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【综述】免疫检查点分子影像学及其在结直肠癌诊断与治疗中的价值

首页 » 研究 » 免疫 2018-07-06 中华放射学杂志 赞(2)
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导读
目前,结肠镜是诊断CRC的金标准,不同影像检查方法诊断CRC各有其优势和局限性.基于遗传和表观遗传特征的生物学标志物分子...

据2015中国癌症统计的数据显示,我国2015年癌症新发429.2万,死亡281.4万[1]。结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是消化系统常见的恶性肿瘤,患病率和病死率逐年上升,早期诊治能够明显改善患者的预后[1]。目前,结肠镜是诊断CRC的金标准,不同影像检查方法诊断CRC各有其优势和局限性。基于遗传和表观遗传特征的生物学标志物分子影像学检查逐渐成为诊断肿瘤的新方法[2,3]。肿瘤免疫学是近年来肿瘤领域研究的热点之一,随着肿瘤学、免疫学及分子生物学的交叉渗透,免疫治疗发展迅速,免疫检查点通路技术取得了重大突破[4]。笔者对免疫检查点在结直肠癌中的作用及其分子影像学进展进行综述。


一、免疫检查点

正常机体免疫系统的监测功能能够识别肿瘤细胞独特的抗原,发生抗肿瘤的免疫应答,进而清除肿瘤细胞或抑制其生长速度,其中T淋巴细胞发挥着主导作用。T淋巴细胞通过接受第一信号及第二信号刺激,表达一系列激活性和抑制性受体来调控免疫平衡。一方面维持对自身抗原的免疫耐受,避免过强的免疫反应造成自身免疫疾病;另一方面通过负反馈免疫反应,避免过度的刺激造成机体的自我损伤[5,6]。免疫检查点是这些调控过程中的免疫抑制信号,是免疫系统中至关重要的抑制性通路,具有保护机体避免过度免疫激活而损害正常组织的生理功能,但同时也为肿瘤创造了避开免疫监视的机会。目前,已知的免疫检查点包括程序性死亡蛋白-1(programmed death protein 1,PD-1)/程序性死亡配体-1(programmed cell death ligand 1,PD-L1)/程序性死亡配体-2(programmed cell death ligand 2,PD-L2)、细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4,CTLA-4)/CD80/CD86、T细胞受体(T cell receptor,TCR)/淋巴细胞活化基因3(lymphocyte activation gene 3,LAG3)[7],其中PD-1/PD-L1是肿瘤产生免疫性抵抗的关键通路,在肿瘤免疫逃逸中发挥着重要作用。


PD-1是由288个氨基酸构成的免疫球蛋白超家族Ⅰ型跨膜蛋白,定位于人类的2号染色体上,因其是一个负性调节免疫反应的受体,被认为与细胞的凋亡相关,从而被命名为程序性死亡因子[8]。PD-1在多个类型的细胞中广泛表达,包括活化的T淋巴细胞、B淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞以及宿主组织细胞等[9],主要参与T细胞功能的调控。PD-1与PD-L1结合向T细胞内传递抑制信号,通过抑制T细胞的活性,调节效应T细胞对肿瘤细胞的效应,诱导并维持T细胞对肿瘤细胞的免疫耐受,使得肿瘤避开免疫监视,达到免疫逃逸[5],从而促进肿瘤的发生发展及复发转移。PD-1与PD-L1常常在肿瘤细胞或肿瘤微环境中高表达,在非小细胞肺癌的肿瘤组织中,CD8+T细胞PD-1的表达远高于外周血中单核淋巴细胞中的表达[10,11];在恶性黑色素瘤、乳腺癌、淋巴瘤、胃癌等肿瘤细胞表面亦存在PD-1分子表达的上调,且其表达水平与某些肿瘤的预后相关[12,13,14,15,16]。


