Как работает иммунотерапия рака: механизмы, мишени и группы препаратов | статьи на bitclass

Ингибиторы иммунных контрольных точек, вакцины, CAR Т-клеточная иммунотерапия рака: онкология получает все новые препараты с уникальными механизмами действия.

Иммунотерапия — многообещающий метод лечения многих видов рака, особенно меланомы.

Хотя эффективность иммунотерапии больше не вызывает сомнений, частота ответа (процент больных, отреагировавших на лечение) варьирует в широких пределах.

Из-за несовершенства технологий и недостатка знаний о противораковом иммунитете лишь небольшая часть больных благоприятно реагирует на иммунотерапию.

Эта проблема выходит на первый план как для врача-онколога, так и для фармацевтических компаний.

Журнал Science в 2013 году назвал иммунотерапию рака прорывом года, в первую очередь, благодаря беспрецедентному количеству успешных исследований на клиническом уровне, а также простому и элегантному подходу к патогенезу рака.

Концептуально эта стратегия лечению существовала еще с конца 1800-х годов, но тогда ее заклеймили как «неэффективную». Скоро лучевая терапия и химиотерапия стали золотыми стандартами лечения многих видов рака, воцарившись в онкологии на десятки лет.

В настоящее время иммунотерапия является одним из наиболее изученных методов, которые могут дополнить химиотерапию в плане комплексного лечения. Она базируется на активации иммунных механизмов для нацеливания и уничтожения злокачественных клеток.

Тем не менее, пациенты, которых лечат иммунотерапией, демонстрируют различную частоту ответа, даже в когортах с опухолевыми заболеваниями одинаковой злокачественности.

Почему эффективность иммунотерапии так непредсказуема?

Ученые связывают это со специфичностью иммунного ответа, преодолением механизмов устойчивости опухолевых клеток и обеспечением доступа иммунных клеток непосредственно к опухоли.

Существует несколько способов улучшения показателей ответа. Помимо прочего, к ним относят поиск селективных биомаркеров и ингибиторов иммунных контрольных точек.

Кроме того, лучшие прогностические инструменты и анализы помогают идентифицировать больных, которые смогли бы получить максимальную пользу от инновационного лечения.

Сегодня мы рассмотрим конкретные виды иммунотерапии, их клеточные и молекулярные мишени, механизмы действия. Мы остановимся на причинах, по которым эффективность нового лечения трудно предсказуема и остается далекой от желаемых показателей.

Как рак уклоняется от иммунной системы?

Наш природный противоопухолевый иммунитет предназначен для раннего выявления и уничтожения всех злокачественных клеток, которые экспрессируют ассоциированные с опухолью антигены (ТАА). TAA представлены в комплексе с человеческими лейкоцитарными антигенами (HLA) на поверхности раковых клеток.

Сложная система взаимодействий, включающая дендритные клетки, плазматические клетки, макрофаги, цитокины, антитела и хелперные Т-клетки, работает сообща, как единая система для предотвращения развития рака.

Чтобы вызвать противоопухолевый ответ, TAA презентируются дендритными клетками (DC) в контексте молекул HLA класса I для активации цитотоксических Т-клеток (CTL), а также в контексте молекул HLA класса II для активации CD4+ хелперных T-клеток.

Активированные CD4+ Th1 и Th2 хелперные клетки секретируют интерлейкин-2 (IL2) и интерфероны (IFN), которые участвуют в активации цитотоксических Т-клеток. Цитокины, необходимые для активации и ответе цитотоксических клеток на опухоль, в основном вырабатываются лимфоцитами типа Th2.

Чтобы CTL идентифицировали опухолевые клетки, они должны экспрессировать TAA на молекулах HLA класса I, которые первоначально генерировали специфичность CTL — это представляет дополнительную сложность для проведения иммунотерапии.

Во время развития опухоли генетические мутации могут приводить к появлению неоантигенов, которые распознаются иммунной системой.

Однако, как только злокачественные клетки обнаружены, они способны уклониться от иммунной системы, отключив антигены путем индукции иммунной толерантности.

Уклонение раковых клеток от иммунного ответа может происходить, когда опухоль использует специфические вещества из собственного микроокружения.

Благодаря высокой мутагенной активности и способности к выживанию раковые клетки используют сразу несколько механизмов для уклонения от иммунного ответа хозяина. Они способны восстановить свой рост и продолжить прогрессировать после терапии.

Несмотря на обширный набор механизмов уклонения от иммунного ответа, сегодня лишь несколько из них можно использовать для борьбы с прогрессированием болезни в реальных клинических условиях.

Основные тактики уклонения рака от иммунной системы:

• Активация лигандов рецепторов контрольных точек, которые препятствуют проникновению опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (TIL) в массу.
• Активация подавляющих иммунитет клеток, включая регуляторные T-клетки.
• Усиление продукции супрессивных цитокинов, таких, как IL-10 и TGF-β.
• Подавление звеньев системы презентирования антигена и др.

Создание уникального микроокружения опухоли (TME) позволяет опухоли не только развиваться, но и отвлекать компоненты иммунной системы. TME действует как клеточные барьеры, предотвращая инфильтрацию противоопухолевыми иммунными клетками в дополнение к дальнейшему стимулированию опухолевого роста.

