Иммунология злокачественных новообразований

Иммунология и иммунотропная терапия злокачественных опухолей(проект)

Методическое пособие для последипломного образования

Кафедра клинической иммунологии МГМСУ

Иммунология злокачественных новообразований

Попытки иммунизации против рака неоднократно предпринимались со времен Эрлиха, однако незнание законов трансплантации тканей до начала 1950-х гг. обесценивало эти попытки. Более успешными были начальные исследования по антигенной специфичности опухолевых антигенов, проводимые в 1930-е гг. в Польше и Германии, но они были прерваны второй мировой войной.

Начало современному этапу в иммунологии рака было положено работами I.Gross середины 1940-х гг., получившего иммунный ответ по отношению к канцерогенной саркоме мышей, индуцированной в сингенной системе, а также Л.А. Зильбера у нас в стране и T.Gorer в Англии, обнаруживших в опухолях антигены, отсутствующие в гомологичных нормальных тканях (конец 40-х – начало 50-х гг.),то есть опухолеспецифические антигены (ОСА). Значительную роль сыграли исследования группы G. Klein в 1961г., впервые показавшие эффективный иммунный ответ против опухолей, вызванных вирусами полиомы и SV40, у животных, иммунизированных этими вирусами. Эти исследования дали мощный начальный стимул для современного этапа иммунологии рака. Давняя уверенность в существовании иммунной защиты против злокачественного опухолевого роста первоначально основывалась на представлениях об опухолях как о чужеродном для организма новообразовании, источнике биологической агрессии изнутри.

В конце 60-х гг. P.Burnet сформулировал концепцию иммунологического надзора организма над возникновением опухолей. Созданию этой концепции предшествовали два важных обстоятельства: выяснение роли Т-лимфоцитов в реакциях трансплантационного иммунитета и обнаружение специфических трансплантационных опухолевых антигенов (СТОА) во многих типах экспериментальных опухолей.

P.Burnet высказал предположение о том, что в организме постоянно появляются мутантные клетки, обладающие потенциями опухолевого роста. Однако, подавляющее большинство из них распознается как чужое и элиминируется еще до формирования опухоли. Распознавание таких клеток осуществляется Т-лимфоцитами и обусловлено антигенными отличиями опухолевых клеток от нормальных клеток хозяина. Из концепции следовало, что рост антигенно чужеродных опухолей должен приводить к развитию специфического Т-клеточного противоопухолевого иммунного ответа, а иммуносупрессия (например, с помощью тимэктомии) должна была бы приводить к увеличению частоты возникновения опухолей.

Однако в дальнейшем оказалось, что частота возникновения спонтанных опухолей у бестимусных мышей примерно также низка, как и у мышей тех же линий с нормально функционирующим тимусом. Кроме того, у пациентов, подвергавшихся иммуносупрессии, не возникали опухоли, относящиеся к наиболее распространенным у человека нозологическим формам рака (рак легкого, желудка и толстого кишечника, молочной железы). Постепенно стало ясно, что Т-клеточная система иммунитета крайне важна для защиты против вирус-индуцированных опухолей и опухолей, содержащих специфические опухолевые антигены (СОА). Однако, её роль в контроле возникновения и роста спонтанных опухолей животных не получила подтверждения (теория G.Klein), как не получила подтверждения гипотеза о стимулирующем рост опухоли действии Т-лимфоцитов (теория Р.Prehn,1972 г.).Постулаты противоопухолевого иммунитета тогда были разработаны с учетом достижений инфекционной и трансплантационной иммунологии, в соответствии с которыми отторжение опухоли рассматривалось исследователями как адекватная реакция иммунной системы, а прогрессирование онкологического заболевания – как проявление иммунодефицита. В настоящее время трактовка опухолевой прогрессии как следствия иммунодефицита представляется упрощенной.

Если при генерализации онкологического заболевания дисфункция иммунитета действительно имеет место, то на более ранних стадиях роста опухоли иммунная система организма-хозяина сохраняет свою компетентность.

Факты свидетельствуют о том, что иммунная система часто не только не отторгает растущую опухоль, но и активно помогает опухолевой прогрессии. С другой стороны, раковые клетки в процессе своего развития приобретают ряд признаков, характерных в норме для клеток иммунной системы: способность к избирательной миграции в ткани, адгезивность и инвазивность. На трансформированных клетках экспрессируются рецепторы, свойственные клеткам иммунной системы. Нередко опухолевая прогрессия сопровождается развитием аутоиммунных реакций. Это отмечается при паранеопластических артритах, синдроме Шегрена, дерматомиозите и системной склеродермии.

