Раздел медицины:
Аллергология и иммунология

Иммунология опухолей

4754 0
Иммунные ответы на появляющиеся опухолевые клетки развиваются по большей части к таким компонентам, которые экспрессируются на поверхности злокачественных клеток, но не на нормальных клетках того же типа и при этом обладают антигенными свойствами. В 1943 г. Гросс (Gross) сделал наблюдение, что при подкожном введении опухолевых клеток сингенным (гистосовместимым) мышам эти клетки формировали небольшие узелки, которые в течение нескольких дней росли, после чего регрессировали.

Повторное введение аналогичных клеток этим мышам не приводило к образованию узелков или их росту. Эти наблюдения интерпретировали таким образом, что отторжение опухоли мышами происходило в связи с появлением иммунного ответа на опухоль. Впоследствии на многих опухолях как человека, так и животных были выявлены опухольспецифичные трансплантационные антигены (ОСТА) или, как их чаще называют, опухолевые антигены.

Считается, что на протяжении жизни у каждого человека возникают опухолевые клетки, которые затем разрушаются обычными иммунными эффекторными механизмами незаметно и без последствий. Очевидно, что иммунологические механизмы, которые, уничтожая опухолевые клетки, противостоят угрозе развития рака, не всегда успешно с этим справляются. Однако есть надежда, что рост знаний об эффекторных механизмах организма, задействованных в иммунологическом надзоре, позволит по-новому взглянуть на то, как можно было бы предотвращать образование опухолей и успешнее их лечить.

Таким образом, в области онкоиммунологии целями являются: 1) выявление иммунологической взаимосвязи между организмом и опухолью; 2) использование иммунного ответа на опухоль в целях диагностики, профилактики и терапии. В данной главе обсуждаются различные подходы к достижению этих целей.

Опухолевые антигены

Достижения в области иммунологии и молекулярной биологии позволили значительно облегчить идентификацию опухолевых антигенов, способных вызывать иммунный ответ. Перед тем как определить их категории, следует уточнить основные биологические механизмы, такие как мутация, активация генов и амплификация клона, которые могут приводить к появлению иммуногенных опухолевых антигенов. Как и при обычном иммунном ответе на чужеродные антигены, иммуногенный потенциал опухолевых антигенов проявляется тогда, когда их экспрессия стимулирует иммунные эффекторные механизмы.

Антигенные характеристики, применимые к чужеродным иммуногенам, относятся и к опухолевым антигенам. Чтобы быть иммуногенным, вещество должно обладать следующими свойствами: 1) чужеродность; 2) большая молекулярная масса; 3) сложность химического строения; 4) способность к расщеплению вместе со способностью взаимодействовать с антигенами МНС организма. Иммуногенные опухолевые антигены соответствуют всем этим критериям и, таким образом, обладают способностью индуцировать эффекторные реакции.

Некоторые опухолевые антигены могут состоять из структур, уникальных для раковых клеток и не встречающихся на нормальных клетках такого типа. Другие представляют собой структуры, которые являются общими и для опухолевых, и нормальных клеток, но в нормальных клетках они скрыты, а на злокачественных проявляются. Существуют также антигены, которые представляют на опухолевых клетках структуры, качественно не отличающиеся от структур на нормальных клетках, но избыточно экспрессированных, т.е. присутствующих в значительно большем количестве как продукты клеточных онкогенов.

Примером является высокий уровень экспрессии рецепторов эпидермального фактора роста человека (human epidermal growth factor receptor — HER), обусловленный повышенной экспрессией онкогена HER-2/neu-1 (например, при некоторых видах рака молочной железы и яичников), а также повышенное содержание продуктов онкогенов ras на некоторых клетках при раке предстательной железы у человека. Другие типы антигенов на злокачественных клетках представляют структуры, присутствующие на клетках плода или эмбриона, но отсутствующие в норме на клетках взрослого человека. Такие антигены относят к онкофетальным антигенам. Канцерогены могут активировать и нормальные гены, находившиеся до этого в неактивном состоянии.

