免疫治疗在脑转移癌中的研究进展

王祎蕾，李袁飞

山西医科大学第一医院肿瘤科，太原 030000

恶性肿瘤患者发生脑转移往往预示着更差的预后，成为临床肿瘤治疗的一大挑战。临床上对于脑转移癌的治疗以常规手术和放疗为主，但其对颅内肿瘤的控制率仅为30%，相关研究显示，非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）脑转移患者在放疗过程会出现新发脑转移灶[1]。脑转移癌可累及颅内多种组织，包括脑实质、脊膜、神经及毛细血管等，而其中又以脑实质转移较为多见，同时可伴有癫痫、认知功能减退、感觉或运动功能障碍以及颅神经病变[2]，严重降低了患者的生活质量。

肿瘤细胞定植或转移的部位对肿瘤的治疗有明显影响。通常来讲，脑原发癌与转移癌的治疗难度及病死率均远高于其他脏器[3]。大脑有其独特的细胞类型、解剖结构、代谢机制和免疫环境[4]，且由于血脑屏障的存在使绝大部分药物难以进入颅内发挥作用。可以说大脑独特的微环境和生物屏障能够为肿瘤细胞的转移和定植提供一个安全的避难所，使其治疗方式受到明显限制。

近年来，得益于生物医学的快速发展，恶性肿瘤的免疫治疗为脑转移癌的治疗提供了新的思路。肿瘤的免疫治疗手段主要包括免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor，ICI）、肿瘤疫苗和免疫细胞疗法。本文对不同免疫治疗用于脑转移癌治疗的研究进行总结，结合脑转移癌病灶独特的肿瘤微环境，对免疫治疗在脑转移癌中的研究进展进行综述。

1 脑的独特结构及微环境

1.1 血脑屏障

考虑到神经元高度易受炎症侵袭，从而导致不可逆损伤的特性，所有的中枢神经系统细胞类型均有助于大脑形成整体的抗炎微环境，其中，最重要的就是参与构成血脑屏障的细胞。血脑屏障是由紧密连接的非开窗内皮细胞组成的，周细胞和星形胶质细胞的足端突起围绕着这些非开窗内皮细胞，为血脑屏障提供支持并维持其完整性[5]。血脑屏障作为一种天然的物理和化学屏障，一方面，与外周的外皮细胞相比，血脑屏障的内皮细胞黏附分子的表达较低[6]，阻碍了外周免疫细胞过度进入中枢神经系统；另一方面，常规的化疗药物及大分子靶向药物也很难跨越血脑屏障进入颅内发挥作用。但血脑屏障经常会在病变部位受到一定程度的破坏，使血液来源的肿瘤细胞能够侵入颅内，从而导致脑转移癌的发生。因此，如何能够增加血脑屏障对外周免疫细胞及抗肿瘤药物的通透性，成为治疗脑转移癌研究的重点。

1.2 脑转移癌的免疫微环境

大脑一直以来都被认为是具有“免疫特权”的器官，外周的药物分子、细菌、免疫细胞和肿瘤细胞均很难跨越血脑屏障到达颅内。近年来的研究已证实，在脑转移癌发生过程中也有多种外周免疫细胞的参与，包括大量的淋巴细胞、中性粒细胞浸润以及各种免疫因子，这些共同构成了转移灶的免疫微环境。

小胶质细胞作为颅内固有的巨噬细胞，是脑免疫微环境的核心组成部分，发生脑转移时，小胶质细胞活化可以使白细胞介素（interleukin，IL）表达上调，而IL-6 能够对效应T 细胞发挥免疫抑制作用，同时也可介导ICI 的耐药[7]。其次，星形胶质细胞是中枢神经系统特有的功能最丰富的细胞类型之一，脑转移癌发生时，肿瘤细胞与星形胶质细胞之间相互作用能够使IL-1β高表达，从而进一步激活Notch信号通路，该通路的激活能够增加肿瘤干细胞的干性并驱动其在肿瘤微环境中的增殖分化[8]。

发生脑转移的情况下，血脑屏障的通透性会增加，可导致外周免疫细胞向脑部浸润[9]。对脑转移癌微环境的分析已经证实，淋巴细胞的比例明显升高，黑色素瘤的脑转移癌也表现出了较多的淋巴细胞和CD8+T 细胞浸润[10]。有研究指出，ICI 治疗脑转移癌并不依赖于药物与肿瘤细胞的直接接触，而是通过“唤醒”因程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）高表达而作用受限的外周免疫细胞，使其迁移至中枢神经系统来达到治疗脑转移癌的目的[11]。因此，ICI 并不一定需要穿过血脑屏障，通过借助激活外周的效应T 淋巴细胞也可杀伤肿瘤细胞。这些发现为脑转移癌的ICI 治疗奠定了一定的理论基础。