Развитие толстого и плотного стромального слоя, окружающего опухолевую массу, создает дополнительный физический барьер. Этот барьер характеризуется несколькими признаками, которые способствуют росту рака, включая гипоксическую среду и аномальную неоваскуляризацию (развитие сети кровеносных сосудов).

Стромальный слой предотвращает проникновение иммунных клеток в опухолевую массу и создает кровеносные сосуды, позволяющие клеткам метастазировать в отдаленные органы.

После обнаружения опухоли могут обманывать иммунную систему до тех пор, пока эти природные механизмы не будут преодолены — это делается с помощью иммунотерапии.

Классификация и механизмы иммунотерапии рака

В настоящее время разработано пять подходов к иммунотерапии, причем каждый из них отличается механизмом, показателями частоты ответа и другими характеристиками.

Иллюстрация: пять разновидностей иммунотерапии рака

Эти подходы можно условно разделить на две большие группы: активная и пассивная иммунотерапия. Ряд авторов в классификации выделяют комбинированный подход.

Активный подход предполагает обучение иммунной системы хозяина отвечать на ТАА, которые присутствуют на поверхности опухолей. Эти антигены могут представлять собой специфические белки или углеводы, которые экспрессируются исключительно или чрезмерно только в конкретных опухолевых клетках.

Напротив, пассивная иммунотерапия предполагает усиление естественного противоопухолевого ответа иммунной системы с использованием моноклональных антител, лимфоцитов и цитокинов.

Таким образом, комбинированная терапия должен включать один или несколько аспектов этих двух вариантов иммунотерапии.

Способ проведения и эффективность иммунотерапии в значительной степени зависят от типа рака, тяжести заболевания, а также от уровня экспрессии главных биомаркеров.

Моноклональные антитела

В основе активного иммунитета лежит нацеливание антител на специфический антиген раковых клеток. Моноклональные антитела, которые успешно используются для лечения рака, бывают неконъюгированными или конъюгированными с терапевтическими препаратами (оказывающими цитотоксическое действие на клетки).

Этот метод иммунотерапии использовался для лечения многих видов рака, включая рак молочной железы, некоторые виды лимфомы и колоректальный рак.

Учитывая механизм действия моноклональных антител, неудивительно, что показатели частоты ответа сильно отличаются. Этот метод, по существу, нацелен на специфическую последовательность или эпитоп антигена, который экспрессируется на опухоли.

Одной из основных причин вариабельности скорости ответа является тот факт, что моноклональные антитела являются высокоспецифичными.

Моноформа антител распознает только один специфический эпитоп. Следовательно, когда возникают другие изоформы эпитопа из-за мутаций, моноклональные антитела не способны распознавать и связываться с рассматриваемым антигеном.

Кроме того, антиген, на который нацелены антитела, должен обязательно присутствовать на поверхности опухолевых клеток. В противном случае препарат не сработает.

Ингибиторы иммунных контрольных точек

Функции иммунных контрольных точек — не допускать возникновения аутоиммунных реакций в результате неконтролируемой активации Т-лимфоцитов. Раковые клетки могут пользоваться этим природным механизмом, вызывая «отключение» опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (TIL).

Например, один критический иммунный лиганд контрольной точки известен как лиганд запрограммированной смерти -1 или 2 (PD-L1 или PD-L2), который связывает рецептор запрограммированной смерти-1 (PD-1).

Рецептор PD-1 содержится на поверхности активированных Т-лимфоцитов. В результате связывания с их лигандом, который сверхэкспрессируется на поверхности злокачественных клеток, он переключает активированные ранее Т-клетки на неактивный фенотип.

Ингибиторы иммунной контрольной точки представляют собой метод иммунотерапии моноклональными антителами. Они могут блокировать рецепторы иммунной контрольной точки, чтобы позволить Т-лимфоцитам искать и уничтожать раковые клетки.

С помощью ингибиторов иммунной контрольной точки можно повысить эффективность пассивного иммунитета. Утвержденные препараты этой группы воздействуют на PD-L1 и антиген-4, ассоциированный с цитотоксическими Т-лимфоцитами (CTLA-4).

Иллюстрация: механизмы действия ингибиторы иммунных контрольных точек

Эти две группы препаратов продемонстрировали хорошие результаты при нескольких видах рака, включая метастатическую меланому, не отвечающую на другие методы лечения.

Механизм действия CTLA-4 предполагает конкуренцию с лигандами CD80 и CD86 за связывание с CD28 с целью отключения Т-клеток. Мешая CTLA-4 воздействовать на Т-лимфоциты, препараты этой группы резко увеличивают активность последних и одновременно подавляют активность регуляторных Т-клеток (Treg).

Аналогичным образом на клеточном уровне работает блокада PD-1, при которой регуляторные Т-клетки подавляются, а противоопухолевые Т-клетки активируются.

В отличие от CTLA-4, экспрессия PD-1 происходит на опухолевых клетках и других здоровых клетках по всему организму, большая часть которых является миелоидными клетками в микроокружении опухоли.

