Рейтинг@Mail.ru

На первую страницу  |  «Очерки научной жизни»: оглавление и тексты  |  Аннотация «Очерков» и об авторе  |  Отдельные очерки, выступления  |  Научно-популярные статьи (ссылки)  |  Список публикаций  |  Гостевая

Иммунология опухолей человека

Г. И. Абелев
(Институт канцерогенеза Онкологического научного центра им. Н. Н. Блохина РАМН)

Опубликовано в журнале Природа, N 2, 2000

Введение

Современный этап в иммунологии рака начался в середине 40-х годов, когда Л. Гросс в США получил иммунитет у мышей к канцерогенной саркоме, индуцированной в сингенной¹ системе. Чуть позже (конец 40-х – начало 50-х годов) Л. А. Зильбер у нас в стране и П. Горер в Англии обнаружили в опухолях антигены, отсутствующие в гомологичных нормальных тканях. В 1961 г. группа Дж. Клейна в Швеции впервые продемонстрировала эффективный иммунитет к опухолям, вызванным вирусами полиомы и SV40, у животных, иммунизированных этими вирусами. Эти исследования дали мощный толчок для развития иммунологии рака [Зильбер Л. А., Абелев Г. И.,1962; Дэй Ю., 1965; Deichman G. I., 1969]. Тысячи последующих экспериментальных и клинических работ создали область онкологии, в которой можно выделить иммунодиагностику, иммунопрофилактику и иммунотерапию опухолей человека. Что же сегодня вошло в онкологию в результате полувековых исследований по иммунологии рака?


¹ Сингенными называют животных (обычно мышей инбредных линий), у которых антигены тканевой совместимости идентичны антигенам опухолей.

Иммунодиагностика

Иммунодиагностика, уже ставшая обязательным компонентом клинической практики, основана на одном из фундаментальных свойств опухоли – сохранять направление и уровень дифференцировки клетки-предшественницы. Все антигены, используемые для иммунодиагностики опухолей, – это дифференцировочные антигены соответствующей нормальной ткани, характерные для определенного этапа ее созревания (табл. 1). Особенно ярко это выражено в иммунофенотипировании гемобластозов (опухолевых заболеваний крови), каждая из форм которых по антигенам клеточной мембраны в точности соответствует как бы «замороженной» стадии дифференцировки той или иной ветви кроветворения. Такая закономерность соблюдается настолько четко, что некоторые ранние и быстропреходящие стадии развития впервые обнаружили и описали только благодаря соответствующим острым лейкозам. Так, ретровирус Абельсона, вызывающий острый пре-В-клеточный лейкоз у мышей, позволил определить самые ранние стадии развития В-лимфоцита, на которых только начинается рекомбинация D и J фрагментов тяжелой (Н) цепи иммуноглобулина (Ig). Точно так же один из характерных антигенных маркеров ранних В-лимфоцитов, так называемый общий антиген острых лимфатических лейкозов человека (CALLA), вначале выявили как специфический лейкозный антиген, а затем его нашли и в ряду нормальной дифференцировки В-лимфоцита.
 

Таблица 1. Опухолевые маркеры как дифференцировочные антигены
 
АнтигенМаркер опухолиДифференцировочный антигенПричина продукции
Миеломный Ig, белок Бенс ДжонсаПлазмоцитома и В-клеточные лейкозыМоноклональные плазматические клетки и клоны В-лимфоцитовСохранение нормальной функции
Альфа-фетопротеин (АФП)Герминальные опухолиВисцеральная энтодерма желточного мешкаСохранение функции
Альфа-фетопротеин (АФП)ГепатобластомаГепатобласт Сохранение функции
Альфа-фетопротеин (АФП)Гепатоцеллюлярный ракФетальный гепатоцитВозобновление эмбрионального синтеза
Раково-эмбриональный антиген (РЭА)Коло-ректальные опухолиГликокаликс фетального и взрослого кишечного эпителияИзбыточная продукция и нарушение нормальной локализации в клетке
Мукопротеидный антиген (СА-125)Рак яичниковГликопротеин целомического эпителияИзбыточная продукция
Антиген простаты (PSA)Рак простатыСпецифическая протеаза простатыИзбыточная продукция и нарушение путей секреции
Хорионический гонадотропин (b-цепь)Герминальные опухоли, хорионэпителиомы (ХЭ)Специфический гормон хорионаСохранение нормальной функции ХЭ элементов опухоли
Дифференцировочные антигены опухолей гемопоэтических клеток (CD-антигены)Различные формы опухолей кроветворной тканиCD-маркеры кроветворных опухолей разных направлений и стадий дифференцировки«Замороженные» стадии дифференцировки

