卞正穎,許卓,唐鐵軍,郭薇
(中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京210009)
傳統(tǒng)抗腫瘤化療藥物的設(shè)計(jì),旨在抑制腫瘤生長(zhǎng)、發(fā)育和增殖,通常具有較高的細(xì)胞毒性和較低的靶向性,易引起多種副作用,產(chǎn)生耐藥性,對(duì)于一些惡性程度高的中晚期腫瘤治療效果不佳。一些化療藥物引起的細(xì)胞死亡是非免疫原性的,死亡的腫瘤細(xì)胞可被機(jī)體清除而不激活免疫反應(yīng),是一種耐受性過(guò)程,從而無(wú)法產(chǎn)生長(zhǎng)效的抗腫瘤效果[1-2]。然而,在臨床研究中發(fā)現(xiàn),某些化療藥物如蒽環(huán)類(lèi)藥物、奧沙利鉑等不僅能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡,而且能夠引起腫瘤患者瘤內(nèi)細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞增多、調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(T regulatory cells,Treg)減少[3-4],產(chǎn)生適應(yīng)性免疫應(yīng)答。動(dòng)物模型研究顯示,蒽環(huán)類(lèi)藥物或奧沙利鉑在免疫完全小鼠中的抗腫瘤效果好于免疫缺陷小鼠,說(shuō)明這種適應(yīng)性免疫應(yīng)答的激活依賴(lài)于機(jī)體免疫系統(tǒng)的作用[5-6]。蒽環(huán)類(lèi)藥物和奧沙利鉑這類(lèi)化療藥物,能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡,并且激活機(jī)體免疫系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗死細(xì)胞抗原,賦予死亡的腫瘤細(xì)胞免疫原性,這一過(guò)程稱(chēng)為免疫原性細(xì)胞死亡(immunogenic cell death,ICD)。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生ICD,將死的細(xì)胞產(chǎn)生新的抗原表位并釋放損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs),招募抗原呈遞細(xì)胞,識(shí)別、吞噬死細(xì)胞抗原,并將其呈遞給T 細(xì)胞,激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答識(shí)別并清除腫瘤抗原,從而產(chǎn)生長(zhǎng)效的抗腫瘤免疫效應(yīng)[7]。因此,將ICD 誘導(dǎo)劑合理、安全地應(yīng)用到腫瘤治療中,對(duì)于激活機(jī)體抗腫瘤免疫,產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的抗腫瘤效果具有重要意義。本文就ICD 的分子標(biāo)記以及目前臨床前或臨床研究中潛在的ICD 誘導(dǎo)劑研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,以期為新型ICD 誘導(dǎo)劑的研發(fā)及其臨床應(yīng)用提供參考。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)是蛋白質(zhì)合成、折疊、運(yùn)輸以及儲(chǔ)存鈣離子的主要場(chǎng)所。當(dāng)ER 中蛋白質(zhì)加工發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),為了快速發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)這些錯(cuò)誤,維持ER 穩(wěn)態(tài),產(chǎn)生進(jìn)化保守的適應(yīng)性機(jī)制,稱(chēng)為未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)[8]。適當(dāng)?shù)腢PR 能夠維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài),促進(jìn)細(xì)胞存活,而過(guò)度激活的UPR則會(huì)引起ER應(yīng)激。ICD 是一種促炎性細(xì)胞死亡,發(fā)生ICD 的關(guān)鍵是產(chǎn)生持續(xù)的活性氧(reactive oxygen species,ROS)和ER 應(yīng)激。ICD 引起的ER 應(yīng)激伴隨著免疫刺激因子以及DAMPs 的釋放,與固有免疫細(xì)胞表面的模式識(shí)別受體(pattern recognition receptor,PRR)結(jié)合,刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生腫瘤相關(guān)抗原特異性T 細(xì)胞,進(jìn)一步誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡以及免疫記憶的建立。