Этот подход гораздо более эффективен при активации иммунных реакций. Тем не менее, частота ответа может существенно отличаться даже в пределах опухолей одного вида.

Недавние сообщения указывают, что микрофлора кишечника определяет реакцию больных меланомой на анти-PD-1 иммунотерапию. В основе одного отчета лежат результаты лечения пациента, ранее получавшего антибиотики и имевшего более слабый ответ на анти-PD-1 по сравнению с теми, кому не вводили антибиотики.

Из полученных данных следует, что разрушение микрофлоры антибиотикам может существенно влиять на клиническую эффективность иммунотерапии рака.

Данное исследование стало одним из первых, которые рассматривают влияние видового разнообразия и количества кишечной микробиоты на эффективность анти-PD-1 терапии.

Результаты исследования показали, что люди, которые имели более разнообразный состав кишечной микрофлоры, лучше реагировали на иммунотерапию. Об этом свидетельствовало относительно быстрое уменьшение опухоли по сравнению с контрольной группой.

У больных, которые отвечали на иммунотерапию, наблюдалось увеличение количества противоопухолевых Т-лимфоцитов киллеров. Разница в количестве Т-киллеров коррелировала с присутствием в кишечнике Faecalibacterium и Clostridiales.

Это наводит на мысль, что некоторые резидентные бактерии способствуют положительной реакции на иммунотерапию, а другие могут ослабить ее или вовсе сделать неэффективной.

Поскольку микробиом каждого человека так же уникален, как и отпечаток пальца, логично, что результаты иммунотерапии могут отличаться просто из-за содержимого кишечника.

Цитокины в иммунотерапии рака

При нормальных иммунных реакциях цитокины непосредственно влияют на иммунитет, усиливая или ингибируя эффекторные клеточные белковые компоненты иммунной системы.

Хотя иммунный ответ модулируют различные белки, для простоты все белки, вовлеченные в иммуномодулирующую активность, будут в этой статье широко определяться как цитокины.

Таким образом, второй вид иммунотерапии включает системное введение специфических цитокинов для усиления иммунного ответа. Сегодня с этой целью применяют IFN- α и IL-2.

В частности, IFN- α был стимулирует противораковый иммунитет посредством активации дендритных клеток и усиления презентирования антигена, чтобы вызвать иммунный ответ, ответ Th1, активацию CTL и цитотоксических эффектов NK-клеток.

Для повышения терапевтической эффективности IFN- α вводят в сочетании с экспериментальными противораковыми вакцинами.

Интерлейкин-2 усиливает противоопухолевые эффекты иммунной системы посредством увеличения активности Т-лимфоцитов, в том числе опухоль-инфильтрирующих клеток, и стимулирования активности NK-клеток.

Хотя оба варианта цитокинов применяются для подстегивания иммунной системы, для достижения адекватного результата необходимо соблюдение одного важного условия.

Больной должен иметь относительно крепкую иммунную систему.

Если это условие не соблюдается, а иммунотерапия цитокинами назначается ослабленным пациентам, невозможно рассчитывать на высокую частоту ответа.

Зачастую цитокины комбинируют с другими видами иммунотерапии.

Вакцины против рака

Подобно терапии моноклональными антителами, в настоящее время в качестве иммунотерапевтического лечения доступны вакцины против рака.

Этот подход основывается на традиционных методах вакцинации, чтобы вызвать иммунный ответ. Вакцины, которые содержат цельные раковые клетки, фрагменты раковых клеток либо антигенов, предназначены для стимуляции ответа против опухоли.

Иллюстрация: механизм действия и мишени противораковых вакцин

Одним из основных факторов, влияющих на различия в показателях частоты ответа на противораковые вакцины, является ее специфичность.

Определяющим для результата лечения является тот факт, производится ли коммерческая форма вакцины с тем же антигеном, который присутствует в опухоли пациента.

Например, вакцины на основе пептидов предназначены для ответа на один опухолевый антиген в комплексе с его HLA. Следовательно, их нужно вводить минимальной группе пациентов, которые представляют данный конкретный антиген.

Другой подход заключается в создании вакцин на основе иммунных или дендритных клеток, которые показали многообещающие результаты в лечении кастрационно-резистентного рака предстательной железы.

Указанный подход включает выделение антиген-презентирующих клеток (APC), таких как дендритные клетки, и активацию их к антигену опухоли простаты PA2024. Затем требуется повторное введение активированных клеток в организм больного для специфического нацеливания на клетки рака, экспрессирующие данный антиген.

Эта специфическая вакцина состоит из простатической кислой фосфатазы (PAP), которая экспрессируется опухолевыми клетками в 95% случаев рака предстательной железы.

PA2024 доставляют с гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором (GM-CSF). Антиген поглощается APC, а они затем активируют T-лимфоциты.

Аналогичный подход применяется к раку яичников, который экспрессирует TAA CA-125.

Однако этот подход к иммунотерапии предполагает, что опухоль является относительно гомогенной, и большая часть экспрессированного антигена представлена именно APC.

Гетерогенность опухоли является проблемой для противораковых вакцин, которую производители до сих пор пытаются решить с переменным успехом.

