光免疫疗法的发现及免疫机制

光免疫疗法(photo-immunotherapy;PIT)是光动力疗法(photo-dynamictherapy;PDT)和免疫疗法两者结合的治疗方法。截至2020年3月份，以局部复发头颈部腺癌患者为治疗对象的第Ⅲ期临床试验已经启动，期待尽快获得批准。

北海道大学大学院药学研究院生体分析化学研究室教授--小川美香子在2月22日举行的第17届日本免疫治疗学会上，就光免疫疗法的发现经过及其治疗机制做了详细的解说。

光免疫疗法：癌细胞与光敏剂结合后照射近红外线，癌细胞会被破坏

光免疫疗法的发现可以追溯到2009年。当时，小川美香子教授在美国国立卫生研究所(NIH)主任研究员小林久隆领衔的团队中研究时发现：在使用酞菁类光敏剂检测癌细胞时，癌细胞会体积增大，继而破损死亡。

酞菁是结构类似卟啉的一种稳定型化合物，耐光性高，不易褪色。因其具有出色的耐久性，被用于新干线列车的涂料或CD光盘的涂层等。光免疫疗法使用的是高水溶性的酞硅菁，它是由表皮生长因子受体(EGFR)抗体和IR700结合生成的抗体-IR700复合物。当抗体-IR700复合物和癌细胞结合后照射近红外线(NIR)会生成细胞毒性，不结合则不会生成毒性。小鼠实验结果显示：癌细胞在与抗体-IR700复合物结合后，照射近红外线一次，癌细胞会坏死;反复照射后效果更加显著。即癌细胞与抗体-IR700复合物反复结合，反复照射近红外线后可以导致癌组织的深度坏死。

2019年的美国临床肿瘤协会(ASCO2019)公布了以30例局部复发头颈部癌患者为研究对象的第Ⅱa期临床试验的结果。结果显示：奏效率43%，完全奏效4例(13%)，部分奏效9例(30%)。无进展生存期中位数5.2个月。总生存期中位数9.3个月。发生严重不良反应事件13例(43.3%)，其中光免疫治疗相关3例。

物理/化学变化可加速破坏癌细胞

关于光免疫疗法的免疫机制，小川教授强调：免疫疗法的发现纯属偶然，为了今后的药物研发，有必要明确破坏细胞的机制以及光敏性药物的性质。经试验发现：

1. 光免疫疗法在4℃的环境下，仍然可以发挥和在37℃环境下相同的抗肿瘤效果;

2. 光免疫疗法只破坏HER2阳性细胞，而不会伤及邻近的HER2阴性细胞，具有明显的细胞特异性。对正常细胞影响甚微。

另外，三维定量相位显微镜成像的结果显示：即使加入被氧化的光三氮化钠(NaN3)，癌细胞仍然会膨胀，破损。对此现象可以解释为：光免疫疗法与通过活性氧破坏癌细胞的光动力治疗(PDF)拥有不同机制。

而且由于以下3点：

1. 即使停止近红外线(NIR)照射，细胞仍然会继续膨胀。

2. 刚刚被近红外线(NIR)照射后的细胞膜损伤非常微小，水或负离子那样的小分子才能通过。

3. NA离子在进入细胞内部后，细胞被破坏。

光免疫疗法的作用机制被假定为：近红外线(NIR)照射光敏剂后，细胞膜发生微小损伤。渗透压或负离子失衡导致细胞内水分被榨取后，细胞膨胀而坏死。测试中放入放射性物质后，细胞内水分被榨取，培养液中渗透压上升，导致细胞萎缩。

以上种种迹象表明了以下这些光免疫疗法的机制：

1. 光敏剂与癌细胞结合后照射近红外线，细胞膜瞬间破损。

2. 细胞内水分被抽干后，癌细胞会膨胀。

3. 细胞膜破裂后直至凋亡。

另外，细胞膜瞬间被破坏的机制也被赋予了以下说明：即光敏剂被近红外线照射后，化学结构发生了变化，在细胞膜表面生成不溶水的凝集体，切断了肌动蛋白纤维，从而导致细胞膜损伤。

光免疫疗法可诱导免疫原性细胞死亡

小川美香子教授还提示了光免疫疗法的另外一个重要特征：「光免疫疗法」可诱导免疫原性细胞死亡。

光免疫治疗后，以下标志物的出现都证实了这一点。

1. CRT / HSP 70 / HSP90的表达(免疫原性细胞死亡)

2. ATP、HMGB1的表达(在抗肿瘤免疫的确立和免疫记忆中有重要地位)

3. CD80,CD86, IL-12, HLA-DR,CD40的表达(成熟树状细胞的标志)

小林久隆教授还做了如下报告：小鼠试验中，通过免疫原性细胞死亡的介入，在向幼稚T细胞的抗原呈现中显示，贪食肿瘤特意抗原的成熟树状细胞会诱导细胞毒性T淋巴细胞的分化，增殖。再结合抗PD-1抗体的全身治疗，除了照射部位，远端肿瘤也会显示抗肿瘤活性，即远端效果。

最后，小川美香子教授总结了光免疫疗法的机制：与光动力治疗不同，光免疫疗法以物理/化学变化为起点而非阶梯式氧化反应，可迅速引起细胞死亡。细胞膜被破坏后，免疫原性细胞死亡会引起细胞调亡，肿瘤免疫被活化。