Změny imunologické reaktivity u onkologických pacientů

Overview

Ukazuje se, že dlouhodobě přijímané tvrzení, že cytostatická a radiační terapie navozuje pouze imunosupresivní stav, není zcela jednoznačně pravdivá. Ve světle rozvíjející se onkologické imunologie se ukazuje, že nejen cytostatická a radiační terapie hraje důležitou roli v alteraci imunitního systému u onkologického pacienta. Mezi další vlivné faktory patří působení samotného nádorového prostředí, užívání imunomodulačních léků, ale v neposlední řadě také často opomíjený duševní stav onkologického pacienta. Cílem přehledového článku je seznámit lékaře s možnými alteracemi imunitního systému vybranými faktory u onkologických pacientů.

Klíčová slova:
imunitní systém – chemoterapie – deprese – glukokortikoidy – radioterapie

Úvod

Změna funkce imunitního systému u onkologických nemocných může mít fyzio­logický charakter v rámci imunitní odpovědi na nádorové antigeny. Může být ale také alterována (suprimována) působením faktorů uvolňovaných z nádorové tkáně. Ke změnám v imunitní odpovídavosti dochází i vlivem deprese a fobie, které jsou přítomny u řady nemocných se zhoubnými novotvary. V neposlední řadě změny imunitní reaktivity ovlivňuje i protinádorová léčba.

Fyziologické změny imunitního systému

Imunitní systém podléhá podobně jako nervový a endokrinní systémy cirkadiálnímu rytmu. Vedle změn cirkadiálního rytmu jsou prokázány i změny v rámci celého roku [1]. V rámci cirkadiálního rytmu je zaznamenán největší vzestup v počtu cirkulujících buněk imunitního systému v průběhu noci pro B a T lymfocyty a dále pro αβT lymfocyty a CD4⁺ lymfocyty a v denních hodinách pro granulocyty, makrofágy, NK buňky, γδT lymfocyty a CD8⁺ T lymfocyty [2–4]. V průběhu roku existují pro jednotlivé buněčné populace období s nejvyššími hodnotami v periferní krvi. Nejvyšší počet CD3⁺ T lymfocytů je v březnu a CD8⁺ T lymfocytů v prosinci. NK buňky dosahují maxima hodnot v cirkulující krvi v říjnu. Pro CD4⁺ T lymfocyt byly popsány dva vrcholy, a to v březnu a červnu [5]. Dalším fyziologickým faktorem ovlivňujícím imunitní systém je snížení funkční kapacity T lymfocytů a jejich počtu v závislosti na věku. Autor Mackall uvádí, že funkční vlastnosti a počty CD8⁺ T lymfocytů vykazují odlišný trend snížení funkční kapacity oproti CD4⁺ T lymfocytům [6]. Tato skutečnost je přičítána jednotlivým mechanizmům regeneračních pochodů pro CD3⁺ T lymfocyty, které jsou závislé na thymu, jenž podléhá degenerativním změnám s přibývajícím věkem a CD8⁺ T lymfocytům, které jsou schopny regenerace bez ohledu na involuci thymu. Dle autora Spitse je dalším důvodem, proč CD8⁺ T lymfocyty nevykazují s věkem výrazný pokles, spojení s heterogenitou této populace, kde součástí jsou i CD3^– subpopulace, a zdá se, že obnovení právě subpopulace CD3^–CD8⁺ (NK buňky) je jedním z důvodů časnější regenerace CD8⁺ T lymfocytů [7]. Vlivem těchto jinak fyziologických změn u pacientů s onkologickým onemocněním může vést k rychlejší nádorové progresi [8].

Imunitní systém a zhoubný novotvar

Zhoubný nádorový proces má přímý modifikující vliv na imunitní systém nemocného. Nádorová tkáň je tvořena nejen nádorovými, ale i stromálními buňkami. Zatímco makrofágy a fibroblasty jsou nalézány v nádorovém stroma konstantně, přítomnost ostatních populací imunokompetentních buněk je proměnlivá. Je prokázáno, že zánětlivá reakce imunitního systému a nádorový růst jsou úzce propojeny.

Nádorové mikroprostředí určované interferony, interleukiny a zvláště chemokiny má klíčový význam pro charakter zánětlivé reakce. Vlivem chemotaktického gradientu nádorového mikroprostředí jsou přitahovány T lymfocyty, dendritické buňky, granulocyty, makrofágy i NK buňky. Všechny uvedené buňky mohou produkovat další chemokiny a spolu s cytokiny tvořenými nádorovými buňkami mají zásadní vliv na charakter lokální i systémové imunitní odpovědi. S rozvojem nádoru dochází k akumulaci T regulačních (Treg) lymfocytů v periferní krvi, drénujících uzlinách a v nádorové tkáni a svým působením inhibují rozvoj protinádorové imunitní reakce organizmu [9].