 

При анализе острых, морфологически неразличимых гемобластозов с помощью иммунофенотипирования можно вычленить острые эритро-, миело– и лимфобластные лейкозы, отличающиеся по прогнозу и схемам лечения. Этот метод позволяет также различать В– и Т-лимфолейкозы, находящиеся на разных стадиях дифференцировки.

Таким образом, иммунофенотипирование дало бесценный материал для анализа патогенеза гемобластозов и одновременно вошло в клинику, как необходимый и сегодня уже рутинный компонент в диагностике и классификации гематологических новообразований. Едва ли не исчерпывающая полнота знаний в области иммунофенотипирования лейкозов обязана, главным образом, методу гибридом², с помощью которого построены точнейшие антигенные карты поверхности клеток кроветворного ряда. Вся современная классификация дифференцировочных антигенов этого типа основана на моноклональных антителах.

В случае лейкозов речь идет о дифференцировочных антигенах клеточной мембраны, не секретируемых в кровь, но именно опухоли этой группы дали первый пример серологического маркера самой высокой специфичности. Это моноклональные иммуноглобулины (мIg) и белок Бенс Джонса (ББД) – моноклональные легкие (мL) цепи иммуноглобулинов, которые продуцируют плазмоцитомы и выделяют их в кровь. Поскольку опухоли, в том числе и плазмоцитомы, моноклональны, то их моноклональный продукт (мIg) заметно отличается от высокогетерогенных иммуноглобулинов нормальной сыворотки крови и служит превосходным маркером этих новообразований. Кроме того, динамика мIg в крови и ББД в моче пациентов до и в процессе лечения оказывается высокочувствительным индикатором сохранения остаточного клона и доклиническим маркером рецидива опухоли.

Плазмоцитома, как и ее предшественник – плазмоцит, – активный продуцент мIg и ББД. Но и В-клеточные лимфомы, особенно относящиеся к хроническим В-клеточным лейкемиям, образуют небольшие количества мIg и ББД, которые можно обнаружить специальными высокочувствительными реакциями и использовать для иммунодиагностики и мониторинга этих опухолей.

Долгие годы казалось, что серологические маркеры плазмоцитов не имеют аналогов среди других опухолей. Обнаружение aльфа-фетопротеина (АФП) при раке печени животных и человека положило начало открытию ряда серологических маркеров солидных опухолей (табл. 1). Так, АФП указал на неизвестный ранее тип дифференцировочных антигенов – онкофетальных, т.е. тканеспецифических антигенов, в норме характерных только для эмбрионального периода, но появляющихся в опухолях. Вслед за АФП был открыт раково-эмбриональный антиген (РЭА) опухолей толстой и прямой кишки, который попадает в кровь и служит маркером новообразований кишечника. РЭА чаще других используют в клинике для оценки эффективности операции и для раннего выявления рецидивов (за месяцы до их клинического проявления). Это дает время (так называемое lead time), когда можно повторить операцию или начать химиотерапию. За раково-эмбриональным антигеном последовал мукопротеидный антиген (СА 125), образуемый опухолями яичника и также попадающий в кровь. Особую популярность получил серологический маркер рака простаты (PSA), применяемый не только для дифференциальной диагностики и мониторинга, но и для обнаружения клинически не проявляющихся опухолей. Кроме перечисленных антигенов, природа и происхождение которых известны, равно как и причины их появления при определенных опухолях, имеется ряд антигенов опухолей поджелудочной железы, молочной железы, легких, изучаемых в настоящее время.