1.3 脑转移发生的驱动因素与治疗难点

累及中枢神经系统的肿瘤转移可分为实质转移、软脑膜转移和硬膜外转移[12]。循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）能够通过血液、大脑淋巴系统或脑脊液转移至颅内。CTC 在转移至颅内的过程中，可以增加血脑屏障的通透性并在一定程度上破坏脑内的紧密连接，从而提高肿瘤细胞向颅内的转移率。CTC 通过血脑屏障和血-脑脊液屏障的机制与白细胞跨内皮迁移的行为相似，通过滚动、黏附至血管内皮细胞，最终通过外渗进入颅内。然而CTC 的外渗需要与血管内皮细胞建立紧密的连接，这不可避免地会受到血流速度的影响，因此，颅内低血流流速的区域成为外周肿瘤细胞脑转移的首选部位[13]。

肺癌、乳腺癌及黑色素瘤是最常发生脑转移的恶性肿瘤[14]。目前已有脑转移过程中基因学特征的相关研究试图解释脑转移癌发生的分子机制。关于乳腺癌脑转移的研究指出，与颅外转移相比，polo 样激酶1（polo like kinase 1，PLK1）基因在脑转移癌中表达显著增加，抑制PLK1基因的表达可延缓脑转移的发生，提高17%的总生存率[15]。尽管如此，恶性肿瘤发生脑转移的机制及基因特征尚未完全明确，因此也极大地限制了靶向药物在脑转移癌患者中的应用。

同时，大脑具有独特的血脑屏障和血-脑脊液屏障，这种生物屏障具有强大的选择性，能够阻止大部分的外源物质透过。由于血脑屏障的亲脂性，亲水性的大分子抗肿瘤药物很难通过被动扩散进入颅内，明显限制了铂类等水溶性化疗药物在脑转移癌中的应用。但脂溶性药物在血液中的运输能力较差，这两者之间的矛盾成为药物递送的一大难点。同时，小胶质细胞可以修复CTC 转移过程中发生的血脑屏障的短暂损伤，也使得新形成的转移瘤可以免受系统化疗药物的影响，为脑转移癌的治疗增加了巨大的挑战。

因此针对脑转移癌的治疗，主要有两个难点：①抗肿瘤药物如何克服血脑屏障和血-脑脊液屏障发挥作用；②如何阻断肿瘤细胞-微环境之间的相互作用，减弱或抑制转移灶的进一步增殖、扩散和耐药性。但目前针对这两种治疗方式所涉及的颅内复杂结构及作用机制尚未完全明确，但幸运的是，进一步研究脑转移癌与中枢及外周免疫系统之间的相互作用，可能会为增加脑转移癌对免疫治疗的敏感性提供新的机会。

2 脑转移癌的免疫疗法

2.1 ICI

目前，已有研究表明，ICI 有改善晚期恶性肿瘤脑转移患者预后的潜力，其中抗PD-1 的代表药物——帕博利珠单抗及纳武利尤单抗在脑转移癌中应用的研究较为广泛。对帕博利珠单抗治疗黑色素瘤和NSCLC 脑转移患者的临床研究显示，帕博利珠单抗可以显著延长患者的无进展生存期（progression-free survival，PFS）及总生存期[15]。同时针对脑转移癌患者，对CheckMate057、Check-Mate017 和CheckMate063 临床试验的汇总分析结果显示，纳武利尤单抗可延长脑转移癌患者的总生存期[16]。ICI 单独治疗可使脑转移癌患者拥有较好的临床获益，联合ICI 疗法成为近年来的研究热点。细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原4（cytotoxic Tlymphocyte associated protein 4，CTLA4）抗体——伊匹单抗，与纳武利尤单抗联合治疗脑转移癌的临床试验表明，无症状黑色素瘤脑转移患者通过联合疗法也能够获得较高的颅内缓解率[17-18]。因此，CTLA4 联合ICI 治疗脑转移癌患者的临床应用效果也是非常值得期待的。同时，与传统放化疗相比，ICI 的不良反应发生率较低，其治疗脑转移癌的耐受性及安全性也是值得肯定的[19]。