ICD 前期,ER 分子伴侶鈣網(wǎng)蛋白(calreticulin,CRT)轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜表面,作為“eat me”信號(hào),被吞噬細(xì)胞表面的CD91 受體識(shí)別,并促進(jìn)樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cell,DC)成熟,刺激DC 吞噬將死的腫瘤細(xì)胞[9-10]。蒽環(huán)類(lèi)藥物和奧沙利鉑誘導(dǎo)的ICD,其CRT 轉(zhuǎn)位由蛋白激酶R 樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(proteinkinase R-like ER kinase,PERK)磷酸化介導(dǎo),隨后引起真核細(xì)胞起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2α,eIF2α)磷酸化,CRT 從ER 轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體,最終以可溶性N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感性因子附著型的蛋白受體(solubleN-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor,SNARE)依賴(lài)的方式轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜表面[10]。此外,其他胞質(zhì)伴侶分子,如熱 休 克 蛋 白70(heat shock protein 70,HSP70)、HSP90也可外翻至細(xì)胞膜表面,作為“eat me”信號(hào)[11]。
ICD 前期、早期、中期,將死的腫瘤細(xì)胞通過(guò)自噬途徑分泌三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)到胞外。ATP 作為一種“find me”信號(hào),在細(xì)胞外環(huán)境中,與抗原遞呈細(xì)胞(antigen presentation cells,APCs)上的離子型(P2X7)和代謝型(P2Y2)嘌呤受體結(jié)合,刺激APCs 成熟和趨化誘導(dǎo)[12-14]。細(xì)胞外ATP 可激活半胱天冬酶1(caspase1)依賴(lài)的炎癥小體NLRP3 復(fù)合物促進(jìn)白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)分泌,進(jìn)而促進(jìn)CD8+T 細(xì)胞以及γδT 淋巴細(xì)胞產(chǎn)生IL-17,誘導(dǎo)抗腫瘤免疫反應(yīng)[14]。
ICD 晚期,將死的腫瘤細(xì)胞釋放高遷移率族蛋白1(high mobility group box,HMGB1),HMGB1是一種非組蛋白染色質(zhì)結(jié)合蛋白。細(xì)胞凋亡晚期,HMGB1 從細(xì)胞核中釋放出來(lái)與DC 上的Toll 樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)的結(jié)合,激活DC并促進(jìn)DC 向T 細(xì)胞呈遞抗原。TLR4 結(jié)合HMGB1后觸發(fā)了TLR4/MyD88 信號(hào)通路,通過(guò)抑制吞噬體和溶酶體之間的融合來(lái)增強(qiáng)腫瘤抗原,并加速DC對(duì)抗原成分的吞噬[5,15]。
CRT 轉(zhuǎn)位、HMGB1 釋放和ATP 分泌被認(rèn)為是ICD 發(fā)生的3 個(gè)必要條件[5,12,16]。此外,ER 應(yīng)激引起的胞內(nèi)相關(guān)信號(hào)通路激活,也可作為ICD 的分子標(biāo)記。臨床研究中發(fā)現(xiàn),使用蒽環(huán)類(lèi)藥物治療急性髓系白血病,促使腫瘤細(xì)胞需肌醇酶1α(inositolrequiring enzyme-1α,IRE1α)二聚化和磷酸化,產(chǎn)生核酸內(nèi)切酶活性,剪切X 盒結(jié)合蛋白1(X-box binding protein 1,XBP1)形成XBP1 剪切體XBP1s和XBP1u,其中XBP1s 可作為急性髓系白血病患者預(yù)后良好的指標(biāo)[17]。
