Úloha imunity u zhoubných novotvarů, dvojsečný meč?

Overview

K nesdělným chorobám, které nejvíce postihují populaci lidí v globálním měřítku, patří již po desetiletí zhoubné novotvary. Jejich vznik, růst a šíření do dalších tělních tkání je doprovázeno specifickými imunitními projevy, které jsou sice v principu totožné, ale v řadě podstatných aspektů se odlišují. Účast imunity při nádorovém procesu byla vzata lékařskou veřejností na vědomí teprve až začátkem 20. století, kdy ještě o strukturální podstatě a funkci imunitního systému nebylo prakticky nic známo. Vědělo se pouze, že imunita je namířena především proti původcům infekčních onemocnění. Teprve později se se ukázalo, že existuje i protinádorová imunita, která nejenže ničí nádorové buňky a potlačuje jejich růst, ale také že selektuje životaschopnější a odolnější nádorové buňky, čímž růst i metastatické šíření nádoru podporuje. Právě účast imunity při nádorovém procesu umožňuje využít biologickou terapii (imunoterapii) pro léčbu nádorových onemocnění. 

Klíčová slova:

vyškolená přirozená imunita – zánět – imunologický dozor – nádorová imunoeditace – abskopální účinek

ÚVOD

Hlavními celulárními imunitními vektory, které se účastní zánětu, jsou populace monocytů/makrofágů. Ke chronicitě zánětu přispívá hlavně přirozená, tzv. vyškolená imunita (trained immunity) (1). Po desetiletí imunologové předpokládali, že oproti imunitě adaptivní přirozená imunita imunologickou paměť nemá. V posledních letech však řada prací přinesla nezvratné důkazy, že přirozená imunita je také schopna se přizpůsobovat a „pamatovat si“. Při opětovném setkání se s cizorodými molekulárními vzory PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns) (2) a DAMP (Danger Associated Molecular Patterns) dojde k epigenetickým modifikacím a přeprogramování monocytů, T-imunocytů a buněk NK (Natural Killer, přirození zabíječi), takže se zvýší produkce nespecifických humorálních faktorů (cytokinů, interferonů aj.) i celková pohotovost přirozené imunity proti stejným PAMP/DAMP nesenými jak infekčními organismy, tak exprimovanými na povrchu nádorově pozměněných buněk. Do této rozvíjející se odpovědi se postupně zapojují také další imunitní mechanismy, zejména kooperující subpopulace imunokompetentních T- a B-buněk produkujících cytokiny, interleukiny a další humorální faktory, včetně specifických imunoglobulinů nesoucích protilátkovou aktivitu. Tyto vektory však mohou být zaměřeny nejen proti PAMP/DAMP signálům exprimovaným nádorovou buňkou, ale za určitých okolností také proti vlastním zdravým buňkám (autoimunita).

NÁDORY A IMUNITA

Může imunita ochraňovat růst zhoubného novotvaru, aneb imunologický dozor:

ano, či ne?

Myšlenku, že by imunita mohla chránit rostoucí zhoubný novotvar, vyslovil jako první začátkem minulého století P. Ehrlich (1909) (4). Ze zkušenosti usuzoval, že nádory vznikají především u dlouho žijících živočichů. To však v rámci tehdejších poznatků imunologie nebylo možné nikterak prokázat. Trvalo pak téměř půl století, než sir M. F. Burnet (1957) (5) a L. Thomas (1959) (6) vyslovili hypotézu imunologického dozoru a kdy téměř bezprostředně na to počátkem šedesátých let 20. století popsal G. Klein se spolupracovníky specifické nádorové antigeny, což účast imunity v nádorovém procesu potvrdilo (7). O 10 let později však následující studie účast imunitního dozoru neprokázaly, protože se ukázalo, že nádory vznikají spontánně, anebo je lze vyvolat karcinogenními faktory nejen u imunologicky normálních myší, ale také u imunodeficitních (athymických) myší. Díky těmto nálezům byla hypotéza imunologického dozoru při onkogenezi mnoha odborníky odmítána. Argumentovalo se hlavně tím, že DAMP nádorových buněk nevysílají dostatečně silné „signály nebezpečí“, aby došlo k indukci imunitní odpovědi. Jiní autoři se zase přikláněli k názoru, že imunita ignoruje nebo při nejmenším toleruje nádorové buňky, které se vlastně vyvinuly z původně normálních buněk blastickou transformací, anebo že stálá aktivace prozánětové větve přirozené imunity zabraňuje plnit její imunoprotektivní funkce, čímž usnadňuje nádorovou buněčnou transformaci i růst nádoru (8).