Na eliminaci nádorových buněk imunitním systémem se podílejí cytokiny, které ovlivňují funkci efektorových buněk imunitního systému. Na základě charakteru imunitní reakce určované cytokiny můžeme dělit imunitní odpověď tzv. prvního typu a druhého typu. Klíčovou roli mají CD4⁺ T lymfocyty, které v případě reakce prvního typu produkují IL-2, IL-12, INFγ, což vede ke stimulaci buněčné cytotoxické odpovědi. Reakce druhého typu je určována produkcí IL-4, IL-6, IL-10, které převážně stimulují humorální odpověď. Cytokiny určující jeden typ odpovědi potlačují opačné ejektorové mechanizmy. V nádorovém prostředí dochází k potlačení reakce prvního typu mechanizmem, který není stále detailně znám [10].

Důležitou roli v nádorovém prostředí mají i složky vrozeného imunitního sy­stému. Dendritické buňky přítomné v nádorovém milieu jsou klíčovými prostředníky k prezentaci nádorových antigenů a zprostředkování specifické protinádorové imunitní reakce. Jejich hlavní funkcí je zpracovávat antigen a prezentovat antigen T lymfocytům. Aktivované dendritické buňky mají schopnost zvýšit cytotoxickou aktivitu NK buněk pomocí zvýšené exprese INFα. Komplementový systém, jako důležitá složka přirozeného imunitního systému, se skládá z vysoce potentních prozánětlivých molekul, jako jsou např. C3a a C5a. Funkce tohoto systému v průběhu vlastního zánětlivého procesu je již dobře zdokumentována [11]. Ukazuje se však, že přítomnost složek komplementového systému v nádorovém prostředí má imunosupresivní potenciál a může být příčinou růstu tumoru [12]. Specifickou buněčnou populací nádorového prostředí jsou tzv. NKT buňky. Jedná se o malou frakci T lymfocytů s CD3⁺ znakem, avšak jinak zcela podobným fenotypem NK buňkám. Oproti T lymfocytům vykazují mnohonásobně vyšší cytotoxicitu a pomocí produkce cytokinů ovlivňují dozrávání dalších T lymfocytů.

Imunitní systém a léčba zhoubného novotvaru

Chemoterapie

Cytostatická protinádorová léčba působí nespecificky vůči nádorovým buňkám, a ovlivňuje tak i ostatní buňky, které proliferují, a to bez rozdílu, zda jde o nádorovou či zdravou buňku. Většina cytostatik uplatňuje přímé imunosupresivní účinky tím, že inhibuje funkci a diferenciaci efektorových buněk imunitního systému. Působením cytostatických látek tak může dojít k navození anergie imunitních efektorových buněk. Samotný rozpad velkého počtu nádorových buněk v průběhu cytostatické léčby je provázen masivním uvolněním antigenních epitopů, což může vyvolat fenomén imunitní tolerance.

Nejčastěji uváděnými cytostatiky vyvolávající imunosupresivní stavy u pacientů jsou temozolomid [13], fludarabin [14], cyklofosfamid [15] a metotrexát [16].

Účinky chemoterapie či chemoradioterapie se mohou projevovat v imunitním systému i dlouhou dobu po ukončení terapie. Obnova počtů a funkce imunokompetentních buněk je odvislá od volby cytostatika a použité dávky. Většina chemoterapeutik negativně ovlivňuje především produkci cytokinu IL-2, zatímco samotná radioterapie snižuje hladiny cytokinu IL-4 [17].

Chemoterapii byly dlouhou dobu připisovány pouze imunosupresivní účinky. Ukazuje se však, že některá cytostatika mají schopnost aktivovat protinádorovou imunitní odpověď, a tak potencovat efekt protinádorové léčby.

Hlavním imunostimulačním efektem cytostatické léčby je uvolnění nádorových antigenů. Buněčná smrt indukovaná cytostatiky jako antracykliny, oxaliplatinou či radioterapií podporuje klonální expanzi cytotoxických T lymfocytů a zvýšení exprese toll like receptoru 4 (TLR4) na dendritických buňkách [18]. TLR4 rozpoznává nebezpečné signální motivy převážně mikrobiálních organizmů, ale i endogenních struktur a je důležitým faktorem ve zpracování a prezentování nádorových antigenů. Ligandem pro receptor TLR4, který je uvolňován nádorovými buňkami po působení cytostatik a radioterapie, je tzv. protein high mobility group box 1 (HMGB1) [19].