Принципиально важен вопрос о ранней диагностике опухолей по серологическим маркерам. Однако это зависит не столько от маркера, сколько от наличия группы высокого риска для данной опухоли. Там, где такие группы существуют, скрининг по серологическим маркерам дает хорошие результаты (табл. 2). Например, обследование на aльфа-фетопротеин населения Китая в районе Шанхая, а также хронических носителей вируса гепатита В среди эскимосов Аляски выявило больных раком печени без клинических симптомов и в операбельной стадии. Также целесообразно систематическое обследование на α-фетопротеин больных циррозом печени. Большую группу высокого риска по раку простаты составляют мужчины в возрасте старше 50 лет. Здесь использование серологического маркера позволяет обнаружить самые ранние стадии заболевания. В такую группу входят также оперированные или больные после химиотерапии. В этом случае необходимо выявить остаточный клон заболевания и клинически не проявляемые рецидивы. Все названные маркеры, как правило, дают время для своевременного вмешательства хирурга или химиотерапевта.

Современные тест-системы на опухолевые маркеры производят ведущие фармацевтические компании, составляющие солидную область фармацевтической промышленности. При этом иммунодиагностика рака открыта для поисков новых маркеров и разработки новых методов их определения.
 

Таблица 2. Возможности серологических маркеров опухолей в иммунодиагностике рака
 
МаркерОпухольРанняя диагностика Дифференциальная диагностикаОстаточный клонРецидивLead Time
АФПГерминальные раки – (нет групп высокого риска)+++++++++ месяцы

        Здесь и далее:
        ++++ широкое клиническое применение
        +++ клиническое применение
        ++ клиническое применение в отдельных случаях
        + положительные результаты в отдельных исследовательских группах


² Гибридома – гибридная клетка, полученная в результате слияния опухолевой лимфоидной клетки и клетки из селезенки животного, которому предварительно вводили чужеродный белок, т.е. антителообразующей клетки. Гибридома обладает двумя очень важными свойствами: во-первых, она хорошо размножается, как опухолевая, во-вторых, синтезирует строго специфические (моноклональные) антитела, как клетка селезенки.
³ HBV – вирус cывороточного гепатита.

Иммунопрофилактика

Общий принцип иммунопрофилактики опухолей основан на усилении иммунологического надзора над их возникновением. Согласно концепции, предложенной Ф. Бернетом еще в период становления иммунологии рака (1959–1964), контроль за возникающими опухолями может осуществлять приобретенный иммунитет. Однако обычная частота возникновения опухолей у бестимусных мышей, не способных вырабатывать иммунитет, напротив, резко усилила внимание к факторам врожденного иммунитета. Такой подход получил и дополнительные стимулы в экспериментах, показавших, что спонтанные опухоли, в отличие от вирусных и вызванных химическими канцерогенами, либо низкоиммуногенны, либо вовсе не индуцируют иммунитета. В то же время опыты на животных с подавленной естественной резистентностью обнаружили высокий и универсальный врожденный иммунитет в контроле над малыми популяциями опухолевых клеток. Известно, что факторы естественной резистентности эффективно контролируются цитокинами4. Но детали этого контроля, тем более его механизмы, еще недостаточно изучены, чтобы их можно было использовать в иммунопрофилактике опухолей. Однако в случае, когда развитие опухолей включает этап вирусной инфекции, такая иммунопрофилактика вполне реальна.

В настоящее время известно несколько типов опухолей человека, возникновение которых связано с вирусами (табл. 3). При этом необходимо подчеркнуть, что речь идет не о стопроцентной и однозначной зависимости "вирус–рак", а о формировании групп высокого риска по определенной форме рака среди людей, зараженных вирусом или его хронических носителей. Это относится к тем вирусам, для которых доказана специфическая ассоциация с конкретными опухолями. Противовирусная вакцинация в группах риска уже дает ощутимые результаты, например, в случае вируса сывороточного гепатита В (HBV). Этот вирус и его хроническое носительство охватывают огромные районы мира (Юго-Восточную Азию, Африку, Аляску), где создают огромную группу риска по раку печени. Там вирус передается от матерей новорожденным при родах и в первые дни кормления, а вакцинация должна прервать циркуляцию вируса от матери к потомству.
 