Počátkem devadesátých let 20. století byla hypotéza imunitního dozoru znovu přehodnocena. Stalo se to díky vylepšeným modelům imunodeficitních myší a objevu úlohy interferonu-γ (IF-γ), kterou hraje při odvržení transplantovaných nádorů. To, že imunitní systém opravdu potlačuje nádorový růst, pak bylo potvrzeno i dalšími autory (9).

DVOJÍ ÚLOHA IMUNIITY

Imunitní systém likviduje viry vyvolávající nádorové bujení. Na druhé straně však zároveň zabraňuje vzniku a rozvoji zánětového mikroprostředí, které by eliminovalo invadující patogenní činitele, což v konečném důsledku indukci nádoru napomáhá. Co se však přímo týče vzniku nádoru, jeho růstu a šíření, má pak imunita nesporně dvojí, vzájemně protikladnou úlohu (10):

1. Ničí nádorové buňky v důsledku aktivace imunokompetentních buněk strukturami PAMP/ DAMP a tím potlačuje jejich další množení.

2. Podporuje množení nádorových buněk a růst nádoru, protože selektuje životaschopnější buňky, které jsou vůči imunitnímu zásahu odolnější. Následkem je vznik specifického mikroprostředí v ložisku nádoru umožňující nejen přežívání těchto buněk, ale usnadňující i jejich množení. Nádor roste a navíc se jeho metastázy šíří do okolních tkání.

Imunoeditace aneb 3E fáze

Duální úloha imunity v maligním procesu se v současné době označuje jako nádorová imunoeditace (11–13). Jde o koncepci, která popisuje vzájemnou interakci nádorových buněk a imunokompetentních buněk a jimi produkovaných imunitních humorálních faktorů. Během imunoeditace se selektují klony méně imunogenních nádorových buněk, tzn. buněk exprimujících menší množství nebo slabě antigenní struktury PAMP/DAMP, které nevyvolávají imunitní odezvu.

Proces interakce nádoru a imunitního systému se dělí do tří fází označovaných jako 3E: Elimination (destrukce), Equilibrium (rovnováha) a Escape (únik).

Fáze eliminace

Jde vlastně o klasický imunologický dozor. Zahrnuje buňky a humorální faktory jak přirozené, tak adaptivní specifické imunitní odpovědi, které kontrolují (blokují) růst nádoru a vedou k jeho destrukci (eliminaci). Hlavními buněčnými efektory jsou NK-buňky a T-buňky, které jsou aktivovány prozánětovými cytokiny produkovanými makrofágy, maligními a stromálními buňkami. NK-buňky infiltrují nádor a jeho nádorové buňky zabíjejí cytokiny a interferony (IL-12 a IF-γ). Fáze eliminace se ještě rozděluje na čtyři podfáze, které zahrnují:

1. imunitní rozpoznávání

2. produkci protinádorových chemokinů

3. produkci reaktivních kyslíkových a dusíkových radikálů

4. diferenciaci cytotoxických CD⁺ T-buněk (NK-T-buněk)

Nemusí však dojít k destrukci všech maligních buněk a nádor přechází do rovnovážné fáze.

Fáze rovnováhy

Představuje, co se týče délky trvání, nejdelší období v procesu imunoeditace. Nádorové buňky, které destrukci v předchozí fázi eliminace unikly, nenesou imunogenní fenotyp, ale jsou geneticky nestabilní (dochází v nich k četným mutacím a změnám vyvolaným epigenetickými mechanismy). Maligní tkáň je imunitním systémem udržována v klidovém, homeostatickém stavu. Probíhající genetické a epigenetické změny vedou k produkci klonů buněk nejenže málo imunogenních, ale také odolnějších vůči buněčným i humorálním faktorům vlastní imunity.

