Достижения противоопухолевой иммунотерапии
Использование собственных иммунных клеток пациента для борьбы с раком
На окрашенной фотографии, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа,
изображены Т-лимфоциты (зеленого цвета), связавшиеся с антигенами на поверхности раковой клетки.
Больше ста лет назад американский хирург-онколог Уильям Коли (William Coley) столкнулся со случаем Фреда Штейна (Fred Stein), который заболел рожей – инфекцией, вызванной гнойным стрептококком (Streptococcus pyogenes), попавшим в организм при частичном хирургическом удалении крупной опухоли на шее. Спустя 7 лет после этого Коли нашел Штейна, который был жив, а неудаленная часть опухоли у него полностью исчезла. Удивленный этим фактом Коли предположил, что иммунный ответ на бактериальную инфекцию сыграл ключевую роль в борьбе с опухолью и провел исследование, в рамках которого инфицировал гнойным стрептококком 10 пациентов с неоперабельными опухолями. В результате у нескольких из перенесших инфекцию и у одного из умерших пациентов было зарегистрировано уменьшение размера опухоли.
Впоследствии Коли проанализировал эффекты введения в опухоли мертвых бактерий в надежде стимулировать иммунный ответ без риска развития фатальной инфекции. В результате у нескольких пациентов с саркомой – злокачественной опухолью, поражающей кости, мышцы и жировую ткань, – произошла полная регрессия новообразований. К сожалению, на фоне растущего использования радиотерапии и изобретения системной химиотерапии, к моменту смерти Коли в 1936 году большая часть его исследований была забыта.
Однако в настоящее время подход, заключающийся в модулировании иммунной системы для борьбы с раком, наконец-то привлек должное внимание. В отличие от воздействующих непосредственно на злокачественные клетки химио- и радиотерапии, иммунотерапевтические агенты стимулируют собственные иммунные механизмы организма, усиливая его способность бороться с опухолями. Эта стратегия подразумевает введение агентов, непосредственно стимулирующих активность иммунных клеток, или синтетических белков, являющихся аналогами компонентов нормального иммунного ответа, для усиления иммунной реакции. В прошлом году журнал Science назвал иммунотерапию рака «прорывом года», что по значимости приравняло ее к появлению первого клонированного млекопитающего и полному секвенированию человеческого генома. Несколько иммунотерапевтических подходов, уже доступных клиницистам, и еще несколько десятков, демонстрирующих успехи на разных стадиях клинических разработок, указывают на неизбежность революции в клинической онкологии.
Сила иммунного ответа
Иммунная система организма регулирует процессы, обеспечивающие непрерывный надзор за состоянием организма и его защиту от инфекции. Слаженная совместная работа двух основных компонентов иммунной системы – врожденного и приобретенного иммунитета – обеспечивают борьбу с инфекциями и сохранение информации о патогенах, с которыми организм уже сталкивался. Приведенные в состояние готовности сигналами опасности в форме микробных пептидов, поверхностных молекул или последовательностей ДНК принадлежащие к врожденному компоненту иммунной системы клетки, такие как макрофаги и нейтрофилы, запускают множество механизмов, направленных на быстрое избавление от инфекционных агентов. Одновременно В-лимфоциты, являющиеся компонентами системы приобретенного иммунитета, развивают высокоспецифичный иммунный ответ, заключающийся в синтезе антител, распознающих и уничтожающих определенные патогены. Антигеноспецифичные Т-лимфоциты, активированные клетками системы врожденного иммунитета, поглощающими и переваривающими инфекционные агенты, еще сильнее стимулируют реакцию организма. Эти специфичные В- и Т-клетки обладают длительной памятью, что позволяет иммунной системе быстро развивать сильный иммунный ответ при последующих встречах с возбудителем.
В 1960-70 гг. Ллойд Олд (Lloyd Old) из Мемориального онкологического центра Слоана-Кеттеринга поспособствовал возвращению интереса к иммунотерапии рака своим наблюдением, согласно которому экспрессируемые на поверхности злокачественных клеток антигены отличаются от поверхностных антигенов здоровых клеток. Эти так называемые опухолеассоциированные антигены используются при разработке противоопухолевых вакцин, предназначенных для стимуляции опухолеспецифичного иммунного ответа. В 1980-х гг. к наблюдениям Олда добавились данные, полученные Стивеном Розенбергом (Steven Rosenberg) из Национальных институтов здравоохранения США, занимавшимся изучением возможностей применения в онкологии цитокинов – соединений, используемых организмом для стимуляции иммунной системы.
