在大多数癌症中，肿瘤转移是决定患者生存的一个极其重要的因素。从历史上看，针对原发性肿瘤的放射治疗很少与放疗以外区域转移灶的缓解相关。这种远离靶区的现象或“远隔效应”因其罕见性而受到关注。
随着免疫治疗的出现，目前越来越多的报道了RT结合免疫检查点抑制后的远隔效应。这引发了对潜在机制的调查和旨在增强这种效应的临床试验。虽然这些研究清楚地将远隔效应归因于抗肿瘤免疫反应，但其发生和特异性的初始分子触发因素仍然是个谜。
本文提出，DNA损伤诱导的炎症加上新抗原的产生在这一系统性肿瘤消退的有趣现象中是必不可少的，并讨论了这一模型对于旨在触发转移性癌症的远隔效应的治疗的意义。
英国科学家RobinMole在1953年提出了“哺乳动物中，距离被辐照的体积一定距离的地方会产生影响”的远隔效应的概念。这个术语后来被肿瘤学家采用，他们描述了自1970年代以来非常罕见的非放射治疗领域转移缓解的病例。
进行系统的文献搜索，估计在2014年之前描述放射治疗的远隔效应的报告数量不超过47例。随着免疫检查点抑制疗法与RT联合应用，这一数字明显增加。针对RT/ICI处理，已经做了几次尝试量化远隔效应的概率。例如，在2014年至2019年间，对10例转移性黑色素瘤患者进行的非随机研究分析显示，平均有34.3的病例有远处肿瘤缓解。2009年至2017年间，对8个转移性黑色素瘤研究进行了类似的荟萃分析，报告了平均26.5的病例的远隔效应。
尽管有这些令人鼓舞的观察，但仍需要随机检查针对RT/ICI的远隔效应的发生率，以便最终确定这种现象的发生频率。事实上，在32例头颈部转移性鳞状细胞癌中，RT/ICI的一项随机试验显示，在0例中没有显示出明显的作用。即将到来的几个RT和ICI联合治疗的随机试验可以进一步深入了解临床反应的实际发生情况，这些试验是为了系统地收集转移性肺癌放射野外反应发生率的数据进行设计的。
随着ICI的引入，有更多的记录在案的远隔效应病例，但这些病例可能仅限于一小部分患者，甚至可能限于特定的癌症类型。与此相一致，黑色素瘤和肺癌中出现了许多记录在案的远隔效应，通常表现出较高的淋巴细胞浸润和突变率。这些新出现的数据表明，RT/ICI疗法尤其适用于免疫原性强的癌症亚型，因为这可能更好地实现远隔效应。
自从认识到这一点以来，越来越多的焦点放在确定临床参数和治疗条件上，以促进对DNA损伤疗法的系统响应。回顾性分析表明，腹股沟肿瘤消退与CD8细胞毒性T淋巴细胞浸润增加和CD8FoxP3调节性T细胞减少相关。远隔效应的发生率也与淋巴细胞减少呈负相关。然而，高剂量RT与患者免疫细胞的耗竭有关。与此一致，其中一个观察结果是，分次RT在临床上与远隔效应相关。除此之外，通过SBRT等程序给予高度靶向性RT可进一步保护患者淋巴细胞并促进远隔效应。
在临床前小鼠模型中已经对RT分割的作用进行了研究发现RT至少在两个治疗周期内利于远隔部位肿瘤消退，而单次高剂量RT有利于Treg分化，因此可能促进肿瘤进展。需要有针对性的临床试验设计RT方案，而这些方案有利于特定癌症类型的缓解。
在RT不消耗所有淋巴细胞、CTL/Treg比率良好且通过分段RT实现免疫刺激的情况下，患者表现出远隔效应。