Uvolnění nádorových antigenů vyvolané buněčnou smrtí vedoucí k stimulaci imunitního systému je známo u gemcitabinu [20] a taxanů (paklitaxel a docetaxel), které mimoto zvyšují proliferační schopnost T lymfocytů a zvyšují cytotoxickou aktivitu NK buněk [21].

Zvýšení cytotoxického efektu CD8⁺ lymfocytů a NK buněk vůči nádorovým buňkám napomáhá zesílená exprese FasL (Fas ligand) a TRAIL ligandů na terčových buňkách působením cytostatik, jako jsou cisplatina, doxorubicin, mitomycin C, fluorouracil a camptothecin [22,23].

Jiným mechanizmem stimulace imunitního systému je indukce molekul zajišťujících mezibuněčné vazby. Například působením 5-fluorouracilu (5-FU) dochází v nádorových buňkách k indukci exprese proteinů teplotního šoku (HSP), která usnadňuje fagocytózu dendritickými buňkami a následnou prezentaci dalším buňkám imunitního systému [24].

Dalším mechanizmem, při kterém léčba cytostatiky může mít pozitivní vliv na imunitní systém, je schopnost některých chemoterapeutik vyvolat depleci imunosupresivních buněk CD4⁺CD25⁺ T lymfocytů či myeloid derived suppressor cells (MDSC), a zvýšit tak latentní imunitní odpověď či synergicky působit s vakcínou. Hlavním inhibitorem Treg buněčné populace je cyklofofamid, který jak snižuje počet Treg, tak inhibuje supresivní účinek zbývajících Treg [25,26]. Paklitaxel a doxorubicin mají podobné vlastnosti jako cyklofosfamid, kdy indukcí apoptózy imunosupresivních buněk stimulují imunitní systém [27,28].

MDSC představují populaci nezralých myeloidních buněk diferencujících se v makrofágy, granulocyty a dendritické buňky. Mohou inhibovat funkci T lymfocytů jednak přímo, nebo nepřímo přes indukci proliferace Treg buněk [29]. Gemcitabin svým působením redukuje počet MDSC, neovlivňuje CD4⁺ a CD8⁺ T buňky a NK buňky a mikrofágy [30]. Gemcitabin dále potlačuje Th2 typ imunitní reakce, a tím zvyšuje odpověď Th1 typu, která je důležitá v protinádorové cytotoxické odpovědi [31]. Gemcitabin nepřímo stimuluje protinádorovou imunitu inhibicí proliferace B lymfocytů zodpovědných za produkci antigen blokujících protilátek, a tím zesiluje specifickou i nespecifickou buněčnou cytotoxickou odpověď [32].

Je prokázáno, že cytostatika mohou mít i přímý pozitivní účinek na imunitní systém. Po intraperitoneálním podání antracyklinu či mitomycinu C dochází ke zvýšení fagocytární kapacity peritoneálních makrofágů a zvýšenému usmrcování nádorových buněk [33,34]. Neoadjuvantní podání paklitaxelu u nádoru prsu je spojeno se zvýšenou přítomností tumor infiltrujících lymfocytů v nádoru a navíc paklitaxel redukuje zastoupení Treg lymfocytů v nádorovém stroma [35]. Podáním trastuzumabu dochází k odstraněním nádorových buněk protilátkami zprostředkovanou cytotoxickou reakcí (ADCC) [36].

Léčba cytostatiky může mít i nepřímý stimulující účinek na imunitní systém. Například inhibitory topoizomerázy nebo radioterapie mohou aktivovat nitrobuněčné mechanizmy v nádorové buňce se snahou opravit poškozenou DNA. Aktivace opravných pochodů je spojena s expresí ligandů pro NKG2D receptor přítomný na NK buňkách, NKT lymfocytech, γδT lymfocytech a CD8⁺ T lymfocytech [37].

Radioterapie

Samotná radioterapie zvyšuje nádorovou imunogenicitu cestou modulace nádorových peptidů. Ta může probíhat třemi různými způsoby [38]:

1. Záření podporuje odbourávání exi­stujících bílkovin, a tím zvyšuje pool intracelulárních peptidů využitelných k prezentaci pomocí MHC I. třídy.
2. Ozářením dochází k aktivaci mTOR kináz a následné syntéze proteinů antigenní povahy.
3. Záření stimuluje syntézu nových bílkovin, a tím i prezentaci nových antigenních peptidů.