2.2 免疫细胞疗法

嵌合抗原受体T 细胞（chimeric antigen receptor T cell，CAR-T）疗法是近年来新兴的一种免疫治疗方式。这类细胞疗法在多种肿瘤中均显示出一定的抗肿瘤效果，具有明显的广谱性，并且已被批准用于治疗血液系统恶性肿瘤[20]，它可以利用任何抗体或受体配体的肿瘤靶向特异性来重新定向T 细胞的杀伤能力[21]。既往CAR-T 疗法并未用于治疗神经系统肿瘤，但美国食品药品管理局（FDA）在2017 年批准了两种CAR-T 疗法用于治疗复发/难治性急性淋巴细胞白血病和大B 细胞淋巴瘤[22]，虽然相关的早期临床试验均排除了中枢神经系统受累的患者，但之后对脑脊液的评估发现，系统给药的CAR-T细胞经常被转运到中枢神经系统[23]。研究显示，大多数急性淋巴细胞白血病患者脑脊液中均可检测到CAR-T 细胞，且经治疗后，患者的颅内肿瘤情况能够得到完全缓解[24-25]。CAR-T 疗法在血液系统中枢神经恶性肿瘤中的成功应用为该疗法在实体肿瘤，尤其是转移性脑肿瘤的免疫治疗提供了新思路。一项关于乳腺癌脑转移临床前实验结果显示，脑室内注射人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）-CAR-T 细胞的小鼠模型发生了抗肿瘤免疫反应，能够使肿瘤消退，并延长小鼠的存活期[26]。基于这项临床前实验的良好结果，一项正在进行的Ⅰ期临床试验正在观察脑室内传递HER2-CAR-T 细胞对脑转移癌患者的影响。

干细胞作为一种以细胞为基础的免疫治疗方法也越来越受欢迎。干细胞能够穿透血脑屏障进入脑组织[27]，无论是通过自身还是作为其他抗肿瘤药物的载体发挥抗肿瘤作用，都使其成为了脑转移癌靶向治疗的完美细胞。在肺癌脑转移小鼠模型中，颅内给予表达羧基酯酶的神经干细胞（neural stem cell，NSC）联合盐酸伊立替康可使肿瘤缩小并提高小鼠存活率[28]。同样，表达胞嘧啶脱氨酶的NSC 和前药5-氟尿嘧啶能够缩小乳腺癌脑转移小鼠的肿瘤大小。

2.3 肿瘤疫苗

肿瘤疫苗无疑为肿瘤的免疫治疗迈出了革命性的一步，其原理是将肿瘤抗原以多种形式导入患者体内，从而激活机体自身的免疫反应来达到控制或清除肿瘤细胞的目的[29]。2010 年4 月，FDA批准了普罗文奇用于治疗晚期前列腺癌，这也是世界范围内第一个真正意义上的肿瘤疫苗[30]。此后，肿瘤疫苗在一些实体肿瘤中也得到了广泛的研究，这其中也包括原发性脑肿瘤，如神经胶质瘤。但就脑转移癌来讲，此类疫苗的研究还处于起步阶段。一例树突状细胞疫苗治疗脑转移癌患者的病例报道显示，肿瘤疫苗可能能够在脑转移癌中有效诱导抗肿瘤免疫反应[31]。但一项将肿瘤疫苗用于黑色素瘤脑转移癌的临床研究表明，此方法并未产生明显的治疗效果[32]。由此可见，肿瘤疫苗也为脑转移癌的治疗带来了一丝曙光。

3 小结与展望

由于血脑屏障的存在，传统的化疗药物难以被运输到脑转移灶内，其药效也难以发挥作用。目前，多种ICI 在脑转移癌患者中的成功应用，预示着脑原发癌和转移癌的免疫治疗蕴含巨大潜力。但与颅外肿瘤不同的是，发生脑转移的肿瘤患者缺乏更有效的预测因子和动物模型来评估免疫治疗的疗效，这使其在实际临床应用中造成了很大的困难。因此，掌握脑转移癌免疫抑制的生物学基础和具体机制，对于设计安全、高效且能产生持久反应的新型免疫干预措施必不可少，在此基础上仍需大量的临床试验来证明免疫治疗对脑转移癌的有效性。此外，未来的研究期望能够依据脑转移癌的免疫微环境及外周血特征，寻找出更有针对性的生物标志物作为预测因子，来选择可能更多获益的人群。同时不断探索对于不同肿瘤脑转移最为合适的免疫治疗方案，为免疫治疗在脑转移癌中的治疗带来更多的可能性。