Точковий вплив в імунотерапії раку

Навчання 26 серпня 2022 Перегляди: 67

Ми звикли думати про імунну систему як про потужну і безпечну зброю організму проти зовнішніх (інфекції) і внутрішніх (пухлини) ворогів і часто не замислюємося, що ці якості в деякому роді взаємовиключні. Лише відносно рідкісні приклади системних аутоімунних захворювань нагадують про те, якою страшною руйнівною силою для організму може володіти імунітет, вийшовши з-під контролю.

Поєднання сили і точності досягається за рахунок складної, багаторівневої системи регуляції імунної відповіді. У її основі лежить кілька простих принципів, два з яких особливо важливі в контексті цієї статті. Перший — принцип перестраховки: для активації адаптивної імунної відповіді потрібно більше одного сигналу (подібно до того як найнадійніші сейфи закриваються двома і більше ключами). Це дозволяє мінімізувати ризик випадкових помилок у системі. Другий — принцип балансу між активацією і пригніченням імунних реакцій, при цьому пригнічення вже вбудовано в активацію і служить запобіжником, який повинен спрацювати через певний час.

Сигнальні молекули, що активують або інгібують клітини імунної системи, можна розділити на розчинні і мембраносв’язані. Останні передають відповідний сигнал тільки при прямому контакті двох клітин. Білки, які беруть у цьому участь, названі контрольними точками імунітету (immune checkpoints) [1, 2]. Як працюють ці білки і для чого вони потрібні, можна проілюструвати на прикладі активації Т-клітинної відповіді.

Т-лімфоцити — одна з головних груп клітин адаптивного (придбаного) імунітету хребетних. Цитотоксичні Т-лімфоцити (Т-кілери) забезпечують розпізнавання і знищення клітин (у тому числі і пухлинних), що несуть на поверхні чужорідні антигени. Присутність в пухлині великої кількості активних клітин цього типу — сприятлива ознака, проте наївні (ще не зустрічалися з антигеном) Т-клітини спочатку не здатні розпізнати антиген безпосередньо на поверхні пухлинної або бактеріальної клітини. Раніше вони повинні навчитися цьому за допомогою спеціальної групи клітин вродженого імунітету — так званих антигенпредставляючих клітин (Antigen-Presenting Cell, APC). Цю функцію в організмі виконують дендритні клітини, макрофаги і В-лімфоцити.

APC різними способами поглинають, а потім і розщеплюють пухлинні білки (антигени) на невеликі пептидні фрагменти, які зв’язуються з білками головного комплексу тканинної сумісності (Major Histocompatibility Complex, MHC) і вже в такому «адаптованому» вигляді пред’являються Т-клітинам. Тільки антигенний пептид, пов’язаний з комплексом MHC, може активувати Т-клітку. Ця умова необхідна (перший ключ від сейфа), але не достатня.

Регуляція активності Т-клітин при взаємодії з антигенпредставними клітинами (APC) [3]

На поверхні APC присутні також спеціальні додаткові молекули-активатори — білки CD80 і CD86. Вони служать лігандами розташованої на поверхні Т-клітини молекули CD28 — додаткового стимулятора Т-клітинної відповіді (другий ключ, або друга контрольна точка активації). За відсутності цього додаткового сигналу Т-клітина не тільки не активується, але і стає толерантною до антигену, представленого на поверхні APC. Таким чином, без додаткових активаторів адаптивна відповідь не активується, а пригнічується (рис. 1) [3].

Так протікає процес активації Т-клітинної відповіді. Одночасно, практично відразу, в Т-клітці запускаються процеси, що ведуть до стримування, обмеження, їх захисної, але потенційно руйнівної діяльності. Незабаром після активації Т-лімфоцити починають синтезувати білок-рецептор CTLA-4 (Cytotoxic T-Lymphocyte-Associated protein 4), який служить однією з найважливіших контрольних точок інгібування Т-клітинної відповіді. CTLA-4 пов’язує ті ж ліганди CD80 і CD86, що і CD28, але робить це набагато ефективніше. Ці два рецептори починають конкурувати за ліганди, і активація Т-клітин послаблюється.