Maligní buňky se zde nacházejí v relativně malých počtech, klinicky prakticky nezjistitelných. Stále jsou však podrobovány selekci, což trvá někdy celá léta, kdy se mezi nimi objevují nové a nové varianty, které už jsou zcela rezistentní vůči imunitním zásahům a které nakonec přecházejí do poslední fáze imunoeditačního procesu, do fáze úniku. Existenci rovnovážné fáze potvrzují případy, kdy příjemci byl od dárce, jemuž bylo nádorové onemocnění vyléčeno, transplantován orgán, v němž se po určité době nádor opětně vyvinul (14).

Fáze úniku

Jako únik se označuje stav, kdy se v nádoru ustavuje mikroprostředí, které umožňuje nekontrolovatelný růst nádoru, který se již klinicky projevuje. Nádorové buňky se neustále dělí a šíří se do dalších tkání a orgánů (nádorové metastáze). Do prostředí nádoru pronikají imunokompetentní buňky (T i B), což je považováno za zásah specifické protinádorové adaptivní imunity, a další typy buněk nespecifické imunity, jako jsou monocyty/makrofágy, NK- a NK-T-buňky, neutrofily, dendritické buňky a také vaskulární endoteliální buňky secernující růstové faktory a chemokiny potřebné k neovaskularizaci, protože růst nádoru je závislý na přísunu živin. Imunita nositele nádoru je namířena proti různým víceméně potenciálním maligním buněčným variantám, ale rezistentní buňky, které se selektovaly během rovnovážné fáze, nezasahuje. K úniku rakovinových buněk z dosahu imunity ještě napomáhá řada dalších mechanismů, mezi jinými např. ztráta exprese klasického hlavního histokompatibilního komplexu I (MHC I) (HLA-A, HLA-B- HLA-C), která byla zjištěna až u 90 % nádorů (15). Mikroprostředí nádoru je sice imunitně velmi komplexní a imunosupresivní, ale paradoxně poskytuje sofistikovanou ochranu maligním buňkám. Jakmile nádor dospěje do této fáze, nezbývá než použít zcela neimunologické prostředky a postupy k jeho konečné likvidaci, např. chirurgické odstranění, chemoterapii, radioterapii, hormonální terapii, anebo aplikovat některý z mnoha dnes dostupných způsobů biologické léčby.

BIOLOGICKÁ LÉČBA

To, že se imunita účastní procesu karcinogeneze, tj. 3E imunoeditačních fází, umožnilo využití množství dalších přístupů k léčbě nádorů, které lze obecně označit jako biologická léčba či cílená léčba, v užším slova smyslu imunoterapie. Jejich cílem je rovněž zabránit růstu nádoru (množení nádorových buněk) a jejich šíření do dalších tkání (metastázi) a nakonec zapříčinit jejich likvidaci. Na rozdíl od chemoterapie a radioterapie, které zasahují i zdravé buňky organismu, takže vyvolávají mnoho nežádoucích účinků, biologická léčba je selektivně zaměřena především na posílení pohotovosti imunitního systému, resp. vyvolání silnější a přesněji zamířené imunitní odezvy.

V jistém ohledu však radioterapie (a i chemoterapie) zasahují do biologické léčby. U mnoha pacientů po cíleném ozáření nádoru došlo k spontánnímu vymizení nádorových ložisek i mimo ozařované pole, tedy i ve vzdálenějších tkáních. V roce 1953 navrhl R. H. Mole (16) pro tento jev termín „abskopální efekt“ (ab – daleko, scopus – cíl), aby odlišil přímý účinek ozáření od jeho druhotných účinků „ve vzdálenosti od ozářeného cíle, ale uvnitř stejného organismu“. Znamená to v podstatě, že ionizující záření, ale stejně tak i cílený chemoterapeutický zásah, vyvolají adaptivní imunitní odpověď proti maligním buňkám obecně označovanou jako proces imunologické smrti ICD (Immunological Cell Death), kdy na rozdíl od apoptózy se uvolní buněčný obsah zahrnující prozánětové DAMP, proteiny tepelného šoku (HSP – Heat Shock Proteins), kaleretikulin a řadu dalších stresových faktorů, jejichž uvedení jde mimo rámec tohoto sdělení) (17, 18).