一些ICD 誘導(dǎo)劑還可以激活TLR3 信號(hào)通路,產(chǎn)生I 型干擾素(interferon,IFN),增加死亡細(xì)胞免疫原性,通過(guò)與腫瘤細(xì)胞上的IFN-α/β 受體結(jié)合,觸發(fā)自分泌和旁分泌途徑,導(dǎo)致趨化因子配體10(CXCL10)的釋放,有助于抗腫瘤免疫應(yīng)答[18]。
近年來(lái),研究顯示干擾素刺激基因(stimulator of interferon genes,STING)信號(hào)通路的激活,能夠產(chǎn)生有效的抗腫瘤免疫應(yīng)答。一些ICD 誘導(dǎo)劑能夠通過(guò)激活STING 信號(hào)通路,誘導(dǎo)適應(yīng)性抗腫瘤免疫。DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ抑制劑替尼泊苷(teniposide)能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞ICD,并通過(guò)激活STING 依賴(lài)的固有免疫信號(hào)通路,增強(qiáng)抗程序性細(xì)胞死亡蛋白-1(programmed death-1,PD-1)免疫治療的有效性[19]。
目前,ICD 誘導(dǎo)劑分為Ⅰ型ICD 誘導(dǎo)劑和Ⅱ型ICD 誘導(dǎo)劑,目前臨床和臨床前研究中已報(bào)道的Ⅰ型ICD 誘導(dǎo)劑和Ⅱ型ICD 誘導(dǎo)劑如表1 所示。Ⅰ型ICD 誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞非ER 靶向的凋亡,引起溫和的ER 應(yīng)激以及ICD 相關(guān)的免疫原性分子釋放;Ⅱ型ICD 誘導(dǎo)劑選擇性靶向ER,通過(guò)ROS 依賴(lài)的ER 應(yīng)激釋放危險(xiǎn)信號(hào)和凋亡信號(hào)[8]。大多數(shù)臨床抗腫瘤藥物,如蒽環(huán)類(lèi)藥物、奧沙利鉑、硼替佐米、環(huán)磷酰胺以及放射治療(下稱(chēng)放療),均屬于Ⅰ型ICD 誘導(dǎo)劑。金絲桃素光動(dòng)力療法、溶瘤病毒療法等屬于Ⅱ型ICD 誘導(dǎo)劑。Ⅰ型和Ⅱ型ICD 誘導(dǎo)劑分別在細(xì)胞凋亡的不同階段發(fā)揮作用。在細(xì)胞凋亡前期,Ⅱ型ICD 誘導(dǎo)劑相比于Ⅰ型ICD 誘導(dǎo)劑,能夠引起更劇烈的ER 應(yīng)激反應(yīng)和高水平的ROS,并且釋放更多的DAMPs,有助于抗腫瘤免疫應(yīng)答[7]。但是,這一長(zhǎng)期的持續(xù)性反應(yīng)促進(jìn)自身調(diào)節(jié)性炎癥循環(huán)以及腫瘤基質(zhì)降解,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[20]。
表1 Ⅰ型和Ⅱ型腫瘤免疫原性細(xì)胞死亡誘導(dǎo)劑及其作用機(jī)制Table 1 Inducers of type I and type II Immunogenic cell death and their mechanisms
續(xù)表1
化療藥物對(duì)免疫系統(tǒng)的影響涉及免疫應(yīng)答多個(gè)環(huán)節(jié),其作用廣泛、機(jī)制復(fù)雜。近年來(lái)研究顯示化療藥物作為ICD 誘導(dǎo)劑的巨大潛力。下文對(duì)目前臨床用作ICD 誘導(dǎo)劑的幾種化療藥物進(jìn)行介紹。
2.1.1 蒽環(huán)類(lèi)藥物蒽環(huán)類(lèi)藥物包括蒽二酮(米托蒽醌等)和蒽吡唑(阿霉素、表阿霉素、柔紅霉素等)已經(jīng)用于治療小兒肉瘤、白血病等。蒽環(huán)類(lèi)藥物主要通過(guò)嵌入DNA 雙鏈堿基、抑制DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ發(fā)揮細(xì)胞毒性作用。2005 年,阿霉素作為首個(gè)ICD 誘導(dǎo)劑被報(bào)道[49],阿霉素誘導(dǎo)的有別于凋亡的細(xì)胞死亡表現(xiàn)出ICD 的特征,例如DAMPs 釋放,包括凋亡前期CRT 轉(zhuǎn)位、凋亡早期ATP 分泌、凋亡中晚期HSP70 釋放以及凋亡晚期HMGB1 釋放。
