16 листопада, 2016
Иммунобиология и иммунотерапия рака
А.А. КовалевВ последние несколько лет мы становимся свидетелями активного развития иммунотерапии онкологических заболеваний. Объемный взгляд на эту проблему представил главный внештатный специалист Министерства здравоохранения Украины по специальности «Онкология», заведующий кафедрой онкологии Запорожской медицинской академии последипломного образования, доктор медицинских наук, профессор Алексей Алексеевич Ковалев.
– Вопросы иммунобиологии рака в медицинской литературе обсуждаются давно. Почему сегодня резко возрос интерес к этой проблеме?
– Действительно, роль иммунитета в возникновении рака активно обсуждается с середины 50-х годов прошлого столетия, когда лауреат Нобелевской премии, сэр Фрэнк Макферлен Бернет опубликовал теорию «иммунотолерантности и иммунного надзора». Согласно этой теории появление раковых клеток в организме является следствием иммунодефицита. Такая точка зрения привела к появлению огромного количества методов «стимуляции иммунной системы». Некоторые из этих методов, несмотря на их очевидную неэффективность, продолжают использоваться до сих пор.
К концу ХХ века появились доказательства того, что иммунная система может как стимулировать, так и тормозить рост опухолевой клетки. В 2000 году Гэвин Данн, объединив теории канцерогенеза и иммунобиологии, сформулировал так называемую концепцию иммуноредактирования (immunoediting). Она известна как концепция «3Е» и предполагает, что существуют три варианта отношений между раковыми клетками и клетками иммунной системы: равновесие (equilibrium), элиминация (elimination) и ускользание (escape).
В 2011 году в журнале «Cell» Дуглас Ханаган и Роберт Вейнберг опубликовали знаменитую статью «Hallmarks of cancer: the next generation», в которой продолжили описание фундаментальных признаков опухолевого роста, начатое ими в 2000 году. В этой статье окончательно признана роль иммунной системы в жизнедеятельности раковой клетки.
Известны разные типы иммунных процессов с участием различных компонентов иммунной системы (как клеточных, так и гуморальных) для обнаружения и уничтожения опухолевых клеток. Основные события происходят в лимфатических узлах и тканях опухолевого микроокружения. Именно здесь расположены условные иммунные контрольные точки (immune checkpoints), которые являются объектом пристального изучения.
– Что представляют собой иммунные контрольные точки и какие процессы в них происходят?
– Стоп-контроль в контрольных иммунных точках является частью регулирующей системы, которая в физиологических условиях защищает организм от разрушающих аутоиммунных реакций. В норме здесь происходят процессы торможения апоптоза и функций Т-лимфоцитов. В этих же точках наблюдается активация Т-лимфоцитов для борьбы с генетически чужеродными клетками.
Кстати, Т-лимфоциты – это очень агрессивные, можно сказать, «яростные» клетки, которые способны разрушить любую ткань нашего организма. Их называют «пехотинцами иммунной системы». Удивительно, что, несмотря на открытие явления фагоцитоза Ильей Мечниковым (который за это открытие был удостоен Нобелевской премии в 1908 году), важность клеточного звена иммунитета недооценивали на протяжении более 60 лет, а сам термин «лимфоцит» не упоминался в журналах по иммунологии до 1958 года. Это уже позже, в 1961 году, профессором Жаком Миллером были описаны Т- и В-фракции лимфоцитов. Сегодня же именно на влиянии на лимфоциты построены новейшие стратегии лечения рака.
Напомним, что биологический смысл иммунитета – это обеспечение генетической целостности организма на клеточном и молекулярном уровнях. Собственно, развитие иммунитета обусловило возможность существования сложно организованных многоклеточных организмов. С этой точки зрения задачами иммунной системы являются не только распознавание и удаление бактерий и вирусов (инфекционный иммунитет), но и элиминация генетически чуждых организму раковых клеток (противоопухолевый иммунитет).
Как это происходит? В цитоплазме и на мембране раковой клетки, а также в окружающем ее внеклеточном пространстве находятся опухолевые антигены, которые представляют собой белки – продукты жизнедеятельности клетки. Большинство этих белков являются аномальными, связанными с мутациями протоонкогенов и генов-супрессоров. Существуют опухолеспецифические антигены, которые присутствуют исключительно в опухолевых клетках, а также антигены, ассоциированные с опухолью, которые представлены и в опухолевых, и в нормальных клетках. Важно то, что любой генетически аномальный белок, продуцируемый опухолевой клеткой, может выступать в качестве антигенного вещества и вызывать иммунный ответ.
