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方法文章

影响小细胞肺癌放疗期间循环免疫细胞辐射剂量的临床因素

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DOI：

10.3791/67243

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2024年8月9日

 ,  ,  , 
1Department of Radiotherapy, General Hospital of Ningxia Medical University

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本文介绍了一种用于评估放射治疗对小细胞肺癌患者免疫系统淋巴细胞影响的实验方案。

摘要

小细胞肺癌（SCLC）因其高度恶性、易发生远处转移以及预后较差而受到广泛关注。对于局限期小细胞肺癌（LS-SCLC），放射治疗仍是治疗的基石。然而，单独放疗或联合化疗的疗效仍不理想。放疗可通过直接照射造血器官或破坏成熟的循环淋巴细胞，导致淋巴细胞减少，进而引起免疫抑制，降低治疗效果。估计免疫细胞辐射剂量（EDRIC）模型综合了血流动力学、淋巴细胞放射敏感性及增殖能力等因素。本研究采用改进的EDRIC模型计算循环免疫细胞所受辐射剂量，并基于EDRIC方法，探讨EDRIC与肿瘤靶区大小、肺平均剂量、心脏平均剂量、临床特征以及LS-SCLC放疗期间外周血淋巴细胞减少之间的相关性，旨在为个体化治疗策略提供依据。

本研究分析了2023年1月至2024年1月期间在宁夏医科大学总医院符合纳入标准的64例局限期小细胞肺癌（LS-SCLC）患者的数据，所有患者均接受了根治性胸部常规分割放疗。淋巴细胞计数在以下时间点记录：放疗前、放疗期间观察到的最低值、放疗结束时以及放疗后一个月。剂量学数据（包括肺、心脏和全身的平均剂量）从治疗计划系统中提取，并利用该模型计算循环有效剂量减少指数（EDRIC）。分析了EDRIC值与治疗结局之间的关系。在局限期小细胞肺癌中，EDRIC模型能有效预测淋巴细胞计数的下降，且与计划靶区体积（PTV；cm3）、TNM分期以及靶病灶缩小百分比相关。放疗后，外周血淋巴细胞计数显著下降，EDRIC值越高，淋巴细胞减少越明显。

引言

肺癌仍然是全球发病率和死亡率的主要原因，其中小细胞肺癌（SCLC）占所有病例的13%–17%1,2。SCLC具有高度恶性特征，并易发生早期远处转移，常导致晚期诊断和预后不良。随着医学技术的进步以及对SCLC生物学特性更深入的理解，放射治疗在SCLC治疗中的潜在价值日益凸显。然而，单独使用放射治疗或与化疗联合应用的疗效仍不理想。明确影响SCLC放射治疗疗效的关键因素，对于制定个体化治疗策略和预测预后具有重要的理论意义。

免疫系统与放疗或化疗之间存在复杂的相互作用，在治疗过程中可增强对肿瘤细胞的清除作用3,4。例如，放射治疗可通过释放细胞因子或抗原促进免疫系统活化，从而诱导放射照射区域内肿瘤的消退（即远隔效应）5。然而，在治疗多种实体瘤时，放疗也可能引发免疫抑制，进而可能削弱治疗效果。这种免疫抑制可能源于造血器官受到直接照射所致的骨髓抑制，或循环中成熟淋巴细胞被破坏，导致淋巴细胞数量减少。研究已确定，在小细胞肺癌中，肿瘤大小及心脏和肺等关键器官所受的辐射剂量是免疫抑制的重要预测因素，可能对患者的生存率具有重要影响6。

淋巴细胞及其前体细胞属于最敏感的辐射细胞类型之一7。Susannah Yovino8对脑胶质瘤患者放疗后循环细胞辐射剂量（DCC）的研究表明，计划靶区体积（PTV）大小的改变会影响平均DCC辐射剂量。循环血细胞所受的辐射剂量可能在诱导淋巴细胞减少症的机制中起重要作用。尽管骨髓或淋巴结的照射可导致淋巴细胞减少症，但对缺乏淋巴组织或骨髓的结构（如脑部）进行照射同样可引发淋巴细胞减少症。Jin 等人9建立了免疫细胞辐射剂量估算（EDRIC）模型及相应的剂量测定方法，用于量化放疗所致免疫系统损伤。本研究采用 Ladbury 等人6改进后的 EDRIC 模型来计算循环免疫细胞的辐射剂量。

因此，采用EDRIC方法计算小细胞肺癌放疗期间循环淋巴细胞的辐射剂量，并研究其与治疗效果及预后的关系10。通过分层分析，探讨EDRIC值与年龄、性别、 Karnofsky 体力状态评分（KPS）、吸烟史、肿瘤大小和肿瘤分期等因素的相关性。此外，比较外周血淋巴细胞减少症与循环淋巴细胞辐射剂量之间的关联，为个体化治疗策略和预后预测奠定基础。

