吴寅飞 周娟 叶伶云 苏春霞

作者单位：同济大学附属上海市肺科医院肿瘤科 （上海市200433）

晚期非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者中，约10%～20%的患者在初诊时即存在脑转移（brain metastases，BM），20%～40% 的患者在疾病发展过程中出现脑转移[1]。肺癌脑转移的发生影响患者的预后及生存质量，患者可存在头痛、偏瘫、言语障碍等神经功能受损症状。目前，临床针对此类患者以局部治疗为主，如立体定向放射治疗（stereotactic radiotherapy，SRT）或全脑放射治疗（whole brain radiation therapy，WBRT）为主，然而这些治疗并不能完全满足临床需求。

随着免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICIs）的应用，晚期肺癌患者的生存较以往有了较大的提升，一线接受ICIs 治疗的患者5年生存率达23.2%[2-3]。然而，前瞻性临床试验往往将有症状和（或）接受过激素治疗的脑转移患者排除在外。真实世界研究则显示，无论是黑色素瘤还是肺癌，伴有脑转移的患者仍有部分能从免疫治疗中获益。因此，本文将围绕驱动基因阴性肺癌脑转移的免疫微环境及临床研究证据进行回顾，以期为免疫治疗在肺癌脑转移中的应用及进一步提高疗效和预后提供思路。

1 脑转移灶免疫微环境的特点

1.1 正常脑血管与脑转移病灶内脑血管

脑血管与神经实质细胞如神经元等共同组成神经血管单元（neurovascular unit，NVU）来维持脑组织的稳态[4]。肿瘤细胞破坏了血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）的完整性，在NVU 中逐渐取代周细胞和星形胶质细胞，内皮细胞变得肥大，紧密连接被破坏，ZO-1、Occludin、Claudins 等缝隙蛋白表达减少，内皮间隙增大，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）表达增加，形成大量增殖但异常的肿瘤血管[5-6]。与其他常见的转移部位如骨骼、肝脏、肾上腺相比，脑组织的氧含量相对较低，而葡萄糖的代谢率高，肿瘤细胞可以通过激活HIF-1α 途径来适应乏氧的环境[7]。

1.2 脑转移肿瘤细胞中的生物标志物

1.2.1 程序性死亡蛋白受体1 Berghoff 等[8]在包括了116 例肺癌在内的多种肿瘤患者脑转移灶标本中发现28.4%的脑转移灶中表达程序性死亡蛋白受体1（programmed cell death ligand-1，PD-L1）（≥5%）。另有研究发现，脑转移灶内PD-L1 阳性的样本占23.6%（cut-off 值 为1%）[9]。Takamori 等[10]分析了NSCLC 脑转移灶PD-L1 表达水平与临床结局之间的关系，发现PD-L1 阳性（≥5%）BM 组与PD-L1 阴性BM 组相比，脑部无病生存期（disease-free survival，DFS）明显缩短。脑组织内PD-L1 表达水平能否作为伴有脑转移患者免疫治疗优势人群的生物标志物有待进一步研究：1）大部分伴有脑转移的患者不适合行外科手术治疗，脑内标本不易获取；2）脑内转移灶PDL1 的表达水平与肺部原发病灶并不完全一致。

1.2.2 肿瘤突变负荷 肿瘤突变负荷（tumor mutation burden，TMB）在泛肿瘤中被认为是与免疫疗效相关的预测新生抗原的替代指标，是继PD-L1 之后被认为免疫疗效预测的生物标志物之一[11]。Mansfield 等[12]发现脑转移瘤的TMB 明显高于肺部原发病灶。肺癌原发灶中TMB 与T 细胞丰度之间不相关，但脑转移灶中T 细胞丰度与TMB 相关。虽然脑转移灶中TMB 更高，但与肺癌原发病灶相比，新抗原负荷差异无统计学意义。

