光免疫療法的發現及免疫機制

光免疫療法(photo-immunotherapy;PIT)是光動力療法(photo-dynamictherapy;PDT)和免疫療法兩者結合的治療方法。截至2020年3月份，以局部復發頭頸部腺癌患者為治療對象的第Ⅲ期臨床試驗已經啟動，期待盡快獲得批準。

北海道大學大學院藥學研究院生體分析化學研究室教授--小川美香子在2月22日舉行的第17屆日本免疫治療學會上，就光免疫療法的發現經過及其治療機制做了詳細的解說。

光免疫療法：癌細胞與光敏劑結合后照射近紅外線，癌細胞會被破壞

光免疫療法的發現可以追溯到2009年。當時，小川美香子教授在美國國立衛生研究所(NIH)主任研究員小林久隆領銜的團隊中研究時發現：在使用酞菁類光敏劑檢測癌細胞時，癌細胞會體積增大，繼而破損死亡。

酞菁是結構類似卟啉的一種穩定型化合物，耐光性高，不易褪色。因其具有出色的耐久性，被用于新干線列車的涂料或CD光盤的涂層等。光免疫療法使用的是高水溶性的酞硅菁，它是由表皮生長因子受體(EGFR)抗體和IR700結合生成的抗體-IR700復合物。當抗體-IR700復合物和癌細胞結合后照射近紅外線(NIR)會生成細胞毒性，不結合則不會生成毒性。小鼠實驗結果顯示：癌細胞在與抗體-IR700復合物結合后，照射近紅外線一次，癌細胞會壞死;反復照射后效果更加顯著。即癌細胞與抗體-IR700復合物反復結合，反復照射近紅外線后可以導致癌組織的深度壞死。

2019年的美國臨床腫瘤協會(ASCO2019)公布了以30例局部復發頭頸部癌患者為研究對象的第Ⅱa期臨床試驗的結果。結果顯示：奏效率43%，完全奏效4例(13%)，部分奏效9例(30%)。無進展生存期中位數5.2個月。總生存期中位數9.3個月。發生嚴重不良反應事件13例(43.3%)，其中光免疫治療相關3例。

物理/化學變化可加速破壞癌細胞

關于光免疫療法的免疫機制，小川教授強調：免疫療法的發現純屬偶然，為了今后的藥物研發，有必要明確破壞細胞的機制以及光敏性藥物的性質。經試驗發現：

1. 光免疫療法在4℃的環境下，仍然可以發揮和在37℃環境下相同的抗腫瘤效果;

2. 光免疫療法只破壞HER2陽性細胞，而不會傷及鄰近的HER2陰性細胞，具有明顯的細胞特異性。對正常細胞影響甚微。

另外，三維定量相位顯微鏡成像的結果顯示：即使加入被氧化的光三氮化鈉(NaN3)，癌細胞仍然會膨脹，破損。對此現象可以解釋為：光免疫療法與通過活性氧破壞癌細胞的光動力治療(PDF)擁有不同機制。

而且由于以下3點：

1. 即使停止近紅外線(NIR)照射，細胞仍然會繼續膨脹。

2. 剛剛被近紅外線(NIR)照射后的細胞膜損傷非常微小，水或負離子那樣的小分子才能通過。

3. NA離子在進入細胞內部后，細胞被破壞。

光免疫療法的作用機制被假定為：近紅外線(NIR)照射光敏劑后，細胞膜發生微小損傷。滲透壓或負離子失衡導致細胞內水分被榨取后，細胞膨脹而壞死。測試中放入放射性物質后，細胞內水分被榨取，培養液中滲透壓上升，導致細胞萎縮。

以上種種跡象表明了以下這些光免疫療法的機制：

1. 光敏劑與癌細胞結合后照射近紅外線，細胞膜瞬間破損。

2. 細胞內水分被抽干后，癌細胞會膨脹。

3. 細胞膜破裂后直至凋亡。

另外，細胞膜瞬間被破壞的機制也被賦予了以下說明：即光敏劑被近紅外線照射后，化學結構發生了變化，在細胞膜表面生成不溶水的凝集體，切斷了肌動蛋白纖維，從而導致細胞膜損傷。

光免疫療法可誘導免疫原性細胞死亡

小川美香子教授還提示了光免疫療法的另外一個重要特征：「光免疫療法」可誘導免疫原性細胞死亡。

光免疫治療后，以下標志物的出現都證實了這一點。

1. CRT / HSP 70 / HSP90的表達(免疫原性細胞死亡)

2. ATP、HMGB1的表達(在抗腫瘤免疫的確立和免疫記憶中有重要地位)

3. CD80,CD86, IL-12, HLA-DR,CD40的表達(成熟樹狀細胞的標志)

小林久隆教授還做了如下報告：小鼠試驗中，通過免疫原性細胞死亡的介入，在向幼稚T細胞的抗原呈現中顯示，貪食腫瘤特意抗原的成熟樹狀細胞會誘導細胞毒性T淋巴細胞的分化，增殖。再結合抗PD-1抗體的全身治療，除了照射部位，遠端腫瘤也會顯示抗腫瘤活性，即遠端效果。

最后，小川美香子教授總結了光免疫療法的機制：與光動力治療不同，光免疫療法以物理/化學變化為起點而非階梯式氧化反應，可迅速引起細胞死亡。細胞膜被破壞后，免疫原性細胞死亡會引起細胞調亡，腫瘤免疫被活化。