直接導致病灶內的病變細胞發(fā)生壞死(necrosis)或凋亡(apoptosis)[3,4]。
光動(dòng)力學(xué)療法除了可以引起這種局部直接細胞毒性效應(directcytotoxicity),即細胞靶向光動(dòng)力學(xué)療法;還具有破壞
血管的效應(anti2vasculareffect),即血管靶向光動(dòng)力學(xué)療法。如果在血管內光敏劑的濃度峰值期內照光,能夠導致微血管損傷,引起病灶血供不足,間接引起病灶內的細胞發(fā)生壞死或凋亡[5]。另外,光動(dòng)力學(xué)療法在局部誘發(fā)的非特異性炎性反應以及后期的一系列免疫反應也有抑制和破壞腫瘤的系統性效應[6]。
由于傳統的表淺光動(dòng)力學(xué)療法(superficialPDT)的光傳輸技術(shù)的非介入性和無(wú)損傷性操作的特點(diǎn),光動(dòng)力學(xué)療法對皮膚、鼻咽
口腔等腔道表淺腫瘤以及下呼吸道、消化道和
泌尿生殖道黏膜的表淺腫瘤的治療有特別的優(yōu)勢。合理使用光動(dòng)力學(xué)療法能夠根治這些部位的癌前病變和早期腫瘤。對某些晚期腫瘤、復發(fā)腫瘤和一些不適合手術(shù)的腫瘤,光動(dòng)力學(xué)療法也是一種有效和簡(jiǎn)便的姑息治療手段。因此,光動(dòng)力學(xué)療法已在很多國家獲得正式批準。
隨著(zhù)組織間光動(dòng)力學(xué)療法或介入性光動(dòng)力學(xué)療法(in2terstitialPDT)和術(shù)中光動(dòng)力學(xué)療法(intra2operativePDT)技術(shù)的發(fā)展,光動(dòng)力學(xué)療法的臨床適應證不斷擴大,現在光動(dòng)力學(xué)療法還可用于治療深部的甚至大體積的實(shí)體瘤[1]。這些方面的進(jìn)展逐漸改變了光動(dòng)力學(xué)療法僅適合作為姑息治療的傳統觀(guān)念。目前國內外都在研究光動(dòng)力學(xué)療法治療惡性腫瘤的臨床價(jià)值和探索如何進(jìn)一步提高光動(dòng)力學(xué)療法治療惡性腫瘤的有效性[1,7]。光動(dòng)力學(xué)療法誘導的免疫反應和相應的長(cháng)期和系統性腫瘤抑制效應,無(wú)疑也是提高光動(dòng)力學(xué)療法有效性的一個(gè)可能的途徑[6]。有學(xué)者認為,在某些情況下,光動(dòng)力學(xué)療法對腫瘤細胞的局部直接作用可能還不足以達到有效控制和根治惡性腫瘤的效果,必須在抗腫瘤免疫的參與下才能達到抗原發(fā)腫瘤甚至抗轉移腫瘤和防止腫瘤復發(fā)的遠期治療效果[8210],探討PDT誘導的免疫反應已是光動(dòng)力醫學(xué)研究中的一個(gè)重要課題,PDT誘導的免疫反應的強弱及其抗腫瘤效應將是綜合評價(jià)PDT治療惡性腫瘤的臨床價(jià)值的一個(gè)重要指標。
二、抗腫瘤免疫和腫瘤的免疫治療
免疫系統由中樞淋巴器官、外周淋巴器官、免疫細胞和免疫分子組成。機體免疫應答過(guò)程有賴(lài)于免疫系統不同細胞之間的相互作用,包括細胞間直接接觸和通過(guò)釋放細胞因子或其他介質(zhì)的相互作用。機體的免疫功能與腫瘤的發(fā)生有密切關(guān)系,當機體的免疫功能低下或受抑制時(shí),腫瘤的發(fā)生率往往會(huì )增加。腫瘤發(fā)生后,機體可能會(huì )發(fā)生或強或弱的特異性和非特異性的免疫應答反應,發(fā)揮不同程度的抗腫瘤作用。機體抗腫瘤免疫的機制包括細胞免疫和體液免疫。
通常,細胞免疫為主,體液免疫為輔。然而,腫瘤本身具有的一些特性(如誘導抑制性細胞的產(chǎn)生,誘導體液抑制因子的分泌,腫瘤細胞分泌具有免疫抑制作用的因子等)也會(huì )阻礙機體自身抗腫瘤免疫的建立。對于晚期惡性腫瘤患者,機體的自身抗腫瘤免疫效應和作用往往很有限。另外,治療惡性腫瘤常用的放療和化療等常規手段常常會(huì )進(jìn)一步抑制機體的免疫功能。