Таблица 3. Иммунопрофилактика вирусных опухолей человека
 
ОпухольАссоциированный вирусВакцинацияОжидаемый эффект
Первичный рак печениВирус гепатита В (HBV), вирус гепатита С (HCV)+++ (Юго-Восточная Азия, Африка – Гамбия)Снижение заболеваемости
Рак шейки маткиВирусы папиллом человека 16 и 18 типов (HPV)В разработкеСнижение заболеваемости
Лимфома Бэркитта, рак носоглотки, лимфогрануломатозВирус Эпштейна-БаррВ разработкеСнижение заболеваемости
Т-клеточная лимфомаВирус HTLV-I
Саркома КапошиВирус KSHV?

 

Разработаны эффективные вакцины против вируса сывороточного гепатита B. Уже более 10 лет Всемирная Организация Здравоохранения проводит широкую программу вакцинации новорожденных против НBV в Юго-Восточной Азии, в Гамбии и среди эскимосов Аляски. Хронические носители гепатита B - это группа очень высокого риска для первичного рака печени. Кроме того, если она совпадает с потреблением афлатоксина, мощного печеночного канцерогена, находящегося в арахисе, зараженном плесневым грибком Asp. flavus, то риск возрастает в десятки раз. Первичный рак печени в этих районах мира занимет одно из первых мест по частоте. Ожидается, что программа вакцинации против сывороточного гепатита B поможет снизить заболеваемость раком не меньше, чем программа борьбы с курением.

В последнее десятилетие получены доказательства связи вирусов папилломы (HРV) 16 и 18 типов с раком шейки матки. Здесь, также как и при гепатите, речь идет о группе высокого риска – носителей HРV. Очевидно, что «остановка» этого вируса и, возможно, его искоренение снизит такую, весьма распространенную, форму рака. В настоящее время ведутся работы по созданию анти-HРV вакцины.

Хотя вакцинация против вируса Т-клеточной лейкемии человека (HTLV-I) в принципе возможна, но ввиду ограниченного распространения опухолей, вызываемых этим вирусом, сейчас не проводится. Скорее всего, ее будут использовать в районах, эндемичных для этого вируса.

В самые последние годы большое внимание привлекли вирусы группы герпеса. Помимо хорошо изученной и твердо доказанной роли вируса Эпштейна-Барр (EBV) в этиологии африканской лимфомы Бэркитта и карциномы носоглотки, распространенной в Юго-Восточной Азии, этот вирус оказался связан с широко известной лимфомой Ходжкина, или лимфогранулематозом. Очевидно, что вакцинация против EBV – назревшая проблема, и сейчас ведутся работы.

Совсем недавно из группы герпеса выделен еще один вирус, ассоциированный с так называемой саркомой Капоши (KSHV). Его специфика в том, что он активируется у иммунодефицитных больных, в частности, при СПИДе. Это, конечно, резко осложняет вакцинацию против герпеса KSHV, а в группе больных СПИДом она вообще нецелесообразна. Такова современная ситуация с иммунопрофилактикой вирусных опухолей человека.


4 Цитокины – низкомолекулярные пептиды, контролирующие активность клеток иммунной системы – макрофагов, нейтрофилов, В- и Т-лимфоцитов, NK-клеток и тучных клеток.

Иммунотерапия

Моноклональные антитела, стремительно вошедшие в иммунологию в конце 70-х – начале 80-х годов, казалось бы специально созданы для иммунотерапии рака – как для обнаружения специфических мишеней на опухолевых клетках, так и для их направленного поражения. Предполагали, что разработанная технология получения иммунотоксинов для прямого и непрямого воздействия на опухоль или для привлечения к опухоли и активации Т-киллеров должна обеспечить специфическую иммунотерапию опухолей на основе антител. Однако лишь немногие антигены клеточной поверхности, которые могли бы служить более или менее специфическими мишенями для антител, например, раково-эмбриональный антиген или идиотипические (т.е. специфические для Ig, продуцируемого данным клоном лимфоцитов) детерминанты иммуноглобулинов при B-клеточных лимфомах, привели пока к очень ограниченному применению моноклональных антител или иммунотоксинов в иммунотерапии рака (табл. 4).
 

