Иммунотерапия при онкологических заболеваниях. Использование ИЛ-2 в лечении опухоли

Иммунотерапия при онкологических заболеваниях. Использование ИЛ-2 в лечении опухоли

к.в.н. Козлов Н.А.
Крышкина С.Е.

Болезнь всегда легко в наш дом приходит,

Но вот беда: с трудом потом уходит.

Туркменская поговорка.

С давних времен человечество пыталось победить опухоль. И в настоящее время, несмотря на развитие высоких технологий и наличие наисовременнейших лекарств, не всегда удается справиться с данной болезнью. Однако, если еще 50 лет назад диагноз «опухоль» звучал, как приговор, то сейчас медицина шагнула далеко вперед и продолжает искать новые меры борьбы с опухолями. Один из таких методов – иммунотерапия. Иммунотерапия основана на стимулировании интерлейкином -2 (ИЛ-2) иммунокомпетентных клеток, атакующих опухоль.

Ил-2 был известен иммунологам с 1976-х, как белковая молекула, стимулирующая рост Т-клеток. Первоначально его назвали как T cell growth factor или TCGF [5]. ИЛ-2 производится активированными Th1 CD4+ лимфоцитами (90% продукции эндогенного IL-2), а также цитотоксические СD8+ лимфоцитами (10% продукции эндогенного IL-2) [4,6]. Ил-2 имеет выраженный стимулирующий эффект на природные убийцы (Nature killers) и лимфокинактивированных киллеров (LАК) клеток, что делает его прекрасным кандидатом для использования в иммунотерапии [4]. Обеспечивает взаимосвязь между врожденным и адаптивным иммунитетом.

Клетки-мишени для IL-2.

Основные из них — активированные Т- и В-лимфоциты и, NK-клетки, для которых он является фактором роста и дифференцировки (рис.1). IL-2 воздействует также на моноциты [1].


Рис.1 Клетки-мишени иммунной системы для ИЛ-2
(по J. Theze, 1999 с изменениями А.М. Поповича)

Т-лимфоциты. Главная роль IL-2 для активированных антигеном CD4+ и СD8+ лимфоцитов — это стимуляция их пролиферации. Воздействуя на Т-лимфоциты, IL-2 влияет на секрецию многих цитокинов и экспрессию соответствующих рецепторов (рис. 2). IL-2 способствует реализации функции CD4+ лимфоцитов, усиливая выработку IFNg и др. IL-2 предохраняет активированные Т-клетки от апоптоза, препятствует развитию иммунологической толерантности и способен ее отменять. Оказывая аутокринное воздействие на Th1 клетки и паракринное на субпопуляцию Th2, IL-2 оказывает влияния на Th1/Th2 баланс. ИЛ-2 служит ростовым и дифференцировочным фактором для CD8+ лимфоцитов, стимулирует их цитотоксическую активность. После первичного иммунного ответа IL-2 способствует формированию популяции Т-клеток памяти [1].

В-лимфоциты. Активированные В-лимфоциты экспрессируют высокоаффинный IL-2R и отвечают на IL-2. В противоположность Т-лимфоцитам, IL-2 не является для В-лимфоцитов необходимым фактором роста, но влияет на некоторые этапы транскрипции. IL-2 может повышать синтез IgM, IgG, IgA плазматическими клетками, в некоторых случаях позволяет обойти Ir-генный контроль антителообразования. Ответ В-лимфоцитов на IL-2 зависит от характера стимуляции. Например, ЛПС является мощным стимулятром, а IL-4, IL-5 и трансформирующий фактор роста не оказывают влияния на выбор изотипа антител [1].


Рис. 2 Роль IL-2 в регуляции иммуного ответа. (по J. Theze, 1999 с изменениями А.М. Поповича)

NK-клетки.NK-клетки выполняют главную роль в защите организма от вирусов и опухолевых клеток. В большинстве случаев IL-2 при воздействии на NK-клетки увеличивает их цитотоксическую активность, расширяет спектр цитотоксического действия, но практически не влияет на их пролиферацию. Но отдельные NK-клетки, экспрессирующие высокоафинный IL-2R (LAK-клетки), в культуре мононуклеаров отвечают на стимуляцию IL-2 как повышением цитотоксичности, так и усилением пролиферации. Этот механизм положен в основу так называемой ЛАК-терапии и TIL-терапии опухолей с помощью рекомбинантных препаратов IL-2 [1].