Мультимодальная терапия для преодоления гетерогенности опухоли описана ниже.

Клеточная иммунотерапия

Клеточная иммунотерапия представляет собой перенос природных Т-клеток либо генетически модифицированных Т-клеток, которые были размножены ex vivo для специфического нацеливания на опухолевые антигены.

В частности, опухолевые антигены могут включать мутантные белки, антигены тканевой дифференцировки и сосудистые антигены. После введения пациенту цитокины, такие как интерлейкин-2, доставляются в сочетании с терапией для усиления действия этих активированных Т-клеток.

Сегодня самым перспективным и обсуждаемым вариантом клеточной иммунотерапии рака является CAR Т-клеточная терапия. Она предполагает модификацию генно-инженерных Т-клеток ex vivo для усиления их специфичности и противоопухолевого действия.

Клетки CAR-T создаются в необходимых количествах ex vivo и вводятся пациенту для специфического воздействия на конкретные раковые клетки не-HLA-зависимым путем.

Инновационная технология позволяет обойти механизмы уклонения раковых клеток от иммунной системы, которые преимущественно теряют молекулы HLA.

Для успеха лечения нужно, чтобы опухоль экспрессировала «химероподобный» антиген.

От чего зависит эффективность иммунотерапии рака?

Мы говорили, что различия в частоте ответа на иммунотерапию отражают терапевтический механизм, который уникален для каждого вида терапии. Теперь предлагаем вам разобраться с другими факторами, которые влияют на эффективность лечения.

Патофизиология и микроокружение опухоли

Другие компоненты микроокружения опухоли, в том числе связанные с опухолью макрофаги (TAM) и цитокины, высвобождаемые для формирования иммунодепрессивной среды, могут быть мишенями для иммунотерапии.

В естественных условиях эта микросреда затрудняет доставку терапевтических средств, особенно в отношении иммунотерапии. Например, рак поджелудочной железы отличается десмоплазией с образованием плотной стромальной ткани вокруг опухоли.

Следовательно, необходимо учитывать не только этот физический барьер, но и неспособность вакцин или активированных Т-клеток проникнуть в толстый слой стромы.

Недавно был обнаружен новый компонент микроокружения опухоли — это присутствие бактерий внутри опухоли поджелудочной железы, продукты метаболизма которых могут инактивировать иммунные клетки и придавать раку устойчивость к лечению.

Бактериальное разнообразие потенциально может объяснить, почему показатели частоты ответа у пациентов с одинаковыми профилями опухолей различаются.

Наконец, наиболее важным фактором, определяющим частоту ответа у больных раком, являются кровеносные сосуды или лимфатические сосуды, которые питают опухоль.

Например, слизистые ткани, в том числе легкие и желудочно-кишечный тракт, находятся в прямом контакте с лимфатическими и кровеносными сосудами. Чем выше степень данного взаимодействия, тем больше возможностей для иммунотерапии оказывать свое терапевтическое действие.

Развитие устойчивости к иммунотерапии

Как и при любой терапии, развитие устойчивости предсказуемо; это относительно неизбежно, учитывая высокую пролиферативную природу опухолевых клеток.

Иммунотерапия ничем не отличается от любого другого лечения рака.

Приобретенная устойчивость раковых клеток связана с пластичностью механизмов ответа, которые позволяют им изменять генетические пути, чтобы компенсировать изменения в их непосредственном окружении. Некоторые из изменений включают эпигенетические модификации и реактивацию альтернативных механизмов выживания клетки.

В одном исследовании были изучены генетические модификации рака, которые позволили приобрести устойчивость к ингибитору иммунной контрольной точки пембролизумабу.

Результаты исследования показали, что у двух пациентов появились мутации в генах JAK1 или JAK2, приводящие к нарушению передачи сигналов INF-γ и снижению экспрессии генов, участвующих в опосредованной Т-клетками элиминации раковых клеток.

Генетический профиль третьего пациента продемонстрировал мутацию в гене B2M, обладающем свойствами распознавания и элиминации раковых клеток.

Исходя из этих данных, ключевой аспект индивидуального ответа связан с типом и стадией рака, а также с мутагенной природой — наличием мутаций в определенных генах, которые делают иммунотерапию неэффективной.

Особенности иммунной системы больного

Поскольку иммунотерапия предполагает активацию и усиление иммунной системы, неудивительно, что различия в ответе могут быть также результатом индивидуальной иммунной компетентности и разнообразия.

Что касается иммунной компетентности, поскольку иммунотерапия не считается лечением первой линии, многие пациенты до ее начала получают химиотерапию и лучевую терапию.

Как известно, химиотерапия эффективно подавляет компетентность иммунной системы и, следовательно, влияет на частоту ответа в зависимости от типа проведенной химиотерапии.

Например, высокотоксичная химиотерапия при поздних стадиях рака может существенно ослабить иммунитет больного. Теоретически, это должно уменьшить вероятность успеха последующей иммунотерапии со всеми вытекающими последствиями.

Что касается иммунного разнообразия, недавние сообщения связывают общую эффективность иммунотерапии с разнообразием HLA класса I.