После высвобождения опухоль-ассоциированные антигены захватываются дендритными и антиген-презентирующими клетками, которые далее активируются, дифференцируются и созревают. В лимфатическом узле антиген-презентирующие клетки, контактируя с наивными Т-лимфоцитами, активируют их.
Активированные Т-лимфоциты мигрируют в опухоль. После распознавания клеток опухоли Т-лимфоцит их разрушает. Этот процесс становится возможным, если количество активированных Т-лимфоцитов является достаточным, время их жизни продолжительно и существуют анатомические/физиологические условия для проникновения Т-лимфоцита из лимфатического узла в микроокружение опухоли.
В свою очередь раковая клетка использует все возможные механизмы для ускользания от иммунного надзора. При иммуногенной смерти раковой клетки выделяется большое количество аномальных белков, достаточное для инициации иммунного ответа. Однако если происходит толерогенная гибель клетки – отсутствуют сигналы для созревания лимфоцитов, и презентация «слабых» антигенов приводит к Т-клеточной анергии, а также производству регуляторных Т-клеток, подавляющих эффекторные Т-клетки.
Ускользание опухолевых клеток от иммунного надзора регулируется многочисленными стимулирующими и ингибирующими факторами. Опухолевая иммунотолерантность поддерживается иммуносупрессивными цитокинами, хемокинами и метаболитами, которые синтезируются раковыми клетками и клетками опухолевого микроокружения на протяжении всего иммунного каскада, во всех иммунных контрольных точках. Раковая клетка способна заблокировать процесс активации Т-лимфоцитов на разных этапах.
– Что важно знать онкологу о подавлении иммунного ответа опухолевыми клетками?
– О стимулирующих и ингибирующих иммунный каскад факторах известно много, однако наиболее интересными оказались две точки: ось CD80 – CTLA4 и ось PD-1/PD-L1. Эти рецепторы и лиганды участвуют в процессах как активации, так и ингибиции Т-лимфоцитов.
Дело в том, что Т-лимфоцит подвергается действию множества сигналов. Во время основного иммуногенного сигнала происходит распознавание опухоль-ассоциированного антигена с помощью Т-клеточного рецептора (TCR). Это приводит к активации Т-лимфоцита. Через 48-72 ч на поверхности лимфоцита экспрессируется рецептор CTLA4, который связывается с рецептором CD80 антиген-презентирующей клетки. Связывание второго рецептора приводит к подавлению активации Т-лимфоцита и раннему естественному ингибированию иммунного ответа. Все перечисленные события происходят в лимфатическом узле.
Следует помнить о том, что это – очень важный процесс, защищающий нормальные ткани нашего организма от аутоиммунного повреждения. Однако этот же механизм, подавляющий функцию активированного Т-лимфоцита, приводит и к выживанию раковой клетки. При поздних стадиях иммунного ответа (уже не в лимфатическом узле, а в микроокружении опухоли) раковые клетки могут инактивировать Т-лимфоцит через ось PD-1/PD-L1.
Вначале активация Т-лимфоцита опухолевым антигеном происходит через TCR. Затем на опухоль-ассоциированном лимфоците наблюдается экспрессия рецептора PD-1. Функциональная роль рецептора PD-1 в инактивации Т-лимфоцитов велика: эти рецепторы экспрессируются на опухоль-ассоциированных Т-лимфоцитах, а также на В-клетках, естественных киллерах, моноцитах и дендритных клетках.
Рецептор PD-1 связывается с лигандом PD-L1, который в большом количестве выделяется клетками опухоли и иммунными клетками опухолевого микроокружения – в результате наступает инактивация Т-лимфоцита (апоптоз) и его программированная смерть. В итоге естественный охранный механизм, приобретенный организмом в процессе эволюции, искажается для выживания раковых клеток. Таким образом, в иммунных контрольных точках происходят важные с точки зрения канцерогенеза события. Именно здесь реализуется основной механизм иммунного ускользания, который описал Г. Данн в концепции «3Е».
Оказалось, что на весь процесс можно повлиять с помощью моноклональных антител, которые способны блокировать соответствующие рецепторы. Первый клинический успех достигнут в 2011 году. Он был связан с впечатляющими результатами применения ингибитора CTLA4. Можно говорить о том, что именно с этого момента начался ренессанс иммунотерапии рака.
– Чем отличаются современные методы иммунотерапии опухолей от ранних попыток создания вакцин против рака?