早期的為數不多的光動(dòng)力學(xué)療法動(dòng)物實(shí)驗曾提示腹膜的直接照射可能引起免疫抑制效應[11],但同一條件下的皮膚照射卻沒(méi)出現類(lèi)似的免疫抑制反應。通常,這種免疫抑制是暫時(shí)的,并且是可逆的[12]。目前的研究和應用的結果顯示,PDT沒(méi)有放療和化療那樣明顯的抑制機體免疫功能的副作用[13]。相反,PDT可能誘導有益于治療的抗腫瘤免疫效應。
為了激發(fā)和增強機體的免疫功能,更好地控制惡性腫瘤,腫瘤的免疫治療(immunotherapy)也日漸成為一個(gè)活躍的領(lǐng)域[14]。免疫治療包括主動(dòng)免疫治療和被動(dòng)免疫治療。主動(dòng)免疫治療是指給患者輸入具有免疫原性的腫瘤
疫苗,刺激機體的免疫系統產(chǎn)生特異性的抗腫瘤免疫。被動(dòng)免疫治療則是指給患者輸入外源性的具有免疫效應的物質(zhì),由這些物質(zhì)在患者體內發(fā)揮治療腫瘤的作用。PDT和主動(dòng)或被動(dòng)免疫治療相結合的抗腫瘤研究,已有一些進(jìn)展。有一些動(dòng)物實(shí)驗顯示,體外PDT處理的腫瘤細胞裂解物具有免疫原性,可看作是一種有效的腫瘤疫苗,這種通過(guò)PDT作用產(chǎn)生的疫苗,較紫外線(xiàn)或放射線(xiàn)作用產(chǎn)生的疫苗具有更強的抗原性,能夠誘發(fā)特異的IFN細胞并激活樹(shù)突狀細胞,并可明顯地提高接種疫苗的動(dòng)物的生存率[15]。
另外,利用高度特異性的腫瘤單克隆抗體為載體,將光敏劑直接引導到腫瘤病灶內,也可增強光敏劑在腫瘤或病變細胞內的選擇性分布。這種靶向光動(dòng)力學(xué)療法有助于特異性地殺傷腫瘤細胞,提高光動(dòng)力學(xué)療法的效率。幾種常用的光敏劑[如HpD、mTHPC、AlPc(SO3H)4及BpD2MA等]的免疫偶聯(lián)物(immunoconjugate)的動(dòng)物在體實(shí)驗顯示,光敏劑與單抗組成的免疫偶聯(lián)物能夠改變光敏劑的生物分布,提高光敏劑對腫瘤細胞的親和力,延長(cháng)其在腫瘤細胞內的滯留期,同時(shí)也降低光敏劑在皮膚的分布,減少PDT的皮膚光敏毒性[16218]。這種抗腫瘤靶向治療還可能增加靶向細胞和組織對光敏劑的攝取。與此類(lèi)似,它還可以通過(guò)受體導向技術(shù)改善亞細胞水平的定位,從而把光敏劑引導到更敏感的部位[19]。
動(dòng)物實(shí)驗還顯示,光動(dòng)力學(xué)療法治愈的荷瘤動(dòng)物的血清具有過(guò)繼免疫性轉移性(adoptiveimmunetransfer)。將治愈后動(dòng)物的血清或脾細胞輸入給同種動(dòng)物,還可以誘發(fā)這些動(dòng)物的免疫抗拒,抑制同種移植腫瘤的生長(cháng)[20,21]。
由于目前認為免疫治療還只能清除少量的和播散的腫瘤細胞,對于晚期的實(shí)體腫瘤的療效還有一定的局限性,所以只能作為一個(gè)輔助療法。然而,PDT與免疫療法的聯(lián)合應用,可以進(jìn)一步提高和改善PDT誘發(fā)的抗腫瘤免疫反應。但是,光動(dòng)力學(xué)療法和免疫治療相結合的抗腫瘤研究工作目前仍停留在動(dòng)物實(shí)驗階段,需要深入研究。
三、光動(dòng)力學(xué)療法誘導宿主免疫反應的多樣性
大量研究結果顯示,局部PDT可直接或間接地誘發(fā)一系列免疫應答反應。PDT引起的免疫反應的類(lèi)型通常與其劑量大小有關(guān)。有些免疫修飾作用甚至在小于可以引起皮膚炎癥或紅斑的劑量時(shí)就可能發(fā)生。這可能和不同細胞對PDT的敏感性不同有關(guān)。在亞致死劑量水平,細胞的功能會(huì )受到不同程度的影響[22]。無(wú)論是免疫細胞還是非免疫細胞,它們的功能改變都可能會(huì )影響機體免疫系統。在細胞存活率受到影響之前,與免疫調節有關(guān)的一些細胞性狀(如信號轉導、細胞因子的形成及表面受體的表達等)都有可能在PDT作用過(guò)程中受到不同程度的修飾。有大量證據表明,PDT作用誘發(fā)的氧化應激反應可促進(jìn)應激蛋白的表達,激活核因子κB和AP21,它們能夠控制多種細胞因子如IL26、IL2
