Особенности противоопухолевого иммунитета

     ВВЕДЕНИЕ 

     Онкопатология занимает второе место после сердечно-сосудистых заболеваний среди причин смерти в цивилизованных странах. Опухоли (новообразования) возникают, когда  по каким-либо причинам наблюдается  неконтролируемая избыточная пролиферация клеток. Обычно во всех органах и тканях поддерживается баланс между процессами гибели клеток и их новообразованием. Это обеспечивается механизмами контроля и регуляции гомеостаза тканей.

     Главной отличительной особенностью опухолевых клеток от нормальных является способность к неограниченному росту и потеря механизмов аутокринной и паракринной регуляции. Для злокачественных клеток также характерна инвазия окружающих тканей и метастазирование в отдаленные участки организма. Распространение опухолевых клеток происходит по лимфатическим путям и через кровоток.

     Опухоли способны возникать спонтанно, без  видимых на то причин, а также  могут быть индуцированы. У человека, как правило, появляющиеся опухоли  – это спонтанные, хотя отличить спонтанно возникшую опухоль  от индуцированной чрезвычайно трудно. Опухоли, искусственно вызванные, называются индуцированными. Индуцировать канцерогенез способны различные химические вещества (метилхолантрен, бензпирен, афлатоксин В1), физические факторы (ультрафиолетовый свет, ионизирующая радиация), вирусы (папова-, герпес-, адено- и ретровирусы). У человека 3 типа вирусов тесно связаны с опухолями, это вирус Эпштейна-Барр (лимфома Беркита), цитомегаловирус (саркома Капоши) и вирус папилломы.

     1.ОПУХОЛЕВЫЕ АНТИГЕНЫ 

     Иммунологические  исследования показали, что на опухолевых клетках могут быть представлены два вида антигенов: опухолеспецифические антигены и опухолеассоциированные антигены. Опухолеспецифические антигены являются уникальными молекулами для организма и не присутствуют ни в один из периодов развития, в том числе и эмбриональный, на нормальных клетках организма. Полагают, они являются результатом мутаций в геноме опухолевых клеток, приводящих к формированию новых клеточных белков, которые, подвергаясь процессингу в цитозоле клетки, дают начало опухолевым пептидам, представленным на клеточной поверхности в комплексе с молекулами HLA-1 класса. Опухолеассоциированные белки (антигены), в свою очередь, не являются строго специфическими для опухолевых клеток, и, как правило, являются белками, которые были экспрессированы на нормальных клетках в эмбриональный период или являются молекулами, которые экспрессированы обычно на нормальных клетках, но в очень малых количествах, а при злокачественной трансформации клеток экспрессируются в высокой плотности. Реэкспресия эмбриональных генов или чрезмерная активация регуляторных генов в нормальных зрелых клетках, вероятно, является результатом тех изменений, которые происходят в геноме при злокачественной трансформации клеток. Известные к настоящему времени некоторые опухолеспецифические антигены суммированы в таблицах. Некоторые опухолеспецифические антигены, экспрессируемые при онкопатологии приведены в таблице 1. 
 
 

Таблица 1 - Некоторые опухолеспецифические антигены, экспрессируемые при онкопатологии.

     Исследования  показали, что гены, кодирующие опухолеспецифические антигены, часто отличаются от нормальных генов только одной точечной мутацией. Преобладающее большинство опухолевых антигенов не являются мембранными белками клеток, а представляют собой пептиды, прошедшие процессинг в цитозоле клетки и представленные молекулами HLA- 1 класса

Специфические антигены вирусиндуцированных опухолей, как правило, представлены вирусными  пептидами. Это подтверждается множеством данных. Так, установлено, что отдельный  штамм вируса (например, SV-40)индуцирует одинаковые опухолевые антигены на различных тканях и у различных видов организмов. Эти антигены одинаковы для всех трансформированных клеток. Другой пример – мыши, которым были ранее введены убитые клетки из опухоли, индуцированной вирусом полиомы, при повторном введении им живых клеток любой другой опухоли, индуцированной этим же вирусом, способны элиминировать их с помощью иммунных механизмов. Более того, при переносе лимфоцитов от животных с вирус-индуцированной опухолью нормальным сингенным животным, у последних развивалась невосприимчивость к трансплантатам всех опухолей, индуцированных тем же вирусом. У человека клетки лимфомы Беркета экспрессируют ядерный антиген вируса Эпштейн-Барра, который, как полагают, является опухолеспецифическим для этого вида опухоли. На раковых клетках шейки матки более чем в 90% случаев выявляются белки Е6 и Е7 вируса папилломы человека (HPV).