Таблица 4. Моноклональные антитела в онкологии
 
Иммунофенотипирование гемобластозов++++
Иммуногистохимический диагноз+++
Радиоиммунолокализация метастазов++
«Очистка» костного мозга от микрометастазов++
Иммунотоксины+

 

Как мы уже говорили, главная роль моноклональных антител – в иммунофенотипировании гемобластозов. Столь же эффективно их используют и в иммунодиагностикумах на серологические маркеры опухолей. Ближе всего к иммунотерапии приближаются работы по локализации опухолей и метастазов с помощью моноклональных антител или их активных фрагментов, меченных радиоактивными изотопами. Этим способом можно выявить небольшие метастазы в организме, а в некоторых случаях накопить терапевтические дозы радиоизотопа в опухоли или метастазах. Антиген, используемый в качестве мишени в этих исследованиях – раково-эмбриональный, а соответственно, наиболее богатые им опухоли – ободочной и толстой кишки, а также щитовидной железы. Однако эти работы, несмотря на самый серьезный характер, еще не вошли в клиническую практику.

Иммунотерапия опухолей на основе Т-клеточного иммунитета, почти замершая к 80-м годам, получила мощный стимул в работах С. Розенберга, который показал терапевтический эффект ростового фактора Т-клеток (IL-2) на метастатических меланомах и опухолях почки. Используя Т-лимфоциты, накапливающиеся в опухолях (TIL), он активировал их IL-2 и вместе с этим цитокином вводил больному. Подходы, предложенные Розенбергом, используют в клинике, хотя и весьма ограниченно из-за высокой токсичности ростового фактора и непредсказуемости эффекта в конкретных ситуациях. Но эти работы стали началом для применения цитокинов в терапевтических целях, а также для поисков противораковых вакцин на основе цитокинов.

Попытки вакцинации против опухолей почти полностью прекратились уже к 70-м годам по нескольким причинам. Во-первых, из-за твердо установленного факта неиммуногенности спонтанных опухолей у животных (а большинство опухолей человека именно такие), во-вторых, из-за отсутствия четких реакций Т-клеток на собственные опухоли и, наконец, из-за способности опухолей терять в ходе роста иммуночувствительность. Невозможность проводить эксперименты in vivo и отсутствие тестов, позволяющих изучать взаимодействие Т-клеток с антигенами в бесклеточных системах, служат основным препятствием в идентификации специфических опухолевых антигенов, ответственных за противоопухолевую реакцию организма человека. Т-лимфоцит может узнать антиген только если он фрагментирован и представлен в комплексе с презентирующей молекулой – МНС I или II класса. Фрагментация и образование комплекса с презентирующей молекулой происходят лишь в живой клетке. Кроме того, для индукции иммунного ответа на клетке-мишени должна присутствовать молекула костимулятора (например, В7), без которых иммунитет не возникает. Со стороны Т-клетки в этом процессе участвуют несколько молекул – антиген-распознающий рецептор (ТCR), корецепторы СD8 или СD4, узнающие презентирующую молекулу, комплекс молекул CD3, передающий сигнал внутрь клетки, и другие рецепторы, необходимые для прочного взаимодействия двух живых клеток. Все это принципиально отличает такую систему от системы антиген-антитело.

Открытие цитокина IL-2, способного в присутствии антигена поддерживать рост и размножение антиген-специфических Т-клеточных клонов, дало исследователям объективный тест для определения опухолевых антигенов, способных вызывать специфический Т-клеточный иммунитет. Более того, путем переноса опухолевой ДНК можно получить клеточные линии, содержащие гены, которые контролируют антигены, ответственные за противоопухолевый иммунологический ответ. Тем самым появилась возможность определять и клонировать гены, кодирующие специфические опухолевые антигены.