Все вышеназванное служит основанием для коррекции наших представлений о взаимодействии между опухолью и иммунной системой. Это взаимодействие не всегда является абсолютным антагонизмом.

Генетически лабильная злокачественная опухолевая клетка в процессе опухолевой прогрессии также развивает различные механизмы защиты и отбирается в организме по признакам, позволяющим ей выжить in vivo во враждебном клеточном окружении.

Janeway C.A. и Trovers P. показали, что варианты опухолевых клеток отбираются в организме прежде всего по множеству связанных с выживаемостью in vivo свойств,в том числе, по важнейшему свойству опухолевых клеток – их собственной иммунодепрессивной способности. Она осуществляется путем защиты самой себя от эффекторных механизмов системы врожденного иммунитета хозяина, распознающих чужое с помощью макрофагов, нейтрофилов и натуральных киллеров (NK), путем секреции факторов, которые подавляют иммунный ответ. Такие опухолевые клетки не экспрессируют антигены тканевой совместимости МНС 1 класса, необходимые для распознавания их цитотоксическими CD8 + Т-лимфоцитами. Известный феномен «ускользания» («escape») состоит в постоянной мутации опухолевых антигенов, когда в результате отбора сохраняются только те опухолевые клетки, которые способны меняться постоянно и с большой скоростью. Кроме того, J.Bradley и J.McClaskey, к феномену «ускользания» относят:

- маскировку опухолевых антигенов избытком антител или иммунных комплексов,

-снижение или полную блокаду рецепторов Т киллеров антителами к противоопухолевым антигенам,

-снижение «уровня презентации» опухолевых антигенов макрофагами, приводящее к угнетению продукции противоопухолевых цитокинов (ФНО, интерфероны и т.д.) макрофагами.

Еще в 50-е годы был описан феномен усиления опухолевого роста («enhancing»), который состоит в защите антителами хозяина опухолевых клеток от действия иммунных Т-лимфоцитов. В результате такого отбора выжившие варианты опухолевых клеток, как правило, более резистентны к цитотоксическому действию активированных макрофагов, NK-клеток и Т-лимфоцитов. Опухолевые клетки приобретают селективные преимущества in vivo, развивая и используя для своей защиты против этих эффектов вполне адекватные и специфические механизмы (например, усиленный катаболизм перекиси водорода в ответ на его продукцию активированными макрофагами и нейтрофилами, а также выброс иммуносупрессора ПГЕ₂ при контакте с NK-клетками и макрофагами).

Кроме того, в последние годы показано, что опухолевые клетки могут продуцировать специальные ганглиозиды GM1,GM2, GM3 и GD3,способные блокировать сигнал проведения от ИЛ-2 и Ил-4 на Т клетках. Экзогенные ганглиозиды действуют на лимфоциты двумя способами: как сорбируясь на поверхности клеток, так и встраиваясь в клеточную мембрану. При этом супрессия цитотоксического звена иммунитета при развитии опухолевого процесса может развиваться как в результате перехвата опухолевыми ганглиозидами цитокинов (и, тем самым, уменьшения их эффективной концентрации), так и путем прямой индукции смерти цитотоксических Т-лимфоцитов(9).

Одним из механизмов самозащиты опухолей является выраженная тканевая гипоксия внутри солидной опухоли.Это приводит к значительному накоплению аденозина и ингибиции цитотоксичности Т лимфоцитов через А2А аденозиновый рецептор.

Приведенные примеры не исчерпывают все возможности опухолевых клеток для защиты против эффекторных систем организма и для выживания in vivo, но позволяют лучше понять, в чем состоят биологические отличия злокачественной опухолевой клетки от трансформированной. В процессе отбора и прогрессии in vivo, трансформированные клетки перестают быть пассивными мишенями для эффекторов систем защиты организма и отбираются in vivo, в том числе и, по-видимому, в первую очередь, по способности к активной локальной защите. Приобретенная опухолевыми клетками в процессе такого отбора резистентность к эффекторам естественного противоопухолевого иммунитета определяет их лучшую выживаемость in vivo и соответственно более высокий уровень туморогенности.