Моноциты.IL-2 при воздействии на моноциты стимулирует их способность уничтожать опухолевые клетки и бактерии. IFN и липополисахарид стимулируют экспрессию высокоафинного IL-2R на мембране моноцитов, повышая их восприимчивость к IL-2 [1].

Влияние опухоли на функциональную активность иммунокомпетентных клеток.

Выявлено несколько принципиальных механизмов, препятствующих формированию адекватного иммунного ответа на опухоль: иммунологическая толерантность, отсутствие протективных антигенов, опухоль-индуцированная периферическая селекция Т-лимфоцитов и нарушение функции иммунокомпетентных клеток в опухолевом очаге, а также изменение спектра цитокинов, синтезируемых лимфоцитами, инфильтрирующими опухоль [2].

Накапливается все больше фактов, свидетельствующих о том, что иммунная система не только не способна полноценно подавлять опухолевый рост, но, в ряде случаев, стимулирует опухолевую прогрессию. Опухолевая ткань, особенно на ранних этапах развития, не является для организма чужеродной и в большинстве случаев не содержит антигенов, которые существенно отличали бы ее от нормальных тканей. Тем не менее, поиск таких антигенов продолжается с целью создания эффективных противоопухолевых вакцин [2].

Иммунный ответ при развитии опухоли нарушается как на этапе презентации антигена, так и на этапе реализации эффекторной функции. Первыми клетками, которые подвергаются атаке со стороны опухоли, являются дендритные . Дендритные клетки — это высокоспециализированная субпопуляция клеток, основной функцией которых является поглощение, процессинг и презентация антигенов эффекторным клеткам в составе молекул главного комплекса гистосовместимости в комбинации с костимулирующими молекулами. Определенную роль дендритные клетки играют также в индукции и поддержании толерантности к собственным антигенам. В норме для адекватного иммунного ответа необходимо контактное и дистантное взаимодействие дендритной клетки и Т-хелпера. Контактное взаимодействие осуществляется группой молекул на поверхности клеток. В частности, происходит последовательное взаимодействие CD2, MHC II в комплексе с антигеном, CD40, ICAM-1, CD80/86 на поверхности антигенпрезентирующей клетки с соответствующими им молекулами на поверхности Т-хелпера: CD58, TCR5, CD154, CD11a/CD18, CD28, CD152. Передача сигнала внутрь клетки осуществляется группой вторичных мессенджеров, среди которых наиболее изучены система инозитол-3-фосфата, кальмодулин-кальциевая система, а также группа киназ, связанных с Т-клеточным рецептором. При онкологических заболеваниях можно выявить нарушения практически на всех описанных выше этапах передачи сигнала. И особенно это касается клеток, которые инфильтрируют опухоль [2].

Кроме лимфоцитов, нарушение экспрессии и состава интегринов выявляются также на опухолевых клетках, что может способствовать уменьшению силы взаимодействия клеток между собой. Одним из основных факторов, подавляющих функции лимфоцитов, находящихся в микроокружении опухоли, являются ганглиозиды (GD1a, GD2, GD3, GM1, GM2), экспрессирующиеся на поверхности опухолевых клеток и слущивающиеся в межклеточное пространство. Эти ганглиозиды обладают способностью подавлять функции TIL7, вмешиваясь в процессы трансдукции сигнала внутрь клетки [2].

Хорошо известно, что у онкологических больных прежде всего, нарушается функция клеточного звена иммунной системы, в то время как гуморальное звено функционирует нормально, то есть активность TH 1 подавлена, а активность TH2 сохранена. На ранних стадиях заболевания основную роль в противоопухолевой защите играют цитотоксические лимфоциты (CTL, CD8+). Однако такая ситуация сохраняется лишь до тех пор, пока на поверхности опухолевой клетки в достаточном количестве экспрессируются молекулы главного комплекса гистосовместимости первого класса (МНС I). По мере прогрессирования процесса снижается интенсивность экспрессии этих молекул, вплоть до полной их потери, и тогда основную роль в защите начинают играть натуральные киллеры (NK, CD16), которые осуществляют антиген независимый лизис клеток. Основная роль в реализации противоопухолевого потенциала иммунной системы принадлежит, по-видимому, TIL- лимфоцитам, инфильтрирующим опухоль. TIL включают в себя лимфоциты разных субпопуляций. При прогрессировании заболевание число их резко снижается. Под действием клеток опухоли функция TIL настолько изменяется, что вместо протективной функции они начнут способствовать опухолевой прогрессии [2].