蒽環(huán)類(lèi)藥物誘導(dǎo)的ER 應(yīng)激反應(yīng)依賴(lài)于CRT 轉(zhuǎn)位[10,41]和ATP 釋放[50]。垂死的腫瘤細(xì)胞釋放的ATP 與DC 上的嘌呤受體P2X7 結(jié)合,引起細(xì)胞內(nèi)K+外流和炎癥小體NALP3 活化,驅(qū)動(dòng)caspase1 介導(dǎo)的IL-1 分泌。蒽環(huán)類(lèi)藥物處理的腫瘤細(xì)胞,通過(guò)自分泌和旁分泌途徑產(chǎn)生Ⅰ型IFN,誘導(dǎo)細(xì)胞死亡[6]。此外,蒽環(huán)類(lèi)藥物誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-17 的γδ T 細(xì)胞在腫瘤部位積累,先于細(xì)胞毒性T 細(xì)胞在腫瘤部位的聚集[51]。
有研究顯示,阿霉素-脂質(zhì)體-微泡復(fù)合物可增強(qiáng)阿霉素誘導(dǎo)的ICD。該復(fù)合物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡增多,CRT 暴露和DAMPs 釋放增加,同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)DC 成熟[52]。此外,有研究表明,阿霉素與DC 疫苗聯(lián)合使用可增強(qiáng)抗腫瘤免疫應(yīng)答。經(jīng)DC 疫苗和阿霉素處理的小鼠轉(zhuǎn)移瘤內(nèi)CD8+T 淋巴細(xì)胞數(shù)量增加,血清IFN-γ 水平升高,腫瘤轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)受到抑制[53]。
蒽環(huán)類(lèi)藥物是一類(lèi)有效的ICD 誘導(dǎo)劑,但其因?yàn)楦弊饔么蠖芟抻谂R床應(yīng)用。因此目前需要尋找能夠誘導(dǎo)ICD 并且副作用小的治療方案。
2.1.2 環(huán)磷酰胺環(huán)磷酰胺是最廣泛使用的烷化劑之一,用于治療血液系統(tǒng)和實(shí)體惡性腫瘤。環(huán)磷酰胺具有顯著的免疫調(diào)節(jié)活性,最顯著的是其抑制Treg的能力,從而消除腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制[54]。環(huán)磷酰胺還可以誘導(dǎo)表現(xiàn)出ICD 的特征,包括細(xì)胞表面標(biāo)記的改變和可溶性DAMPs 的釋放[7],導(dǎo)致腫瘤特異性免疫反應(yīng)的激活。
2.1.3 硼替佐米蛋白酶體抑制劑硼替佐米于2003 年被FDA 批準(zhǔn),并推薦作為多發(fā)性骨髓瘤患者的一線治療藥物。將硼替佐米處理的腫瘤細(xì)胞與DC 共孵育,負(fù)載抗原的DC 可以誘導(dǎo)T 細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ,在硼替佐米處理的腫瘤細(xì)胞中加入HSP90 抑制劑會(huì)減少產(chǎn)生IFN-γ 的T 細(xì)胞的數(shù)量[55]。硼替佐米作為一種ICD 誘導(dǎo)劑,其作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
2.1.4 基于鉑的化療藥物基于鉑的化療藥物,在腫瘤臨床治療中至關(guān)重要。奧沙利鉑可直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生ICD,而順鉑則需要額外的誘導(dǎo)劑來(lái)激活其免疫原性[56]。2 種鉑藥物均可觸發(fā)CRT 轉(zhuǎn)位以及HSP70、ATP 和HMGB1 的釋放,但奧沙利鉑是已被確定的ICD 誘導(dǎo)藥物。奧沙利鉑通過(guò)靶向核DNA來(lái)阻止DNA 合成,抑制轉(zhuǎn)錄,并且抑制錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制[57]。體外研究顯示,將DC 與奧沙利鉑共孵育會(huì)導(dǎo)致DC 細(xì)胞程序性死亡受體配體1(programmed death receptor ligand 1,PD-L1)表達(dá)增加,從而抑制T 細(xì)胞增殖[58]。這一現(xiàn)象表明將奧沙利鉑與抗PD-L1 抗體聯(lián)合用于癌癥治療,可以啟動(dòng)有效的抗腫瘤免疫應(yīng)答。
近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)其他基于鉑(Pt)的化合物具有ICD 誘導(dǎo)劑的特征,PtⅡN-雜環(huán)卡賓配合物顯示Ⅱ型ICD 誘導(dǎo)劑的特征,即誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、CRT 暴露以及HMGB1、ATP 釋放,被鑒定為首個(gè)小分子免疫-化學(xué)治療劑。Pt-NHC 是另一種獨(dú)特的環(huán)金屬?gòu)?fù)合物,它選擇性地定位于ER,并通過(guò)PERK 誘導(dǎo)ER 應(yīng)激反應(yīng)[59]。最近發(fā)現(xiàn)新型鉑基化合物R,R-1,2-環(huán)己二胺焦磷酸鉑(Ⅱ)(PT-112)可誘發(fā)ICD,臨床研究表明,PT-112 與PD-L1 免疫檢查點(diǎn)抑制劑具有協(xié)同作用[60]。免疫原性或免疫刺激性Pt 候選化合物為基于鉑的聯(lián)合免疫化療藥物的研發(fā)提供可能。