10、腫瘤壞死因子、粒細胞集落刺激因子、Toll樣受體等及其免疫相關(guān)基因的表達,誘發(fā)較強的免疫應答反應[23226]。光動(dòng)力學(xué)療法對細胞膜和血管壁造成的損傷還能夠誘發(fā)一系列促炎反應,釋放不同的炎性物質(zhì),繼而引發(fā)受照射組織的局部急性炎癥反應,導致大量炎性細胞如中性粒細胞、肥大細胞、單核細胞、巨噬細胞等在受照部位迅速集聚,這些細胞會(huì )引發(fā)強烈的炎癥啟動(dòng)的免疫反應[2,27]。隨著(zhù)劑量的增加,受照射的細胞可能發(fā)生凋亡。如果免疫系統的細胞發(fā)生凋亡,無(wú)疑會(huì )對免疫功能有不利的影響[28]。目前有學(xué)者提出,以引發(fā)細胞凋亡為主要療效的低劑量光動(dòng)力學(xué)療法在臨床上可能會(huì )有一些特殊的優(yōu)勢[1,29],其中一個(gè)重要的理由就是因為伴隨細胞凋亡的局部炎性反應相對較弱,相應的副作用可能較少。由于炎性反應是誘發(fā)機體免疫反應的重要前奏,以誘發(fā)細胞凋亡為主的PDT作用和以誘發(fā)細胞壞死為主的PDT作用所引起的免疫反應肯定有所不同[13]。所以,以誘發(fā)細胞凋亡為主的PDT作用對免疫系統的影響及其臨床價(jià)值還有待進(jìn)一步探討。
在治療劑量或更大的劑量下,細胞死亡造成的細胞膜破損和細胞器的釋放、細胞器的膜結構和細胞膜的變化,都會(huì )在受照射部位引發(fā)局部炎性反應,從而激發(fā)各種機體免疫反應[8]。光動(dòng)力學(xué)療法誘導的一系列免疫反應的重要性正逐漸得到認可和重視,其生物效應和抗腫瘤作用也是PDT研究中的一個(gè)重要課題。
四、光動(dòng)力學(xué)療法誘導的抗腫瘤免疫
初步的臨床試驗證實(shí),PDT誘導腫瘤組織中T淋巴細胞的增生,可以改善抗腫瘤治療的療效和預后[30]。PDT誘導的免疫調節反應在較低的劑量下就可能發(fā)生,因為在細胞存活率受到影響之前,與免疫調節有關(guān)的一些細胞性狀就可能已經(jīng)被修飾,從而改變免疫功能,但這種改變的抗腫瘤作用尚未肯定。有人認為,在引起細胞凋亡的劑量條件下,PDT作用可使得腫瘤細胞產(chǎn)生抗原性物質(zhì),并由抗原呈遞細胞(antigenpresentingcells,APC)呈遞給腫瘤特異性的T淋巴細胞[6]。如前所述,在治療劑量下,腫瘤細胞迅速裂解死亡所釋放的促炎物質(zhì)卻能夠引起很強的炎性反應。許多動(dòng)物實(shí)驗顯示,在照射過(guò)程中和照射之后,受照射的腫瘤組織發(fā)生中性粒細胞、肥大細胞、單核細胞、巨噬細胞等大量炎性細胞浸潤,受照射的腫瘤組織開(kāi)始募集樹(shù)突狀細胞和巨噬細胞等抗原呈遞細胞,這個(gè)反應過(guò)程對確保T淋巴細胞對腫瘤特異性的抗原簇的識別及其后續的細胞毒性T淋巴細胞的激活都有重要意義。腫瘤血管床內中性粒細胞的滯留和附著(zhù),可以刺激血管內皮細胞釋放化學(xué)物質(zhì),進(jìn)一步引發(fā)下一輪的免疫反應。單核細胞和巨噬細胞的介入,則有利于激發(fā)一些非特異性的抗腫瘤效應[2]。國內的研究還顯示淋巴細胞轉化率提高,CD4細胞/CD8細胞的比值增高,脾細胞NK活性及LAK活性增強等免疫反應[31,32]。但這些反應的具體信號轉導通道和相關(guān)機制尚不完全明了,仍有待深入研究。根據現有的研究結果推論,PDT誘導的初始免疫反應和其他方法誘導的免疫反應具有共性,都是抗原呈遞細胞激活的結果。而且這個(gè)激活過(guò)程與時(shí)間、炎性反應的強弱以及光動(dòng)力學(xué)療法的劑量等都可能有相關(guān)性。對此,荷蘭的vanDuijnhoven等[13]曾作了一個(gè)比較詳細的總結。也有人提出光動(dòng)力學(xué)療法可造成腫瘤細胞免疫性狀的改變,從而改善和提高腫瘤細胞的抗原性[15]。