В настоящее время интерлейкин-2 (IL-2) является одним из основных препаратов, включенных в современные схемы лечения иммуногенных опухолей, таких как меланома, почечноклеточный рак, рак мочевого пузыря, некоторые виды опухолей головного мозга [2].

Однако использование ИЛ-2 в противоопухолевой терапии часто связаны со значительной токсичностью [4, 7]. ИЛ-2 токсичность зависит непосредственно от дозы и продолжительности приема [4, 8]. Причиной токсичности считают выработку моноцитами, в результате стимуляции IL-2, большого количества биологически активных веществ и медиаторов воспаления: свободные формы кислорода, H2O2, простагландин Е2, тромбоксан В2, TNF-a (фактор некроза опухоли ) [1]. Токсичность проявляется в виде отека, нарушении функций почек, дерматитах, гепатомегалии, повышения веса, тромбоцитопении, анемии и лихорадки [4, 7]. Были сообщения, что назначение Дексаметазона увеличило максимальную переносимую дозу (МПД) интерлейкина-2 (IL-2) примерно в три раза и заметно снижается гипотонии и дисфункции органов, которую обычно наблюдают у пациентов, перенесших иммунотерапию ИЛ-2 [9]. В предыдущем исследовании ученые также отметили, что при применении кортикостероидов пациенты смогли больше терпеть иммунотерапию ИЛ-2, и испытывали значительно меньшую токсичность. Однако, они также заметили, что ни один из их шести пациентов, получавших Дексаметазон, IL-2 и ЛАК-клетки, не показали никаких объективных ответов регрессии опухоли, по сравнению с девятью таких ответов в контрольной группе из 27 пациентов, которые не получили Дексометазон [10]. Доказано, что кортикостероиды снижают производство факторов некроза опухоли (TNF). Для снижения токсичности используют, парацетомол, индометацин, ранитидин, и меперидин [1, 8].

Интерлейкин — 2 может воздействовать на опухолевые клетки опосредованно через систему цитотоксических лимфоцитов, натуральных киллеров и синтез эндогенных интерферонов, и непосредственно вмешиваясь в процессы пролиферации и дифференцировки опухолевых клеток [2]. Это свойство активно используют в иммунотерапии.

Различают следующие виды иммунотерапии:

1. Монотерапия рекомбинантным интерлейкином-2. В ветеринарной медицине, лечение рака человеческим рекомбинантным IL-2 (hrIL-2) имеет перспективы у несколько видов животных. Helfand et al. доказали, что лимфоциты собак размножаются в ответ на hrIL-2, что указывает на то, что собачьи ИЛ-2 рецепторы могут реагировать на цитокин человека. Собаки в данном исследовании, получили высокие дозы ИЛ-2 в течение 4 дней подряд; мягкая желудочно-кишечная токсичность была отмечена у всех собак, но лихорадки и более серьезных проблем не возникало. Эффекты долгосрочной системной терапии не были оценены. В отдельном исследовании, собачьи лимфокин- активированные клетки были получены в пробирке в ответ на ИЛ-2. Токсичность и эффективность липосомального ИЛ-2, доставленного ингаляционным путем в легкие, были оценены у собак с метастазами в легких и первичной легочной карциномой. Двое из четырех псов с метастатической остеосаркомой имели полный регресс метастазов [4].

К настоящему времени разработано несколько препаратов рекомбинантного интерлейкина — 2. Некоторые из них получают с использованием E.сoli (Пролейкин (Альдеслейкин), Тецелейкин, Биолейкин), другие — с использованием дрожжей Saccharomyces cerevisiae (Ронколейкин®, Альбулейкин). Наибольшее распространение получили Пролейкин (Альдеслейкин) в США и Европе и Ронколейкин® в России [2].

2. LAK-, TIL- терапии. Группа исследователей во главе с Розенбергом открыли, что ИЛ-2 активирует первоначально неизвестную субпопуляцию клеток, которую они назвали лимфокин-активированные киллеры (LAK-cells). ЛАК- клетки отличались от известных субпопуляций лейкоцитов: цитотоксических Т-лимфоцитов и натуральных киллеров. Цитотоксические Т-лимфоциты специфичны и ограниченны главным комплексом гистосовместимости, поэтому они могут разрушать только известные им клетки опухоли. Более того, такое разрушение опухолевых клеток зависит от наличия «идентификационных» молекул – белков главного комплекса гистосовместимости (ГКГС), расположенных на поверхности цитотоксичных клеток и клеток-мишеней. Как и натуральные киллеры, ЛАК-клетки неспецифичны и независимы от ГКГС. Однако они отличаются от натуральных киллеров тем, что не имеют типичных для NK рецепторов и, вследствие этого, разрушают более широкий диапазон опухолевых клеток. Также ЛАК-клетки, в отличие от NK, поражают молодые опухолевые клетки [5]. Все эти свойства ЛАК-клеток вошли в LAK-терапию. LAK-терапия — метод иммунотерапии, основанный на использовании полученных от больного лимфокин-активированных киллеров — лимфоцитов, большая часть из которых представлена натуральными киллерами, культивированными в присутствии интерлейкина -2 [2]. Доклинические работы на мышах показали значительный терапевтический эффект ЛАК-клеточной администрации одновременно ИЛ-2 терапией с использованием моделей метастатической саркомы, меланомой и аденокарциномой. Мыши с легочными и печеночными метастазами показали значительный регресс опухоли и увеличение выживаемости. В мышиной модели опухоли с метастазами в печень, монотерапия IL-2 была умеренно эффективна при больших дозах, в то время как в сочетании с клетками ЛАК и при меньшей дозе ИЛ-2, мыши продемонстрировали значительное снижение количества и размер узелков печени [4].

TIL-терапия — метод иммунотерапии, основанный на использовании полученных от больного лимфоцитов, которые инфильтрируют опухоль и содержат в своём составе разные субпопуляции клеток [2]. ТИЛ-клетки, проявляют противоопухолевую цитотоксичность в 50-100 раз выше, чем клетки LAK. Однако, характеристики, такие как возраст TIL во время его реинфузии и способность признать и убить опухолевые клетки с ГКГС- соответствием оказались важными факторами клинического исхода. ТИЛ-клетки, изолированные от различных видов рака, значительно различаются по своим сособностям лизировать опухолевые клетки. Большинство ТИЛ найдены в карциноме молочной железы, легких и толстой кишки [4].

3. Иммунохимия. Использование химиотерапии с ТИЛ-терапией дали хорошие клинические результаты. Наиболее используемые препараты — флударабин и циклофосфамид. Эти препараты разрушают лимфоциты, но сохраняют стволовые клетки костного мозга [4]. Регрессии опухоли наблюдались у 18 (51%) из 34 пациентов, получавших химиотерапию и затем TIL-терапию и ИЛ-2. Циклофосфамид уменьшает дозы ИЛ-2 и продолжительность его использования, что уменьшает токсичность и положительно сказывается на состоянии пациентов [8]. Введение химиопрепарата до применения рекомбинантного интерлейкина -2 может способствовать: 1) «подготовке» иммунной системы к последующей иммунотерапии, если химиопрепарат обладает иммуномодулирующими свойствами; 2) уменьшению объема опухолевой ткани, что облегчает дальнейшее проведение иммунотерапии. С другой стороны, введение инерлейкина -2 до применения химиотерапии имеет следующие преимущества: 1) можно избежать даже малейшего иммуносупрессивного влияния химиопрепарата; 2) интерлейкин -2 увеличивает проницаемость капилляров, тем самым улучшая доступ химиопрепарата к опухоли; 3) по некоторым данным, интерлейкин -2 снижает уровень экспрессии гена множественной лекарственной устойчивости (MDR), что предотвращает быстрое наступление химиорезистентности[2].

4. Локорегиональная иммунотерапия. Локорегионарная иммунотерапия имеет ряд преимуществ перед системным введением препарата. Во-первых, она позволяет создавать высокую локальную концентрацию иммунопрепарата в опухолевом очаге, во-вторых — свести к минимуму побочные эффекты системной иммунотерапии. Очень часто локорегионарная иммунотерапия проводится с использованием комбинации интерлейкина -2 и TIL или LAK. Широкое распространение этот метод получил при лечении метастатического плеврита, мезотелиомы плевры, опухолей головы и шеи, опухолей яичника, головного мозга и метастазов колоректального рака в печень [2].

5. Комбинация рекомбинантного интерлейкина -2 с противоопухолевыми моноклональными антителами. Концепция использования моноклональных антител (МАТ), которые специально направлены на рак, изучается уже более 30 лет. Технология, которая проложила путь этому методу,была первоначально разработана Колером и Мильштейном в 1975. Они разработали «гибридомы»: клеточные линии, способные производить моноклональные антитела — производные от продуцирующих антитела В-клеткок, гибридизированных с мышиной линией клеток миеломы [4].

6. Иммунотерапия рекомбинантными вакцинами с использованием рекомбинантного интерлейкина -2 в качестве адъюванта. По данным S. Rosenberg совместное применение рекомбинантного интерлейкина -2 и противоопухолевых вакцин может повысить эффективность применения последних в 2-5 раз [2]. Цель терапии – установление противоопухолевого иммунного ответа, что приводит к регрессии опухоли или ее метастазов. В отличие от традиционной химиотерапии, которая приводит к быстрой гибели клеток опухоли, клинический ответ на вакцину зависит от скорости развития адаптивного иммунного ответа, что может занять несколько месяцев или больше, чтобы появиться [4]. Классифицируют вакцины по их составу, и в настоящее время выделяют клеточные вакцины (аутологичные и аллогенные), антигенные (ДНК/РНК- содержащие, вирусные, антиидиотопические) и вакцины на основе аутологичных дендритных клеток [3].

7. Иммунотерапия с использованием дендритных клеток. Ряд новых стратегий иммунотерапии основан на высокой способности антигенпрезентирующих дендритных клеток инициировать Т-клеточный ответ. Введение дендритных клеток, обработанных лизатами опухолей, опухолевыми антигенами или полученными из них пептидами, индуцирует опухоль-специфический защитный эффект. Введение дендритным клеткам, трансфицированных РНК из опухолевых клеток вызывает экспансию опухоль -специфичных Т-лимфоцитов. Пока неясно, почему введение небольшого числа обработанных антигеном дендритных клеток индуцирует Т-клеточный ответ и регрессию опухолей у больных, в организме которых уже присутствует и антиген, и дендритные клетки в достаточном количестве. Предполагается, что дендритные клетки, находящиеся в злокачественно измененных тканях или их ближайшем окружении, не выполняют свои функции, возможно, вследствие ингибирующего действия интерлейкина-10, секретируемого опухолью. Данная терапия высокоэффективна против злокачественных глиом головного мозга [3].

Список литературы.

1. Егорова В.Н., Попович А.М., «Ронколейкин. Результаты клинических испытаний» СПб.: «Альтернативная полиграфия», 2004, — 48 с.

2. Молчанов О.Е., Карелин М.И., Жаринов Г.М. «Современные тенденции применения препаратов рекомбинантного интерлейкина -2 в онкологии» СПб.: «Цитокины и воспаление» 2002. Т. 1. № 3, — 38-47 с.

3. Олюшин В.Е., Бажанов С.П. и др., «Отдаленные результаты применения специфической противоопухолевой вакцины в комплексном лечении больных со злокачественными глиомами супратенториальной локализации». СПб.: «Российский нейрохирургический журнал им. А.Л. Поленова», Том I, № 2, 2009,-95с

4. Withrow S.J., MacEwen E.G. Small animal clinical oncology.// Saunders Elsevier, US, 2007, — 846 p.

5. Ilana Lowy. Between bench and bedside: science, healing, and interleukin-2 in a cancer ward.//Library of Congress, US, 1996, — 365 p.

6. Balkwill F.R.. Cytokine Cell Biology: A Practical Approach.//Oxford University Press, 3rd edition, 2001.

7. Yvedt L. Matory, Steven A. Rosenberg et all «The Toxicity of Recombinant Human Interleukin-2 in Rats following Intravenous Infusion», J Natl Med Assoc. 1987 May; 79(5): 537–541.

8. Rosenberg et al, Science, 1986; 223:1318-21.

9. Mier JW, Vachino G, Klempner MS, Aronson FR, Noring R,Smith S, Brandon EP, Laird W, Atkins MB: Inhibition of interleukin-2-induced tumor necrosis factor release by dexamethasone: Prevention of an acquired neutrophil chemotaxis defect and differential suppression of interleukin-2-associated side effects. Blood 76:1933,1990.

10. Vetto JP, Papa MZ, Lotze MT, Chang AE, Rosenberg S A Reduction of toxicity of IL-2 and lymphokine-activated killer cells in humans by the administration of corticosteroids. J Clin Oncol 5:496,1987.