Иммунология опухолей

РЕФЕРАТ

Иммунология опухолей

2009

Идея о том, что опухоли могут вызывать иммунный ответ, была высказана уже очень давно. Еще в начале века Пауль Эрлих предположил, что у человека с высокой частотой возникают "аномальные зачатки" - опухоли, которые неизбежно разовьются в смертельные, если их не будет устранять иммунная система. Согласно этому, опухоль стали рассматривать как структуру, сходную с тканевым трансплантатом и распознаваемую иммунной системой. В развитие этих представлений были начаты эксперименты по стимуляции иммунной системы для отторжения опухолей. Редкие случаи спонтанной регрессии опухолей или их исчезновения после обработки бактериальными вакцинами считались свидетельством эффективного иммунного ответа.

Ранние исследования по изучению противоопухолевого иммунитета показали, что пересаженные опухоли обычно регрессируют. Этот эффект был истолкован как следствие развития иммунного ответа. Однако позднее такой вывод для большинства подобных работ признали несостоятельным, так как было установлено, что регрессия опухолей происходила в них просто по причине генетических различий между организмом-хозяином и опухолевой тканью. И только в послевоенные годы, благодаря выведению генетически однородных, инбредных линий грызунов появилась возможность изучать противоопухолевый иммунный ответ у животных как таковой. Идею Эрлиха об иммунном ответе на "аномальные зачатки" развили далее Вернет и Томас, создавшие на ее основе теорию иммунологического надзора.

Иммунологический надзор

Иммунологический надзор наиболее эффективен против вирусов, а не опухолевых клеток. Гипотеза Бернета и Томаса состояла в том, что иммунная система постоянно следит за появлением в организме измененных клеток и при распознавании разрушает их. Таким образом, согласно данной концепции, противоопухолевый иммунный ответ формируется на ранней стадии развития опухоли и обеспечивает ее уничтожение в большинстве случаев до того, как она даст клинические проявления. Эти ученые высказали также предположение, что иммунная система важна для задержки роста опухолей и для регрессии уже развившихся опухолей. В качестве подтверждения этих взглядов приводились различного рода данные.

* При патологоанатомическом  исследовании может быть выявлено  больше опухолей, чем по клиническим  проявлениям.

* Во многих случаях  опухоли инфильтрированы лимфоцитами  и иногда это может быть  благоприятным признаком.

* Возможна спонтанная  регрессия опухолей.

* Наиболее часто опухоли  возникают у новорожденных и  в старческом возрасте, т.е. когда  иммунная система функционирует  менее эффективно.

* Опухоли часто развиваются  у лиц с иммуносупрессией.

На первый взгляд подобные доказательства кажутся убедительными, однако при более тщательном анализе основное положение теории - ассоциация иммуносупрессии с повышенной частотой опухолевых заболеваний - вызывает сомнения. Большая часть имеющихся на этот счет данных - это результаты наблюдений за больными, которым была произведена пересадка почки; во многих случаях наблюдения продолжались до 20 лет. Для данных больных с иммуносупрессией характерна повышенная частота возникновения многих типов опухолей и некоторые из них, судя по всему, имеют вирусную природу. Риск возникновения многих других, не связанных с вирусами опухолевых заболеваний также повышен при этом, но незначительно. Отсюда следует, что иммунный ответ, вероятно, предотвращает в основном распространение потенциально онкогенных вирусов, а в отношении опухолей не вирусного происхождения иммунологический надзор относительно неэффективен. У здоровых индивидов в случае инфицирования вирусом Эпштейна-Барр данный вирус сохраняется в организме на протяжении всей жизни одновременно с сильным цитотоксическим Т-клеточным ответом на него. У лиц с иммуносупрессией происходит усиленная репродукция этого вируса и слущивание вирусных частиц в секретируемые жидкости. Следовательно, в норме иммунный ответ ограничивает размножение вируса.

Предположение о направленности иммунологического надзора большей частью на вирусы, а не на опухоли, подтверждают и данные, полученные в экспериментах на животных. Так, у бестимусных мышей, а также у мышей с иммуносупрессией, вызванной введением антилимфоцитарной сыворотки, общего повышения частоты возникновения опухолей не обнаружено, но у большинства этих животных развиваются опухоли, вызываемые мелким ДНК-содержащим вирусом полиомы, который редко вызывает опухоли у нормальных животных. Из этого не следует, что на большинство опухолей иммунный ответ вообще не развивается, однако он, по-видимому, относительно поздний и неэффективный.