     Опухолеассоциированные  белки (антигены) не являются уникальными  для опухолевых клеток. Они представлены антигенами двух типов. Представителями  первого типа являются раково-эмбриональные антигены. Из них наиболее изучены альфа-фетопротеин (АФП) и раковоэмбриональный антиген (РЭА). Эти антигены (белки) появляются в норме в эмбриональном периоде развития индивидуума и участвуют как регуляторные белки в дифференцировке тканей и развитии органов.

Альфа-фетопротеин  впервые был обнаружен в фетальной  сыворотке теленка. Он вырабатывается преимущественно гепатоцитами, а  также клетками желудочно-кишечного  тракта. Представляет собой гликопротеин м.м. 70 кD. У плода человека его  концентрация составляет 3000 мкг/мл, у взрослого 0,02 мкг/мл. Повышение содержания АФП в сыворотке больного в 80 % случаев свидетельствует о первичном раке печени. Повышение концентрации АФП может также выявляться у 20% лиц, страдающих гепатитом и циррозом печени. Повышение его количества во время беременности может служить сигналом нарушения развития плода.

     Раково-эмбриональный  антиген (РЭА) является мембранным гликопротеином. Экспрессируется в норме на гастроинтестинальных клетках и клетках печени плода  на 2-6 месяце внутриутробного развития. У взрослых в норме не выявляется. Его появление в сыворотке свидетельствует с 90% вероятностью о карциноме толстой кишки, а также карциноме поджелудочной железы.

     Другая  категория опухолеассоциированных белков, как правило, представлена факторами роста и рецепторами для этих факторов. Известно, что рецепторы к факторам роста в повышенной плотности почти всегда экспрессированы на опухолевых клетках. Например, различные опухолевые клетки экспрессируют в 100 раз больше рецепторов к эпидермальному фактору роста, чем нормальные клетки. Клетки рака груди человека в повышеном количестве продуцируют белок HER2, кодируемый онкогеном Neu, являющийся структурным компонентом рецептора эпидермального фактора роста. На нормальных клетках этот белок экспрессируется в следовых количествах. Клетки меланомы экспрессируют порядка 50 000 – 500 000 молекул белка р97, участвующего в транспорте железа в клетку. На обычной клетке этих молекул содержится порядка 8000.

     Следует заметить, что тип опухолевых антигенов определяет иммуногенность и антигенность опухолей.

     2.ТРАНСФОРМАЦИЯ НОРМАЛЬНЫХ КЛЕТОК В ОПУХОЛЕВЫЕ 

     В основе злокачественной трансформации  клеток лежат изменения в их геноме. К озлокачествлению клеток могут  приводить мутации, изменяющие генетический материал, либо реактивация «молчащих» эмбриональных генов, усиление или подавление функционирования «нормальных» генов, ответственных за пролиферацию и дифференцировку клеток, а также появление новых генов, как это наблюдается при вирусной индукции канцерогенеза. Гены, связанные с опухолевой трансформацией клеток, получили название онкогенов; в нормальных клетках они представлены в виде проонкогенов. Проонкогены в нормальных клетках функционируют как важные регуляторы их жизнедеятельности. Они кодируют молекулы, контролирующие и регулирующие клеточный рост, дифференцировку клеток, процессы проведения регуляторных (активационных и супрессирующих) сигналов внутрь клетки, процессы трансляции, нуклеинового обмена, апоптоза.

     Известные к настоящему времени проонкогены  и кодируемые ими молекулы приведены  в таблице 2. По своим функциональным особенностям они могут быть разделены на три категории:

     1) гены, индуцирующие клеточную пролиферацию;

     2) гены, подавляющие клеточную пролиферацию, опухолесупрессирующие гены;

     3) гены апоптоза.

     Первая  категория проонкогенов и их онкогенных копий кодирует белки, которые функционируют как факторы роста (тромбоцитарный фактор роста (PDGF) или рецепторы к факторам роста (рецептор колониестимулирующего фактора 1 (R-СSF1)), рецептор эпидермального фактора роста (R-EGF), рецептор тиреоидного гормона). Обычно одна популяция клеток продуцирует ростовые факторы, а другая экспрессирует рецепторы к ним. В нормальных условиях эти процессы тщательно регулируются и тонко сбалансированы. Установлено, что повышенная продукция факторов роста или повышенная экспрессия рецепторов, их воспринимающих, способны приводить к повышенному и неконтролируемому клеточному росту.