在CRC中,免疫检查点通路也与其肿瘤的发生发展密切相关。Shi等[17]报道,PD-L1在CRC肿瘤细胞(HCT116细胞系)中高表达,且其与肿瘤细胞的级别、TNM分级具有显著相关性;PD-L1表达阳性的患者生存期较短,多变量分析显示,PD-L1的表达是CRC预后的独立性因素,且与肿瘤细胞的增殖、侵袭与转移相关。CRC的发生发展与肿瘤细胞的免疫逃逸密切相关[18]。肿瘤细胞与其微环境存在着相互作用,微环境中存在着大量的免疫细胞和细胞因子,构成了肿瘤局部微环境的免疫系统,可以监视、识别、消除恶变的肿瘤细胞,达到免疫清除的作用,但少数未被消灭的肿瘤细胞与免疫系统相持,此时肿瘤的免疫原性被重新塑造,一些对免疫识别至关重要的分子缺失或改变,使得肿瘤细胞逃避免疫系统的攻击、清除,进一步发展为临床可以检测的实体肿瘤,此现象即为肿瘤的免疫逃逸。因此,免疫检查点的调节作用对维持机体免疫平衡具有重大意义,探索其作用机制,有望对其相关疾病做出明确诊断。


二、结直肠癌的常规检查方法

目前,我国结直肠癌的筛查方法采用序贯筛查法,即高危因素问卷调查结合免疫法粪便隐血检查(fecal occult blood,FOB),阳性者进行肠镜检查。虽然进行FOB检查可在一定程度上减少CRC的患病率和病死率,但其敏感度较低;肠镜虽为诊断CRC的金标准,但缺乏一定的顺应性,且肠镜难以通过严重狭窄的肠腔,还存在检查盲区,检查存在一定的失败率及漏诊率。李其龙等[19]对同一县内4个行政村的40~74岁人群进行优化序贯筛查,并同时完成结肠镜检查,结果显示,共2 607名研究对象完成筛查,检出结直肠癌20例,进展期腺瘤85例,非进展期腺瘤271例,非腺瘤性息肉141例,提示优化序贯筛查方案诊断敏感度和特异度较高,但仍有进一步优化的必要和空间。


影像学检查能够弥补传统结肠镜的不足,痛苦小且不受肠管狭窄程度的限制,能够观察整段结肠的形态学改变。早期采用的影像方法为钡灌肠(barium enema,BE),随着技术的发展,CT和MRI逐渐在CRC的诊断及评价中普及。蔡香然等[20]以病理结果为金标准,BE、CT及MRI诊断CRC的敏感度分别为96.9%、96.2%和97.1%,CT和MRI对结直肠癌T分期诊断的准确度分别为73.1%和82.9%。因此,BE是CRC的基本影像检查方法,CT和MRI是BE必要的补充手段。Neri等[21]报道,对可疑CRC患者行CT检查,29例患者外科手术发现30个CRC病灶及2个降结肠缺血性病灶,CT检出所有病灶,而结肠镜漏诊10个CRC病灶,CT检查CRC的敏感度及特异度分别为100%及96%,而结肠镜的敏感度及特异度分别为56%及92%;另外,CT能够同时发现CRC肝转移瘤,对于直径2~5 cm的肝转移瘤,CT平扫的敏感度及特异度分别为100%及43%,CT增强扫描的敏感度及特异度均为100%。尽管在部分肠管腔内存在粪便残留,但通过CT结肠仿真内窥镜观察,并结合三维重组、多平面重组等技术,仍能够将肠管管壁的病灶与残留粪便鉴别。由此可见,CT结肠检查能够提供较完整的信息,为结直肠癌手术定位及肝转移瘤的治疗提供解决方案,但对于早期病变及淋巴结转移的正确分期较困难,对于肠道准备不充足者仍存在一定的影响。


随着技术的进步,MRI克服以往胃肠道蠕动和呼吸运动的影响,应用于CRC的检查中,由于MRI具有较高的分辨率,对结直肠壁各层结构显示清晰,并能够显示肿瘤与周围筋膜及邻近器官的细节,因此被推荐为诊断结直肠癌T分期的检查方法[22]。应用于结直肠癌N分期时,多采用淋巴结直径作为是否侵及的标准,10 mm界值具有较高的特异度但敏感度较低,淋巴结大小与肿瘤良恶性之间并无明确的相关性。有学者将淋巴结形态的不规则性及信号强度不均匀性作为判断淋巴结是否受侵的指标,诊断敏感度及准确度分别为97%~98%及80%~85%[23]。另外,MRI诊断肝转移瘤的准确度高于CT增强扫描,采用肝细胞特异性对比剂,能够将CRC肝转移瘤诊断的准确度提高至92.5%~93.8%[24]。PET-CT诊断CRC术前分期及转移具有一定价值,但并无明确的标准推荐将PET-CT作为常规检查应用于临床。因此,不同的影像检查方法均具有其优势及局限性,在CRC术前评估中需综合多项检查进行全面评价。