Опухолевые антигены могут распознаваться клетками иммунной системы или антителами. У человека связь с вирусами установлена для немногих типов злокачественных новообразований, но среди них рак печени и шейки матки - распространенные причины смерти на всем земном шаре. Мишенями для распознавания при иммунном ответе на опухоль могут служить не только вирусные антигены, но и так называемые опухолеассоциированные антигены - компоненты опухолевых клеток, измененные относительно нормальных клеток организма. Получены многочисленные данные о генетических изменениях - мутациях, амплификации генов, хромосомных делециях и транслокациях, происходящих в клетках большинства опухолей. Некоторые из этих генетических аберраций приводят к экспрессии измененных молекул в опухолевых клетках, другие - к сверхэкспрессии нормальных молекул. Подобные изменения могут быть выявлены либо путем определения иммунного ответа хозяина, либо экспериментально - путем иммунизации животных других биологических видов материалом опухоли.

Опухолеассоциированные антигены, распознаваемые клетками иммунной системы

Существование опухолевых антигенов впервые было обнаружено при постановке трансплантационных тестов. Когда опухоль пересаживали животному, предварительно иммунизированному инактивированными клетками той же опухоли, трансплантат отторгался. Резистентность к пересаженной опухоли, опосредованная, как впоследствии было установлено, клетками иммунной системы, направлена на опухолеассоциированные трансплантационные антигены двух типов. Антигены первого типа - общие для многих опухолей, даже различного тканевого происхождения. Антигены второго типа специфичны для каждой отдельной опухоли - это опухолеспецифические трансплантационные антигены. Возможна одновременная экспрессия специфических и Т-антигенов.

Т-антигены имеют вирусное происхождение

Эти антигены обнаруживаются на клетках опухолей, индуцированных вирусами, например мелким ДНК-содержащим вирусом полиомы и вирусом SV40 и вирусами папилломы. Данные вирусы кодируют Т-антигены, свойственные и другим вирусам той же группы. Эти антигены представляют собой ядерные белки, играющие определенную роль в поддержании трансформированного состояния.

Инфекционные РНК-содержашие онкогенные вирусы вызывают лейкозы и саркомы у животных; обнаружен также по крайней мере один вирус Т-клеточного лейкоза человека. Эти вирусы выходят из инфицированных клеток путем отпочковывания от их клеточной мембраны, приобретая при этом оболочку; в мембране инфицированных ими клеток выявляется гликопротеин вирусной оболочки. Общие антигены ДНК-, как и РНК-содержащих онкогенных вирусов вызывают сильный гуморальный и клеточный ответ, способный обеспечить защиту против опухоли. Поскольку опухоли, вызываемые данным онкогенным вирусом, экспрессируют один и тот же антиген, инбредные мыши, иммунизированные, например, многократными инъекциями облученных клеток опухоли, индуцированной SV40, отторгают опухоли, вызванные данным вирусом, но чувствительны к опухолям, вызываемым вирусом полиомы.

Для некоторых линий мышей характерна спонтанная активация эндогенных РНК-содержащих онкогенных вирусов, приводящая к развитию лейкоза. У животных других линий опухоли, которые могут экспрессировать вирусные антигены и продуцировать инфекционный вирус лейкоза мышей, образуются в том случае, если им вводить канцерогенное химическое соединение. Такие опухоли экспрессируют как общие опухолеассоииированные антигены, так и опухолеспецифические антигены, рассматриваемые ниже. У организма-хозяина, однако, эндогенные РНК-содержащие вирусы вызывают лишь слабый иммунный ответ, возможно, из-за иммунологической толерантности.

Специфические опухолевые антигены отражают изменения в опухолевых генах или в экспрессии генов

К специфическим опухолевым антигенам относят те антигены, которые могут вызвать иммунный ответ на введенные опухолевые клетки, в том случае если животное было предварительно иммунизировано материалом той же опухоли. Такие антигены впервые были выявлены при изучении опухолей, индуцированных у инбредных мышей канцерогенными химическими веществами, и к настоящему времени их природа установлена в описываемых ниже экспериментах.