Эти молекулы презентуют внутриклеточные белки Т-киллерам CD8+, которые избирательно нацеливаются на раковые клетки, экспрессирующие эти обработанные опухолевые белки.

Хотя в исследовании рассматривалась эффективность блокирования иммунной контрольной точки с помощью анти-PD-1 или анти-CTLA-4, результаты могут быть перенесены на другие виды иммунотерапии, которые включают презентацию антигена — например, известную CAR T-клеточную терапию и противораковые вакцины.

Чем больше разнообразие HLA класса I, тем выше общая выживаемость больных, получающих такую иммунотерапию. Дело в том, что разнообразие молекул HLA класса I связано с увеличением количества опухолевых антигенов, презентуемых Т-лимфоцитам.

Следовательно, эта особенность иммунной системы больного может определять шансы на успех лечения рака. Этот конкретный фактор сейчас рассматривается как прогностический инструмент, о чем мы расскажем ниже.

Состав кишечной микрофлоры

Микрофлора кишечника человека состоит из триллионов бактерий, вирусов и грибков, которые колонизируют кишечник с рождения, и выполняют здесь функцию природного защитного барьера против инфекции.

Недаром микробиоту сравнивают с «забытым» полноценным органом, который влияет практически на все жизненно важные функции человеческого организма.

Недавно было высказано предположение, что микрофлора влияет на эффективность химиотерапии и иммунотерапии — и это является важным фактором, который может способствовать изменению эффективности лечения рака в целом.

Хотя ученые установили связь между микрофлорой кишечника и тем, как он модулирует реакцию на ингибиторы иммунной контрольной точки, данная концепция применима и к остальным вариантам иммунотерапии.

Например, желудочно-кишечный тракт состоит из кишечного микробиома и иммунной системы слизистой оболочки, уникальных для каждого человека. Было показано, что он вносит вклад в общее состояние иммунитета хозяина.

Поскольку многие виды иммунотерапии основаны для реактивации иммунной системы или ее усилении, разнообразие и состояние иммунной системы пациентов, следовательно, будут коррелировать с эффективностью данного метода лечения.

Следовательно, положительный вклад кишечной микрофлоры в поддержание здоровой иммунной системы будет определять эффективность иммунотерапии.

Будущие направления развития иммунотерапии рака

Хотя несколько критических факторов способствуют снижению эффективности иммунотерапии, сегодня мировые лидеры фармацевтической индустрии проводят исследованию по улучшению этого метода лечения.

Поиски ведутся в основном в направлении новых биомаркеров рака, преодоления устойчивости, а также дальнейшей персонализации терапии.

Поиск дополнительных биомаркеров рака

Чтобы иммунотерапия стала полезной для максимального широкого круга больных, требуются «консервативные», то есть наименее изменчивые биомаркеры.

Целью активной иммунотерапии является нацеливание на специфическую последовательность, которая экспрессируется исключительно на опухолевых клетках — данная последовательность известна как опухоль-специфические антигены (TSA).

Однако многие из опухолевых антигенов также экспрессируются в здоровых клетках, что делает любую терапию цитотоксической — потенциально опасной для здоровых клеток.

Как повысить успешность лечения с минимальным риском для больного? Определить специфические мишени — TSA, которые характерны только для раковых клеток.

Одним из примеров такой мишени являются антигены рака яичка (CTA), которые более активно экспрессируются на раковых клетках, чем на здоровых. Дополнительным плюсом этих антигенов является то, что они вызывают сильный иммунный ответ.

CTA экспрессируются стволовыми клетками рака, которые являются живучей и неуловимой субпопуляцией, способствуют самообновлению опухоли в течение неопределенного периода времени даже после терапевтического вмешательства.

Идентификация дополнительных маркеров поможет обойти проблемы, связанные с гетерогенностью опухоли. Вероятность успешного лечения увеличится в разы, если препараты будут нацелены сразу на несколько участков раковой клетки.

Преодоление устойчивости к иммунотерапии

Одним из достижений в преодолении устойчивости рака к иммунотерапии является использование комбинированных или мультимодальных подходов.

В рамках этой концепции увеличивается количество антигенов, на которые нацелена иммунотерапия, чтобы преодолеть компенсаторные механизмы раковых клеток.

Дополнительным аспектом является регулирование эпигенетических клеточных механизмов для ингибирования приспособительных процессов в ответ на терапию.

Как таковые, специфические регуляторы эпигенетической блокады оказались перспективными в повышении эффективности химиотерапии рака.

Например, раковые клетки могут использовать в своих приспособительных механизмах ДНК-метилтрансферазы (DNMT). Они необходимы для изменения генетического профиля раковых клеток в ответ на изменения в окружающей среде.

Теоретически, DNMT могут активировать пролиферативные пути, чтобы компенсировать цитотоксические эффекты современной терапии, включая иммунотерапию.

Поскольку активность DNMT, вероятно, будет выше в раковых клетках по сравнению с нормальными клетками, потенциально DNMT можно использовать во время или после терапии для ограничения компенсаторной активности опухоли.

Хотя эта теория еще не была проверена на людях, недавнее исследование с Dmnt-1 лейкозных стволовых клеток продемонстрировало достоверность нацеливания на эпигенетические модуляторы.