Діючи разом з основним антигенрозпізнаючим рецептором (T-Cell Receptor, TCR), CD28 активує цілий ряд внутрішньоклітинних кіназ — ферментів, що фосфорилюють інші білки. Сигнал від CTLA-4, навпаки, призводить до активації фосфатаз — ферментів, які дефосфорилюють інші білки. Таким чином, регуляція імунної відповіді відбувається не тільки на мембранному, а й на внутрішньоклітинному рівні [2]. Цей молекулярний «запобіжник» надзвичайно важливий для обмеження розвитку аутоімунних захворювань. Миші, у яких ген білка CTLA-4 був штучно вимкнений, гинули від системної аутоімунної реакції [4].

Інша добре вивчена точка інгібування Т-клітинної відповіді — рецептор PD-1. Він активується кількома різновидами мембраносв’язаних лігандів. Рецепторів PD-1, як і CTLA-4, на поверхні наївних Т-клітин немає, вони начитають синтезуватися тільки після активації імунної відповіді. Інгібування, залежне від PD-1, також включає активацію внутрішньоклітинних фосфатаз, але розвивається повільніше, ніж за участю CTLA-4. Цікаво, що синтез лігандів для рецептора PD-1 у багатьох клітинах регулюється інтерфероном — одним з ключових цитокінів, що активують імунну відповідь [2, 5]. Таким чином, і тут ми бачимо вбудований «запобіжник» — зв’язок між активацією та інгібуванням (рис. 2).

Регуляція синтезу PD-L1 (лігандів рецептора PD-1) в імунних клітинах та пухлинах [2]. STATs — білки, що визначають реакцію імунної системи

У здоровому організмі між активацією та інгібуванням імунної відповіді існує баланс, що дозволяє, з одного боку, успішно боротися з патогенами, а з іншого — уникати зайвих ушкоджень. Порушення цього балансу в пухлині вважається однією з ключових причин злоякісного переродження. Селекція, що проходить в пухлині, веде до відбору ракових клітин, здатних гнітити імунну відповідь. Ракові клітини використовують безліч різноманітних стратегій для обману вродженого та набутого імунітету. Одна з них — індукція експресії генів, які кодують синтез лігандів для інгібуючих рецепторів на поверхні ракових клітин, що призводить до пригнічення Т-клітинної відповіді в пухлини.

Цей механізм імунологічної супресії в злоякісних переродженнях був детально вивчений для системи PD-1. З’ясувалося, що в багатьох пухлинах ліганди, які запускають інгібування Т-клітинної відповіді через цей рецептор, активно синтезуються не тільки раковими, а й іншими присутніми в пухлині клітинами (наприклад, макрофагами і дендритними клітинами) [5, 6]. Це може служити класичним прикладом «перепрограмування», коли клітини пухлинного оточення, в тому числі ті, які повинні боротися зі злоякісним переродженням, замість цього починають працювати на пухлину.

Вивчення механізмів уникнення імунної відповіді пухлинами призвело до ідеї створення ліків, що регулюють роботу контрольних точок інгібування в Т-клітинах. Якщо активація CTLA-4 і PD-1 їх лігандами перешкоджає розвитку Т-клітинної відповіді, то блокування цих рецепторів за допомогою специфічних антитіл може призвести до відновлення нормальної відповіді імунних клітин і посилення їх протипухлинної активності. Перші статті на цю тему з’явилися ще наприкінці 1990-х років, але шлях від наукової ідеї до появи нових ліків (інгібітора інгібіторів) виявився неблизьким. Тільки в 2011 р. Управління санітарного нагляду за якістю харчових продуктів і медикаментів США (Food and Drug Administration, USA) дозволило випустити на ринок перший лікарський препарат цієї групи, що містить моноклональні антитіла до CTLA-4 — Ipilimumab, а в 2014 р. схвалення отримав другий препарат з моноклональними антитілами до PD-1 — Nivolumab. Тепер, коли почин покладено, можна сподіватися на стрімкий розвиток фармакології в цьому напрямку.

