Иммунный ответ на первичную глиобластому

Полный текст

Лечение пациентов с глиобластомой, самой распространенной и злокачественной опухолью центральной нервной системы (ЦНС), остается наиболее актуальной проблемой в нейроонкологии уже не одно десятилетие. К сожалению, стандартное лечение, включающее максимально безопасную хирургическую резекцию с использованием новейшей техники, лучевую терапию на современном оборудовании и химиотерапию темозоломидом, препаратом, разработанным специально для лечения пациентов со злокачественными астроцитомами, позволило пока добиться лишь пятипроцентной пятилетней выживаемости [29, 32].

За последние 20 лет были сделаны важные открытия в исследовании патофизиологии глиобластомы [20, 26, 43]. Отсутствие значимого прогресса в таргетной терапии этой опухоли объясняется несколькими причинами: во-первых, это нехватка эффективных терапевтических агентов, свободно пересекающих гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), во-вторых, избыточно большое число сигнальных путей в глиобластоме, внутриопухолевая гетерогенность, объясняющая отсутствие «легких» мишеней, а также быстрая эволюция опухоли под действием различных эндо- и экзогенных факторов [6, 16, 25, 43].

Иммунотерапия — новое перспективное направление в онкологии, в основе которого лежит идея реновации и активации универсальных естественных механизмов иммунной системы пациента. Данный терапевтический подход уже подтвердил свою эффективность в лечении пациентов с различными солидными опухолями [3, 18]. Обнадеживающие результаты клинических исследований применения чек-поинт-ингибиторов при метастатическом поражении головного мозга у пациентов с меланомой и немелкоклеточным раком легкого являются патогенетическим обоснованием целесообразности изучения данного вида терапии злокачественных глиом [19, 39].

До недавнего времени ЦНС рассматривали как иммунологически абсолютно привилегированную систему. По мере изучения головного мозга данная концепция подверглась критическому переосмыслению. На сегодняшний день уже определена роль макрофагов и микроглии в иммунном ответе на антигены, выделены инфильтрирующие опухоль мозга лимфоциты, сейчас продолжается изучение иммуносупрессивных механизмов в этой области, также были обнаружены лимфатические сосуды в ЦНС [5, 17, 23]. Несомненно, функционирование иммунной системы при первичном опухолевом поражении головного мозга имеет свои особенности, и изучение этого процесса представляет значительный научный и практический интерес.

Согласно предложенной в 2013 г. концепции «цикл иммунитета к опухоли», активация иммунной системы начинается с захвата опухолевого антигена дендритными клетками (рис. 1) [14].

 

Рис. 1. Цикл иммунитета к опухоли [14]

Fig. 1. Cancer-Immunity Cycle [14]

 

На экспериментальных моделях с использованием животных было подтверждено наличие небольшого количества дендритных клеток в сосудистых сплетениях и мозговых оболочках ЦНС [40]. Где именно происходит захват опухолевых антигенов дендритными клетками при глиобластоме до сих пор неизвестно. Одно из наиболее вероятных предположений заключается в том, что данный процесс реализуется вне ложа опухоли [28]. На сегодняшний день выделено несколько потенциальных путей дренажа антигенпрезентирующих клеток и антигенов в шейные лимфатические узлы. Интерстициальная жидкость с антигенами может попадать в лимфатическую систему через артериальные интрамуральные периваскулярные пространства [12]. Альтернативным является дренаж через периваскулярное пространство, окружающее посткапиллярные венулы, сообщающееся с субарахноидальным пространством. Вполне возможно, что и этап захвата дендритными клетками антигена происходит в субарахноидальном пространстве. Ликвор оттекает через lamina cribrosa решетчатой кости в слизистую оболочку носа или через недавно обнаруженные околовенозные синусовые дуральные лимфатические узлы [5, 28, 35]. Сообщение между интерстициальной жидкостью и ликвором строго ограничено глимфатической системой, роль которой в данном процессе до конца неизвестна. Захват антигенов осуществляется не только дендритными клетками. Микроглия признана антигенпрезентирующими клетками ЦНС [24]. Кроме того, опухоль может разрушить ГЭБ, что увеличивает проникновение иммунных клеток в микроокружение глиобластомы.