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方案

在严格遵循本研究的纳入与排除标准后，已获得每位患者及其监护人关于放射治疗的知情同意。临床分期依据美国癌症联合委员会（AJCC）TNM分期系统（第8版）进行。th 宁夏医科大学总医院伦理委员会（KYLL-2022-0984）批准了本研究。

注意：纳入标准如下：（i）经病理确诊为局限期小细胞肺癌（TNM 分期 II 和 III 期）；（ii）初始放疗采用适形调强放射治疗（IMRT）或容积旋转调强放射治疗（VMAT），总放疗剂量为 50–60 Gy，单次剂量为 2 Gy；（iii）放疗前血液学指标正常（白细胞计数 ≥ 4 × 109 个/L，血红蛋白 ≥ 100 g/L，血小板计数 ≥ 100 × 109/L），且心、肝、肾等重要器官功能正常；（iv）具有完整的临床资料和放疗记录；（v）预期生存期超过 3 个月；（vi）非妊娠或哺乳期女性。排除标准包括：（i）患有血液系统或免疫系统疾病，或存在显著器官功能损伤的患者；（ii）长期口服糖皮质激素治疗病史者；（iii）未完成计划放疗疗程的患者；（iv）近期有明确感染病史者。

1. 一般临床信息

  1. 收集患者数据。
    注意：收集了2023年1月至2024年1月期间在中国宁夏医科大学总医院放疗科接受放射治疗的64例被诊断为局限期小细胞肺癌（LS-SCLC）且符合纳入标准的患者数据。其中男性48例，女性16例，年龄介于41至85岁之间。根据美国癌症联合委员会（AJCC）TNM分期系统（第8版）th 第二版中，有9例II期和55例III期。所有60例患者均在放疗前接受化疗，其中46例患者接受化疗超过两次（表1放射治疗在技术上包括调强放射治疗（IMRT）和容积调强弧形治疗（VMAT）。

2. 预处理准备

  1. 通过支气管镜检查或穿刺病理学诊断小细胞肺癌11，如图1所示。
  2. 采用脑部、颈部和腹部的磁共振成像（MRI）排除转移，并通过正电子发射断层扫描-计算机断层扫描（PET/CT）定位肿瘤区域12，如图2A-C所示。
  3. 进行心肌酶谱、心电图、心脏超声、肺功能及甲状腺功能检查，以评估心肺功能，并判断无放疗禁忌证10。
  4. 向患者及其家属充分告知与放疗相关的风险和并发症，并签署放疗相关知情同意书。
    注意：放疗开始时间：对于肿瘤较大、区域淋巴结广泛转移并伴有肺不张的患者，可先给予2个疗程的化疗，最迟不超过第3个化疗周期。

3. 放射治疗

  1. 体位固定：患者取仰卧位，体表标记定位线，双手及肘部置于额前。使用热塑性膜固定患者以确保稳定性。进行增强CT扫描，以清晰显示肿瘤及周围血管结构，如图3A所示。
    注：增强CT扫描参数如下：（1）造影剂剂量：80 mL碘比醇；（2）注射速率：3 mL/s；（3）扫描时间：第一期：30–35 s，第二期：70–80 s，必要时可延迟3至10分钟。CT模拟扫描范围包括颅底上方层面，下界延伸至膈肌下方10 cm。图像层厚5 mm，上传至Pinnacle治疗计划系统。
  2. 靶区勾画：在定位CT图像上，使用Pinnacle系统精确勾画小细胞肺癌（SCLC）的放射治疗靶区，如图3B、C所示。
    1. 原发肿瘤大体靶区（GTVp）：结合肺窗和纵隔窗设置，依据RTOG标准，并参考PET-CT、增强CT及支气管镜检查结果进行GTV勾画。
      1. 排除无氟脱氧葡萄糖（FDG）摄取的肺不张区域和渗出灶；不包绕长毛刺及胸膜牵拉部分；长度小于5 mm的毛刺应纳入靶区范围。
    2. 转移性淋巴结大体靶区（GTVnd）：结合胸部CT和PET/CT勾画纵隔转移淋巴结。
    3. 临床靶区（CTV）：在GTVp基础上外扩0.5 cm形成CTV，结合解剖结构修剪，并包括累及的淋巴引流区域。
    4. 计划靶区（PTV）：在CTV基础上再外扩0.5 cm，并进行解剖结构修剪。
      注：危及器官勾画及剂量限制：脊髓：最大剂量（Dmax）< 40 Gy；左肺：接受20 Gy剂量的体积（V20）< 20%；右肺：V20 < 20%；双肺：平均剂量（Dmean）< 13 Gy；肝脏：接受30 Gy剂量的体积（V30）< 30%；心脏：V30 < 30%，如图3D–H所示。
  3. 在计算机治疗计划系统中制定放疗计划：采用6 MV-X射线和调强放疗（IMRT）技术评估靶区剂量分布。
    注：处方剂量线覆盖PTV具有良好的适形性，靶区内剂量分布均匀，无冷点，危及器官内无热点，正常组织剂量限值处于正常范围内，如图3I、J所示。
  4. 执行放疗计划5：使用直线加速器实施放疗，每周一次将锥形束CT（CBCT）与定位CT图像进行比对，每日治疗两次，每周5次，如图4A、B所示。
  5. 当累积剂量达到30–40 Gy时，进行第二次CT扫描以评估治疗效果。必要时缩小靶区范围，直至总剂量达到50–60 Gy，如图5A、B所示。
    注：治疗过程中观察疗效反应，并根据具体情况给予对症处理。