Обычно считается, что уникальные опухолевые антигены на опухолях, индуцированных канцерогенами, являются продуктами мутантных генов, обладающих «горячими точками» для мутаций. Между опухолями, индуцированными канцерогенами, перекрестная реактивность или отсутствует, или очень невелика. Отсутствие перекрестной реактивности, вероятно, обусловлено беспорядочностью мутаций, индуцированных химическими или физическими канцерогенами, приводящих к появлению множества различных антигенов.

Например, если химический канцероген метилхолантрен наносится одинаковым образом на кожу двух генетически идентичных животных или на два разных участка кожи одного животного, то клетки развивающихся опухолей (сарком) будут обладать антигенами, уникальными для каждой опухоли и не обладающими иммунологической перекрестной реактивностью между собой. При индукции опухолей физическими факторами, такими как ультрафиолетовое или рентгеновское излучение, как и в случае индукции химическими агентами, перекрестная реактивность отсутствует или очень невелика.

Канцерогены могут также вызывать появление обширного клона из единичной клетки, экспрессирующей частный нормальный антиген, и преобразовывать неиммуногенную при других условиях молекулу в иммуногенный антиген. Вызванное канцерогеном трансформационное изменение(я), которое приводит к появлению таких обширных клонов, скорее всего, действует на гены, обладающие склонными к мутациям «горячими точками», и не затрагивает гены, отвечающие за другие нормальные белки.

Когда эти нормальные белки являются клонотипическими (т.е. экспрессируемыми только одним клоном клеток), их экспрессия резко увеличивается, делая белки мишенями для иммунного ответа при условии, что толерантность может быть нарушена. Например, идиотипы антигенспецифичных рецепторов, экспрессируемых В- или Т-клетками, могут быть представлены в недостаточном количестве, чтобы вызвать ответ в нормальном организме, но могут стать антигенами-мишенями на опухолевых клетках, имеющих такой же идиотип.

Особенно наглядно опухолевые антигены могут быть представлены на примере опухолей, вызванных вирусами, которые склонны обладать перекрестной реактивностью с опухолями, индуцированных теми же вирусами. Некоторые представители семейства вирусов герпеса и ретровирусы, которые инфицируют, но не убивают инфицированные клетки, могут стимулировать контролируемый рост таких инфицированных клеток.

Увеличивающиеся знания в этих областях опухолевой иммунологии способствуют разработке клинически эффективных опухольспецифических методов иммунотерапии.

Виды опухолевых антигенов

Существует несколько видов опухолевых антигенов (табл. 19.1). Они различаются как по факторам, вызывающим опухолевую трансформацию, так и по иммунохимическим свойствам опухолевых антигенов.

Продукты генов нормальных клеток

Некоторые опухолевые антигены являются продуктами нормальных генов, которые в обычных условиях экспрессируются только во время эмбриогенеза, — так называемые онкофетальные антигены. Примером таких опухолевых антигенов является семейство белковых антигенов, ассоциированных с меланомой (melanoma-associated antigen — MAGE), которые не экспрессируются ни в одной нормальной ткани взрослого человека за исключением яичек (иммунологически привилегированная область). Антигены MAGE рассматриваются как антигены, которые могут использоваться при создании противоопухолевых вакцин, поскольку их экспрессия выявлена на многих меланомах.

Таблица 19.1. Виды опухолевых антигенов

Вид Тип антигена Название антигена Вид опухолей
Продукты нормальных
клеточных генов:
эмбриональные Онкофетальные антигены MAGE-1 Несколько
MAGE-2 Несколько
Раковоэмбриональный Рак легких, поджелудочной
антиген железы, молочной железы,
ободочной кишки, желудка
а-Фетопротеин Рак печени, яичка
дифференцировочные Нормальные внутриклеточные ферменты Простатоспецифический Рак простаты