光動(dòng)力學(xué)療法誘導的細胞因子的變化及其在抗腫瘤免疫中的作用,也是探明信號傳導通道和相關(guān)機制的一個(gè)重要研究課題。美國RoswellPark腫瘤研究所的Gollnick等[33]長(cháng)期致力于PDT抗腫瘤機制的研究,他們通過(guò)對PDT誘導的細胞因子、趨化因子和黏附因子的表達和中性粒細胞局部浸潤現象的深入研究,發(fā)現不同的光敏劑所激活的細胞因子和炎性反應會(huì )有所不同。他們認為通過(guò)合理調控有益的炎性反應可能是優(yōu)化光動(dòng)力學(xué)療法的抗腫瘤免疫作用的一個(gè)有效手段。
加拿大不列顛哥倫比亞癌癥機構(BritishColumbiaCancerAgency)的Korbelik等
[34]長(cháng)期致力于研究補體在PDT誘發(fā)抗腫瘤免疫反應中的作用。PDT可能誘導或激活抗體的產(chǎn)生,但抗體的存在并不一定意味該抗體有抗腫瘤的活性,所以他認為補體激活也是PDT誘發(fā)抗腫瘤免疫反應的一個(gè)重要過(guò)程。他指出光動(dòng)力學(xué)療法誘導的補體級聯(lián)反應的活化和受照射腫瘤局部的補體蛋白的沉積過(guò)程,都能夠對PDT的抗腫瘤效果有很大影響。最近他們又進(jìn)一步證實(shí),補體激活劑和PDT的聯(lián)合應用能夠擴大PDT誘導的補體激活效應,提高PDT的抗腫瘤效果。
另一方面,大量的動(dòng)物實(shí)驗還提示,PDT與其他免疫療法和免疫佐劑的聯(lián)合使用,也可能提高光動(dòng)力學(xué)療法和免疫療法的療效,并達到對腫瘤的長(cháng)期有效控制。比如,光敏劑ICG和新型免疫佐劑———糖化殼聚糖(glycatedchitosan,GC)的激光免疫療法(laserimmunotherapy,LIT),成功地治愈了大鼠乳癌轉移腫瘤[10,20]。利用DMBA誘發(fā)的DMBA24鼠乳癌模型,本文作者陳偉還證實(shí),治愈后的動(dòng)物對二次接種能夠產(chǎn)生免疫抗拒。并且,治愈后動(dòng)物的血清或脾細胞輸入同種動(dòng)物,還可以誘發(fā)這些動(dòng)物的免疫抗拒,抑制同種移植腫瘤的生長(cháng)。這些實(shí)驗進(jìn)一步證明,對腫瘤敏感的淋巴細胞及其免疫記憶細胞可以在脾臟和遠處的淋巴結中找到。盡管光動(dòng)力學(xué)療法是局部治療手段,但可以誘發(fā)系統性和長(cháng)效的抗腫瘤免疫。新近的實(shí)驗研究顯示,糖化殼聚糖與Pho2tofrin或mTHPC光動(dòng)力學(xué)療法的聯(lián)合使用,與單純的光動(dòng)力學(xué)療法相比,前者可以明顯地提高腫瘤治療的效果。而且,糖化殼聚糖的免疫刺激作用較其他幾種常用的免疫佐劑如弗氏完全佐劑、弗氏不完全佐劑、短小棒狀桿菌菌苗等的效果都要明顯[35],PDT與糖化殼聚糖的聯(lián)合使用有望很快進(jìn)入臨床試驗。
五、結論
為了有效地控制惡性腫瘤,PDT可以和免疫療法聯(lián)合應用,以提高和改善PDT誘發(fā)的抗腫瘤免疫反應。為進(jìn)一步加強或擴大PDT誘發(fā)的抗腫瘤免疫,PDT可能更適合與過(guò)繼免疫療法(adoptiveimmunotherapy,AIT)等生物治療方案聯(lián)合使用。目前這些方面的研究仍限于臨床前期的動(dòng)物實(shí)驗,臨床研究尚有待加強。PDT除了具有直接殺傷腫瘤細胞和破壞腫瘤組織結構等局部效應外,還可發(fā)揮誘發(fā)機體免疫反應的功效。在抗腫瘤免疫的參與下PDT能達到抗局部原發(fā)腫瘤、甚至抗轉移腫瘤和防止腫瘤復發(fā)等多種治療效果。PDT誘導的初始免疫反應是抗原呈遞細胞激活的結果。這個(gè)激活過(guò)程與PDT的劑量和炎性反應的強弱等都可能有一定的關(guān)聯(lián)性,需要進(jìn)一步深入研究。