4. 评价方法与指标

  1. 根据EDRIC方法，使用以下公式计算平均肺剂量、平均心剂量及整体总剂量体积数据：
    EDRIC = 0.12 × MLD + 0.08 × MHD + 静态平衡方程，ΣFx=0，数学公式，用于教育研究。 × MBD
    其中，B1% = 0.12，B2% = 0.08，B3% = 0.45，B4% = 0.35 分别代表体内总血容量中四个主要含血器官（肺、心脏、大血管、小血管/毛细血管）所占的百分比；MLD、MHD 和 MBD 分别为平均肺剂量、平均心剂量和平均体剂量，其中 MBD 指单位体积身体组织所受的辐射剂量。本研究中，MBD 是从甲状软骨水平至第6胸椎上缘范围内的平均体剂量，可通过治疗计划系统进行统计获得。
  2. 观察患者放疗前及放疗后1个月胸部CT病灶和纵隔淋巴结的变化情况，依据实体瘤疗效评价标准（RECIST）评估治疗效果，并分析EDRIC值与治疗效果之间的关系。
  3. 统计放疗前及放疗期间外周血淋巴细胞的最低值，并分析其与循环淋巴细胞受照剂量及治疗效果的相关性。

5. 统计学方法

  1. 采用独立样本T检验或卡方检验对连续变量和分类变量组之间的差异进行统计分析。
  2. 利用Spearman相关系数评估变量间的相关性。
    注意：所有统计分析均使用SPSS软件进行，P < 0.05 被认为具有统计学显著性。

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结果

临床结局
对所有患者放疗前及放疗后1个月的胸部CT病灶和纵隔淋巴结变化进行观察，并依据RECIST标准评估治疗疗效。在64例局限期小细胞肺癌患者中，4例达到完全缓解，57例为部分缓解，3例病情稳定。

EDRIC 与各项临床特征的相关性分析显示，EDRIC 值与 PTV（cm3）、TNM 分期以及靶病灶缩小百分比之间存在显著关联（P < 0.05）。具体而言，较高的总放疗剂量与升高的 EDRIC 值相关，提示肿瘤退缩程度更为明显。而年龄、KPS 评分、总放疗剂量以及 Ki-67 状态与 EDRIC 值之间未观察到显著相关性（P > 0.05）（表 2）。

根据CTCAE 5.0分级标准，淋巴细胞减少症分为四个等级：G0（≥1.5 × 109/L）、G1（<1.5 × 109/L，≥0.8 × 109/L）、G2（<0.8 × 109<...

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讨论

免疫系统在放射治疗期间对肿瘤控制起着关键作用，然而放射诱导的免疫毒性（如淋巴细胞减少症）与不良生存预后相关13,14。小细胞肺癌（SCLC）具有高度恶性特征，常在晚期被诊断，预后极差。放射治疗是局限期小细胞肺癌（LS-SCLC）治疗的基石。然而，其对免疫系统的影响十分复杂。单独使用放射治疗或与化疗联合使用的疗效仍不理想。放射剂量升高可能损害包括抗肿瘤免疫在内的多种免疫功能，从而削弱其杀伤肿瘤的效果。理论上，提高LS-SCLC的放疗剂量可增强肿瘤细胞的清除。然而，一些研究表明，剂量递增可能加剧毒性副作用及相关风险15,16。

淋巴细胞作为关键的免疫细胞，参与多种免疫系统功能。尽管提高放疗剂量可增强肿瘤清除效果，但同时会加剧免疫系统的损伤，导致免疫抑制并降低治疗疗效，从而抵消高剂量放疗的优势17。大量研究已...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本工作由宁夏医科大学校级科研项目（XM2022017）资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
CT 机器西门子医疗SOMATOM Force
MRI 机器西门子医疗MAGNETOM Terra
Varian Clinac_IX 医用电子直线加速器西门子医疗IX 

参考文献

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