Следующий этап происходит в лимфатических узлах и заключается в презентации опухолевых антигенов антигенпрезентирующими клетками Т-лимфоцитам с их последующей активацией. Парадоксально, но при интракраниальных опухолях, в том числе при глиобластоме, отмечается лимфопения, вызванная изоляцией лимфоцитов в лимфатической системе вследствие потери поверхностного рецептора S1P1 (сфингозин-1-фосфатный рецептор 1) [24]. Почему только внутричерепные опухоли вызывают этот дефект в работе иммунной системы, и с помощью какого механизма он реализуется пока неясно. И все же, определенная часть активированных лимфоцитов покидает лимфатические узлы и мигрирует по кровеносному руслу. Следует отметить, что лимфопению также могут вызвать используемые в лечении пациентов с глиобластомами препараты темозоломид и дексаметазон.

Уникальность иммунной системы головного мозга заключается в первую очередь в наличии ГЭБ. Однако его нельзя расценивать как абсолютно непреодолимое препятствие для Т-лимфоцитов. Более того, как уже упоминалось, глиобластома сама может нарушать целостность ГЭБ: известно, что для глиомы характерен инфильтративный рост, в процессе которого опухолевые клетки разрушают связи нервных структур, что приводит к нарушению внеклеточного метаболизма и разрушению ГЭБ [7]. Кроме этого, повышенная скорость метаболизма глиобластом приводит к локальной гипоксии и усилению синтеза HIF-1 (фактор, индуцируемый гипоксией-1), который стимулирует выработку VEGF (фактор роста эндотелия сосудов) опухолью и клетками микроокружения [4, 7]. Секретируемый таким образом VEGF вызывает разрушение физиологического ГЭБ и рост структурно измененных капилляров из существующих сосудов (рис. 2, A).

 

Рис. 2. Локальный иммунный ответ и иммуносупрессивные механизмы. A — синтез опухолью новых сосудов; B — инфильтрация эффекторных лимфоцитов через стенку сосуда в периваскулярное пространство, где Т-лимфоцит распознается дендритными клетками и макрофагами; C — разрушение структур астроцита и миграция Т-лимфоцитов к строме опухоли; D — иммуносупрессия микроокружением глиобластомы

Fig. 2. The local immune response and immunosuppressive mechanisms. A — synthesis of new vessels by the tumor; B — effector lymphocytes cross the vessel wall to perivascular space, and then T-lympocytes are recognized by dendritic cells and macrophages; C — destruction of astocytes’ foot and migration of T-lymphocytes to the tumor; D — immunosuppression by glioblastoma microenvironment

 

При сохраненном ГЭБ процесс диапедеза активированных Т-лимфоцитов через стенку кровесного сосуда может осуществляться благодаря взаимодействию с молекулой межклеточной адгезии-1 (ICAM-1) и молекулой адгезии сосудистого эндотелия-1 (VCAM-1), экспрессируемых эндотелиальными клетками (рис. 2, B) [25]. В периваскулярном пространстве лимфоциты взаимодействуют с дендритными клетками и макрофагами. За этим следует экспрессия матриксных металлопротеиназ (MMP2 и MMP9), которые расщепляют дистрогликан в структуре астроцита, позволяя эффекторным Т-клеткам проникнуть в паренхиму мозга (рис. 2, С). Попадая в микроокружение опухоли, Т-лимфоциты сталкиваются с иммуносупрессивной средой, созданной глиобластомой (рис. 2, D). Подавление противоопухолевых иммунных механизмов может обеспечиваться многими факторами. В первую очередь, это присутствие в перитуморальной зоне популяции CD4⁺FoxP3⁺Т-регуляторных клеток, макрофагов M2 и миелоидных супрессоров (Myeloid Derived Suppressor Cells — MDSС) [2]. Для направленной миграции Т-регуляторных клеток в опухоль глиобластома самостоятельно экспрессирует такие хемокины, как CCL2, CCL5, CSF1, CXCL2, GM–CSF (рис. 3) [24, 40, 42]. Активация иммуносупрессивных клеток в основном обеспечивается синтезом опухолью идоламин 2,3-диоксигеназы (IDO), интерлейкина-10 (IL-10) и трансформирующего фактора роста β (TGF-β) [40, 42].

Установлена корреляция между повышенной экспрессией IDO в глиобластоме и неблагоприятным прогнозом у пациентов [40]. Главная задача Т-регуляторных клеток в микроокружении глиобластомы состоит в супрессии эффекторных Т-лимфоцитов, которая реализуется подавлением продукции IL-2 и интерферона-γ (IFN-γ) и экспрессией нейропилина-1 (Nrp-1) (рис. 3) [30, 33]. Потеря этого белка приводит к повышению выработки IFN-γ, который активирует работу Т-хелперов 1, цитотоксических Т-лимфоцитов и натуральных киллеров.