антиген
Тирозиназа Меланома
Онкопротеин HER-2/neu Рак молочной железы,
яичников
Углеводород Антиген Льюиса Лимфома
клональная амплификация Идиотип иммуноглобулина Специфические антитела Лимфома


клона В-клеток
Продукты мутировавших
клеточных генов:
точечные мутации Продукт онкогена Мутантные белки RAS Несколько
Продукт гена-супрессора Мутантный р53 Несколько
Циклинзависимая киназа Мутантная циклинзави- Меланома
симая киназа 4
Продукты вирусного гена:
трансформирующий Ядерные белки Белки Е6 и Е7 вируса Рак шейки матки
вирусный ген папилломы человека

Действительно, как и у многих других опухольспецифичных антигенов, у MAGE-1 были обнаружены HLA-рестрикционные элементы антигенных эпитопов. В настоящее время эта информация используется в экспериментах, направленных на создание вакцин на основе иммуногенных опухолевых пептидов, которые могут презентироваться антигенами МНС I класса на АПК для активации цитотоксических (CD8+) Т-клеточных ответов.

Другими примерами онкофетальных антигенов являются раковоэмбриональный антиген (РЭА) и а-фетопротеин (аФП). Первый антиген обнаруживается преимущественно в сыворотке крови больных с опухолями ЖКТ, особенно с раком ободочной кишки. Повышенный уровень РЭА был также обнаружен в крови больных некоторыми видами рака легких, поджелудочной железы, молочной железы и желудка.

Однако следует заметить, что повышенные уровни РЭА были выявлены у пациентов с незлокачественными заболеваниями, такими как эмфизема, язвенный колит и панкреатит, а также в сыворотке крови алкоголиков и много курящих людей. В норме аФП присутствует в больших концентрациях в фетальной и материнской сыворотке, но не встречается в сыворотке обычных людей. Этот белок активно секретируется клетками различных злокачественных опухолей; он преимущественно обнаруживается у пациентов с гепатомами и тератокарциномам и яичек.


Наконец, амплифицированные клоны злокачественных В- или Т-клеток, экспрессирующих антигенспецифичные рецепторы, представляют еще один пример того, как продукты нормальных клеточных генов могут характеризоваться как опухолевые антигены. Идиотип определенного иммуноглобулина или Т-клеточный рецептор (TCR), экспрессируемый трансформированными В- или Т-клетками, соответственно позволяют эффективно идентифицировать такой клон как особую популяцию злокачественных клеток.

Продукты мутантных клеточных генов

Определена генная природа некоторых особых опухолевых антигенов, которые являются продуктами мутантных генов. В каждом случае антиген появлялся в результате соматической мутации, т.е. в результате генетического изменения, отсутствующего в аутологичной нормальной ДНК. Часто эти мутации происходят в генах, кодирующих функционально важные участки экспрессируемого белка. Существует ряд хорошо описанных примеров опухолевых антигенов, являющихся продуктами мутантных клеточных генов.

Хронический миелолейкоз (ХМЛ) характеризуется наличием филадельфийской хромосомы — укороченной хромосомы 22, получившейся в результате взаимной транслокации гена bcr на хромосоме 22 и гена abl на хромосоме 9 (t(9; 22)). Молекулярный эквивалент t(9; 22) может быть обнаружен практически во всех случаях ХМЛ. Он проявляется экспрессией слившегося гена bcr/abl кодирующего химерные РНК, которые приводят к значительному увеличению тирозинкиназной активности гена аbl.

Этот химерный ген, по крайней мере, частично отвечает за неконтролируемую пролиферацию клеток. Недавние клинические испытания, в которых использовался сильный ингибитор тирозинкиназы, продукта bcr/abl, показали возможность индукции полных гематологических ремиссий у значительной части больных ХМЛ.

Другим примером является продукт мутантного клеточного гена, встречающийся во многих случаях семейной меланомы. Это заболевание ассоциировано с мутацией в гене циклинзависимой киназы 4 (cycline-dependent kinase — CDK-4), которая уменьшает ее связывание с ингибитором (pl6INK-4), являющимся подавляющим опухоль белком. Еще одним примером опухолевого антигена, возникшего в результате мутации клеточного гена, является мутантный белок р53. Мутация р53 часто приводит к структурным изменениям белка р53а, который в норме подавляет клеточный рост.