Перевиваемую культуру опухолевых клеток от мыши инбредной линии подвергали in vitro воздействию сильного мутагена. Затем из этой культуры получали субклоны мутантных опухолевых клеток, часть которых была неспособна к дальнейшему росту in vivo, если только имплантат не был очень массивным. Мутантные культуры обнаруживали большую иммуногенность, чем родительские опухолевые клетки. При иммунизации одним из этих опухолеотрицательных клонов у генетически идентичных мышей образовывались Тц-клетки, способные уничтожать имплантат только того клона, который был использован для иммунизации, а не родительской или других tum-культур. Эти Тц-клетки затем использовали в качестве зондов для определения мутантного опухолевого антигена при молекулярном клонировании соответствующего гена. В итоге мутантный ген, кодирующий данный опухолевый антиген, был идентифицирован и секвенирован. Сравнение этого гена с гомологичным геном из клеток родительской опухоли показало различие их продуктов всего по одному аминокислотному остатку. В дальнейшем было четко доказано, что такая мутация приводит к образованию иммуногенного антигена, распознаваемого Тц-клетками: если клетки родительской опухоли инкубировали с пептидом из 10 аминокислотных остатков, содержащим и1т_-последовательность, эти клетки затем уничтожались Тц-клетками, однако в случае инкубации с гомологичным пептидом из клеток родительской опухоли лизиса не происходило. Учитывая, что распознавание антигенов Тц-клетками рестриктировано по молекулам МНС класса I. можно предположить, что опухолеспецифичный белок процессируется в опухолевой клетке с образованием пептида, который затем образует комплекс с антигенами МНС класса I и транспортируется на клеточную поверхность.

Клонированные гены опухолевых антигенов из клеток других turrr-клонов иногда оказывались идентичными родительскому гену. Отличие таких tum--ioiOHOB от родительской линии заключалось в том, что в Шт--клетках происходила сверхэкспрессия данного антигена. Получены убедительные доказательства в пользу существования иммунного ответа, рестриктированного по антигенам МНС класса II, по крайней мере на опухоли человека, однако значительно меньше известно о том, какие опухолевые антигены распознаются в комплексе с антигенами МНС класса II.

Опухолеассоциированные антигены, распознаваемые антителами

Некоторые антигены присущи только опухолям.

В многочисленных исследованиях, предпринимаемых с целью выявить специфические опухолевые антигены, используют как сыворотку крови того животного, от которого взята опухоль, так и сыворотки от животных, иммунизированных опухолевым материалом. Недавно начаты исследования с применением моноклональных антител, образуемых аутологичными или гетерологичными В-клетками. Доказательств существования опухолеспецифических антигенов получено очень немного, однако идентифицировано несколько типов антигенов, тем или иным образом ассоциированных с опухолями.

Сыворотка крови больных с опухолями выявляет широко распространенные антигены.

При использовании сыворотки крови от больных с опухолями или моноклональных антител, полученных к опухолевым клеткам от таких больных, обычно выявляются антигены, широко представленные на поверхности или чаще внутри как опухолевых, так и нормальных клеток. Соответствующие антитела большей частью принадлежат к классу IgM и, следовательно, обладают низкой аффинностью. Аналогичные моноклональные антитела могут быть получены с использованием иммортализованных В-клеток от здоровых индивидов. Такие антитела выявляют аутоантигены, и роль их в иммунном ответе организма на опухоль неясна.

Опухоли могут экспрессировать нормальные дифференцировочные антигены, характерные для немногих типов нормальных клеток

Большинство опухолевых клеток представляет собой клон - потомство одной клетки, и клетки именно такого типа могут быть в организме относительно редкими. Соответственно опухолевые клетки экспрессируют антигены, присутствующие только у некоторых типов нормальных клеток. Примерами таких антигенов могут служить общий антиген острого лимфобластного лейкоза и раково-эмбриональные антигены, которые представляют собой дифференцировочные антигены, экспрессируемые во время развития плода, но обычно отсутствующие на клетках взрослого человека.

К РЭА относятся б-фетопротеин, продуцируемый клетками опухолей печени, и антиген, продуцируемый клетками карциномы толстой кишки человека и другими эпителиальными опухолями.

Экспрессируемые опухолями антигены нормальных клеток могут быть измененными за счет гликозилирования.

Изменения в гликозилировании клеточных молекул характерны для многих опухолей. Они могут приводить к экспрессии новых углеводных эпитопов, как в случае антигена Томсена-Фриденрайха - дисахарида, который обычно не выявляется на нормальных клетках. Подобным образом могут возникать и аберрантные антигены групп крови. В результате изменения в гликозилировании могут также открываться эпитопы белкового остова, которые редко обнаруживаются в нормальных клетках. Соответствующий пример демонстрируют полиморфные молекулы эпителия - муцины, образуемые многими нормальными эпителиальными клетками. Это высокомолекулярные гликопротеины, в которых повторяющийся сердцевинный пептид несет боковые углеводные цепи. В эпителиальных опухолях в этой сердцевинной структуре выявляется новый белковый эпитоп.