Выключение Dmnt-1 в эксперименте останавливает лейкемогенез и обновление лейкозных стволовых клеток без нарушения нормального кроветворения.

В другом исследовании in vitro линии MDA-MB-231 трижды негативного рака молочной железы обрабатывали ингибитором деметилирования SAM (S-аденозил-1-метионин).

Результаты исследования продемонстрировали, что блокирование деметилирования подавляло метастатические свойства клеток MDA-MB-231.

Взятые вместе, эти методы преодоления устойчивости к иммунотерапии могли бы заключаться в комбинированном приеме ингибиторов деметилирования и модуляторов активности DNMT. Оба метода влияют на способность иммунной системы идентифицировать и убивать раковые клетки.

Ранее назначение иммунотерапии

Иммунотерапия традиционно проводится на более поздних стадиях в качестве лечения второй линии. Малоизученная, сложная, рискованная, невероятно дорогостоящая, она не претендует на замену стандартной химиотерапии или лучевой терапии.

Между тем, назначение иммунотерапии рака ослабленным пациентам после многочисленных циклов цитотоксической химиотерапии или облучения заранее уменьшает шансы на успех.

Мы уже говорили, что для большинства вариантов иммунотерапии состояние иммунной системы больного, ее мобилизационные резервы, имеют первоочередное значение.

Когда иммунотерапия проводится после химиотерапии, у остаточных опухолевых клеток может не оставаться необходимых антигенов, которые используют как иммунотерапевтическую мишень для Т-клеток.

Одним из решений может быть предоставление иммунотерапии на более ранних этапах лечения рака, чтобы иммунная система хозяина могла давать более надежный ответ.

Персонализированный подход

В связи с неоднородной природой опухолей, а также уникальной патофизиологией различных видов рака, персонализированная помощь является еще одним решением, которое потенциально может быть использовано для улучшения частоты ответа на иммунотерапию.

Что касается молекулярных барьеров, иммунотерапия эффективна только в небольшой группе больных. Одна из причин заключается в том, что существующие препараты для иммунотерапии предназначены для применения при широком спектре раковых заболеваний. При условии, что они выражают специфический молекулярный профиль, который возможно идентифицировать и впоследствии использовать для нацеливания Т-клеток.

Сегодня фармацевтические компании активно ищут новые биомаркеры-кандидаты, способные вызывать устойчивый ответ на иммунотерапевтические препараты с целью повышения эффективности лечение большего числа пациентов.

Помимо выявления дополнительных биомаркеров, реализация персонализированного подхода к иммунотерапии должна включать и другие стратегии.

Что касается физических барьеров, таких, как плотная иммуносупрессивная стромальная микросреда, моноклональные антитела, которые специфически нацелены и деактивируют эти компоненты, могут сделать микросреду более благоприятной для лечения.

Этот подход был опробован в доклинических исследованиях на животных, моделирующих рак поджелудочной железы. В ходе экспериментов ученые вводили антитела, нацеленные на компоненты микросреды опухоли, добиваясь лучших результатов лечения.

Например, молекула хемокинового рецептора 2 CXC (CXCR-2) была терапевтически направлена на преодоление иммуносупрессивной природы рака поджелудочной железы.

Физиологический механизм CXCR-2 заключается в том, чтобы действовать в качестве самонаводящегося маяка для иммунных клеток, в частности, для привлечения в ткани нейтрофилов и миелоидных клеток-супрессоров.

В опухолях CXCR-2 сверхэкспрессируется на иммунных клетках, обнаруженных в микроокружении опухоли при раке поджелудочной железы. Эта экспрессия коррелировала с высоким уровнем нейтрофилов и миелоидных клеток-супрессоров в микроокружении опухоли, способствующих прогрессированию рака.

При подавлении гена CXCR-2 ученые наблюдали уменьшение метастазов, возможно, из-за активации Т-клеток, которые способны проникать в опухоли. Основной вывод исследования заключается в том, что CXCR-2 регулирует инфильтрацию Т-лимфоцитов.

Учитывая иммуносупрессивную природу микроокружения опухоли поджелудочной железы и роль, которую играет CXCR-2, подавление этой молекулы должно иметь важные последствия для иммунотерапии.

К сожалению, в экспериментах Steele и соавторов многие животные, которые прошли предварительную обработку анти-CXCR-2, не дожили до иммунотерапии.

Тем не менее, это еще один многообещающий путь в преодолении устойчивости рака.

Прогнозирование эффективности лечения

Одной из областей терапевтического дизайна в дополнение к традиционным методам лечения является использование мутационного статуса гена для оценки вероятности положительного результата при целевой терапии.

Например, хорошо известно, что больные немелкоклеточным раком легкого с мутацией KRAS не отвечают на терапию ингибиторами тирозинкиназы EGFR (TKI).

Аналогичный метод прогнозирования используется при оценке целесообразности использования иммунотерапевтических процедур; это особенно важно с учетом специфики иммунотерапии. Современные средства прогнозирования включают анализ экспрессии PD-L1 для оценки возможности ингибирования иммунной контрольной точки.