Макрофаги — это важный, а возможно, основной компонент микроокружения опухолей. Первоначально считалось, что опухоль-ассоциированные макрофаги образуются исключительно из моноцитов, однако существуют убедительные доказательства того, что данные клетки частично могут происходить и из микроглии [21]. В настоящее время выделяют два основных фенотипа опухоль-ассоциированных макрофагов: М1 — классически активированный, М2 — альтернативно активированный. Основными задачами макрофага М1 являются уничтожение патогенных микроорганизмов, стимуляция популяции Т-лимфоцитов и секретирование провоспалительных цитокинов: IL-23, IL-12, IL-6 и фактор некроза опухоли α (TNF-α). Макрофаги М2 подавляют иммунные реакции посредством экспрессии противовоспалительных цитокинов (IL-10 и TGF-β), стимулируют рост опухоли, синтезируя эпидермальный фактор роста (EGF) и VEGF, белки внеклеточного матрикса — металлопротеиназы, и выделяют хемоатрактанты для привлечения еще большего числа моноцитов (рис. 3). Индукция фенотипа М2 макрофагов стимулируется транскрипторным фактором STAT3 и колониестимулирующим фактором-1 (CSF-1) [1, 24, 42].

Присутствие в опухоли MDSС поддерживает иммуносупрессию. Миелоидные клетки синтезируют аргиназу-1, расщепляющую аргинин (питательное вещество для Т-лимфоцитов) и противовоспалительные цитокины, экспрессируют различные металлопротеиназы и факторы роста, а также хемоатрактанты для миграции к опухоли еще большего числа клеток, поддерживающих состояние иммуносупрессии [2].

Помимо того, что клетки глиобластомы привлекают в свое окружение иммуносупрессорные клетки, они еще и синтезируют белки, блокирующие эффекторную работу лимфоцитов (рис. 3). Около 75 % первичных и 72,2 % рецидивирующих глиобластом экспрессируют лиганд рецептора программируемой клеточной смерти-1 (PD-L1), лиганд к белоку запрограммированной клеточной смерти-1 (PD-1), лиганд к регуляторному рецептору на поверхности Т-лимфоцитов [8, 27]. Связывание рецептора PD1 с PD-L1 приводит к блокировке цитотоксической активности иммунных клеток. Благодаря открытию этого механизма ускользания опухолевых клеток было сформировано новое направление в лечении опухолей — терапия ингибиторами контрольных точек иммунного ответа. Так, применение антител к PD1/PD-L1 значительно улучшило результаты лечения пациентов с немелкоклеточным раком легкого, меланомой, раком почки и желудка, гепатоцеллюлярной карциномой и др. [3, 18]. Однако назначение этой группы препаратов при глиобластоме оказалось не таким эффективным, как ожидалось.

 

Рис. 3. Иммуносупрессивные механизмы микроокружения глиобластомы. Расшифровка изображений клеток и их компонентов такая же, как к рис. 2. VEGF — фактор роста эндотелия сосудов; ММР — металлопротеиназа; EGF — эпидермальный фактор роста; IL — интерлейкин; TGF-β — трансформирующий фактор роста β; IFN-γ — интерферон-γ; IDO — идоламин 2,3-диоксигеназа; CCL — хемокин лиганд; CSF — колониестимулирующий фактор; GM-CSF — гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор; LAG3 — ген активации лимфоцитов-3; TIM3 — T-клеточный иммуноглобулин и домен муцина-3; TCR — T-клеточный рецептор; MHC — главный комплекс гистосовместимости; CEACAM-1 — канцероэмбриональная антиген-связанная клеточная молекула адгезии-1; STAT3 — передатчик сигнала и активатор транскрипции-3; CXCL2 — хемокин (С-Х-С мотив) лиганд 2; PD-L1/2 — лиганд рецептора программируемой клеточной гибели 1/2; CTLA-4 — гликопротеин цитотоксических Т-лимфоцитов; CD80/86 — кластер дифференциации 80/86, NK-кл — клетки-киллеры