Открытие костимуляторных молекул семейства В-7 и клонирование их генов позволило подойти к созданию генетических противоопухолевых вакцин на основе вирусов, бактериальных или опухолевых клеток, несущих гены специфических для данной опухоли антигенов (СОА), одновременно с генами цитокинов, активирующих Т-клетки, и генами костимуляторов иммунитета. Индуцированные таким способом Т-киллеры будут уничтожать любые клетки, имеющие соответствующие антигены, независимо от того, есть ли в них костимуляторные молекулы или нет.

К настоящему времени наиболее детально изучены иммунизирующие антигены меланом человека и обнаружены неизвестные ранее семейства генов, экспрессирующиеся в меланомах, некоторых других опухолях и в тканях яичка, т.е. контролирующие дифференцировочные антигены, сходные с онкофетальными антигенами. Они относятся к генетическим семействам, названным МAGE и BAGE. Соответствующие антигены индуцируют специфические клоны Т-киллеров. Одновременно идентифицированы гены дифференцировочных антигенов меланоцитов, иммуногенные в организме человека. Генетические вакцины дают впечатляющие результаты на экспериментальных моделях и в настоящее время проходят клинические испытания (табл. 5).
 

Таблица 5. Пути иммунотерапии
 
ВоздействияФакторЭффектКлиника
ЦитокиныIL-2++ (непредсказуемый)изучение
ЦитокиныIL-12+ ( * )изучение
ЦитокиныTNF+ ( * )изучение
ВакциныМолекулярно-генетические (COA, B7, IL-2)++ ( * )изучение

( * ) на экспериментальных моделях

Очень перспективно, хотя еще не применяется в клинике, использование цитокинов, особенно IL-2 и IL-12 для иммунотерапии опухолей.

Заключение

Итак, подведем итог положительного участия современной иммунологии рака в решении проблем онкологии. Во-первых, это иммунодиагностика ряда опухолей, включая иммунофенотипирование, ставшее обычной процедурой в специализированных клиниках. Затем – возможная иммунопрофилактика некоторых форм рака, связанных с вирусной инфекцией, на основе противовирусной вакцинации: это прежде всего рак печени, в ближайшем будущем – рак шейки матки, а в перспективе – лимфома Бэркитта, рак носоглотки и лимфогранулематоз. Кроме того, большие надежды возлагаются на противораковые генетические вакцины и цитокиновую терапию опухолей. Сегодня эти работы составляют одно из важнейших направлений в онкологии.

Литература

  1. Подробный анализ раннего этапа иммунологии рака см.: Зильбер Л. А., Абелев Г. И. Вирусология и иммунология рака. М., 1962; Дэй Ю. Иммунохимия рака. М., 1965; Deichman G. I. // Adv. Cancer Res. 1969. V. 12. P. 101–132.
  2. Абелев Г. И. Основы иммунитета // Соросовский Образовательный журнал. 1996, № 5. С. 4–10 (ссылка ведет на текст статьи в редакции 2011 года. На сайте имеется также текст 1996 года)
  3. Абелев Г. И. Взаимодействие врожденного и приобретенного иммунитета в защите организма от инфекции // Соросовский Образовательный журнал. 1998, № 2, с. 53–58
  4. Абелев Г. И. Моноклональные антитела // Соросовский Образовательный журнал. 1998, №1. С. 1–6
  5. Абелев Г. И. Альфа-фетопротеин: взгляд в биологию развития и природу опухолей // Соросовский Образовательный журнал. 1998, № 9. С. 8–13
  6. Абелев Г. И. Что такое опухоль // Соросовский Образовательный журнал 1997, №10, с. 1–7

*   *   *

Гарри Израилевич Абелев, доктор биологических наук, профессор, академик РАН и РАЕН,
руководитель лаборатории иммунохимии НИИ канцерогенеза ОНЦ РАМН им. Н.Н. Блохина.
Автор более 220 научных работ, 2 монографий.

 

Рейтинг@Mail.ru

Хостинг от uCoz