Biologická léčba je pokládána za nejnovější trend nejen v léčbě rakoviny, ale i dalších onemocnění, zejména autoimunitních. Na tom to místě je ale třeba připomenout, že biologická léčba nádorů pomocí infekce vyvolané bakteriemi je doložena už ve starověkých egyptských papyrech kolem roku 2600 před n. l. Podle Ebersova papyru (19) se nádor léčil řezem a následnými obklady za účelem zanést do něho infekci, vyvolat zánět, a tak způsobit jeho regresi. Ovšem pak trvalo několik století, kdy lékaři na léčbu nádorů infekcí a horečkou téměř pozapomněli. Hypotézu o propojení imunity s nádorovým bujením vyslovil jako první v moderní medicíně R. Virchow, který kolem roku 1860 popsal infiltraci nádoru leukocyty. Infikování nádorů se k léčbě nádorů začalo ve větší míře používat až od druhé poloviny 19. století, kdy si němečtí lékaři W. Busch a F. Feldman nezávisle na sobě povšimli, že po akutním erytémovém onemocnění kůže vyvolaném streptokoky (erysipel) dochází u postižených pacientů k vymizení nádoru (20, 21). O něco později W. B. Coley úspěšně léčil některé typy nádorů směsí různých druhů bakterií (pracoval na nich přes 40 let) (22). Producenty tzv. Coleyova toxinu byly bakteriální druhy Streptococcus pyogenes a Serratia marcescens (23). Coley tak může být pokládán za „otce imunoterapie“ (24, 25). Od počátku 20. století bylo zaznamenáváno, že u tuberkulózních pacientů se vyskytuje méně nádorů (26). Později byla prokázána protinádorová účinnost BCG vakcíny na zvířecích experimentálních modelech a až v roce 1972 použil A. Morales BCG vakcínu pro úspěšnou léčbu karcinomu močového měchýře (27), která se stala pro tuto léčbu standardem. Intravezikální aplikace BCG vakcíny se pak stala jednou z nejúspěšnějších imunoterapií léčby nádorů (28).

Strategie biologické léčby nádorů zahrnuje širokou škálu možností počínaje využitím specifických populací efektorových buněk imunity počítaje v to makrofágy, NK-buňky, T-lymfocyty aj., aplikaci specificky zaměřených rozpustných imunitních faktorů, jako jsou cytokiny a interleukiny, řady konstruktů monoklonálních protilátek, které jsou namířeny proti specifickým nádorovým antigenům, počítaje v to vakcinace (29) a dokonce aplikace bioaktivních látek obsažených v rostlinách (fytochemikálií), včetně polyfenolů, terpenoidů, karotenoidů, fytosterolů a flavonoidů (např. kvercetinu, naringeninu nebo luteolinu) (30, 31). Do úvahy spadá také léčba nespecifickými biologicky aktivními látkami (enzymy, oligonukleotidy) (32–34) a bioaktivními nanopartikulemi (35) různorodého původu počítaje v to lipozomy, nanopartikule PLGA (polylactic-co-glycolic acid), nanopartikule zlata a polymerními nanopartikulemi, dendrimery, micelami, které jsou neinvazivně aplikovány mikrojehlami (36).