Еще некоторое время спустя метод «чек-пойнт блокады» – блокады иммунных контрольных точек, разработанный Джеймсом Эллисоном (James Allison), в то время работавшим в Мемориальном онкологическом центре Слоана-Кеттеринга, добавил иммунотерапию в арсенал онкологов-клиницистов. Во избежание гиперактивации иммунной системы и повреждения здоровых тканей регуляторные Т-лимфоциты (Трег) и миелоидные клетки-супрессоры секретируют противовоспалительные факторы или непосредственно ингибируют провоспалительные иммунные клетки. Помимо этого иммунные «белки-контролеры», экспрессируемые на поверхности активированных иммунных клеток, выполняют функцию подавления иммунного ответа. Опухоли могут использовать эти противовоспалительные механизмы для того, чтобы избежать распознавания иммунной системой. Эллисон предложил подход, блокирующий белки-контролеры и открывающий иммунной системе доступ к опухоли.
Эти новые методы лечения позволяют продлевать жизнь пациентам с опухолями, которые раньше считались высоколетальными, в том числе раком почек и меланомами.
Вакцинация как терапия рака
Применение большинства разрабатываемых противоопухолевых вакцин заключается во введении препарата, содержащего компонент опухолеспецифичного антигена. Это делается с целью стимуляции опухолеспецифичной активности иммунной системы.
Вакцины другого типа подразумевают выделение антигенпрезентирующих клеток (АПК) пациента и их культивирование в среде, содержащей антиген его опухоли и иммуностимулирующие факторы, что наделяет АПК способностью активизировать Т-лимфоциты.
В 1990 году официальное одобрение для терапии рака мочевого пузыря получил метод локализованного введения противотуберкулезной вакцины БЦЖ (Бацилла Кальметта-Герена), изготавливаемой из ослабленного возбудителя коровьего туберкулеза – Mycobacterium bovis. Этот подход был первым методом противоопухолевой иммунотерапии, получившим одобрение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). Идея, согласно которой инфицирование микобактериями способно помочь в лечении рака, впервые была предложена в 1929 году биогеронтологом из университета Джонса Хопкинса Рэймондом Перлом (Raymond Pearl), который заметил, что на момент проведения вскрытия у пациентов с активным туберкулезом злокачественные опухоли встречались реже, чем в общей популяции. В конце 1950-х гг. Ллойд Олд на животных моделях продемонстрировал, что инъекции БЦЖ подавляют опухолевый рост. Последующие клинические исследования, проведенные в 1970-80 гг., показали, что, на фоне замедления роста опухолей мочевого пузыря и улучшения выживаемости регулярные внутриопухолевые инъекции БЦЖ в некоторых случаях приводили к регрессии опухоли, а также на 12% уменьшали риск развития рецидивов. Через 20 лет после внедрения в клиническую практику БЦЖ остается наиболее эффективным из доступных неинвазивных методов лечения рака мочевого пузыря, обеспечивающего излечение 70% пациентов, не имеющих противопоказаний для проведения данной терапии.
Ослабленные бактерии подавляют опухолевый рост за счет прикрепления к опухоли и окружающим ее клеткам, что привлекает в зону опухоли иммунные клетки, активно высвобождающие провоспалительные цитокины. Результатом этого является фагоцитоз раковых клеток активизировавшимися нейтрофилами и макрофагами. Такая воспалительная реакция обеспечивает уничтожение опухоли, однако она может вызывать повреждение здоровых тканей, вызывающее побочные эффекты, проявляющиеся симптомами воспаления мочеполовых путей: умеренным повышением температуры тела и болезненностью при мочеиспускании. Исследователи надеются, что этих нежелательных явлений удастся избежать с помощью новых вакцин, запускающих системный противоопухолевый иммунный ответ за счет избирательного взаимодействия с опухолевыми белками.
К сожалению, опухолеспецифичные вакцины до сих пор редко демонстрировали значительную противоопухолевую активность и улучшение выживаемости пациентов. На сегодняшний день на рынке имеется только одна вакцина этого типа – Sipuleucel-T (Provenge), – разработанная Сиэтлской компанией Dendreon. В 2010 году FDA одобрило применение этой вакцины в качестве терапии последней надежды при лечении метастазирующего рака предстательной железы. В данном случае производство вакцины заключается в выделении собственных антигенпрезентирующих клеток (АПК) пациента – подтипа лейкоцитов, выполняющего функцию активации Т-клеток, – и их инкубации в присутствии иммуностимулирующих факторов и простатической кислой фосфатазы – антигена, экспрессированного на поверхности 95% клеток рака предстательной железы. После продолжающейся несколько дней инкубации клетки вводят обратно в кровоток пациента, где они запускают иммунный ответ против опухоли. Результаты контролируемых рандомизированных клинических исследований показали, что такая терапия в среднем на 4 месяца увеличивает продолжительность жизни пациентов, не имеющих противопоказаний к ее проведению.