1.3 脑转移灶微环境中免疫细胞特点

1.3.1 免疫细胞的浸润和组成 中枢神经系统受血脑屏障和血-脑脊液屏障（blood-CSF barrier）的保护，属于免疫豁免器官。一项包括了黑色素瘤及肺癌脑转移病例的研究发现，99.1%的脑转移病灶中存在肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocytes，TILs）[8]。Berghoff 等[8]在脑转移灶标本中发现TILs 包括CD3+T 细胞及CD8+T 细胞。Klemm 等[13]通过流式细胞术、RNA 测序、蛋白质阵列等技术全面分析了脑组织及肺癌脑转移中免疫细胞的组成，发现小胶质细胞在正常脑组织的免疫细胞中占主导地位（>80%），而CD4+T 细胞和CD8+T 细胞占比较少（<10%）。然而，肺癌脑转移灶中免疫细胞的组成以单核细胞源性巨噬细胞（monocyte-derived macrophages，MDMs）、嗜中性粒细胞、CD4+T 和CD8+T 细胞为主（>70%），小胶质细胞约占10%，其他免疫细胞如树突状细胞及自然杀伤细胞较原发病灶有所增多。

另外，脑转移灶肿瘤细胞的PD-L1 表达水平或TILs 与原发病灶不一致。Mansfield 等[14]分析了73例肺癌脑转移患者的146 个肺原发灶和脑转移灶配对样本，14%（10 例）脑转移灶内肿瘤细胞PD-L1 表达与肺部原发病灶不一致，26%（19 例）的样本中PD-L1表达与原发病灶不一致。当把脑内肿瘤微环境中PDL1 和TILs 共同作为研究对象时，即使肺部原发病灶中二者均为阳性，也有许多脑转移灶内或者PD-L1 表达阴性或者TILs 阴性，甚至二者均为阴性，且具有统计学意义。Mansfield 等[12]在另一项研究中发现，尽管在脑转移性病灶中观察到更高的TMB，但脑转移中的T 细胞浸润远少于肺部原发病灶。

同时，脑转移灶免疫细胞的浸润受自身状态、治疗方式等多种因素影响。Taggart 等[15]对比了PD-1或细胞毒性T 淋巴细胞相关蛋白4（cytotoxic Tlymphocyte associated protein 4，CTLA-4）抑制剂单药治疗黑色素瘤脑转移前后免疫微环境的变化，结果显示，小鼠接受ICIs 治疗后，脑转移灶血管上血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule 1，VCAM1）和细胞间黏附分子1（intercellular adhesion molecule 1，ICAM1）分别上调6.4 倍和3.8 倍，且CD8+T 细胞大量增加，但T 细胞的增加并非瘤内CD8+T 细胞增殖，而是外周T 细胞进入脑内。即使对于颅外病灶，ICIs也并非通过重新激活肿瘤微环境中耗竭的CD8+T 细胞起作用，而是通过招募外周活化的T 细胞来杀灭肿瘤细胞[16]。

有研究根据病灶的免疫细胞浸润程度将肿瘤分为“冷”肿瘤和“热”肿瘤，“热”肿瘤意味着更多免疫细胞浸润。García-Mulero 等[17]发现无论原发病灶类型（包括NSCLC），脑转移内并不缺乏免疫细胞浸润，但这些免疫细胞属于“耗竭”细胞。未来NSCLC 脑转移的免疫表型需要更进一步的研究。

1.3.2 特有免疫细胞成分及其功能 脑转移灶中占大多数的巨噬细胞也被称为肿瘤相关巨噬细胞（tumorassociated macrophages，TAMs），约为肿瘤体积的30%[18]。TAMs 和脑内肿瘤细胞之间具有双向调节作用：一方面，肿瘤细胞释放多种细胞因子将TAMs 招募到微环境中；另一方面，TAMs 提供促进肿瘤细胞生长的细胞因子[19-20]。中枢神经系统内还存在着其他“特化的”巨噬细胞，如脑血管旁巨噬细胞、脑膜巨噬细胞、脉络膜巨噬细胞等。这些细胞的定位和转录组学特征和外周巨噬细胞存在差异，由于其位于血管-中枢神经系统交界，因此可能协助肿瘤细胞外渗至脑实质。

脑转移瘤内的树突状细胞具有强大的抗原递呈能力，可将肿瘤抗原呈递给T 细胞，从而引起抗肿瘤免疫反应，而肿瘤细胞释放到微环境中的因子，如活性氧（reactive oxygen species，ROS）或损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs），可进一步增强上述过程[21]。