人们一直在研究远隔效应的小鼠模型，与许多其他免疫现象的表征一样，这些研究对于确定潜在机制至关重要。早期，一份里程碑式的报告表明，在免疫缺陷小鼠中未观察到腹股沟肿瘤消退。这表明，远隔效应必须由抗肿瘤免疫反应介导。同样，原发性肿瘤对RT的直接反应在免疫缺陷小鼠中也减轻。一般认为，针对肿瘤细胞的免疫反应对肿瘤细胞中蛋白质过度表达或序列改变而产生的新抗原具有特异性。肿瘤细胞杀伤的主要效应物是依赖于树突状细胞新抗原呈递的CTL。由于树突状细胞内不存在肿瘤新抗原，这种抗原由专门的交叉启动树突状细胞呈现。在远隔效应的背景下，这种反应可能依赖于RT诱导的细胞死亡，后者通过激活TLR4和I型干扰素信号在DC中启动交叉抗原呈递。除此之外，I型干扰素信号增加了能够交叉表达的肿瘤相关DC的数量。新抗原通过cpDC上的I类MHC分子呈现。同样，RT直接诱导这些分子的上调，从而增强交叉呈递。在多种癌症类型的小鼠模型中，cpDC的缺失会破坏远隔效应，表明这些细胞是远隔效应抗肿瘤免疫作用所必需的。综上所述，这些发现表明在远隔效应背景下DC和CTL交叉呈递新抗原的适应性免疫激活中起主要作用，而RT可能在多个水平上触发这一点。激活后cpDC迁移至淋巴结并与初始T细胞结合，产生肿瘤特异性CTL。T细胞启动是通过cpDCMHCI新抗原呈递、双激活信号以及与淋巴结中的CD4T细胞结合而发生的。当肿瘤反应性CTL释放到外周时，这些细胞能够通过外渗浸润肿瘤组织。由于CTL通常无法接近肿瘤组织，因此这一步骤对远隔反应形成了相当大的障碍。事实上，肿瘤部位CTL可及性的增加与抗肿瘤免疫密切相关。RT使肿瘤组织更容易接触CTL。例如，RT触发CTL引诱趋化因子CXCR16的产生。除此之外，RT通过上调ICAM1和VCAM1诱导组织结构的变化，从而促进血管系统允许CTL外渗。因此，虽然CTL可能更容易到达受照射的原发肿瘤，但转移部位的可及性要低得多，从而限制了远隔肿瘤的缓解。有效的肿瘤细胞裂解是通过CTL识别新抗原和通过细胞毒性脱颗粒或诱导肿瘤细胞凋亡杀死细胞实现的。然而，有证据表明，肿瘤细胞表面抑制信号分子PD1、PDL1和CTLA4的表达通常会有效地抵消这一过程。值得注意的是，针对这些抑制分子的单克隆抗体已被广泛用于刺激CTL介导的肿瘤细胞杀伤。这种对免疫检查点的抑制被认为是RT/ICI治疗后出现远隔效应的原因之一。综上所述，远隔效应期间的肿瘤细胞杀伤可能取决于CTL浸润原发肿瘤和远端转移，ICI增强了这一点。
另一种新出现的肿瘤细胞杀伤作用是吞噬作用。越来越多的证据表明，这一过程是由M1样巨噬细胞执行的，M1MΦ是一种能够分泌炎性细胞因子和吞噬细胞的细胞亚群。RT/ICI诱导的局部缓解的转移性非小细胞肺癌和黑色素瘤小鼠模型的两项独立研究在肿瘤缓解部位检测到显著的M1MΦ。除此之外，基因敲除MΦ趋化因子CCL2，RT介导的远隔效应减弱。值得注意的是，在一些特定的情况下，RT/ICI的反应完全依赖于M1MΦ的吞噬作用，而不依赖于CTL介导的细胞杀伤。这些使用小鼠模型的数据表明，这些细胞可能是远隔效应在肿瘤细胞清除期间的主要细胞。为了支持这一观点，一项临床试验表明，RT联合应用GMCSF，增加了各种转移性实体肿瘤临界缓解的发生率。此外，MΦ发展的另一种细胞命运，即M2MΦ，是众所周知的抑制抗肿瘤免疫反应。因此，肿瘤对M1MΦ发育的偏向可能会抑制M2MΦ细胞的生成，有利于肿瘤的缓解。这导致了一个模型，即远隔效应依赖于介导肿瘤清除的CTL活性和通过肿瘤相关的M1MΦ细胞吞噬。由于M1MΦ细胞不能感知抗原，因此在两种肿瘤细胞杀伤模式中，T细胞介导的新抗原识别都提供了抗肿瘤活性的特异性。