Мутации р53 являются одними из самых частых при опухолях у человека и экспериментальных животных Обычно они возникают в эволюционно консервативных областях гена р53 и приводят к избыточной продукции белка, который является антигеном для В- и Т-клеток. Ответы со стороны антител и Т-клеток также наблюдаются, когда мутации происходят в белках, кодируемых онкогеном ras. Мутантные белки ras, появляющиеся в результате замены остатка глицина в положении 12, являются также одними из наиболее распространенных мутаций при опухолях человека.

Возможность применения мутантных белков в качестве иммунологических мишеней при лечении лучше всего показали эксперименты, в которых in vivo был индуцирован иммунитет к опухоли путем вакцинации против мутантных пептидов р53, когда их вводили одновременно с IL-12. Поскольку р53 обычно экспрессируется раковыми клетками, Т-клетки, распознающие нормальный р53, преимущественно уничтожают опухолевые клетки.

Более того, у мышей, «нокаутных» по гену р53, можно индуцировать продукцию цитотоксических Т-клеток, специфичных в отношении нормального р53. При адоптивном переносе мышам линий, имеющих ген р53 дикоко типа (т.е. с сохранным геном р53), они могут разрушать опухоли, избыточно экспрессирующие р53. При этом никаких признаков аутоиммунитета в организме не развивается.

Опухолевые антигены, кодируемые онкогенами

Известно, что все ретровирусные онкогены в геномах почти всех нормальных клеток позвоночных имеют близкородственные гены, называемые с-onc-генами или протоонкогенами. Было установлено, что генными продуктами протоонкогенов являются белки, выполняющие в нормальных клетках известные функции, такие как функции рецепторов факторов роста и проведение сигналов.

Теория онкогенов постулирует, что такие протоонкогены при мутации или активации другими аберрантными (измененными, отличными от нормальных) механизмами либо избыточно экспрессируются, либо экспрессируют несоответствующие мутантные формы генных продуктов, что вызывает неопластическую трансформацию и развитие рака.

Таблица 19.2. Активация клеточных протоонкогенов при опухолях человека

Протоонкогены Механизм активации Изменение хромосом Ассоциированный вид опухоли
с-тус Генетическая реаранжировка Транслокация: 8—14, 8 — 2 или 8 — 22 Лимфома Беркитта
с-аbl Генетическая реаранжировка Транслокация 9 — 22 ХМЛ
c-H-ras Точечная мутация Рак мочевого пузыря
c-K-ras Точечная мутация Рак легких или ободочной кишки
N-myc Амплификация гена Нейробластома

Онкогены аберрантно активируются в соматических клетках при многих формах опухолей человека, таких как рак, саркома, лейкоз и лимфома. Основными механизмами активации являются хромосомная транслокация, точечная мутация и амплификация гена. В табл. 19.2 представлен неполный список протоонкогенов и связанных с ними опухолей.

Опыты на животных показали, что опухоли, вызванные вирусами, демонстрируют выраженную иммунологическую перекрестную реактивность. Это обусловлено тем, что определенный онкогенный вирус индуцирует экспрессию одинаковых антигенов в опухоли независимо от ткани, в которой она возникает, или от вида животного. Например, у животных ДНК-вирусы, такие как полиомавирусы, вирусы SV40 и папилломы Шоупа, вызывают опухоли, которые проявляют выраженную перекрестную реактивность в своей группе вирусов.

Многие вирусы, вызывающие лейкоз, такие как вирус Раушера, вызывают образование опухолей, проявляющих перекрестную реактивность не только в одной группе вирусов, но также между несколькими группами. По этому вопросу накоплено достаточно данных, чтобы предположить, что некоторые злокачественные опухоли человека вызываются вирусами, такими как вирус Эпштейна—Барр (лимфома Беркитта и назофарингеальный рак), вирус Т-клеточного лейкоза человека 1-го типа (Т-клеточный лейкоз взрослых, HTLV-1) и вирус папилломы человека (рак шейки матки).