2.1.5 天然藥物化學(xué)成分強(qiáng)心苷(cardiac glycoside,CG)是一類(lèi)天然衍生化合物大家族,其結(jié)構(gòu)多樣,但具有共同的母核結(jié)構(gòu)。CG 是Ⅰ型ICD 誘導(dǎo)劑,在Na+/K+-ATP 酶的α 亞單位有一個(gè)主要靶點(diǎn)[61]。特定α 亞基的過(guò)表達(dá)與腫瘤細(xì)胞反應(yīng)性之間存在相關(guān)性[62]。CG 抑制Na+/K+-ATP 酶,增加細(xì)胞內(nèi)Na+和Ca2+水平,同時(shí)耗盡細(xì)胞內(nèi)K+,細(xì)胞內(nèi)高水平的Na+阻斷了Na+/Ca2+交換器的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性,有利于Ca2+在ER 和線粒體內(nèi)的積累。這會(huì)導(dǎo)致輕微的ER 或線粒體應(yīng)激反應(yīng),影響腫瘤細(xì)胞的增殖和活性。有證據(jù)表明,CG 參與了SRC 激酶-EGFRMAPK 通路(伴隨著線粒體ROS 的產(chǎn)生),導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)停滯[61]。此外,CG 抑制DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶活性和糖酵解途徑也證明CG 的促凋亡作用[34]。
紫草素是從中藥紫草中分離出來(lái)的萘醌類(lèi)化合物,是蛋白酶體活性的抑制劑。紫草素抑制蛋白酶體的20S 亞單位,導(dǎo)致多泛素化蛋白的積累,紫草素處理的腫瘤細(xì)胞通過(guò)誘導(dǎo)的線粒體應(yīng)激觸發(fā)ICD,誘導(dǎo)HSP70、HSP90 和HMGB1 的釋放。紫草素處理的腫瘤細(xì)胞裂解物可促進(jìn)DC 的分化和成熟[27]。紫草素處理的腫瘤細(xì)胞可以促進(jìn)T 細(xì)胞向Th17 細(xì)胞的分化,這對(duì)于ICD 相關(guān)的抗腫瘤免疫十分重要;此外,紫草素恢復(fù)了自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell,NK)的殺傷作用,有研究表明用負(fù)載紫草素處理的腫瘤細(xì)胞的DC 免疫小鼠脾細(xì)胞,該脾細(xì)胞中細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)活性提高[63]。
漢黃芩素是黃芩中發(fā)現(xiàn)的一種黃酮類(lèi)化合物。漢黃芩素已被證明通過(guò)觸發(fā)ER 應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致依賴(lài)于PERK/AKT 的CRT 和膜聯(lián)蛋白A1(annexin A1)暴露在細(xì)胞膜上,從而誘導(dǎo)ICD[64]。漢黃芩素通過(guò)誘導(dǎo)HMGB1 和ATP 的釋放,隨后激活DC 并誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的釋放,進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的抗腫瘤免疫效應(yīng)[64]。
近年來(lái),隨著腫瘤免疫治療在臨床應(yīng)用中取得重大突破,化療藥物與腫瘤免疫治療的聯(lián)合療法也迎來(lái)了新的契機(jī)。
在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),放療可誘導(dǎo)DNA 損傷和腫瘤細(xì)胞凋亡,也可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞原位ICD 并刺激T 細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤效應(yīng)。放療可選擇性殺死照射范圍內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。越來(lái)越多的證據(jù)表明,放療可以利用宿主的免疫系統(tǒng)攻擊非照射部位的腫瘤細(xì)胞。這種免疫驅(qū)動(dòng)作用不僅有助于消除疾病局部照射部位的腫瘤,也可以消除遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞,這一現(xiàn)象被稱(chēng)為遠(yuǎn)位效應(yīng)(abscoapal effects)。放療觸發(fā)ICD,導(dǎo)致CRT 易位至細(xì)胞表面且釋放HMGB1 和ATP 之類(lèi)的DAMPs,并在體外和體內(nèi)誘導(dǎo)T 細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ,促進(jìn)CD8+T 細(xì)胞抗腫瘤作用[65]。