     Другие  продукты, кодируемые этой категорией проонкогенов, участвуют в трансдукции  сигнала с поверхности внутрь клетки (тирозинкиназы, ГТФ-связанные белки с ГТФ-азной активностью) и в процессах транскрипции (ДНК-связанные белки). Повышенная активность каждого из названных проонкогенов способна стимулировать клеточный рост.

     Вторая  категория проонкогенов – антионкогены кодируют белки, подавляющие клеточный рост. Инактивация этих генов приводит к развитию опухоли. К ним относятся гены Rb, p53, DCC, APC, NF1. Например, известно, что инактивация гена Rb приводит к развитию у детей редкого наследственного заболевания, такого, как ретинобластома. Опухоль развивается из предшественников нервных клеток сетчатки. Мутация в гене р53, который кодирует ядерный фосфопротеин, приводит к развитию в 90% случаев мелкоклеточного рака легкого и более чем в 50% случаев рака груди и рака толстой кишки.

     Третья  категория проонкогенов кодирует белки, регулирующие запрограммированную клеточную смерть (подавляющие или индуцирующие апоптоз). В этой категории генов хорошо изучен ген bcl-2. Установлено, что bcl-2 является важным регулятором продолжительности жизни гемопоэтических клеток, Т- и В-лимфоцитов. Интересно, что вирус Эпштейна-Барр также содержит ген, подобный bcl-2, и через инкорпорацию этого гена способен вызывать супрессию апоптоза в инфицированных клетках и тем самым нарушать баланс между процессами естественной гибели клеток и их новообразованием.

     Также онкогены были выявлены у ряда вирусов. Так, у вируса саркомы Роус был  идентифицирован онкоген, названный v-src, который кодирует протеинкиназу 60-кD, которая катализирует присоединение  фосфата к остаткам тирозина на белках. При переносе этого онкогена в нормальные клетки последние подвергаются злокачественной трансформации.

     Превращение нормальных клеток в опухолевые может происходить в результате хромосомной транслокации.

     При лимфоме Беркита ген c-myc (клеточный проонкоген) перемещается со своего нормального положения в хромосоме 8 в кластер гена тяжелой цепи иммуноглобулина на хромосому 14. В результате этой транслокации происходит активация этого гена и усиление синтеза кодируемого им с-белка, который, как известно, функционирует как фактор транскрипции. При хронической миелоидной лейкемии клетки больных содержат филадельфийскую хромосому, которая образуется в результате транслокации генов между 9 и 22 хромосомами.

     Суммируя  накопленный к настоящему времени  материал, можно заключить, что трансформация нормальных клеток в опухолевые может происходить в результате встраивания вирусных онкогенов в геном клетки, хромосомных транслокаций проонкогенов, что приводит к их активации и трансформации клеточных проонкогенов в онкогены под влиянием химических канцерогенов, физических факторов, вирусной инфекции. Все эти процессы сопровождаются нарушением нормального функционирования генов, которые в нормальных условиях выполняют важные регуляторные функции. В результате изменения функциональной активности генов происходит изменение количества (увеличение или снижение) регуляторных молекул и их активности, что в итоге приводит к расбалансировке между процессами размножения клеток и их гибелью.

     Приведенное заключение подтверждается тем, что во многих опухолевых клетках, в отличие от нормальных, содержатся множественные копии клеточных онкогенов, ответственных за клеточную пролиферацию, что в свою очередь способно приводить к увеличению продукции молекул, усиливающих клеточный рост. Так, во многих раковых клетках выявляется повышенная экспрессия рецепторов к эпидермальному фактору роста, который кодируется геном c-erbB, а при раке груди наблюдается усиленный синтез рецепторов к фактору роста, кодируемого c-neu. 
 
 
 

Таблица 2 - Известные к настоящему времени проонкогены и кодируемые ими молекулы

     3.ИММУННЫЕ РЕАКЦИИ НА ОПУХОЛИ 

     Эксперименты  на животных показали, что организм на опухолевые антигены способен развивать  как гуморальные, так и клеточные  иммунные реакции. При этом следует  учитывать, что развитие иммунного  ответа происходит только в случае, если опухолевые клетки содержат антигены, чужеродные организму хозяина (например, опухоле-специфические антигены). Достоверно установлено развитие иммунных реакций на вирус-индуцированные опухоли и опухоли, вызванные химическими веществами и облучением. Опухоли, экспрессирующие раковоэмбриональные антигены или опухолеассоциированные белки, которые представлены рецепторными молекулами или факторами роста, как правило, не индуцируют иммунные реакции.