– Первым и одновременно очень эффективным методом иммунотерапии опухолей была вакцина Вильяма Коли, предложенная в 1891 году. Ученый готовил ее на основе бактерий Serratia marcescens и Streptococcus pyogenes, полученных из прогнившего мясного фарша, и вводил внутривенно онкологическим пациентам, преимущественно при саркомах мягких тканей. В. Коли не знал, что лечит пациентов иммуноцитокинами – фактор некроза опухоли (TNF) и его эффекты Ллойд Олд открыл только в 1975 году.
Проведенный в 1999 году ретроспективный анализ продемонстрировал, что в группе из 128 пациентов, получавших вакцину Коли, медиана выживания составила 8,9 года, а у 1675 больных контрольной группы – 7,0 года. При этом 10-летняя выживаемость у пациентов, получавших вакцину, достигала 50% (по сравнению с 38% в контрольной группе).
Как отметил исследователь компании Amgen Чарли Стернс, «…то, что Коли тогда сделал для лечения больных саркомой и меланомой, было лучше, чем то, что мы делаем для этих же пациентов сегодня».
В настоящее время фармацевтические компании пытаются создать современную версию вакцины Коли (например, вакцина Martha Tracy, MBVax). Изучались и другие подходы к вакцинотерапии. Так, Дональд Мортон в 1960 году начал лечить больных меланомой с помощью инъекций вакцины БЦЖ (бацилла Кальметта – Герена). Сегодня этот метод используется в адъювантной иммунотерапии поверхностного рака мочевого пузыря.
На дальнейшее развитие иммунотерапии рака повлияли научные открытия, датирующиеся второй половиной ХХ века. Основными исследуемыми методами иммунотерапии были цитокины, интерлейкины, интерфероны. Впервые о противоопухолевом эффекте интерферонов у больных лейкемией в 1984 году сообщил Джордж Кесада из Техасского университета.
Сегодня иммунотерапия рака включает применение противоопухолевых вакцин, агонистических антител для костимуляторных рецепторов, иммуностимулирующих цитокинов, интерферонов, интерлейкинов, факторов некроза опухолей, колониестимулирующих факторов, факторов роста, онколитических вирусов, ЛАК-терапию, клеточную терапию.
Выделяют активные, пассивные и иммуномодулирующие виды иммунотерапии. Активная иммунотерапия увеличивает способность собственной иммунной системы пациента распознавать опухолевые антигены и формировать иммунный ответ. Методы пассивной иммунотерапии для формирования иммунного ответа предполагают введение экзогенно произведенных компонентов (лимфоциты или антитела).
Иммуномодулирующие стратегии не нацелены на специфические опухолевые антигены, а повышают общую иммунологическую реактивность и предназначены для усиления противоопухолевых иммунных реакций.
Методы активной иммунотерапии используются в клинической практике в течение длительного времени. Существует концепция, заключающаяся в том, что иммунная система может быть активирована искусственно, например, с помощью противоопухолевых аутовакцин. Для создания таких вакцин экстракт собственных антиген-презентующих дендритных клеток пациента обрабатывается РНК, полученной из клеток опухоли. Предполагается, что подобные вакцины будут повышать адаптивный иммунитет против опухолевых антигенов.
Успешность испытаний аутовакцин на животных не всегда подтверждается в клинической практике. Возможно, это связано с нестабильностью генома опухолевых клеток, бесконечными мутациями и многочисленными изменениями в эпитопах (нео-антигенах), что не позволяет активированному Т-лимфоциту распознать клетку, несущую совершенно новые антигены. Таким образом, раковая клетка работает по принципу: «поймай меня, если сможешь…»
Современная эпоха иммуноонкологии началась с одобрения Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (FDA) противоопухолевой вакцины Sipuleucel-T в 2010 году и ингибитора белка CTLA4 моноклонального тела ипилимумаба в 2011 году. В течение последующих 5 лет был совершен качественный рывок: на фармацевтическом рынке появился новый ингибитор рецептора CTLA4 тремелимумаб, а также ингибиторы PD-1 и его лигандов PD-L1 – атезолизумаб, пембролизумаб, ниволумаб, дурвалумаб.
Биологический смысл этой стратегии заключается в том, чтобы блокировать ингибирующие рецепторы CTLA4 и PD-1, которые раковые клетки используют для инактивации и апоптоза Т-лимфоцита. Анти-CTLA4, анти-PD-1/PD-L1 антитела препятствуют гибели Т-лимфоцитов, приводят к их активации и пролиферации, а также к истощению опухоль-ассоциированных моноцитов/макрофагов (Treg и к FcγRIIIA) в опухолевом микроокружении. Механизм ингибирования этих препаратов избирательный, в отличие от механизма действия других цитокинов (например, IL‑2). Клинические наблюдения демонстрируют, что подобная стратегия очень эффективна.