Зараз обидва препарати схвалено для лікування меланоми, причому кожен з них виявився високоефективним у терапії метастатичної меланоми, а їх спільне використання значно посилює фармакологічний ефект [7]. Зараз ведуться клінічні випробування можливості застосування цих ліків і для лікування раку простати, легенів і нирок. Однак у бочці оптимістичних новин про перспективи нового методу лікування присутні дві ложки дьогтю. Перша — це фантастично висока вартість: на курс лікування при використанні обох препаратів потрібно кілька сотень тисяч доларів. Але ця проблема видається подоланою, хоча, звичайно, сама технологія виробництва моноклональних антитіл передбачає, що такого роду терапія ніколи не буде зовсім дешевою. Друга проблема полягає в тому, що імунотерапія показує хороші результати тільки при так званих імуногенних пухлинах, які синтезують специфічні пухлинні антигени. Імунна система такі новоутворення «бачить», але не може їм протистояти, оскільки «оглушена» супресорними сигналами. Як тільки ми прибираємо інгібуючі сигнали, Т-лімфоцити починають знищувати ракові клітини. На жаль, значна частина злоякісних перероджень має дуже низьку імуногенність і не розпізнається захисними системами організму. У таких випадках імунотерапія не надає значного ефекту.

Однак ці застереження не скасовують дійсно великого успіху нового класу імунологічних препаратів. Тепер вчені з великим інтересом придивляються до інших інгібуючих рецепторів, блокування яких здатне посилити протипухлинну відповідь імунної системи. Зараз перспективними мішенями для імунотерапії вважаються інгібуючі рецептори природних кілерів (Killer cell Immunoglobulin-like Receptors, KIR), а також білки LAG3, TIM3 і CD276. Можна сподіватися, що в найближчі роки з’являться нові препарати «точкової» дії, які закріплять успіх цього підходу і подарують шанс на продовження життя безлічі пацієнтів [2].

У нашому інституті відразу кілька експериментальних груп вивчають поведінку імунної системи при раку і механізми її активації, в тому числі і за допомогою активації/інгібування «контрольних точок» імунної відповіді. У лабораторії обчислювальної системної біології раку, де я працюю, будується модель імунної відповіді, яка базується на експериментальних даних. Це дозволить передбачити нові перспективні точки впливу на імунітет. Ми вважаємо, що спільними зусиллями зможемо розвинути і закріпити успіхи, досягнуті нашими колегами, і запропонувати нові підходи до імунотерапії раку.

Література1

. Pardoll D. M. The blockade of immune checkpoints in cancer immunotherapy // Nat. Rev. Cancer. 2012. V. 12. P. 252–264. DOI: 10.1038/nrc3239.

2. Topalian S. L., Drake C. G., Pardoll D. M. Immune checkpoint blockade: a common denominator approach to cancer therapy // Cancer Cell. 2015. V. 27. P. 450–461. DOI: 10.1016/j.ccell.2015.03.001.

3. Alegre M. L., Frauwirth K. A., Thompson C. B. T-cell regulation by CD28 and CTLA-4 // Nat. Rev. Immunol. 2001. V. 1. P. 220–228. DOI: 10.1038/35105024.

4. Tivol E. A., Borriello F., Schweitzer A. N. et al. Loss of CTLA-4 leads to massive lymphoproliferation and fatal multiorgan tissue destruction, revealing a critical negative regulatory role of CTLA-4 // Immunity. 1995. V. 3. P. 541–547. DOI: 10.1016/1074-7613(95)90125-6.

5. Keir M. E., Butte M. J., Freeman G. J. et al. PD-1 and its ligands in tolerance and immunity // Annu. Rev. Immunol. 2008. V. 26. P. 677–704. DOI: 10.1146/annurev.immunol.26.021607.090331.

6. Taube J. M., Klein A., Brahmer J. R. et al. Association of PD-1, PD-1 ligands, and other features of the tumor immune microenvironment with response to anti-PD-1 therapy // Clin. Cancer Res. 2014. V. 20. P. 5064–5074. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-13-3271.

7. Kroemer G., Galluzzi L. Combinatorial immunotherapy with checkpoint blockers solves the problem of metastatic melanoma — An exclamation sign with a question mark // Oncoimmunology. 2015. V. 4. № 7. e1058037. DOI: 10.1080/2162402X.2015.1058037.