Nízké dávky radioterapie stimulují samy o sobě expresi antigenu MHC I. třídy a expresi FasL na povrchu nádorových buněk [39]. Radioterapie také zvyšuje expresi adhezivních molekul na endoteliálních buňkách [40], čímž dochází k usnadnění vstupu imunokompetentních buněk do nádorového prostředí, například cytotoxických T lymfocytů přítomných ve stroma nádoru tumor infiltrujících lymfocytech (TIL) [41].

Glukokortikoidy

Negativní účinek na imunitní systém nemusí vždy souviset se samotným cytostatickým účinkem, ale imunitní systém může ovlivnit například i léky užívané k podpůrné léčbě v rámci chemoterapie. Steroidy jsou příkladem široce používaných látek v mnoha indikacích. Glukokortikoidy jsou také součástí léčebných protokolů hematologických malignit, kde je využíván jejich pro­-apoptoický a antiproliferační efekt [42]. Avšak u solidních nádorů se ukazuje, že glukokortikoidy mají opačný efekt. Způsob, jakým může léčba glukokortikoidy ovlivnit konečný výsledek cytotoxické terapie u solidních nádorů, je v podstatě dvojí:

1. ovlivnění signálních drah indukující apoptózu a
2. narušení vlastní imunitní odpovědi [43].

Výsledný efekt glukokortikoidů je zprostředkován přes aktivaci glukokortikoidových receptorů s následnou modulací transkripce genů na různých úrovních [44]. Proteinový komplex zodpovědný za regulaci buněčné apoptózy NF-κB je u hematologických malignit na rozdíl od solidních nádorů v důsledku aktivace glukokortikoidových receptorů inhibován, a je tedy akcentována náchylnost těchto buněk k apoptóze [45].

Použití glukokortikoidů je spojeno s ovlivněním migrace imunokompetentních buněk. A to jednak z důvodu snížené exprese adhesivních molekul na imunokompetentních buňkách jako např. ICAM-1 a L-selectinu či E-selectinu na povrchu endotelových buněk [46] a jednak v důsledku inhibice tvorby chemotaktických cytokinů jako IL-8 a CXC chemokinů [47,48].

Glukokortikoidy jsou zodpovědné i za inhibici exprese hlavních prozánětlivých cytokinů (interferonů α a β, interleukinu 1α 1β, IL-2, IL-8, TNF α, IL-6, IL-12, IL-18) a naopak glukokortikoidy stimulují tvorbu protizánětlivých cytokinů (IL-4, IL-10 či TGFβ) [49].

V důsledcích ovlivnění této tvorby cytokinů glukokortikoidy, kdy je stimulována tvorba IL-4, a naopak inhibována produkce IL-12, dochází k posunu v poměru Th1/Th2 lymfocytů ve prospěch Th2 subpopulace [50].

Kortikoidy také výrazně snižují schopnost dendritických buněk diferencovat se ve zralé elementy, a tak ovlivňují i jejich schopnost prezentovat antigen [51]. Kromě toho je prokázáno, že glukokortikoidy silně snižují expresi genů kódujících proaktivační molekuly buňkami specifické imunitní odpovědi a že indukují sekreci TGF-β, který inhibuje funkce T lymfocytů a NK buněk.

Biologická léčba monoklonálními protilátkami

Monoklonální protilátky jsou produkty fuzního klonu. Jako každá jiná protilátka má Fab fragment (slouží k navázání proti určitým antigenním epitopům) a Fc fragment (zajišťuje vazbu komplementu a aktivaci imunitního systému). Klinický efekt této léčby je pozorován jak v monoterapii, tak v kombinaci s radioterapií či chemoterapií. Nejčastějšími indikacemi této léčby jsou metastatický kolorektální karcinom, karcinomy hlavy a krku, karcinomy prsu a folikulární lymfom.

Ačkoliv monoklonální protilátky jsou cílené vůči určitému antigenu, jejich účinky mohou mít dalekosáhlý dopad na homeostázu imunitního systému.