Следует отметить, что оба терапевтических подхода (анти-CTLA4 и анти-PD-1/PD-L1 антитела) не лишены недостатков. В первую очередь это касается токсичности препаратов. Блокада рецепторов CTLA4 (ипилимумаб, тремелимумаб) происходит в лимфатических узлах по всему телу. Это приводит к активному воспалению и длительной активации Т-лимфоцитов, которые повреждают любые здоровые ткани организма в результате аутоиммунного процесса. Таким образом, терапия анти-CTLA4 антителами не только ассоциируется с противоопухолевым эффектом, но и сопровождается выраженной гастроинтестинальной и другими видами токсичности (диарея, боль в животе, метеоризм, повышение температуры тела, учащенное дыхание, проблемы с мочеиспусканием, гипотиреоз).
Поскольку блокада PD-1/PD-L1 (атезолизумаб, пембролизумаб, ниволумаб, дурвалумаб) происходит в самой опухоли, в ее микроокружении, подобные осложнения во время терапии не являются характерными. Эта стратегия также может быть использована у пожилых и ослабленных пациентов.
– Все ли пациенты будут одинаково хорошо отвечать на иммунотерапию? Существуют ли предиктивные маркеры, которые могут предсказать вероятный клинический ответ?
– По моему убеждению, необходимо выявление предиктивных маркеров перед планированием любого вида противоопухолевой терапии – слишком уж высока цена эмпирической ошибки с точки зрения соотношения эффективности и токсичности. Стратегия иммунотерапии не является исключением. Не все новообразования будут отвечать на этот вид лечения, поскольку существуют высокоиммуногенные и низкоиммуногенные опухоли.
Например, все гемобластозы, почти все опухоли у детей и большинство опухолей у взрослых не являются высокомутагенными (а значит – иммуногенными). Опухоли, обладающие повышенной мутагенностью, характеризуются микросателлитной нестабильностью. К таковым относятся рак легкого, правой половины ободочной кишки, эндометрия, желудка, тонкого кишечника, меланомные опухоли кожи. Опухоли этих локализаций с высокой вероятностью будут отвечать на иммунотерапию.
Ожидается, что опухоли головы и шеи, мочевого пузыря, яичника, поджелудочной железы, трижды негативные опухоли грудной железы, гепатоцеллюлярная карцинома также будут объектами анти-CTLA4 и анти-PD-1/PD-L1 терапии. Однако, учитывая факт антигенной эволюции и иммунной неоднородности опухолевых клеток, селекция пациентов перед началом иммунотерапии обязательна.
Сегодня существует множество методов определения иммунограммы онкологического пациента. Наиболее доступным считается выявление циркулирующих иммунных биомаркеров в периферической крови с помощью флуоресцентной проточной цитометрии. В то же время исследование только уровней циркулирующих растворимых протеинов (маркеров иммунологической реактивности), аутоантител, хемокинов, количества опухоль-специфических Т-лимфоцитов, регуляторных T-лимфоцитов, дендритных клеток, макрофагов, а также циркулирующей ДНК и циркулирующих опухолевых клеток оказывается недостаточным. Поскольку микроокружение опухоли играет решающую роль в достижении эффективности иммунотерапии, при прогнозировании результатов лечения необходимо оценивать состояние местного иммунитета, иммунных клеток в микроокружении опухоли – в первую очередь выявлять экспрессию белка PD-L1 (которая может варьировать в пределах от менее 1% до более 90%). Естественно, это требует проведения биопсии опухоли или изучения операционного материала. К сожалению, экспрессия PD-L1 не всегда коррелирует с частотой клинических ответов, поскольку этот показатель не является постоянным и изменяется с течением времени.
Возможно, в ближайшем будущем для проведения иммунотерапии мы будем ориентироваться не на один, а на множество тканевых иммунных маркеров. Наиболее перспективными являются тканевые маркеры PD‑1, PD-L1, PD-L2, CTLA4, CD137, ОХ‑40, CD40. Так или иначе, сегодня становится очевидным, что молекулярное профилирование тканей для проведения персонифицированной терапии рака должно включать определение иммунных характеристик опухолевого микроокружения, а именно выявление индивидуальных механизмов иммунной супрессии. Сегодня для этих целей можно использовать метод иммуногистохимии, однако вскоре будет доказано преимущество именно геномных исследований.