Fig. 3. Immunosuppressive mechanisms of glioblastoma microenvironment. Designation of cells and their components as in Fig. 2. VEGF — vascular endothelium growth factor; ММР — metalproteinase; EGF — epidermal growth factor; IL — interleukin; TGF-β — transforming growth factor β; IFN-γ — interferon-γ; IDO — idolamine2,3-dioxigenase; CCL — chemokine ligand; CSF — colony-stimulating factor; GM-CSF — granulocyte-macrophagal colony-stimulating factor; LAG3 — lymphocyte activating gene 3; TIM3 — T-cell Ig and mucine domen 3; TCR — T-cell receptor; MHC — main histocompatibility complex; CEACAM-1 — cancer-embryonic antigen-associated cell adhesion molecule-1; STAT3 — signal transducer and activator of transcription-3; CXCL2 — chemokine (C-X-C motif) ligand 2; PD-L1/2 — programmed death-ligand 1/2; CTLA-4 — cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4; CD80/86 — cluster of differentiation 80/86; NK-кл — killer cells

 

Экспрессия PD-L1 — не единственный и, вероятно, не ведущий механизм в ускользании глиобластомы от иммунного надзора. Опухолевые клетки могут экспрессировать CD80/CD86, лиганды к цитотоксическому Т-лимфоцитарно-ассоциированому белку-4 (CTLA-4), связь с которым приводит к ингибированию Т-лимфоцитов [42].

Для глиобластом характерно снижение, потеря или изменение структуры молекул главного комплекса гистосовместимости [11], что могло бы сделать опухолевую клетку «целью» для натуральных клеток-киллеров (NK-клеток). Ингибирование NK-клеток обеспечивается деактивацией рецепторов NKG2D и NKp30 вследствие высокой экспрессии в микроокружении TGF-β [13]. В целом инфильтрирующие глиобластому лимфоциты представляют собой популяцию истощенных иммунных клеток с повышенной экспрессией PD1, гена активации лимфоцитов-3 (LAG3) и T-клеточного иммуноглобулина и домена муцина-3 (TIM3). LAG3 и TIM3, подобно PD1 и CTLA-4, ингибируют функцию Т-лимфоцитов [42].

Следует отметить, что качественный и количественный состав элементов микроокружения опухоли может коррелировать с молекулярно-генетическим статусом глиобластомы. Так, повышенная инфильтрация опухоли CD4⁺T-лимфоцитами и макрофагами характерна для мезенхимального подтипа глиобластомы с инактивированным геном нейрофибромином-1 (NF1) [41]. Механизм, посредством которого инактивация гена NF1 приводит к миграции и активации иммуносупрессорных клеток, пока неизвестен. Для мезанхимального подтипа глиобластом также характерна повышенная экспрессия PD-L1 [41].

Таким образом, в ходе опухолевой прогрессии глиобластома приобретает способность эффективно защищаться от воздействия иммунной системы. Механизмы ускользания глиобластомы и подавления активности иммунной системы невероятно сложны и многообразны. Однако большое число иммуносупрессивных факторов, создаваемых самой опухолью, делает их перспективными мишенями для таргетной терапии.

Иммунотерапевтические подходы в лечении пациентов с глиобластомами

Главная цель иммунотерапии состоит в стимуляции иммунитета пациента против опухолевых клеток. Выделяют несколько иммунотерапевтических подходов в лечении пациентов с глиобластомой: применение ингибиторов контрольных точек, вакцины, онколитические вирусы и терапия Т- и NK-клетками с химерным антигенным рецептором (chimeric antigen receptor — CAR-терапия). С учетом низкой эффективности используемых в настоящее время методов лечения пациентов с глиобластомой, вышеуказанные новые подходы представляются достаточно многообещающими.

Ингибиторы контрольных точек — антитела, которые блокируют факторы, подавляющие иммунологические контрольные точки. На сегодняшний день активно применяются в онкологической практике антитела к рецепторам CTLA-4, PD-1 и PD-L1. При этом несмотря на то, что более чем в 70 % случаях глиобластом выявляется высокая экспрессия PD-L1, применение в клинике блокады PD-1/PD-L1 не выявило значимого улучшения показателей выживаемости среди пациентов [31, 38, 42]. Существует несколько объяснений данного феномена. В первую очередь, экспрессия PD-L1 в опухоли изменяется в течение заболевания [38]. Во-вторых, микроокружение глиобластомы характеризуется низкой инфильтрацией цитотоксическими Т-клетками и большинство из них уже функционально истощены. Помимо этого, связь PD-1 и PD-L1 — не единственный механизм блокады иммунной системы. Попытка применения комбинированной терапии ингибиторами CTLA-4 и PD-1 привела к значительному увеличению количества активированных цитотоксических NK- и Т-клеток и уменьшению инфильтрации CD4⁺FoxP3⁺Т-регуляторными клетками, но была сопряжена со значительными токсическими осложнениями [31].