臨床上,放療以劑量依賴(lài)性方式誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞ICD,通常2 ~ 20 Gy 能夠有效誘導(dǎo)ICD[66]。局部放療聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑,例如抗細(xì)胞毒T 淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte antigen 4,CTLA4)或抗PD-1,能夠利用放療的促免疫原性作用。此外,放療聯(lián)合某些化療藥物也可有效誘導(dǎo)ICD,但是化療藥物可能抵消放療的免疫原性,因此需要進(jìn)一步評(píng)估這些藥物在放療中的具體作用。
放療和抗腫瘤免疫的未來(lái)研究的目標(biāo)是利用免疫系統(tǒng)完全消除腫瘤或使腫瘤細(xì)胞永久保持休眠[67]。目前研究著重于能激發(fā)ICD 的宿主、腫瘤類(lèi)型與治療相關(guān)的特征,有助于個(gè)體化治療,并以合理的方式指導(dǎo)放療與化學(xué)療法,以及免疫檢查點(diǎn)抑制劑或相關(guān)共刺激受體激動(dòng)劑結(jié)合的治療方案的選擇。
光動(dòng)力療法(photodynamic therapy,PDT)是一種微創(chuàng)治療方法[68],可引起Ⅱ型ICD 免疫反應(yīng)。PDT 是腫瘤組織選擇性攝取光敏劑,并通過(guò)特定波長(zhǎng)的光激活,產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致位于光敏劑作用部位的腫瘤細(xì)胞被破壞[69]。
目前該領(lǐng)域研究最深入的能誘導(dǎo)ICD 的光敏劑是金絲桃素,是一種蒽醌衍生物,能靶向定位于ER,經(jīng)照射后引起ER 應(yīng)激和UPR 信號(hào)通路的激活,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[42]。金絲桃素介導(dǎo)的光動(dòng)力學(xué)療法(hypericin-mediated photodynamic therapy,Hyp-PDT)還可以抑制腫瘤細(xì)胞核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)活性。在一定劑量下,Hyp-PDT 可以下調(diào)腫瘤細(xì)胞衍生的腫瘤促進(jìn)細(xì)胞因子;此外,Hyp-PDT 還能夠抑制基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP-9)的分泌,從而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[43]。
目前已知的誘導(dǎo)ICD 的光敏劑有金絲桃素、5-丙氨酸[70]、孟加拉玫瑰醋酸酯[71]、糖結(jié)合氯[72]、酞菁類(lèi)[73]等,許多光敏劑正被不斷的開(kāi)發(fā)和研究,因此基于PDT 的ICD 誘導(dǎo)劑具有廣闊的研究前景。
病毒可以誘導(dǎo)和阻斷多種細(xì)胞死亡途徑。包膜病毒需要膜蛋白和脂質(zhì)才能產(chǎn)生后代病毒。因此,病毒會(huì)誘發(fā)ER 應(yīng)激和UPR。溶瘤病毒(oncolytic virus,OVs)可誘導(dǎo)細(xì)胞死亡,類(lèi)似于化學(xué)療法誘導(dǎo)的ICD。OVs 通過(guò)產(chǎn)生病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和釋放腫瘤相關(guān)抗原(tumor associated antigens,TAAs)來(lái)產(chǎn)生促炎反應(yīng),因此可作為一種原位腫瘤疫苗。多種OVs 誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡表現(xiàn)出ICD 的典型特征,包括CRT 的表面表達(dá)增加,細(xì)胞外ATP 和HMGB1 的水平升高。每種病毒與宿主UPR 之間的相互作用是復(fù)雜的,對(duì)此研究尚不完善,因此還需要更深入的研究。