     Основную  роль в противоопухолевом иммунитете играют клеточные реакции.

     В эксперименте на животных показано, что  опухоли способны индуцировать образование  специфических эффекторных Т-киллеров, которые, распознавая опухолевые антигены на клетках, представленные в комплексе  с молекулами HLA- 1 класса, вызывают их цитолиз. Лизис опухолевых клеток происходит за счет продукции лимфоцитами перфоринов, фрагментинов и индукции апоптоза через Fas-лиганды. Способность Т-цитотоксических лимфоцитов вызывать разрушение опухолевых клеток также показана в экспериментах ин витро. Если от животных с вирусиндуцированной опухолью получить клетки лимфатических узлов и добавить их к культуре опухолевых клеток той же линии, то через несколько часов наблюдается лизис всех опухолевых клеток. Замечено, что по мере роста ряда опухолей противоопухолевая активность Т-киллеров снижается. Установлено, что это связано с тем, что в процессе развития опухоли опухолевые клетки существенно снижают либо полностью прекращают экспрессию молекул HLA 1 класса, что значительно ограничивает литический потенциал Т-киллеров.

     В отличие от Т-цитотоксических лимфоцитов, распознавание НК-клетками опухолевых антигенов не рестриктировано антигенами HLA. Их цитотоксическая активность не снижается с уменьшением экспрессии этих молекул. Они способны оказывать  как прямое цитотоксическое действие на опухолевые клетки, так и через развитие реакции антитело-зависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦ), в которой специфические противоопухолевые антитела своим активным центром соединяются с опухолевой клеткой, а через Fc-фрагмент присоединяют НК-клетку. Механизм цитолиза клеток НК-лимфоцитами аналогичен тому, который используют Т-киллеры.

     Макрофаги свое цитотоксическое действие на опухоли  оказывают через развитие реакции  АЗКЦ, либо в процессе прямого контакта с опухолевой клеткой. При этом гибель клеток происходит в результате воздействия на них активных форм кислорода, оксида азота, литических энзимов, фактора некроза опухоли альфа (ФНО?), который обладает высокой противоопухолевой активностью. Известно, что введение животным с опухолью ФНО? приводит к развитию множественных геморрагий в опухоли и ее некрозу. Действие ФНО? усиливается интерфероном-альфа. В активации макрофагов и концентрировании их вокруг опухоли большую роль играют ИНФ-? и Т-лимфоциты хелперы. Интерферон-гамма также активирует НК-клетки. Важную роль в стимуляции противоопухолевой активности Т-цитотоксических лимфоцитов, макрофагов и НК-клеток играет ИЛ-12.

     Гуморальные иммунные реакции при опухолевом росте могут как способствовать регрессии опухоли, так и стимулировать  ее развитие. Установлено, что взаимодействие антител с некоторыми опухолевыми клетками приводит к активации комплемента и лизису опухолевых клеток. Антитела также выступают индукторами реакции антитело-зависимой клеточной цитотоксичности. Проведенные опыты на инбредных мышах показали, что антительный иммунный ответ может быть более эффективным в защите от химически индуцированных опухолей, чем макрофагальная противоопухолевая активность.

     Вместе  с тем, было замечено, что усиление гуморальной иммунной реакции часто способствует росту опухоли. Это отмечалось как при попытках защитить животных от опухолевого роста с помощью активной иммунизации опухолевыми антигенами, так и при пассивной иммунизации животных путем введения специфических антиопухолевых антител. Также обнаружено, что сыворотка, полученная от животных с прогрессирующим опухолевым ростом, блокирует литическое действие лимфоцитов в реакции клеточно-опосредованной цитотоксичности. Исследователи наблюдаемый эффект усиления опухолевого роста связывают с маскировкой антителами специфических детерминант опухолевых клеток, что блокирует развитие клеточных иммунных реакций. Установлено, что подобный эффект оказывают также иммунные комплексы (ИК), формируемые антителами с растворимыми опухолевыми антигенами.

     Суммируя вышеизложенное, можно заключить, что рост опухоли может происходить:

     1) либо в результате прорыва  иммунной защиты организма, как  это справедливо в отношении  вирус-индуцированных опухолей;

     2) либо в результате «иммунной  невидимости» опухолевых клеток, как это отмечается при большинстве спонтанных опухолей, которые не несут опухолеспецифических антигенов.