Главная цель вакцинотерапии — другого метода иммунотерапии — усиление адаптивного иммунного ответа против опухолевых клеток. Для запуска иммунного ответа получено несколько вакцин с пептидами, имитирующими антигены глиобластомы. Вакцинация имитирующим белком EGFRIII оказалась весьма эффективной, однако положительный эффект отмечался не у всех пациентов [37]. Показано, что только в небольшом количестве случаев (25–30 %) экспрессируется EGFRIII; более того, его экспрессия неоднородна в пределах одной опухоли [37]. Чтобы преодолеть гетерогенность глиобластом были разработаны многокомпонентные вакцины, при этом общая выживаемость значительно не улучшилась [34].

Преимущество вакцинотерапии на основе дендритных клеток заключается в повышении активации противоопухолевых Т-клеточных реакций благодаря антиген-презентирующим способностям дендритных клеток. Вакцины на основе аутологических дендритных клеток, которым представлялся антиген опухоли, полученный от пациента, были протестированы в нескольких клинических исследованиях [15, 22]. Было отмечено увеличение интенсивности противоопухолевых Т-лимфоцитарных реакций. Однако эффективность иммунотерапии была весьма ограниченна [15, 24].

Принцип терапии онколитическими вирусами основан на избирательном заражении опухолевых клеток вирусами, что приводит к их гибели (прямой эффект), а также на активации путей адаптивного противоопухолевого эффекта в ответ на присутствие антигена опухоли (косвенный эффект). На сегодняшний день используются вирусы, способные к быстрой репликации (ретровирус, вирус простого герпеса, вирус кори и др.) [24]. Однако у данной терапии есть свои недостатки: ограниченное проникновение вирусов в опухоль через ГЭБ, низкая скорость трансфекции РНК.

В концепцию CAR-терапии заложена генетическая модификация клеток адаптивной иммунной системы. Измененные Т-клетки экспрессируют внеклеточный домен, узнающий антиген опухоли, и внутриклеточный, вызывающий иммуноактивацию. Преимущество данных клеток заключается в независимости от наличия в опухолевой клетке главного комплекса гистосовместимости, определяющего один из механизмов ускользания глиобластомы от действия иммунной системы. Уже отработан синтез CAR-T-клеток, нацеленных на такие антигены, как IL13Ra2, HER2, EphA2 и EGFRvIII [9, 10, 36]. Однако применение данной терапии в монорежиме для достижения клинического эффекта недостаточно эффективно. Причин несколько: во-первых, гетерогенность глиобластомы, что проявляется большим количеством антигенов; во-вторых, эволюционирование опухоли, приводящее к быстрой потере таргетного антигена, а также функциональное истощение CAR-клеток в микроокружении опухоли.

В заключение можно сказать, что взаимодействие глиобластомы с иммунной системой на всех этапах опухолевого роста представляется сложным процессом. В ходе иммунотерапии этой патологии необходимо учитывать механизмы, используемые опухолевыми клетками для уклонения от иммунного ответа и его подавления. К сожалению, в настоящее время клинические испытания данного вида терапии оказались не столь успешными, как ожидалось. Дальнейшее детальное изучение механизмов иммунной резистентности и уклонения от иммунного ответа глиобластомы должно способствовать разработке более эффективной тактики иммунотерапии.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contribution. Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Об авторах

София Сергеевна Скляр

Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт им. проф. А.Л. Поленова — филиал Национального медицинского исследовательского центра им. В.А. Алмазова; Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.sklyar2017@yandex.ru

младший научный сотрудник НИЛ нейроонкологии; младший научный сотрудник

Россия, Санкт-Петербург; Гатчина

Александр Петрович Трашков

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Email: alexander.trashkov@gmail.com

канд. мед. наук, заведующий центром доклинических и клинических исследований

Россия, Гатчина

Марина Витальевна Мацко

Санкт-Петербургский клинический научно-практический центр специализированных видов медицинской помощи (онкологический); Санкт-Петербургский государственный университет; Санкт-Петербургский медико-социальный институт

Email: marinamatsko@mail.ru

д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник; ассистент кафедры онкологии; доцент кафедры онкологии

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Бобир Ибрагимович Сафаров

Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт им. проф. А.Л. Поленова — филиал Национального медицинского исследовательского центра им. В.А. Алмазова

Email: safarovbob@mail.ru

канд. мед. наук, заведующий отделением

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Глебович Васильев

Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Email: avas7@mail.ru

д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой патологической физиологии с курсом иммунопатологии

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы