在大多數癌癥中，腫瘤轉移是決定患者生存的一個極其重要的因素。從歷史上看，針對原發性腫瘤的放射治療很少與放療以外區域轉移灶的緩解相關。這種遠離靶區的現象或“遠隔效應”因其罕見性而受到關注。
隨著免疫治療的出現，目前越來越多的報道了RT結合免疫檢查點抑制后的遠隔效應。這引發了對潛在機制的調查和旨在增強這種效應的臨床試驗。雖然這些研究清楚地將遠隔效應歸因于抗腫瘤免疫反應，但其發生和特異性的初始分子觸發因素仍然是個謎。
本文提出，DNA損傷誘導的炎癥加上新抗原的產生在這一系統性腫瘤消退的有趣現象中是必不可少的，并討論了這一模型對于旨在觸發轉移性癌癥的遠隔效應的治療的意義。
英國科學家RobinMole在1953年提出了“哺乳動物中，距離被輻照的體積一定距離的地方會產生影響”的遠隔效應的概念。這個術語后來被腫瘤學家采用，他們描述了自1970年代以來非常罕見的非放射治療領域轉移緩解的病例。
進行系統的文獻搜索，估計在2014年之前描述放射治療的遠隔效應的報告數量不超過47例。隨著免疫檢查點抑制療法與RT聯合應用，這一數字明顯增加。針對RT/ICI處理，已經做了幾次嘗試量化遠隔效應的概率。例如，在2014年至2019年間，對10例轉移性黑色素瘤患者進行的非隨機研究分析顯示，平均有34.3的病例有遠處腫瘤緩解。2009年至2017年間，對8個轉移性黑色素瘤研究進行了類似的薈萃分析，報告了平均26.5的病例的遠隔效應。
盡管有這些令人鼓舞的觀察，但仍需要隨機檢查針對RT/ICI的遠隔效應的發生率，以便最終確定這種現象的發生頻率。事實上，在32例頭頸部轉移性鱗狀細胞癌中，RT/ICI的一項隨機試驗顯示，在0例中沒有顯示出明顯的作用。即將到來的幾個RT和ICI聯合治療的隨機試驗可以進一步深入了解臨床反應的實際發生情況，這些試驗是為了系統地收集轉移性肺癌放射野外反應發生率的數據進行設計的。
隨著ICI的引入，有更多的記錄在案的遠隔效應病例，但這些病例可能僅限于一小部分患者，甚至可能限于特定的癌癥類型。與此相一致，黑色素瘤和肺癌中出現了許多記錄在案的遠隔效應，通常表現出較高的淋巴細胞浸潤和突變率。這些新出現的數據表明，RT/ICI療法尤其適用于免疫原性強的癌癥亞型，因為這可能更好地實現遠隔效應。
自從認識到這一點以來，越來越多的焦點放在確定臨床參數和治療條件上，以促進對DNA損傷療法的系統響應。回顧性分析表明，腹股溝腫瘤消退與CD8細胞毒性T淋巴細胞浸潤增加和CD8FoxP3調節性T細胞減少相關。遠隔效應的發生率也與淋巴細胞減少呈負相關。然而，高劑量RT與患者免疫細胞的耗竭有關。與此一致，其中一個觀察結果是，分次RT在臨床上與遠隔效應相關。除此之外，通過SBRT等程序給予高度靶向性RT可進一步保護患者淋巴細胞并促進遠隔效應。
在臨床前小鼠模型中已經對RT分割的作用進行了研究發現RT至少在兩個治療周期內利于遠隔部位腫瘤消退，而單次高劑量RT有利于Treg分化，因此可能促進腫瘤進展。需要有針對性的臨床試驗設計RT方案，而這些方案有利于特定癌癥類型的緩解。
在RT不消耗所有淋巴細胞、CTL/Treg比率良好且通過分段RT實現免疫刺激的情況下，患者表現出遠隔效應。