Высказывается также предположение, что рак – скорее результат хромосомных нарушений, чем горстки генных мутаций. Однако именно мутационная теория является сегодня доминирующей. Эта идея привела его к предположению, что раковые опухоли фактически обладают новыми хромосомными кариотипами, что позволяет рассматривать их как самостоятельные виды, близкие к паразитам и кардинально отличающиеся от своего хозяина – организма человека.

Новый взгляд на природу рака может привести к новому пониманию процесса его роста и метастазирования и, возможно, к новым подходам к лечению или новым мишеням для лекарственных препаратов. Кроме того, так как поврежденные хромосомы вновь развившихся опухолей видны под микроскопом, опухоль можно раньше диагностировать. Очень похожая процедура – мазок Папаниколау – используется сегодня при подозрении на рак шейки матки. Диагностика в этом случае основывается на изменениях формы цервикальных клеток как на признаке имеющихся проблем с хромосомами.

Эти данные обнаруживают наличие важной для иммунотерапии опухолей связи (обратной зависимости) между уровнем злокачественности опухолевых клеток и возможностями иммунологического контроля их роста in vivo.

Открытие в 60-70-е гг. цитотоксической активности активированных макрофагов, а позднее естественных киллеров (NK-клеток), идентификация последних как больших и средних гранулярных лимфоцитов, отличающихся от T-лимфоцитов по морфологии и экспрессии некоторых мембранных рецепторов, привлекли внимание многих исследователей к механизмам иммунной защиты организма против опухоли.

К концу 70-х годов возникло представление о том, что весьма существенную (и до настоящего времени недооцененную) роль в защите организма против опухоли играет система врожденного естественного иммунитета.

Таким образом, теперь уже столетняя история попыток создания клеточных, антигенных, вирусных и рекомбинированных вакцин против рака с их, как правило, временным и частичным успехом, равно как и более успешный, почти 50-летний опыт химио- и лучевой терапии новообразований человека свидетельствует о том, что камнем преткновения при этих воздействиях является биология злокачественной опухолевой клетки. Приобретаемая in vivo злокачественными вариантами опухолевых клеток резистентность к макрофагам, NK-клетками и Т-лимфоцитами, а также резистентность к химио- и лучевой терапии во всех случаях имеет разные механизмы, но как явление, обусловленное отбором, имеет общую биологическую природу.

Онкомаркеры.

На протяжении последних десятилетий использование биохимических (клинико-химических по зарубежной терминологии) лабораторных тестов в онкологической практике экспоненциально увеличивалось, и этот рост продолжается в настоящее время. Новые технологические достижения на каждом этапе приводили к замене старых лабораторных методик на более совершенные, более точные и чувствительные. Созданы дополнительные тесты, позволяющие диагностировать физическое присутствие опухоли, системные проявления злокачественного новообразования, паранеопластические синдромы, а также определять маркеры опухолей.

Для ранней диагностики первичной опухоли и ее метастазов, а также мониторинга лучевой и химиотерапии, по мнению большинства онкологов, определение онкомаркеров (веществ белковой природы, присутствующих в биологических жидкостях организма при опухолях) является наиболее приемлемым методом.

Как известно, онкомаркер позволяет дифференцировать злокачественную опухоль от доброкачественной на основе количественных отличий в содержании соответствующего антигена - опухолевого маркёра в сыворотке крови вне зависимости от локализации опухолевого очага. Опухолевая клетка способна выделять 1 пикограмм (10^-12 г) онкомаркера в кровь 1 мг антигена, что в пересчете на концентрацию составляет около 200 нг/мл. Методы тестирования, зачастую превосходят по своей чувствительности эту концентрацию. Таким образом, повышенный уровень маркёров обнаруживается уже при малых размерах опухоли.

Многолетний опыт использования этих чувствительных и высокоспецифичных тестов в медицинской практике показал, что внедрение онкомаркеров в практику значительно повышает эффективность работы онколога.

Однако пока не удалось разработать ни одного строго опухолеспецифичного серологического диагностикума, способного детектировать только злокачественную опухоль данного гистологического типа и обнаружить её локализацию на возможно более ранних этапах формирования. В некоторой степени можно повысить эффективность диагностики используя сочетание нескольких онкомаркеров в процессе тестирования.

В крови больного с не онкологической патологией уровень онкомаркеров, как правило, не превышает нормальных значений концентрации. Вместе с тем, при таких патологических состояниях, как воспалительные заболевания печени, поджелудочной железы, легких и т.д. иногда встречается неспецифическое, чаще незначительное, повышение уровня онкомаркеров определенного типа.