放疗联合免疫治疗，向左走向右走：Janus like opposing faces

放射疗法发挥作用需要依赖于功能完善的免疫系统，已经有临床前研究提示，在接受放疗的荷瘤裸鼠不会产生肿瘤退缩。
Lee, Y. et al. Therapeutic effects of ablative radiation on local tumor require CD8+ T cells: changing strategies for cancer treatment. Blood 114, 589–595 (2009).
放射治疗不仅对肿瘤细胞产生直接的细胞毒作用，而且还重新编程肿瘤微环境以发挥有效的抗肿瘤免疫反应；
由于T细胞细胞毒性杀伤引起的肿瘤细胞增殖和细胞死亡在受照射的肿瘤中共存，可能为免疫调节提供机会之窗；
放射疗法也可通过募集MDSC，Treg等免疫抑制效应细胞到达肿瘤区域，诱导免疫抑制反应；
放射治疗参与肿瘤免疫编辑的角色，就像是罗马神话中的Janus，起点和终点之神，代表了起点和终点，具有二元性和矛盾性，一张面孔面向过去，另一张则面向未来。

在接受放疗后无明显肿瘤消退的病灶中可以观察到 一种细胞增殖和消亡并存的“平衡状态”，radiation-induced tumor equibrilibrium RITE.

Radiotherapy and immunotherapy: A beneficial liaison？Nature Reviews Clinical Oncology 14(6) · January 2017
对接受放疗后疾病稳定的小鼠肿瘤切片进行免疫组化染色 ：从上到下，anti Ki67 细胞增殖；anti TUNEL  细胞坏死marker；anti CD8 不解释。并且在CD8 T细胞所在区域检测到更多的坏死细胞；稍远的区域更多的细胞增殖信号。

Synergistic effects of radiotherapy and immune-checkpoint inhibition
放疗与免疫治疗的协同作用

William L. Hwang, et al. Safety of combining radiotherapy with immune-checkpoint inhibition. Nature reviews clinical Oncol.


该图提概述了免疫治疗与放射治疗相互协同作用的可能步骤和机制。除了这里提到的T细胞的作用之外，放射疗法（RT）和免疫检查点抑制之间相互作用的机制可能远比所描述的那些复杂得多; 体液因子，细胞因子，补体信号通路和患者特异性因素均可能具有重要作用。APC，抗原呈递细胞; CTLA-4，细胞毒性T淋巴细胞抗原4; DAMP，损伤相关分子模式; MDSC，骨髓衍生抑制细胞; MHC，主要组织相容性复合物; PD-1，程序化的细胞死亡蛋白1; PD-L1，程序性细胞死亡1配体1; TCR，T细胞受体; TME，肿瘤微环境; Treg细胞，调节性T细胞。


主要包括两种协同机制：
放疗作为原位疫苗（in situ vaccine) 提高远端病灶-非放疗病灶的免疫清除（远隔效应），尽管远隔效应在临床上较罕见；
放疗直接杀伤肿瘤细胞并介导由这种ICD（免疫原性死亡）介导的局部肿瘤微环境TME的改变，提高局部残留病灶的清除--免疫调节（immunogenic modulation）

两个关于原位 疫苗的基本概念：

Antigenicity ：必须刺激数据细胞（抗原呈递细胞）的参与，激活动员T细胞。低水平的抗原释放将导致“免疫耐受”。
Adjuvanticity：DAMPs（ danger-associated molecular patterns) 包括钙网蛋白，ATP，HMGB1（high mobility group protein B1)等参与。

Radiotherapy and immunotherapy: A beneficial liaison？Nature Reviews Clinical Oncology 14(6) · January 2017
这是由放射治疗引起的细胞死亡从而导致的一系列级联的精密过程来协同完成的。细胞死亡（1）导致DNA和RNA释放到细胞质中，导致IFN的产生。细胞因子和趋化因子的产生（2）引发DC，巨噬细胞，细胞毒性T细胞，调节性T细胞和MDSC的浸润，以及免疫细胞的外流。DAMP（4）的释放激活APC。这些复杂且有时相互矛盾的事件反映了宿主免疫反应与肿瘤生存机制之间的斗争。

Black box ：放疗剂量对antigenicity的影响
不同类型的联合系统治疗（化疗，靶向治疗），和放射治疗的不同剂量，都将对T细胞产生不同的免疫原性调节作用

Vanpouille-Box C.et al. DNA exonuclease Trex1 regulates radiotherapy-induced tumor immunogenicity. Nat Commun. 2017 Jun 9;8:15618.
一项来自Vanpouille-box研究团队的研究提示，DNA外切核酸酶Trex1参与调节放射治疗中肿瘤细胞的免疫原性死亡，是由不同癌细胞中12-18 Gy以上的单剂辐射剂量诱导的，并且通过降解在辐射时积聚在胞质中的dsDNA来减弱死亡细胞的免疫原性。在DNA传感器cGAS及其下游效应器STING激活后，细胞溶质dsDNA刺激癌细胞分泌干扰素-β。以不诱导Trex1的放射剂量（小于12-18Gy每次）重复照射可扩增干扰素-β的产生，从而导致Batf3依赖性树突细胞的募集和活化（抗原递呈细胞）。这种作用对于在免疫检查点阻断的情况下引发介导全身性肿瘤排斥--非放射部位（远隔效应）的CD8 + T细胞是必需的。因此，Trex1是辐射驱动的抗肿瘤免疫的上游调节剂。
因此，dsDNA和Trex1水平之间的平衡决定了受照射细胞的免疫原性死亡，以及级联的系统抗肿瘤T细胞应答的发展。

Figure1 | Radiation-induced activation of type-I interferon pathway correlates with radiation's ability to induce abscopal responses in combination with anti-CTLA4.

PROOF OF CONCEPT: 有什么方法可以将这种“in situ vaccine " 和 immunogenic modulation的效应进行”可测量“可视化“，从而进行证明和阐述？

Clemens Grassberger，et al.  Assessing the interactions between radiotherapy and antitumor immunity. NATURE REVIEWS | CLINICAL ONCOLOGY 2019的这篇综述，系统整理了目前用于表征 放疗与免疫检查点抑制剂联合应用后“免疫活化”状态的生物标志物研究。并且提出了一种“整合”包括 外周血标本分析，组织学标本分析，和影像学分析的方法学。（可行性待商榷）。
该图例说明了可用的病人数据之间的联系,包括基于血清的和基于图像的生物标志物,以及验证免疫反应对放射治疗的数学模型所需的参数。系统模型显示在左侧,一个图标代表一种肿瘤免疫效应模块，主要来源于血液标本分析，包括放疗后免疫细胞的组成变化（phenotypes），细胞因子，可分离的肿瘤相关抗原，等。
区域交互模型,在右边,明确地为每个肿瘤类型建立单独的隔间（不同器官来源的肿瘤）,每一个都有自己的区域免疫环境。

大量的临床研究正在开展当中，显而易见，在不久的未来，如果我们试图理解这些结果的“阴性”或是“阳性”，需要基于对放疗与免疫治疗(免疫检查点抑制剂治疗）之间的协同作用（antigenicity 和adjuvanticity）来做真正有insights的解析。

Radiotherapy and immunotherapy: A beneficial liaison？Nature Reviews Clinical Oncology 14(6) · January 2017

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