Vhodným příkladem může být monoklonální protilátka namířená proti receptoru VEGF (vascular endothelial growth factor) (bevacizumab). Protinádorový účinek bevacizumabu spočívá v inhibici nádorové angiogeneze. Receptory pro VEGF jsou však přítomny i na imunokompetentních buňkách. Preklinické studie ukazují, že blokáda aktivace receptorů pro VEGF vede ke změnám hladiny cytokinů v nádorovém prostředí i v krvi (IL-1β, IL-6 a CXCL1) [52]. Pokles hladin cytokinů (IL-1β, IL-6) v séru se zdá být dobrým biomarkerem odpovědi na léčbu. Dále se ukazuje, že selektivní inhibice VEGFR receptoru kontroluje růst nádoru inhibicí infiltrace supresorových imunitních buněk (MDSC, Treg, makrofágy) a na-opak vede k zvýšení přítomnosti zralých dendritických buněk v nádorovém prostředí [53,54].

Monoklonální protilátky mohou ovlivňovat aktivitu imunitního systému i nepřímo. V případě trastuzumabu a cetuximabu se jedná o tzv. ADCC (antibody dependent cellular cytotoxicity) cytotoxicitu, kdy po vazbě protilátky na nádorový antigen dojde k navázání Fc fragmentu na imunokompetentní buňky (např. NK buňky). Toto v konečném důsledku vede k zvýšenému dozrávání dendritických buněk a následně i k aktivaci specifické protinádorové imunitní reakce [55].

Imunitní systém a psychický stav onkologických pacientů

Změny v náladě a psychickém ladění ovlivňují imunologickou obranyschopnost na buněčné úrovni [56]. Dlouhodobý stres vyvolává změny v imunitním systému. Snížení počtů a zhoršené funkce byly pozorovány u NK buněk a CD8⁺ T lymfocytů, zatímco ostatní mechanizmy imunitního systému byly ovlivněny méně [57–59].

U pacientů s depresí je často nalézána relativní lymfopenie a monocytopenie, relativní snížení počtu T lymfocytů, zvýšení absolutního i relativního CD4⁺ T lymfocytů a zvýšení poměru CD4/CD8. Stav deprese je provázen zvýšením hladiny solubilních prozánětlivých molekul [60,61]. U pacientů s depresí vykazují CD4⁺ T lymfocyty zvýšenou expresi Fas receptorů (CD95), zodpovědných za aktivaci signální dráhy vedoucí k apoptóze [62].

U pacientů s depresí je zvýšena sérová hladina TNFα. V důsledku toho dochází k supresi genů regulujících buněčný cyklus. Dochází ke snížení exprese membránových molekul zodpovědných za aktivaci T lymfocytů. Tím je potlačena proliferační schopnost a tvorba cytokinů T lymfocyty, dále ovlivňuje signální dráhy s kalciovým messengerem a apoptické dráhy [63]. Zvýšená hladina TNFα blokuje aktivitu tyrozin fosfatázy, zodpovědné za nitrobuněčné signály. TNFα potlačuje expresi MHC I molekul na povrchu buněk, a zvyšuje tak možnost úniku nádorových buněk imunitnímu dozoru [64].

U depresivních stavů jsou alterovány i faktory humorální imunity. Snížení celkové hladiny sérového proteinu a zvláště albuminu je častým nálezem. Naopak zvýšeny jsou sérové hladiny proteinů, např. haptoglobinu, α1 glycoproteinu α1 trypsinu, IgM , PGE2, IL-1beta, IL-6, IL-2, IL-12, TNFα, INFγ a CRP [61,65,66].

Závěr

Dlouhodobě přijímané tvrzení, že v důsledku cytostatické léčby dochází k navození imunosuprese, není zcela pravdivá, ale v povědomí laické i odborné veřejnosti stále přetrvává. Přestože je známa souvislost mezi funkcí podkorových center mozku, imunitním a endokrinním systémem, je často opomíjen dopad dlouhodobého stresu a deprese na homeostázu. Z dlouhodobého hlediska má stav duševního zdraví velký význam pro správnou funkci imunitního systému. V experimentálních studiích bylo prokázáno, že některá cytostatika selektivně potlačují populace imunosupresivních buněk a zesilují protinádorovou imunitní odpověď. Tyto poznatky nemají žádné nebo jen marginální využití v klinické praxi. Avšak z dlouhodobého hlediska s rozvojem současné snahy zavádění nových léčebných metod modifikujících imunitní systém (vakcinace, biologická léčba apod.), je znalost imunitních změn vyvolávaných onkologickou léčbou nutným předpokladem.

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do bi omedicínských časopisů.

MUDr. Jindřich Kopecký

Klinika onkologie a radioterapie

LF UK a FN Hradec Králové

Sokolská 581

500 05 Hradec Králové

e-mail: kopecjin@fnhk.cz

Obdržen: 28. 11. 2011

Přijato: 12. 1. 2012