Talimogene laherparepvec(T-VEC) 是 一 種1型單純皰疹病毒,可表達(dá)粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF),目前在美國(guó)和歐洲被批準(zhǔn)用于治療黑色素瘤。研究表明,體外感染T-VEC 后,黑色素瘤細(xì)胞釋放HMGB1、ATP 增加,CRT 的表面表達(dá)增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn),黑色素瘤細(xì)胞對(duì)T-VEC的敏感性與STING 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。研究表明,溶瘤性HSV-1 可以使STING 低表達(dá)的腫瘤消退。因此,T-VEC 有可能通過(guò)在STING 缺陷型腫瘤中表達(dá)STING 以介導(dǎo)抗腫瘤反應(yīng)[74]。
此外,柯薩奇病毒B3[46-47]、牛痘病毒[75]均可誘導(dǎo)ICD。柯薩奇病毒B3 是一種RNA 病毒,它在宿主細(xì)胞的胞漿中復(fù)制,擾亂動(dòng)態(tài)平衡,導(dǎo)致細(xì)胞死亡,大量未折疊或錯(cuò)誤折疊的病毒被膜蛋白在ER積聚,誘導(dǎo)ER 應(yīng)激。感染柯薩奇病毒B3 后,非小細(xì)胞肺癌(nonsmall cell lung cancer,NSCLC)細(xì)胞CRT 轉(zhuǎn)位增加,ATP 和HMGB1 增加??滤_奇病毒B3 還可以通過(guò)增加腫瘤內(nèi)血管的數(shù)量、CD8+T 細(xì)胞的數(shù)量來(lái)增強(qiáng)腫瘤微環(huán)境的免疫原性,柯薩奇病毒B3 孵育后的裸鼠腫瘤的分析顯示,腫瘤內(nèi)巨噬細(xì)胞、DC、粒細(xì)胞和NK 細(xì)胞積聚,炎性免疫細(xì)胞在腫瘤部位的浸潤(rùn)增多,有助于腫瘤消退[46-47]。
OVs 是新型的免疫療法,可在實(shí)體瘤內(nèi)復(fù)制,并干擾免疫系統(tǒng)。OVs 優(yōu)先在腫瘤細(xì)胞中復(fù)制,同時(shí)可以通過(guò)基因修飾,以滅活干擾病毒蛋白并且引起ER 應(yīng)激或激活ROS 信號(hào)通路,以實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)ICD[76]。
近年來(lái),研究發(fā)現(xiàn)了一些新的手段與ICD 誘導(dǎo)劑結(jié)合,以引發(fā)廣泛的抗腫瘤反應(yīng),新型ICD 誘導(dǎo)劑如表2 所示。
低溫等離子體(non-thermal plasmas,NTP)具有誘導(dǎo)ICD 的潛力,有研究顯示,NTP 處理的CT26 結(jié)直腸癌細(xì)胞,主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ類(lèi)分子(major histocompatibility complex Ⅰ,MHC Ⅰ)和CRT 的表面表達(dá)增加。NTP 誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生的ROS和一氧化氮可以迅速改變細(xì)胞的氧化狀態(tài),并誘導(dǎo)ER 應(yīng)激。NTP 作為一種獨(dú)特的ROS 和一氧化氮遞送系統(tǒng)可成功誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞ICD,是一種潛在的癌癥輔助療法。NTP 誘導(dǎo)的ICD 的具體機(jī)制須深入研究,并進(jìn)一步優(yōu)化治療方案。此外,免疫療法是當(dāng)今癌癥治療的重大突破,NTP 或可與化療甚至治療性癌癥疫苗相結(jié)合[85]。納米顆粒包裹的阿霉素、光敏劑二氫卟酚e6 可以有效刺激DC 細(xì)胞募集,有助于DC 更好地暴露和傳播TAAs[86]。結(jié)合化療、PDT與免疫療法,為癌癥治療提供新的思路。
表2 新型腫瘤免疫原性細(xì)胞死亡誘導(dǎo)劑及其作用機(jī)制Table 2 Novel inducers of tumor immunogenic cell death and their mechanisms
維甲酸誘導(dǎo)基因Ⅰ類(lèi)(retinoic acid inducible gene Ⅰ,RIG-Ⅰ)解旋酶可通過(guò)產(chǎn)生IFN 來(lái)誘導(dǎo)抗病毒應(yīng)答程序,其激活的腫瘤細(xì)胞釋放高水平的HMGB1,此外,其在腫瘤細(xì)胞中的信號(hào)傳導(dǎo)可導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激[77]。