Можно предположить, что вирусные белки, которые в конечном итоге являются уникальными опухолевыми антигенами, экспрессируются внутриклеточно преимущественно как нуклеопротеины. Для того чтобы цитотоксические Т-лимфоциты (ЦТЛ) распознали эти антигены, последние должны процессироваться и презентироваться как пептиды, ассоциированные с МНС. Опыты с использованием ЦТЛ, специфичных к SV40, подтвердили, что такие клетки могут распознавать процессированные фрагменты белков, которые первоначально располагались внутриклеточно.

Интенсивно исследовали уникальные опухолевые антигены клеток, трансформированных SV40 и некоторыми другими вирусами, такими как вирус полиомы, аденовирус и вирус папилломы человека, и в некоторых случаях доказали четкую взаимосвязь с трансформированным фенотипом и возникновением злокачественной трансформации. Такие вирусы имеют так называемые гены ранних участков, обозначаемые Е1А/Е1В и Е6/Е7, которые транскрибируются как на ранних стадиях репликации вируса, так и в трансформированных клетках. Как и прочие категории опухолевых антигенов, эти белки являются потенциальными мишенями для терапии.

Иммунологические факторы, влияющие на частоту возникновения рака

В конце 1950-х гг. появилась гипотеза, помогающая объяснить основную причину возникновения в процессе эволюции позвоночных иммунитета, опосредованного Т-клетками. Было высказано предположение, что основной функцией иммунитета, опосредованной Т-клетками, было обеспечение специфической зашиты от измененных собственных или неопластических клеток. Для описания концепции иммунологической защиты от развития рака был введен термин «иммунологический надзор».

В настоящее время известно, что Т-клеточный иммунитет необходим для защиты от различных инфекций, в первую очередь вирусных. В результате опытов на животных, так же как эпидемиологических и иммунологических исследований пациентов с различными формами иммунодефицита (первичного, вторичного или приобретенного), появились свидетельства, подтверждающие данную гипотезу, но только по отношению к новообразованиям, связанным с вирусами и в некоторых случаях — с ультрафиолетовым облучением. При этом частота наиболее распространенных форм рака у лиц с недостаточностью иммунитета не увеличена.

Таблица 19.3. Злокачественные новообразования, частота которых повышена у людей с иммунодефицитом

Тип иммунодефицита Опухоль Ассоциированный вирус
Первичный (врожденный) Гепатоцеллюлярный рак
В-клеточная лимфома
Гепатита В
Эпштейна — Барр
Вторичный, вызванный лекарствами В-клеточная лимфома
Плоскоклеточный рак (кожа) Гепатоцеллюлярный рак
Рак шейки матки
Эпштейна — Барр
Папилломы человека Гепатита В
Папилломы человека
СПИД

Гепатоцеллюлярный рак

Рак прямой кишки или полости рта

В-клеточная лимфома

Гепатита В
Папилломы человека
Эпштейна — Барр

Однако пациенты, страдающие заболеваниями, сопровождающимися иммунодефицитом, обычно подвержены вирусным инфекциям и определенным злокачественным новообразованиям (табл. 19.3). Явное отсутствие иммунологического надзора за спонтанно развивающимися опухолями или опухолями, вызванными канцерогенами, не означает того, что они не являются антигенными.

В действительности существует достаточно свидетельств в поддержку вывода, что такие опухолевые клетки, как и трансформированные вирусами, чувствительны к иммуннологическому разрушению. Однако естественное развитие иммунных ответов обычно не может предотвратить развитие рака. Есть надежда, что успешное управление такими ответами (например, вакцинация опухолевыми антигенами) позволит в будущем предотвращать или лечить опухоли.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини
Похожие статьи
показать еще
 
Категории