Существуют данные, согласно которым системное введение простатической кислой фосфатазы или схожих антигенов, специфичных для опухолей других типов, вызывает иммунный ответ против соответствующих опухолей. Однако эффективность этого подхода в отношении повышения выживаемости пациентов не доказана. Сотни противоопухолевых вакцин в настоящее время находятся на разных этапах клинических исследований. Несколько вакцин для терапии рака молочной железы, легких, почек и меланомы уже дошли до фазы 3, целью которой является оценка их способности в действительности обеспечивать развитие опухолеспецифичного иммунного ответа и помогать пациентам.
Блокирование иммунного ингибирования
Метод блокады иммунных контрольных точек («чек-пойнт блокады») действует посредством предотвращения подавления иммунного ответа. Этот терапевтический подход позволяет поддерживать активность иммунитета путем блокирования иммунных контрольных точек с помощью молекул, связывающихся с поверхностными рецепторами Т-лимфоцитов, такими как цитотоксический Т-лимфоцитарный антиген-4 (CTLA-4) или рецептор запрограммированной клеточной гибели-1 (PD-1), экспрессируемыми на поверхности активированных Т-клеток и обычно снижающими активность иммунного ответа.
Еще одним перспективным и быстро развивающимся направлением иммунотерапии является метод блокады иммунных контрольных точек («чек-пойнт блокады»). Иммунные контрольные точки – это ингибиторные механизмы, предотвращающие чрезмерную стимуляцию иммунной системы. Белки, экспрессированные на поверхности активированных иммунных клеток, подавляют активность этих клеток, когда их миссию можно считать выполненной. Цитотоксический Т-лимфоцитарный антиген-4 (CTLA-4), например, обычно локализуется внутри клетки, а при перемещении на клеточную поверхность выполняет роль «тормоза», подавляющего активность иммунного ответа.
В середине 1990-х гг. Эллисон предположил, что временное подавление ингибирующего действия CTLA-4 может помочь иммунной системе в борьбе с опухолями. В экспериментах на доклинических моделях он продемонстрировал, что терапия антителами против CTLA-4 излечивает мышей от опухолей, сформировавшихся в результате подкожного введения клеток мышиного рака прямой кишки. Ранние клинические исследования с участием пациентов с меланомой продемонстрировали безопасность этого подхода и подали надежду на его эффективность. Крупное клиническое исследование фазы 3, проведенное в 2010 году, показало, что блокирование CTLA-4 с помощью гуманизированных моноклональных антител, являющихся активным ингредиентом препарата ипилимумаб (Yervoy – торговая марка компании Bristol-Myers Squibb), улучшало выживаемость пациентов с поздними стадиями меланомы.
Несмотря на низкую отвечаемость (только у 10% пациентов наблюдалось уменьшение опухоли и у 18% – стабилизация прогрессии заболевания), ипилимумаб стал первым препаратом, улучшившим выживаемость пациентов, которые при применении традиционных химиотерапевтических протоколов, как правило, погибают в течение 6-9 месяцев после постановки диагноза. Более того, у большинства отреагировавших на ипилимумаб пациентов улучшение состояния сохранялось в течение более чем 2 лет. В 2011 году FDA одобрило этот препарат для лечения поздних стадий меланомы, а последующее наблюдение за состоянием участников ранних исследований показало, что некоторые из них были живы спустя 10 лет после проведения терапии. В настоящее время ипилимумаб находится на фазах 2 и 3 множества клинических исследований, в рамках которых изучается возможность его использования для лечения многих типов рака, в том числе немелкоклеточного рака легких, рака предстательной железы, рака почек и рака яичников.
Наиболее часто встречающиеся побочные эффекты при терапии ипилимумабом имели иммунный характер и были обусловлены стимулирующим влиянием препарата на иммунную систему. К ним относились колит, дерматит и гепатит, вызванные чрезмерными воспалительными реакциями. Учитывая низкий уровень отвечаемости на препарат, для повышения эффективность терапии необходимо проведение дальнейших исследований.
Одним из вариантов решения проблемы может быть блокирование других иммунных контрольных точек, таких как механизм взаимодействия между рецептором запрограммированной клеточной гибели-1 (PD-1) на Т-лимфоцитах и его лигандом (PD-L1) на антигенпрезентирующих клетках. Также как и CTLA-4, PD-L1 экспрессируется на активированных Т-лимфоцитах и на «истощенных» Т-лимфоцитах, находящихся в неактивном состоянии несмотря на присутствие патогена. Взаимодействие между PD-1 и PD-L1 ослабляет иммунный ответ. Интересен тот факт, что PD-L1 экспрессируется опухолевыми клетками, что, судя по всему, помогает им избегать столкновений с иммунной системой. Результаты ранних клинических исследований разработанного компаний Bristol-Myers Squibb препарата ниволумаб, активным ингредиентом которого являются анти-PD-1-антитела, продемонстрировали многообещающие результаты при его использовании для лечения немелкоклеточного рака легких и рака почек. В настоящее время проводятся клинические исследования фазы 3, целью которых является изучение его потенциальной способность улучшать выживаемость пациентов. Аналогичные исследования проводятся для ингибиторов PD-L1.