許多新型療法也通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生ICD,促進(jìn)抗腫瘤免疫反應(yīng)。研究顯示,LTX-315、RT53 等溶瘤肽可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生ICD,釋放大量DAMPs,這些DAMPs 類(lèi)似于腫瘤原位疫苗,促進(jìn)腫瘤消退以及T 細(xì)胞在腫瘤部位的浸潤(rùn)[78-79]。相較于傳統(tǒng)放療,納米脈沖刺激(NPS)是一種有效的非熱物理療法,該療法是用超短電脈沖刺激腫瘤細(xì)胞,抑制腫瘤生長(zhǎng),其作用機(jī)制是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞caspase3/7 激 活,DAMPs( 包 括CRT、ATP 和HMGB1)釋放增加[80]。雜化蛋白氧納米載體療法是一種氧自足光動(dòng)力療法,將光敏劑和氧氣共同靶向遞送至腫瘤細(xì)胞,誘導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞ICD,并釋放了DAMPs,在轉(zhuǎn)移性乳腺癌模型中,雜化蛋白氧納米載體療法誘導(dǎo)抗腫瘤免疫,破壞原發(fā)性腫瘤并有效抑制遠(yuǎn)端腫瘤和肺轉(zhuǎn)移瘤[83]。其他物理療法,如近紅外光免疫療法,也顯現(xiàn)出誘導(dǎo)ICD 的潛力[87]。
目前,臨床和臨床前研究顯示,傳統(tǒng)放療、化療和免疫療法等多種手段在臨床應(yīng)用中均可作為誘導(dǎo)ICD 的治療方法,同時(shí)誘導(dǎo)ICD 的藥物處理的腫瘤細(xì)胞可作為疫苗在體內(nèi)誘發(fā)保護(hù)性的抗腫瘤免疫反應(yīng)。判斷一種分子/藥物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞ICD 的金標(biāo)準(zhǔn)是體內(nèi)疫苗接種實(shí)驗(yàn)(vaccination assay),即在沒(méi)有佐劑的情況下,ICD 誘導(dǎo)劑處理的腫瘤細(xì)胞注射到免疫完全小鼠體內(nèi),能夠引起小鼠抗原適應(yīng)性免疫應(yīng)答,并能夠保護(hù)小鼠免受同類(lèi)型腫瘤的攻擊[2]。此過(guò)程的關(guān)鍵是殺傷的腫瘤細(xì)胞能夠引起機(jī)體產(chǎn)生抗原特異性抗腫瘤免疫反應(yīng)。腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的DAMPs,如鈣網(wǎng)蛋白、HSP70、HSP90、HMGB1、ATP 等能夠促進(jìn)DC 細(xì)胞激活及與T 細(xì)胞之間抗原呈遞,從而激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答。但是并不是所有的DAMPs 產(chǎn)生都能夠引起適應(yīng)性免疫應(yīng)答。CRT 外翻、HMGB1 和ATP 的釋放等,可以作為體外初步篩選ICD 誘導(dǎo)劑的標(biāo)志。
當(dāng)腫瘤細(xì)胞發(fā)出的ICD 信號(hào)被抑制,免疫系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)的感知受到阻礙,或CD8+T 細(xì)胞等免疫效應(yīng)因子耗竭時(shí),ICD 誘導(dǎo)劑產(chǎn)生的抗腫瘤療效會(huì)失效。目前ICD 誘導(dǎo)劑的臨床應(yīng)用趨勢(shì),傾向于將其與免疫療法或靶向藥物聯(lián)合用于抗腫瘤治療[7]。Gao 等[87]發(fā)現(xiàn),聯(lián)合使用阿霉素和小分子吲哚胺2,3-雙加 氧 酶1(indoleamine 2,3-dioxygenase 1,IDO1)抑制劑(NLG919)能顯著抑制4T1 小鼠乳腺腫瘤細(xì)胞的體內(nèi)生長(zhǎng)。Fend 等[88]研究顯示,工程化溶瘤牛痘病毒VVWR-TK-RR-Fcu1 通過(guò)I 型IFN 信號(hào)通路,可增加CD8+T 細(xì)胞在腫瘤部位的浸潤(rùn),并改善腫瘤微環(huán)境中CD4+T 細(xì)胞與Treg 細(xì)胞的比例,這一工程化溶瘤牛痘病毒與免疫檢查點(diǎn)抑制劑(ICB)或其他ICD 誘導(dǎo)劑聯(lián)合使用,可以增強(qiáng)其抗腫瘤效果。ICD 誘導(dǎo)劑可以啟動(dòng)強(qiáng)大的抗腫瘤免疫,與免疫療法聯(lián)合使用可以增強(qiáng)這種免疫反應(yīng),因此將傳統(tǒng)的化療、放療等ICD 誘導(dǎo)手段聯(lián)合免疫療法以及新型的遞送手段用于癌癥治療,聯(lián)合療法為ICD 誘導(dǎo)劑的臨床應(yīng)用提供了無(wú)限的可能。