星形胶质细胞是中枢神经系统特有的细胞，既往认为其在清除肿瘤细胞维护脑内环境的稳定中具有重要作用。研究显示，原发肿瘤与骨、肺等其他常见继发转移部位相比，在已形成的脑转移灶中，抑癌基因PTEN 的表达明显下调，同时来自星形胶质细胞的外泌体中的miRNA 能够抑制脑转移细胞内PTEN 的表达，从而增强PI3K 信号转导，导致肿瘤细胞生长[22]。另外，肿瘤细胞也可与星形胶质细胞建立缝隙连接，向星形胶质细胞输送钙和环状鸟苷酸腺苷酸（cyclic GMP-AMP，cGAMP）导致多种细胞因子释放，促进肿瘤细胞增殖[23]。肿瘤细胞还可通过和神经突触形成“假三联结构”促进自身的生长[24]。

小胶质细胞作为一种脑内驻留的、参与固有免疫的“哨兵”细胞，与星形胶质细胞等一起维持脑内微环境的稳态。作为脑内能够随时感应任何变化并且快速做出应答的细胞，小胶质细胞在脑损伤或感染时的脑保护方面发挥重要作用。然而，在肿瘤细胞进入脑内并定植的过程中，小胶质细胞并不能“精准”识别肿瘤细胞并且清除，相反，还会分泌一些细胞因子如集落刺激因子来招募外周的单核细胞，并与这些细胞一起形成促肿瘤生长的环境，而肿瘤细胞也会表达CCL2（CC-chemokine ligand 2，CCL2）等趋化因子，使得小胶质细胞进入脑转移瘤内[25]。

综上所述，了解脑转移瘤微环境的特殊性，可帮助理解脑转移灶肿瘤细胞及免疫细胞间相互作用机制，也可深入了解原发灶和脑转移灶之间的内在联系，从而寻找系统性治疗和局部治疗的最佳序贯或联合方式，进一步提升患者的临床疗效。

2 驱动基因阴性NSCLC 脑转移免疫治疗的相关临床数据

2.1 免疫单药治疗

前瞻性临床研究通常将有症状和（或）接受过激素治疗的NSCLC 脑转移患者排除在外[26-27]，仅在一些研究中有经治和无症状脑转移患者的亚组数据。Keynote-024 研究显示，有脑转移的患者疾病进展风险下降45%，无脑转移患者PFS 风险下降50%，提示脑转移患者也可从ICIs 单药治疗中获益[28]。而在一项帕博利珠单抗用于黑色素瘤及NSCLC 脑转移患者的Ⅱ期临床研究中，NSCLC 脑转移患者的应答率达33%[29]。更新的数据显示，NSCLC 队列中纳入了42例基线脑转移患者，37 例患者PD-L1≥1%，其中11 例（29.7%）脑内病灶出现应答，其中7 例达到部分缓解，4 例达到完全缓解。这一队列患者的2年总生存（overall survival，OS）率为34%，超过既往NSCLC 脑转移患者的2年OS 率（14.3%）[30]。OAK 研究数据再一次证明了该结论[31]。此外，一项纳入欧洲6 个中心1 052 例患者的回顾性研究显示，有脑转移和无脑转移的患者总体客观反应率（objective response rate，ORR）分别为20.6% 和22.7%，颅内ORR 为27.3%，颅内疾病控制率（disease control rate，DCR）为60.3%[32]。这提示ICIs 对于NSCLC 脑转移患者的颅内ORR 和颅外大致相当，说明免疫单药治疗不仅可使此类患者获益，而且脑内病灶与原发病灶均可获益。

2.2 免疫联合治疗

CheckMate-227 研究中，纳武利尤单抗联合伊匹木单抗一线治疗转移性NSCLC 能持续改善患者的OS 及PFS。与单独化疗相比，纳武单抗联合伊匹木单抗在不考虑PD-L1 表达状态的情况下，为TMB≥10 mut/mb 的NSCLC 患者带来获益[33]。CheckMate-204 评估了纳武利尤单抗联合伊匹木单抗对有症状及无症状黑色素瘤脑转移患者的疗效，其中无症状的颅内和颅外6 个月PFS 为分别为63%和72%，有症状的患者颅内和颅外6 个月PFS 分别为19%和29%[34]，数据表明，无论有症状还是无症状的脑转移患者，颅内病灶均能对双免疫治疗产生应答，但有症状患者颅内6 个月PFS 率（无论颅内还是颅外）明显低于无症状患者，原因可能与随访时间及激素的应用有关。