Этот подход является наиболее рациональным, поскольку люди с более высокими показателями экспрессии PD-L1 лучше реагируют на терапию.

Как указано выше, разнообразие HLA класса I также выступает в качестве прогностического инструмента, который может быть использован для предсказания частоты ответа пациентов, получающих иммунотерапию с презентацией антигена.

Кроме того, для определения эффективности лечения можно использовать характеристику уровней разнообразия HLA класса I в опухолях, поскольку это изменение внутри опухолевых клеток также связано с частотой ответа на лечение.

Чем ниже разнообразие HLA класса I, тех хуже выживаемость.

Коррекция кишечной микрофлоры для лечения рака

Одним из недавно обнаруженных факторов успеха лечения рака является микрофлора кишечника, играющая решающую роль в модулировании эффектов иммунотерапии.

Поскольку существуют определенные штаммы комменсальных бактерий, которые могут влиять на реакцию на иммунотерапию, «переобучение» или диверсификация микробиоты путем использования пробиотиков или же пребиотиков до или в комбинации с иммунотерапией может повысить эффективность лечения.

Пробиотики

Пробиотики — это микробные пищевые добавки, которые корректируют микробное равновесие в кишечнике людей.

Известно несколько механизмов, благодаря которым пробиотики усиливают иммунный ответ хозяина:

• прямой антагонизм в отношении патогенных микроорганизмов;
• улучшение барьерной функции слизистой оболочки кишечника;
• уменьшение транспорта просветных микроорганизмов и их метаболитов;
• активизация продукции антител слизистой оболочки;
• поддержание целостности эпителия.

Неудивительно, что кишечная микрофлора влияет на реакцию пациента на химиотерапию и иммунотерапию. Например, исследование Vetizou и соавторов указало на корреляцию между эффективностью иммунотерапии рака и составом микробиома, что указывает на соответствующую роль пробиотиков.

Авторы работы использовали анти-CTLA-4 иммунотерапию.

Результаты доклинических исследований на мышах и испытаний на пациентах продемонстрировали четкую взаимосвязь эффективности блокады CTLA-4, распределения бактерии B. fragilis в слизистом слое кишечника и его ассоциация с Burkholderiales.

Эти отношения были связаны с клеточными сигнальными путями TLR2 / TLR4.

В качестве продолжения данного проекта исследователи попытались сбалансировать кишечную микрофлору, чтобы повысить эффективность лечения рака.

Sivan и соавторы показали, что скорость роста опухоли уменьшается при пероральном введении только бифидобактерий или в сочетании с иммунотерапией против PD-L1 на мышиной модели меланомы.

Секвенирование рибосомальной субъединицы 16S мышей, которых лечили пробиотиками с последующей иммунотерапией, продемонстрировало, что бифидобактерии тесно связаны с противоопухолевым Т-клеточным ответом. Авторы считают, что для усиления противоопухолевого иммунитета могут быть полезны живые бифидобактерии.

Интересно, что существуют стандартные компоненты коммерческих пробиотических добавок, оказывающие такой же эффект на противоопухолевый иммунитет.

Пребиотики

Что касается лечения рака, химиотерапия повреждает кишечную микрофлору, уменьшая количество полезных бактерий, в том числе Lactobacilli и Bifidobacteria, но одновременно увеличивает популяцию потенциально патогенных бактерий (например, Clostridia и Enterobacteriaceae).

В качестве потенциального варианта лечения, пребиотики были предложены для восстановления кишечного дисбактериоза, вызванного химиотерапией.

Концепция использования пребиотиков для изменения состава микробиоты кишечника впервые была предложена в 1994 году, и может иметь важные последствия для реакции пациента на химиотерапию и иммунотерапию.

Пребиотики — нежизнеспособные (не содержат живых клеток) и трудноусвояемые (не перевариваются) соединениями, которые увеличивают количество определенных видов бактерий в кишечнике, включая бифидобактерии и лактобациллы.

Эти соединения не должны всасываться в тонкой кишке, но обладать способностью восстанавливать нормальную микрофлору и химическое равновесие в кишечнике. Последний аспект можно отнести к образованию короткоцепочечных жирных кислот в толстой кишке.

Поскольку пребиотики не только модулируют микрофлору кишечника in vitro (например, способствуя росту Lactobacillus plantarum L12 или Bifidobacterium pseudocatenulatum B7003), они могут улучшить функцию кишечника и иммунной системы, биодоступность метаболически здоровых нутриентов и минералов.

Пребиотики снижают вероятность возникновения и тяжесть воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), а также синдрома раздраженного кишечника (СРК).

Если пребиотики вводятся пациентам и впоследствии приводят к размножению полезных бактерий, они могут иметь значение для восстановления баланса микрофлоры кишечника и способствовать более выраженному ответу на иммунотерапию.

Роль нанотехнологий в иммунотерапии рака

Использование нанотехнологий в основном было направлено на улучшение диагностики и лечения нескольких видов рака. Работы велись преимущественно по инкапсуляции лекарств в системы носителей на основе наноматериалов, чтобы преодолеть естественные ограничения внутри организма пациента.