     4.МЕХАНИЗМЫ УКЛОНЕНИЯ ОПУХОЛИ ОТ ИММУННОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА 

     Ежегодно  от рака умирает большое количество людей, что свидетельствует о  том, что иммунные реакции на опухолевые клетки часто являются неэффективными. Вместе с тем, в экспериментах по трансплантации опухолей показано, что иммунные реакции способны эффективно отторгать и элиминировать несколько миллионов раковых клеток. Большое количество раковых клеток способны вызывать «срыв» иммунной реактивности и создавать условия для роста опухоли.

     Для объяснения роста опухолей, несущих  чужеродные антигены в условиях нормальной иммунореактивности организма, предложены следующие гипотезы: 

     4.1. Гипотеза иммунного усиления 

     Согласно  гипотезе, появляющиеся в ходе развития опухоли антиопухолевые антитела экранируют опухолевые детерминанты, тем самым защищая опухоль от атаки цитотоксических клеток. 

     4.2. Гипотеза иммунной селекции 

     Суть  гипотезы заключается в том, что  в процессе роста опухоли число и плотность опухолевых антигенов сильно варьирует. Опухолевые клетки с большим числом антигена разрушаются механизмами клеточного иммунитета, а опухолевые клетки с низкой плотностью антигена выживают и продолжают пролиферировать. Часто злокачественная трансформация клеток и их рост сопровождаются снижением или полным прекращением экспрессии молекул HLA 1 класса. Известно, что эти структуры представляют опухолевые пептиды, и они играют ведущую роль в генерировании специфических Т-цитотоксических лимфоцитов. Отсутствие молекул HLA на опухолевых клетках является показателем неблагоприятного прогноза. 

     4.3. Гипотеза слабой иммуногенности опухолевых антигенов 

     Из-за слабой иммуногенности опухолевых антигенов  иммунный ответ оказывается недостаточным, чтобы препятствовать росту опухоли и ее метастазированию. Полагают, что причиной низкой иммуногенности опухолей может быть недостаточная (или отсутствие) экспрессии на клетках ко-стимулирующих молекул (например, В7). В условиях отсутствия ко-стимулирующего сигнала антигенная активация клеток приводит к клональной анергии, что может способствовать развитию толерантности к опухоли. Рядом исследований показано, что развитие опухолей сопровождается также генерированием Т-супрессорных клеток.

     5.ИММУНОДИАГНОСТИКА РАКА 

     В настоящее время иммунодиагностика  опухолей основана на выявлении в  сыворотке и жидкостях больного опухолеспецифических антигенов или маркеров опухолевого роста (опухолеассоциированных белков). Для их выявления используется иммуноферментный анализ, метод двойного сэндвича. 
Промышленностью производятся следующие тест-системы:

• СЕА; используется для выявления РЭА, положительный тест при карциноме толстой кишки и поджелудочной железы;
• AFP; используется для выявления альфа-фетопротеина, положительный тест при первичном раке печени;
• СА-125; содержит маркер рака яичника;
• СА-15-3; содержит маркер рака молочной железы;
• СА-19-9; содержит маркер рака ЖКТ;
• СА-242; содержит маркер рака поджелудочной железы, толстой и прямой кишки;
• PSA EIA; содержит специфический антиген простаты;
• PSA Free; содержит специфический антиген простаты, используется для определения свободного PSA;
• NSE; содержит маркер мелкоклеточного рака легких;
• UBC; содержит маркер рака мочевого пузыря;
• CASA; содержит маркер рака яичника;
• MSA; содержит маркер рака молочной железы;
• Chromogranin A; содержит маркеры опухолей эндокринного происхождения;
• CD30 (Ki-1 Antigen); используется в диагностике опухолей лимфопролиферативного происхождения.

     6.ИММУНОТЕРАПИЯ БОЛЬНЫХ С ОНКОПАТОЛОГИЕЙ 

     Иммунотерапия больных с онкопатологией ведется по двум направлениям:

     1) коррекция иммунных расстройств,  развивающихся в процессе проведения  химио- и радиотерапии;

     2) активация противоопухолевых иммунных механизмов.

     Для лечения гемо- и иммунодепрессий, развивающихся в результате токсического действия опухолей на гемопоэз и иммуногенез, а также как следствия применения высоких доз радио- и химиотерапии, в соответствии с показаниями, могут быть использованы: