Терапия с помощью опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (TILs), при которой используются размноженные собственные иммунные клетки пациента, отреагировавшие на антигены раковой опухоли (неоантигены), уже некоторое время применяется вполне успешно. Однако применимость этого подхода пока ограничена: если в генах опухоли мутаций мало, то мало будет и неоантигенов, а значит, иммунной системе пациента будет не за что «зацепиться». Для одного из таких случаев ученым удалось разработать систему отбора и клонирования лимфоцитов, эффективно атакующих немногочисленные неоантигены. Лечение такими лимфоцитами пациентки с тяжело протекавшим раком молочной железы оказалось чрезвычайно успешным.
Рис. 1. Этапы адаптивной терапии опухоль-инфильтрирующими лимфоцитами. Сначала было проведено полное секвенирование (WES и RNA-seq) генов из опухоли метастатического рака молочной железы. После выявления мутантных генов (Mutation calls), было предсказано, какие из них могут быть неоантигенами (Neoepitope prediction). Их кодирующие последовательности были введены в дендритные клетки (DC) пациентки. Лимфоциты из опухоли пациентки были испытаны на реактивность с этими дендритными клетками — так определялась реакционная способность лимфоцитов на клетки опухоли. Самые активные лимфоциты были размножены и введены пациентке. Рисунок из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Nature Medicine
В этом году Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждена Джеймсу Эллисону и Тасуку Хондзё за разработку подходов к терапии рака посредством искусственной активации естественных механизмов клеточного иммунитета (см. Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2018, «Элементы», 04.10.2018). Их основополагающим работам уже почти 30 лет, и с тех пор методы иммунотерапии онкологических заболеваний довольно успешно развиваются и даже внедряются в клиническую практику. Мы рассказывали о некоторых результатах из этой области (см., например, Систему противовирусной защиты можно применить для эффективной иммунотерапии рака, «Элементы», 29.07.2016). Недавно группа исследователей из Национального института онкологии (США) опубликовала в журнале Nature Medicine статью с отчетом об успешном лечении при помощи комбинированной иммунотерапии пациентки с метастатическим раком молочной железы, который не поддался нескольким попыткам химиотерапии. Эта работа хорошо демонстрирует современное состояние иммунотерапии и развитие идей Эллисона и Хондзё.
Онкологические заболевания возникают в результате «поломок» в обычных клетках организма, из-за которых клетка теряет способность к реализации запрограммированной в ней программы самоуничтожения (апоптозу) и приобретает возможность бесконтрольно делиться. К таким поломкам приводят некоторые мутации, которые, в принципе, часто возникают при делении клеток. Из-за того что раковые клетки во многих случаях делятся довольно быстро, а за качеством новых клеток контроля нет (поскольку внутриклеточные механизмы повреждены), при развитии раковой опухоли мутации в ее клетках, с одной стороны, копятся (то есть в более молодых опухолевых клетках скорее всего будет больше мутаций, чем в более старых), а с другой стороны, растет их разнообразие. Совокупность мутаций клеток данной опухоли называют мутаномом.
Но нет худа без добра. Поскольку многие белки, которые вырабатывает клетка, попадают (сами или после протеолиза) на ее мембрану, то там с ними могут провзаимодействовать компоненты иммунной системы организма и понять, что в клетке что-то идет не так (такое презентирование характерно для большинства клеток человека). Белки, которые организм рассматривает как чужеродные или потенциально опасные и против которых начинает вырабатывать собственные антитела (иммунный ответ), называются антигенами (англ. antigen, от antibody-generator — «производитель антител»). Часть макромолекулы антигена, которая распознаётся иммунной системой, называется эпитоп, или антигенная детерминанта, а часть антитела, распознающая эпитоп, называется паратоп. Мутации в различных генах, накапливающиеся в раковых клетках, могут изменить антигенные свойства белков и сформировать так называемые неоантигены (см. также Neoantigens), или опухолевые антигены. Соответственно, участки неоантигенов, которые распознает иммунитет, называются неоэпитопами, или неантигенными детерминантами или (см. Neoantigenic determinant).
Мутирование клеток в опухоли способно порождать новые неоэпитопы. Однако, неоэпитопы различаются между собой по силе, с которой на них реагирует иммунная система организма. На практике оказалось, что только очень небольшая доля мутаций (меньше 0,1%) в раковых клетках может давать достаточно сильные неоэпитопы, которые иммунные Т-клетки смогут достаточно активно атаковать. Поиск сильных неоэпитопов стал возможен только недавно — с внедрением новых методов секвенирования ДНК и РНК, созданием баз данных и развитием алгоритмов, позволяющих с высокой вероятностью предсказывать такие неоэпитопы. Появилась даже возможность «обучать» нормальные Т-клетки способности атаковать раковые неоэпитопы (Т-клетки здоровых людей научили распознавать чужой рак, «Элементы», 01.09.2016).
Другой подход, который уже довольно давно с успехом используется в борьбе с солидными раками, — терапия с помощью собственных (аутологичных) опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (tumor-infiltrating lymphocytes, TILs), часть из которых способна атаковать неоантигены. Эти клетки мигрировали из кровотока в опухоль — то есть они уже среагировали на нее. Их получают из опухолей пациента, размножают in vitro и вводят обратно пациенту, тем самым резко увеличивая количество его клеток, которые готовы сразу же приступить к уничтожению клеток опухоли. Но такой подход работает лишь для опухолей с множеством мутаций, индуцирующих неоэпитопы, — таких, как меланома. А опухоли с малым числом мутаций и, как следствие, с малым набором неоантигенов плохо поддаются такому лечению (в частности — рак молочной железы, положительный по наличию рецептора эстрогенов, см. ER+ breast cancer).
Авторы обсуждаемой статьи взялись за лечение 49-летней пациентки с запущенным раком молочной железы с метастазами. Вначале они провели детальное секвенирование экзома и мРНК из опухоли (рис. 1). Было обнаружено сравнительно немного мутаций — всего 62, — которые изменяли последовательности аминокислот в белках и поэтому теоретически могли сформировать неоантигены. Затем были синтезированы пептиды, воспроизводящие аминокислотные последовательности потенциальных неоантигенов, и проверена их реактивность. После чего ученые синтезировали кодирующие их нуклеотидные последовательности, которые были введены в аутологичные дендритные клетки (это один из типов антигенпрезентирующих клеток). С их помощью потенциальные неоантигены были презентированы выделенным из опухоли лимфоцитам (тем самым TILs). В результате удалось идентифицировать мутации в четырех генах, на которые часть лимфоцитов реагировала лучше всего.
Эти — самые активные — лимфоциты были размножены и введены пациентке в большом количестве (8,2×1010 клеток; для сравнения: в организме человека в норме лейкоцитов всех типов, одним из которых являются лимфоциты, суммарно на порядок меньше). Для оптимизации терапии были применены также стимуляция выживания и экспансии лимфоцитов с помощью интерлейкина-2 и подавление белка программируемой гибели клеток PD-1 с помощью антител против него. Также терапия была дополнена противораковыми химиотерапевтическими средствами.
Опухоли и метастазы быстро деградировали, и даже почти через два года наблюдалась стойкая ремиссия (рис. 2). Результаты терапии превзошли все ожидания и названы беспрецедентными. Этим объясняется и исключительность этой публикации: в журналах такого высокого уровня не принято публиковать статьи по единственному пациенту.