人們一直在研究遠隔效應的小鼠模型，與許多其他免疫現象的表征一樣，這些研究對于確定潛在機制至關重要。早期，一份里程碑式的報告表明，在免疫缺陷小鼠中未觀察到腹股溝腫瘤消退。這表明，遠隔效應必須由抗腫瘤免疫反應介導。同樣，原發性腫瘤對RT的直接反應在免疫缺陷小鼠中也減輕。一般認為，針對腫瘤細胞的免疫反應對腫瘤細胞中蛋白質過度表達或序列改變而產生的新抗原具有特異性。腫瘤細胞殺傷的主要效應物是依賴于樹突狀細胞新抗原呈遞的CTL。由于樹突狀細胞內不存在腫瘤新抗原，這種抗原由專門的交叉啟動樹突狀細胞呈現。在遠隔效應的背景下，這種反應可能依賴于RT誘導的細胞死亡，后者通過激活TLR4和I型干擾素信號在DC中啟動交叉抗原呈遞。除此之外，I型干擾素信號增加了能夠交叉表達的腫瘤相關DC的數量。新抗原通過cpDC上的I類MHC分子呈現。同樣，RT直接誘導這些分子的上調，從而增強交叉呈遞。在多種癌癥類型的小鼠模型中，cpDC的缺失會破壞遠隔效應，表明這些細胞是遠隔效應抗腫瘤免疫作用所必需的。綜上所述，這些發現表明在遠隔效應背景下DC和CTL交叉呈遞新抗原的適應性免疫激活中起主要作用，而RT可能在多個水平上觸發這一點。激活后cpDC遷移至淋巴結并與初始T細胞結合，產生腫瘤特異性CTL。T細胞啟動是通過cpDCMHCI新抗原呈遞、雙激活信號以及與淋巴結中的CD4T細胞結合而發生的。當腫瘤反應性CTL釋放到外周時，這些細胞能夠通過外滲浸潤腫瘤組織。由于CTL通常無法接近腫瘤組織，因此這一步驟對遠隔反應形成了相當大的障礙。事實上，腫瘤部位CTL可及性的增加與抗腫瘤免疫密切相關。RT使腫瘤組織更容易接觸CTL。例如，RT觸發CTL引誘趨化因子CXCR16的產生。除此之外，RT通過上調ICAM1和VCAM1誘導組織結構的變化，從而促進血管系統允許CTL外滲。因此，雖然CTL可能更容易到達受照射的原發腫瘤，但轉移部位的可及性要低得多，從而限制了遠隔腫瘤的緩解。有效的腫瘤細胞裂解是通過CTL識別新抗原和通過細胞毒性脫顆粒或誘導腫瘤細胞凋亡殺死細胞實現的。然而，有證據表明，腫瘤細胞表面抑制信號分子PD1、PDL1和CTLA4的表達通常會有效地抵消這一過程。值得注意的是，針對這些抑制分子的單克隆抗體已被廣泛用于刺激CTL介導的腫瘤細胞殺傷。這種對免疫檢查點的抑制被認為是RT/ICI治療后出現遠隔效應的原因之一。綜上所述，遠隔效應期間的腫瘤細胞殺傷可能取決于CTL浸潤原發腫瘤和遠端轉移，ICI增強了這一點。
另一種新出現的腫瘤細胞殺傷作用是吞噬作用。越來越多的證據表明，這一過程是由M1樣巨噬細胞執行的，M1MΦ是一種能夠分泌炎性細胞因子和吞噬細胞的細胞亞群。RT/ICI誘導的局部緩解的轉移性非小細胞肺癌和黑色素瘤小鼠模型的兩項獨立研究在腫瘤緩解部位檢測到顯著的M1MΦ。除此之外，基因敲除MΦ趨化因子CCL2，RT介導的遠隔效應減弱。值得注意的是，在一些特定的情況下，RT/ICI的反應完全依賴于M1MΦ的吞噬作用，而不依賴于CTL介導的細胞殺傷。這些使用小鼠模型的數據表明，這些細胞可能是遠隔效應在腫瘤細胞清除期間的主要細胞。為了支持這一觀點，一項臨床試驗表明，RT聯合應用GMCSF，增加了各種轉移性實體腫瘤臨界緩解的發生率。此外，MΦ發展的另一種細胞命運，即M2MΦ，是眾所周知的抑制抗腫瘤免疫反應。因此，腫瘤對M1MΦ發育的偏向可能會抑制M2MΦ細胞的生成，有利于腫瘤的緩解。這導致了一個模型，即遠隔效應依賴于介導腫瘤清除的CTL活性和通過腫瘤相關的M1MΦ細胞吞噬。由于M1MΦ細胞不能感知抗原，因此在兩種腫瘤細胞殺傷模式中，T細胞介導的新抗原識別都提供了抗腫瘤活性的特異性。