Результаты ранних исследований, посвященных изучению эффективности комбинации анти-CTLA-4 и анти-PD-1 агентов, также свидетельствуют о преимуществах одновременного блокирования двух иммунных контрольных точек. При проведении исследования, результаты которого были в июле 2013 года опубликованы в New England Journal of Medicine, более чем у половины пациентов с метастазирующей меланомой, получивших максимальную комбинированную дозу ниволумаба и ипилимумаба, опухолевая масса уменьшилась более чем на 80%. При этом более 80% этих из них пациентов были живы спустя год после проведения терапии.
Т-клетки спешат на помощь
При адаптивном переносе Т-лимфоцитов клетки, выделенные из крови или опухоли пациента, подвергают трасфекции с помощью вирусного вектора. В результате они начинают экспрессировать специфичные к опухоли химерные антигенные рецепторы, настраивающие клетки на уничтожение опухоли при их обратном введении пациенту.
Третьим способом стимуляции направленной против опухоли иммунной реакции является выделение Т-лимфоцитов пациента, их размножение в лаборатории и обратное введение пациенту в качестве специально обученных борцов с опухолями.
Известная как адаптивный перенос Т-лимфоцитов, эта процедура ранее проводилась путем выделения инфильтрирующих опухоль лимфоцитов – субпопуляции Т-лимфоцитов, покидающих кровоток и мигрирующих внутрь солидных опухолей, – которые можно изолировать из удаленной хирургическим путем опухолевой ткани. К сожалению, у некоторых пациентов болезнь прогрессирует слишком быстро, что не оставляет времени на проводимые вне организма манипуляции, иногда затягивающиеся на месяц. Однако некоторым пациентам она приносит определенное облегчение. Согласно опубликованным в 2010 году результатам клинического исследования фазы 2, у половины из 20 участников с IV стадией меланомы после проведения такой терапии наблюдалось значительное улучшение, два из них даже вышли в полную ремиссию.
Возможности данной стратегии ограничены тем, что у некоторых пациентов отсутствуют опухолевые очаги, которые можно было бы удалить хирургическим путем, или удаленная опухоль не содержит инфильтрирующих лимфоцитов, способных пролиферировать или проявляющих противоопухолевую активность в лабораторных условиях. С целью преодоления этих сложностей исследователи разработали метод генетической модификации циркулирующих в крови Т-лимфоцитов, наделяющий их способностью атаковать опухолевые клетки с помощью так называемых химерных антигенных рецепторов. Эти рецепторы содержат антиген-распознающий домен или модифицированный сегмент антитела, способный распознавать специфичный белок на поверхности опухолевых клеток, и внутриклеточный домен, активирующий Т-клетки и стимулирующий их пролиферацию в организме.
Исследователи разработали химерные антигенные рецепторы для лечения широкого спектра онкологических заболеваний, в том числе хронического лимфолейкоза. В одном из случаев они выделили Т-лимфоциты из крови пациента с этим заболеванием и модифицировали их таким образом, чтобы на их поверхности появились химерные антигенные рецепторы к CD19 – белку, экспрессируемому на поверхности нормальных и злокачественных В-лимфоцитов. Размноженные в лаборатории клетки ввели обратно пациенту, не отреагировавшему ни на один из традиционных протоколов лечения. В результате у этого пациента, а также многих последующих наступило полное излечение.
На сегодняшний день FDA еще не одобрило методы терапии, подразумевающие подобные манипуляции с Т-лимфоцитами. Однако уже проводится множество клинических исследований 1 и 2 фаз, целью которых является изучение безопасности этих методов и их влияния на выживаемость пациентов с различными типами рака, в том числе лейкемией, лимфомой, меланомой, раком поджелудочной, молочной и предстательной желез.
Будущее иммунотерапии
Иммунотерапия стремительно превращается в мощное оружие против рака, а исследователи продолжают повышать ее эффективность и расширять популяцию пациентов, которым поможет этот подход. Многие ученые в настоящее время изучают целесообразность использования комбинаций нескольких иммунотерапевтических подходов, таких как блокада иммунных контрольных точек и адаптивный перенос Т-лимфоцитов или параллельное введение противоопухолевой вакцины и цитокинов. В ближайшие годы можно будет с волнением наблюдать за тем, какое глубокое влияние иммунотерапевтические препараты будут оказывать на выживание онкологических пациентов, так как сотни проводимых в настоящее время клинических исследований приближают этот подход к клинической практике.
Ссылки на 11 использованных авторами литературных источников см. в оригинале статьи.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам The Scientist:
Jamie Green and Charlotte Ariyan, Deploying the Body's Army.
09.04.2014