临床前研究显示，ICIs 联合化疗对肿瘤细胞有协同杀伤作用，化疗可促使肿瘤细胞死亡进而增强免疫系统对肿瘤细胞的识别能力，还可以减少免疫抑制的肿瘤微环境[35]。Keynote-189 研究的免疫治疗联合化疗组中，有脑转移患者比无脑转移患者的死亡风险分别下降64%和58%，而疾病进展风险分别下降58%和47%[36]。更新的结果显示，基线有肝或脑转移患者的临床结局与整组类似，在肝（n=115）或脑（n=108）转移患者亚组中，免疫联合化疗组与安慰剂组均观察到OS 获益，其中有脑转移的患者死亡风险下降59%，而无脑转移患者死亡风险下降41%[37]。提示相对于无脑转移患者，有脑转移的患者更能从联合治疗中获益，但由于脑转移患者入组数仅108 例，且排除了有症状及接受过激素治疗的患者，仍需前瞻性研究加以验证。

既往认为抗血管生成药物主要用于抑制肿瘤血管生成。近年来发现，抗血管生成药物同时也具有免疫调节的作用，包括抗原呈递以及T 细胞激活，甚至抑制VEGF 后导致肿瘤内T 细胞浸润增加[38]。IMpower150 研究结果证实，阿替利珠单抗联合贝伐珠单抗、紫杉醇、卡铂四药方案（ABCP）较无阿替利珠的对照组（BCP）有延迟发生脑转移的趋势[39]，但阿替利珠单抗联合紫杉醇卡铂组（ACP）新发脑转移的发生率较高。该研究提示抗血管药物联合免疫治疗在脑转移患者中可能有一定的应用前景。

与免疫联合化疗类似，放疗也可和免疫治疗起到协同作用。Ahmed 等[40]回顾性分析了NSCLC 脑转移患者免疫治疗前、中、后接受放疗对脑转移疗效的影响，结果表明在抗PD-1/PD-L1 治疗期间或之前接受放疗的患者，脑内病灶6 个月疾病控制率为57%，而在免疫治疗之后接受立体定向放射（stereotactic radiosurgery，SRS）治疗的患者，6 个月的脑内病灶DCR 为0。有研究[41]则发现，局部放疗联合免疫治疗可使NSCLC 脑转移患者5年PFS 率达8%。提示放疗可增强免疫治疗疗效。但以上研究样本量偏少，降低了结论的可信度，如Ahmed 等[40]的研究中，免疫治疗之后接受SRS 治疗的患者，6 个月脑内DCR 为0，本研究中免疫治疗对于脑内病灶无明显效果，然而不同研究之间存在差异，可能与不同的研究设计及样本量有关。

3 脑转移患者预后评估工具

脑肿瘤独立递归分级（recursive partitioning analysis，RPA）、脑转移瘤基本分级（basic score for brain metastases，BSBM）和诊断特异评估预后分级（diagnosis-specific graded prognostic assessment，DSGPA）以及Lung-molGPA 模型[42]是应用于脑转移的预后分级标准及相关模型。Lung-molGPA 用于有驱动基因突变的患者中，而在驱动基因阴性NSCLC 脑转移患者中应用较广泛且较准确的预后分级工具是DS-GPA。NSCLC 脑转移DS-GPA 包括年龄、Karnofsky 评分、颅外转移、脑转移数目。一项纳入欧洲6 个中心的回顾性分析显示，DS-GPA 评分在1.5～2.5 分的患者较评分在0～1 分之间的疾病进展风险以及死亡风险分别降低45% 和52%[32]。DSGPA 在预后评估方面不仅方便实施，而且准确度较高，但目前仍缺乏将其应用于肺癌脑转移免疫治疗的评价中，未来可探索DS-GPA 作为筛选以上人群接受免疫治疗优势人群的工具。

4 结语与展望

ICIs 在肿瘤治疗领域取得突破性进展，晚期驱动基因阴性NSCLC 脑转移患者的治疗也因此展现了新希望。免疫微环境是影响ICIs 疗效的重要因素，探索肺癌脑转移灶免疫微环境对进一步提高疗效和预后具有重要意义，针对脑转移灶免疫微环境的研究尚需进一步拓展，期待新的临床研究以及新的免疫联合治疗模式对这部分人群患者临床结局的进一步提升。