Tento výčet možností samozřejmě nemůže být vůbec úplný, protože se pro imunoterapii nádorových onemocnění stále zkoušejí nové a nové látky biologického původu a ustavují nové protokoly jejich aplikace, což zřetelně svědčí, že imunoterapie nádorů není uzavřenou kapitolou. Nejde jen o to, že se musí vybrat specifický okruh cíleně zasahujících látek (jejich molekulárních struktur určujících konfigurace vazebných receptorů tak, aby byly schopné se účinně vázat na nádorové antigeny), ale musí se brát v úvahu také imunologická individualita každého nositele nádoru (daná jeho skladbou MHC antigenního spektra), což znamená, že charakter nádorového bujení postihující jeden a tentýž orgán nebo stejný typ tkáně není u různých jedinců stejný.

Tuto situaci navíc komplikuje fakt, že téměř nic není známo, zda, resp. do jaké míry, může aplikaci a úspěšnost imunoterapie nádorů ovlivňovat ještě donedávna přehlížená úloha mikrobiomu, jehož skladba, stav a aktivita je u každého jedince jiná a v průběhu jeho života se mění, a to v závislosti nejen na jeho věku a zdravotním stavu, ale také na jeho nutričních návycích. Shrnuto dohromady, znamená to, že každý jedinec může na kteroukoliv variantu biologické léčby reagovat rozdílně.

Za velký pokrok však lze považovat nedávný objev J. P. Allisona z univerzity v Texasu, nového přístupu k léčbě rakoviny, a to stimulací vlastní protinádorové imunity. Principem bylo blokovat povrchový protein CTLA-4 (Cytotoxic T Lymphocyte-associated Antigen 4) (37) na aktivovaných T-buňkách, který působí jako brzda jejich aktivace, a tím je stimulovat k útoku na zhoubný novotvar. Vyvinul protilátku, která CTLA-4 blokuje, což úspěšně ověřil na experimentálních modelech. Jeho práce vedla k vývoji prvního léčiva, protilátky ipilimumab, které bylo schváleno v roce 2011 FDA pro léčbu pozdních stádií melanomu. V roce 1992 objevil T. Honjo z univerzity v Kjótu podobný brzdný protein PD-1 (Programmed cell Death protein-1), který ale funguje na jiném principu (38). První vyvinuté protilátky proti PD-1 nivolumab a pembrolizumab získaly registraci v roce 2014. Oba postupy, byť fungující odlišně, však znamenají nový, přímo revoluční přístup k léčbě nádorů. Neovlivňují totiž nádorové buňky, ale přímo efektorní imunocyty. Postupně se ukázalo, že aplikace kombinace protilátek proti CTLA-4 a PD-1 je pro léčbu nejúčinnější.

ZÁVĚR

Závěrem je třeba uvést, že toto sdělení mělo v úmyslu upozornit zdravotnickou odbornou veřejnost nejen na současné pohledy na úlohu imunity ve vztahu ke vzniku a průběhu karcinogeneze a k jakým proměnám došlo v našem nazírání na jednotlivé fáze vývoje zhoubných novotvarů, ale také zároveň poukázat na nové, donedávna netušené možnosti biologické protinádorové léčby.

Prozatím lze jen konstatovat, že o imunoterapii nádorů máme v současné době představy asi na té úrovni, které jsme dříve měli o hormonech či vitaminech, a zda už nenastal vhodný čas pro radikální změnu přístupů, které imunoterapie nabízí. Na druhé straně chtěli autoři stručně poukázat na rozsah a složitost této problematiky, která se dnes rozvíjí takovou měrou, že není v moci jednoho člověka, aby stačil sledovat množství publikací, které roste přímo geometrickou řadou. Pro tuto rozsáhlost jsou v tomto sdělení zahrnuty pouze klíčové vybrané odkazy, které mají sloužit jen pro základní orientaci čtenáře.

Poděkování

Referát byl vypracován v rámci aktivit podporovaných výzkumným grantem RVO 61388971 a výzkumným záměrem PROGRES Q29/LF1.

Konflikt zájmů: žádný.

ADRESA PRO KORESPONDENCI:

prof. MUDr. Vladimír Bencko, DrSc.

Ústav hygieny a epidemiologie

1. lékařská fakulta Univerzity Karlovy

Studničkova 7, 128 00 Praha 2

e-mail: vladimir.bencko@lf1.cuni.cz