质子微束放射治疗对胶质母细胞瘤大鼠模型抗肿瘤免疫反应的影响 开放获取

《Cancer Immunology Research》：Evaluation of Proton Minibeam Radiotherapy on Antitumor Immune Responses in a Rat Model of Glioblastoma Open Access

抗胶质母细胞瘤（GBM）质子微束放疗（pMBRT）的免疫响应机制研究。通过单细胞RNA测序分析，发现pMBRT在30 Gy单次剂量下显著增强肿瘤内CD8+ T细胞、树突状细胞（DCs）和B细胞浸润，其中pMBRT相比传统质子放疗（conv-PT）在中心区域增加CD8+ T细胞和调节性T细胞密度达3倍以上。转录组学显示pMBRT上调CXCL10、IFNγ及MHC-I类分子表达，激活的DCs（C3亚群）和浆细胞（C18亚群）在pMBRT组中呈现更高分化。生存分析表明pMBRT在免疫缺陷小鼠模型中效果与conv-PT相当（P<0.0001），而免疫正常小鼠存活率显著提高（P=0.0001）。机制研究揭示pMBRT通过非均匀剂量分布诱导肿瘤微环境重塑，促进IFN-I信号通路和细胞间通讯（如CXCL10-CXCR3轴）。该技术为低毒性放疗联合免疫治疗提供了新思路。

　　本研究聚焦于一种新型的放射治疗技术——质子微型束放射治疗（pMBRT）在治疗放射抗拒性肿瘤中的免疫调节作用。这类肿瘤，尤其是胶质母细胞瘤（GBM），因其免疫抑制特性而难以治疗，而传统的放射治疗（RT）虽然能够改善肿瘤的控制，但其对正常组织的毒性限制了其在某些大体积肿瘤中的应用。因此，探索一种既能增强抗肿瘤免疫反应又可减少正常组织毒性的策略，对于提升癌症治疗效果具有重要意义。pMBRT结合了亚毫米级空间分馏的低毒性特点与质子治疗的靶向优势，展现出在肿瘤免疫反应中的独特潜力。

在研究中，通过使用预临床的胶质母细胞瘤模型，我们发现pMBRT能够显著增强肿瘤内的淋巴细胞密度，这比传统质子治疗更具优势。利用单细胞转录组学技术，我们分析了pMBRT诱导的肿瘤免疫细胞中出现的转录变化，包括抗体生成、趋化性细胞因子表达和I型干扰素（IFN-I）反应的增强。这些发现表明，pMBRT可能通过激活适应性免疫，特别是T细胞，来实现其抗肿瘤效果。研究结果还显示，pMBRT能够在单次治疗中触发抗肿瘤免疫反应，且对健康组织的损伤较小，这使其成为未来临床试验和放射免疫治疗结合的有前景候选技术。

为了评估pMBRT的免疫机制，我们对比了免疫功能正常的F344大鼠和T细胞缺陷的Fischer Nude大鼠在使用pMBRT治疗后的生存率。结果显示，pMBRT显著提高了免疫正常大鼠的生存率，而对T细胞缺陷的大鼠则没有明显影响，这表明pMBRT的疗效依赖于T细胞的功能。这一发现进一步支持了pMBRT在免疫调节方面的潜力，尤其是其在诱导T细胞介导的抗肿瘤反应中的作用。

研究还通过免疫荧光（IF）多色染色和流式细胞术，分析了pMBRT对肿瘤微环境中免疫细胞的空间分布和密度的影响。结果显示，pMBRT能够显著增加肿瘤核心区域的CD4+和CD8+ T细胞密度，而传统质子治疗（conv-PT）则对周围区域的T细胞有显著影响。此外，pMBRT还促进了B细胞和树突状细胞（DC）向肿瘤核心的迁移，这可能是其增强抗肿瘤免疫反应的关键因素。这些结果表明，pMBRT可能通过特定的免疫细胞招募和激活机制，有效提高抗肿瘤免疫反应的强度和持久性。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析进一步揭示了pMBRT对不同免疫细胞群体的转录组变化。我们发现，pMBRT显著激活了树突状细胞（如C3集群），这些细胞在抗肿瘤免疫中扮演重要角色，能够促进T细胞的激活和增殖。此外，pMBRT还增加了B细胞的转录活性，使其向产生抗体的浆细胞分化。这可能意味着pMBRT不仅能够增强T细胞介导的免疫反应，还能通过B细胞增强体液免疫反应，从而形成更全面的抗肿瘤免疫防御机制。

研究还发现，pMBRT在单个细胞层面诱导了多种免疫相关通路的激活，包括IFN-I信号通路、T细胞共刺激信号通路和对活性氧（ROS）的响应。这些通路的激活可能有助于免疫细胞的招募、激活和功能增强。相比之下，传统质子治疗对这些通路的影响较为有限，且某些细胞类型如中性粒细胞和浆细胞在pMBRT处理后表现出更显著的激活。这提示pMBRT可能通过特定的细胞死亡机制（如非凋亡的免疫原性细胞死亡）来触发更广泛的免疫反应。

研究还通过细胞间通讯分析（CellChat）揭示了pMBRT诱导的免疫细胞之间复杂的信号互动。结果表明，pMBRT显著增强了趋化因子和趋化因子受体的表达，特别是CXCL10和CXCL11，这些因子能够吸引T细胞进入肿瘤核心。这种增强的趋化因子表达可能与pMBRT诱导的IFN-I信号通路激活有关，从而促进了T细胞的募集和激活。相比之下，传统质子治疗主要影响了某些特定的趋化因子表达，但其整体免疫激活效果不如pMBRT。

研究还评估了pMBRT对不同免疫细胞群体的影响。结果表明，pMBRT在不同免疫细胞中产生了不同的转录变化，包括树突状细胞、B细胞、单核细胞和巨噬细胞。这些细胞在pMBRT处理后表现出更强烈的免疫激活特征，如表达更多的共刺激分子和参与更多的免疫反应通路。这提示pMBRT可能通过多靶点的免疫调节机制，显著提升抗肿瘤免疫反应的强度和持续时间。

尽管研究结果令人鼓舞，但本研究也存在一定的局限性。例如，由于动物模型的特殊性，研究结果可能无法完全推广到人类。此外，pMBRT的治疗参数（如剂量分布、束流设计等）需要进一步优化，以确保其在临床应用中的安全性和有效性。因此，未来的研究应进一步探索pMBRT在不同肿瘤类型和不同治疗条件下的免疫调节机制，以验证其在临床中的应用潜力。

综上所述，本研究揭示了pMBRT在增强抗肿瘤免疫反应方面的潜力。pMBRT不仅能够有效提高T细胞和B细胞的密度，还能通过多种机制增强免疫细胞的激活和功能。这些发现为未来的放射免疫治疗提供了重要的理论依据和技术支持，同时也为理解放射治疗与免疫反应之间的关系提供了新的视角。未来的研究应进一步验证这些发现，并探索其在临床中的应用前景。