Fig1.远隔效应期间的抗肿瘤免疫反应概述。由于RT导致肿瘤细胞死亡时产生抗原，交叉启动树突状细胞摄取新抗原。I型炎症是由相关的细胞因子分泌触发。I型干扰素上调cpDC上的MHCI类分子。这些细胞从原发肿瘤部位迁移到淋巴结，并将肿瘤相关抗原呈递给初始T细胞。导致肿瘤反应性CD4和CD8T细胞群的产生，并且这些细胞被释放到循环系统中。肿瘤反应性T细胞是执行远隔效应的主要细胞。这包括CD8T细胞在识别肿瘤抗原后释放细胞毒性分子。这是由CD4T细胞在抗原识别时共同刺激释放细胞因子，如IL2，从而促进T细胞增殖和效应器功能。M1巨噬细胞通过直接吞噬和分泌I型炎性细胞因子参与肿瘤细胞杀伤。重要的是，考虑到免疫细胞在淋巴结中被激发并释放，这些活动也发生在表现出相同抗原的远端转移处，这导致了远隔效应。
了解远隔效应的发生对于发展刺激远隔效应的治疗方法至关重要。RT是DNA损伤的一个众所周知的触发因素，这在确定远隔效应起始的潜在机制中占据了中心地位。RT介导的DNA损伤通过两种主要机制发生：高能光子直接破坏DNA和产生自由基。最致命的DNA损伤形式是基因组DNA中双链断裂的产生。在稳态条件下，DNA链断裂在检查点信号激酶ATM和ATR引起的细胞周期延长期内修复，从而阻止DNA损伤细胞进入有丝分裂。这种细胞周期进展的延迟使大量DNA损伤反应蛋白质有更多的时间修复基因损伤。细胞周期检查点破坏通常发生在癌细胞中，或者可能受到ATR小分子抑制剂阻滞，从而使未修复的损伤在有丝分裂期间持续存在，并错误地分离到细胞质中。
这种受损的DNA暴露在细胞质中时是促炎的，在细菌或病毒感染后对致病性核酸产生正常反应的模式识别受体分子可以识别它。DNA损伤和检查点反应也影响非编码RNA的转录，其中p53的丢失明显导致DSB诱导后逆转录元件增加。因此，DNA损伤可能对整个细胞内自身DNA和RNA的免疫原性产生广泛影响，并且这些分子是天然免疫反应的触发因素。
微核是由RT和其他形式的DNA损伤以及破坏有丝分裂纺锤体产生的。事实上，微核形成和辐射之间的关系非常紧密，因此已被用于监测原子能发电厂工人意外暴露于辐射的情况。微核是对有丝分裂错误的反应，包括微管蛋白纤维或中心粒的不当附着，以及未修复的染色体断裂，导致没有功能性动粒的片段。总的来说，这样的事件导致染色体DNA在终末期的有丝分裂平面中的异常发生，这导致未能将该DNA并入原核。形成异常的核膜，容易破裂并使DNA暴露于细胞质中。这种暴露让人想起细胞质中存在病原体DNA，因此触发先天免疫反应。事实上，如果细胞在DNA受损的情况下分裂，微核会触发I型干扰素和NFκB反应，这取决于DNA感应PRRcGAS。核小体是细胞cGAS激动剂。因此，免疫信号可能随着DNA复制的解除而发生，微核修复导致受损的核小体游离DNA，然后在随后的有丝分裂或微核膜破裂时暴露于细胞质中。cGAS激活后，合成旁分泌环二核苷酸cGAMP并触发依赖于TBK1、内质网相关传感器STING、IRF3和NFκB的磷酸化的I型炎症。这一过程对于诱导远隔效应的重要性在STING–/–小鼠中得到了证实，在RT/ICI治疗后，这些小鼠在微核介导的免疫诱导和远隔部位肿瘤消退方面受损。此外，通过有丝分裂的进展对DNA损伤诱导的抗肿瘤免疫反应至关重要。总之，RT诱导的微核DNA暴露于细胞质是I型干扰素信号的有效触发因素，这可能有助于远隔效应的发生。