Например, к настоящему времени обнаружены как минимум 6 иммунозависимых генов (посредством изучения мРНК), существует геномная панель из 84 генов, которые связаны с функцией иммунной системы и могут предсказать реакцию на иммунотерапию у пациентов с меланомой. Уровни CD8 и интерферона-γ в Т-лимфоцитах также прогнозируют хороший ответ на лечение.
Похоже, что внедрение молекулярного профилирования иммунной системы при проведении противоопухолевой терапии является перспективой ближайшего будущего.
– Какое место занимает сегодня иммунотерапия в комбинированном и комплексном лечении онкологического пациента?
– Вероятно, иммунотерапия не сможет полностью заменить стратегию комбинированного и комплексного лечения опухолей. Главный тезис онкологии – мультимодальное лечение – останется актуальным.
Активная иммунотерапия с использованием антител против CTLA4, PD-L1 и PD-1 будет наиболее эффективной на ранних стадиях онкологического процесса или во время торпидной стадии заболевания, когда рост опухоли в целом контролируется. По-видимому, наибольшей эффективности иммунотерапии можно достичь при минимальной остаточной опухолевой болезни – то есть в адъювантном режиме после завершения радикального этапа лечения. Основными ее задачами будут распознавание и элиминация «дремлющих» микрометастазов, находящихся в состоянии иммунологического покоя и равновесия (фаза еquilibrium по Г. Данну).
Попытки использовать иммунотерапию при поздних стадиях онкологического процесса, на этапе метастатической прогрессии, оказались менее успешными. Объяснением этому может быть геномная нестабильность, генетическая и антигенная разнородность метастазов, а также выраженное иммуносупрессивное влияние тканей опухоли на иммунную систему на поздних стадиях канцерогенеза.
Безусловно, пациенты с распространенными стадиями опухолевой болезни требуют более активного комбинированного лечения. Совершенно оправданно сочетание иммунотерапии с циторедуктивными операциями (которые обеспечивают снижение супрессивного влияния на иммунную систему больших опухолевых масс), а также сочетание иммунотерапии с лучевой терапией (которая изменяет микроокружение опухоли, индуцирует иммуногенную гибель раковых клеток, увеличивает инфильтрацию опухолевых тканей эффекторными клетками, инициирует абскопальный эффект). Комбинация иммунотерапии с химиотерапией индуцирует иммуногенную гибель раковых клеток и повышает частоту созревания Т-лимфоцитов.
– Много ли остается неизученных вопросов? Насколько перспективным представляется дальнейшее развитие активной иммунотерапии рака?
– В настоящее время активная иммунотерапия рака является важным дополнением к стандартным методам лечения, хотя нерешенных проблем остается много. В первую очередь к таким проблемам относятся вопросы вторичной иммунологической резистентности, теоретические и клинические доказательства целесообразности использования комбинации иммунотерапии с циторедуктивными операциями, лучевой терапией, химиотерапией, таргетной терапией, антиангиогенной терапией, цитокинами, ингибиторами иммуносупрессии, иммуностимулирующими антителами.
С целью достижения быстрых и устойчивых ответов, преодоления опухоль-ассоциированной иммуносупрессии должны быть разработаны оптимальные комбинации антигенов, адъювантов и средств доставки. Это является сложной междисциплинарной задачей, хотя поразительные клинические результаты уже получены.
Действительно, сегодня мишенью терапии является не сама раковая клетка (как оказалось, этот путь недостаточно эффективен). В настоящее время мы можем уничтожать раковые клетки, влияя на опухолевое микроокружение за счет мобилизации иммунной системы, воздействуя на адаптивный или врожденный иммунитет. Весь опыт эволюции свидетельствует, что только так можно добиться массовой гибели биологических видов (в нашем случае – диссеминированных раковых клеток) – не влияя на конкретную особь, а создавая невыносимые условия для ее выживания.
Разработка новых иммунотерапевтических препаратов в онкологии включает создание широкого спектра лекарственных средств, воздействующих на микроокружение раковой клетки: антител, пептидов, малых молекул, адъювантов, цитокинов, онколитических вирусов и препаратов для клеточной терапии.
– Некоторые ученые сегодня говорят о начале «эры иммунотерапии». Пожалуйста, прокомментируйте это заявление.
– В последние несколько лет иммуноонкология превратилась в самостоятельную специальность, ее потенциал увеличивается с каждым годом. В настоящее время у нас есть достаточно оснований утверждать, что в ближайшем будущем иммунотерапия станет основной составляющей комбинированного лечения онкологических заболеваний. Можно говорить о том, что мы читаем не новую главу, а начинаем новую книгу о терапии рака.
Подготовила Катерина Котенко