Инкапсуляция лекарственных средств в наночастицы позволяет преодолевать физические и биологические препятствия, избирательно воздействуя непосредственно на клетки-мишени.

В последнее время эти технологии начали использовать в иммунотерапии, для тонкой «настройки» микроокружения опухолей с целью восстановления баланса этой среды и обеспечения транспорта иммунных клеток к мишеням.

В экспериментах наночастицы, нагруженные иммуномодулирующими веществами и олигонуклеотидами, косвенно модулируют популяции регуляторных Т-клеток (Treg).

Этот подход особенно важен, поскольку Treg могут уменьшать эффективность противораковой иммунотерапии. Более высокие концентрации регуляторных Т-клеток коррелируют с более быстрым прогрессированием болезни и худшей выживаемостью.

Kwong и соавторы приготовили липосомы, связанные с анти-CD137 и IL-2Fc молекулами, чтобы воздействовать на клетки меланомы in vivo. Результаты их исследования показали, что уровень регуляторных Т-клеток уменьшился, а иммунный ответ усиливался без дополнительной токсичности для пациента.

Доксорубицин — химиотерапевтическое средство, используемое для лечения рака молочной железы. Известно, что он вызывает лекарственную устойчивость. Таким образом, идеальное средство на основе доксорубицина для лечения рака молочной железы должно одновременно преодолевать лекарственную устойчивость, индуцированную опухолью иммунорезистентность и иммуносупрессию.

Kopecka и соавторы продемонстрировали, что аминобисфосфонат золедроновая кислота (ZA) in vitro заметно изменяет химиорезистентность и иммунорезистентность в линиях опухолевых клеток, устойчивых к доксорубицину.

Тем не менее, введение ZA в качестве свободного лекарственного средства приводит к снижению внутриопухолевой массы, поскольку он интенсивно захватывается костью.

Чтобы преодолеть эту проблему, Kopecka создала инкапсулированный золедронат внутри самоорганизующихся наночастиц. Результаты исследования показали, что инкапсуляция ZA приводила к внутриопухолевой доставке аминобисфосфоната и усилению антипролиферативного эффекта на животных моделях.

Кроме того, авторы изучали влияние наночастиц, инкапсулирующих ZA, в сочетании с доксорубицином, на химиорезистентность и иммунорезистентность опухолей молочной железы, имплантированных иммунокомпетентным мышам.

Они наблюдали, что инкапсулированный золедронат уменьшал IC 50 доксорубицина в клетках рака молочной железы человека, а также в клетках хеморезистентных мышей.

Новый препарат восстановил эффекты доксорубицина против химиоимнорезистентной опухоли, имплантированной иммунокомпетентным мышам.

Основываясь на своих выводах, ученые предложили ZA-наночастицы в качестве идеального средства для одновременного преодоления химиорезистентности и иммунорезистентности в опухолях молочной железы.

Van Woensel и соавторы предположили, что интраназальные наночастицы, инкапсулирующие галактин-1 можно использовать в качестве адъювантной терапии для повышения эффективности блокады иммунологического контроля и химиотерапии.

В этом исследовании нагруженные наночастицы хитозана успешно использовались для сенсибилизации микроокружения опухоли глиобластомы.

Важно отметить, что как миелоидные супрессорные клетки, так и регуляторные Т-клетки удалось существенно подавить. Этот подход особенно важен, поскольку Treg действуют как барьер для иммунотерапии рака — выше мы объясняли суть данного феномена.

В исследовании Kwong использовались инкапсулированные иммуноагонисты, в том числе анти-CD137 и интерлейкин IL-2Fc в наночастицах. Интересно, что связанные с воспалением побочные эффекты ограничивают системное введение свободных форм этих иммунотерапевтических препаратов.

После внутриопухолевой инъекции в ткань меланомы, наночастицы, нагруженные анти-CD137 и IL-2Fc, диффундировали в паренхиму опухоли и дренирующие лимфатические узлы, но при этом не могли проникнуть в системный кровоток.

Последнее помогло предотвратить смертельно опасные побочные явления.

Результаты исследования подтвердили, что рост опухолей удалось существенно замедлить. Авторы предположили, что наночастицы, нагруженные анти-CD137 и интерлейкином IL-2Fc, могут оказывать синергетический эффект в сочетании с хорошо переносимыми иммунотерапевтическими агентами.

Видео: иммунотерапия в онкологии

Выводы

Иммунотерапия — новый рубеж в лечении рака, который демонстрирует замечательные перспективы с моменты своей первоначальной концептуализации.

Тем не менее, частота ответа на иммунотерапию отличается по причинам, которые не совсем понятны и нуждаются в дальнейшем изучении. Иммунная компетентность и индивидуальные особенности организма различные уровни специфичности и экспрессии антигена, состав кишечной микрофлоры — все это вносит вклад в результаты лечения.

Сегодня создаются новые персонализированные и мультимодальные подходы с использованием специфических мишеней и клеточных механизмов.

В будущем иммунотерапия может пополниться такими средствами, как эпигенетические ингибиторы, а также тщательно подобранные пробиотики и пребиотики.

Константин Моканов: магистр фармации и профессиональный медицинский переводчик