三、分子影像学在结直肠癌免疫检查点中的应用

近年来,结直肠癌中多采用肿瘤标本活检及固定免疫组织化学分析的方法[25],检测肿瘤免疫检查点的表达,并预测哪些肿瘤可以在免疫治疗中受益,进而评估肿瘤免疫治疗的效果。但肿瘤具有异质性,且免疫检查点分子的表达是动态和异质的,固定免疫组织化学分析可能无法提供充足及准确的信息,而分子成像可以提供关于受体表达水平的几乎实时的信息,监测肿瘤进展中免疫检查点分子的表达水平,作为个体化治疗的指导。因此,PD-1单克隆抗体的实验和临床应用研究备受关注,使用PET和光学成像等无创性成像技术检测免疫检查点分子水平,作为患者免疫诊疗的分层依据具有广泛应用前景。


黑色素瘤的免疫检测点诊断和治疗研究较为成熟,也为结直肠癌以及其他多种肿瘤治疗的临床应用研究提供了理论依据和实践指导。Chatterjee等[26]报道,采用64Cu对鼠抗PD-1单克隆抗体进行放射性标记后的PET成像显示,64Cu摄取与PD-L1表达具有强相关性(r=0.997,P<0.05),且采用64Cu对临床批准的PD-1抗体进行放射性标记后,可以利用PET成像直接观察其在体内的分布,在注射64Cu标记的抗体后1 h内即可检测到PD-L1的表达;另外,使用111In标记PD-L1抗体,可以作为单光子发射计算机体层成像检测PD-L1表达的探针,同样可以观察111In标记的免疫治疗药物在体内的分布及水平。因此,PET及单光子发射计算机体层成像能够实现PD-L1特异性核素显像,从而实现快速、敏感且无创地检测不同肿瘤中PD-L1的表达水平。


CRC治疗方案的选择取决于肿瘤的分期,早期者大多采用局部切除的方法且能够获得较高的治愈率[27]。T3期中、低位直肠癌或淋巴结阳性者需要结合术前放化疗以及额外的辅助治疗,Ⅳ期CRC通常采用化学治疗的方法,针对分子生物学指标的靶向治疗效果并不乐观[28]。随着免疫检查点在多种肿瘤中的应用,免疫治疗成为研究的热点。魏少忠和胡胜[29]总结了抗肿瘤免疫治疗在CRC中的作用以及各种免疫检查点抑制剂在CRC中应用的最新进展,显示免疫治疗在CRC中有望取得较好疗效,而通过检测免疫检查点的表达即能够评价免疫治疗的效果;但此方法受分子生物学标志物选择的限制,仍存在一定的局限性。如果能够选择合适的分子探针,对靶向免疫检查点进行PET或单光子发射计算机体层成像,或制备其他分子成像方法特异性显像的探针,将会为分子影像学在免疫检查点中的应用拓展更广阔的前景。


四、小结与展望

免疫检查点在结直肠癌的发生、发展及治疗中发挥着重要作用,然而对其进行精准的检测以及评估免疫治疗效果仍有一定困难,分子影像学有望发挥重要作用,但检查方法仍有待完善。随着分子探针的研究及分子影像学成像技术的发展,对于免疫检查点的检测、免疫治疗效果的监测及靶外不良反应机制的探索会更加成熟,进而有助于分子影像学在结直肠癌免疫检查点中发挥更大作用。

文章来源:中华放射学杂志, 2018,52(2) : 155-157

作者:贾玉琳 姜慧杰(转化医学网360zhyx.com)

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