Fig1.遠隔效應期間的抗腫瘤免疫反應概述。由于RT導致腫瘤細胞死亡時產生抗原，交叉啟動樹突狀細胞攝取新抗原。I型炎癥是由相關的細胞因子分泌觸發。I型干擾素上調cpDC上的MHCI類分子。這些細胞從原發腫瘤部位遷移到淋巴結，并將腫瘤相關抗原呈遞給初始T細胞。導致腫瘤反應性CD4和CD8T細胞群的產生，并且這些細胞被釋放到循環系統中。腫瘤反應性T細胞是執行遠隔效應的主要細胞。這包括CD8T細胞在識別腫瘤抗原后釋放細胞毒性分子。這是由CD4T細胞在抗原識別時共同刺激釋放細胞因子，如IL2，從而促進T細胞增殖和效應器功能。M1巨噬細胞通過直接吞噬和分泌I型炎性細胞因子參與腫瘤細胞殺傷。重要的是，考慮到免疫細胞在淋巴結中被激發并釋放，這些活動也發生在表現出相同抗原的遠端轉移處，這導致了遠隔效應。
了解遠隔效應的發生對于發展刺激遠隔效應的治療方法至關重要。RT是DNA損傷的一個眾所周知的觸發因素，這在確定遠隔效應起始的潛在機制中占據了中心地位。RT介導的DNA損傷通過兩種主要機制發生：高能光子直接破壞DNA和產生自由基。最致命的DNA損傷形式是基因組DNA中雙鏈斷裂的產生。在穩態條件下，DNA鏈斷裂在檢查點信號激酶ATM和ATR引起的細胞周期延長期內修復，從而阻止DNA損傷細胞進入有絲分裂。這種細胞周期進展的延遲使大量DNA損傷反應蛋白質有更多的時間修復基因損傷。細胞周期檢查點破壞通常發生在癌細胞中，或者可能受到ATR小分子抑制劑阻滯，從而使未修復的損傷在有絲分裂期間持續存在，并錯誤地分離到細胞質中。
這種受損的DNA暴露在細胞質中時是促炎的，在細菌或病毒感染后對致病性核酸產生正常反應的模式識別受體分子可以識別它。DNA損傷和檢查點反應也影響非編碼RNA的轉錄，其中p53的丟失明顯導致DSB誘導后逆轉錄元件增加。因此，DNA損傷可能對整個細胞內自身DNA和RNA的免疫原性產生廣泛影響，并且這些分子是天然免疫反應的觸發因素。
微核是由RT和其他形式的DNA損傷以及破壞有絲分裂紡錘體產生的。事實上，微核形成和輻射之間的關系非常緊密，因此已被用于監測原子能發電廠工人意外暴露于輻射的情況。微核是對有絲分裂錯誤的反應，包括微管蛋白纖維或中心粒的不當附著，以及未修復的染色體斷裂，導致沒有功能性動粒的片段。總的來說，這樣的事件導致染色體DNA在終末期的有絲分裂平面中的異常發生，這導致未能將該DNA并入原核。形成異常的核膜，容易破裂并使DNA暴露于細胞質中。這種暴露讓人想起細胞質中存在病原體DNA，因此觸發先天免疫反應。事實上，如果細胞在DNA受損的情況下分裂，微核會觸發I型干擾素和NFκB反應，這取決于DNA感應PRRcGAS。核小體是細胞cGAS激動劑。因此，免疫信號可能隨著DNA復制的解除而發生，微核修復導致受損的核小體游離DNA，然后在隨后的有絲分裂或微核膜破裂時暴露于細胞質中。cGAS激活后，合成旁分泌環二核苷酸cGAMP并觸發依賴于TBK1、內質網相關傳感器STING、IRF3和NFκB的磷酸化的I型炎癥。這一過程對于誘導遠隔效應的重要性在STING–/–小鼠中得到了證實，在RT/ICI治療后，這些小鼠在微核介導的免疫誘導和遠隔部位腫瘤消退方面受損。此外，通過有絲分裂的進展對DNA損傷誘導的抗腫瘤免疫反應至關重要。總之，RT誘導的微核DNA暴露于細胞質是I型干擾素信號的有效觸發因素，這可能有助于遠隔效應的發生。