Dlaždicobuněčné karcinomy hlavy a krku a imunitní systém

Overview

Dlaždicobuněčné karcinomy hlavy a krku patří stále k onemocněním s velmi nejistou prognózou. Úspěšnost léčby se v posledních letech příliš nemění, přestože pokrok v terapeutických metodách je značný a rozšiřují se i znalosti o biologické povaze nádorových buněk a vztahu k hostiteli. Nádory orofaryngu, vzniklé na podkladě infekce virem lidského papillomaviru (HPV), se odlišují klinickou manifestací, vývojem i prognózou. Do značné míry je tento fakt vysvětlitelný i rozdíly v imunitní odpovědi pacientů obou skupin. Shrnutí rozdílností imunitního systému pacientů s HPV asociovanými nádory hlavy a krku a nádory vzniklými na podkladě jiné etiologie je předmětem tohoto sdělení.

Klíčová slova:
dlaždicobuněčné karcinomy hlavy a krku, imunitní systém, T lymfocyty, nádorové mikroprostředí, HPV

ÚVOD

Dlaždicobuněčné karcinomy hlavy a krku (HNSCC) patří stále k velmi vážným onemocněním, jehož úspěšnost léčby se v posledních letech příliš nemění a prognóza pacientů zůstává velmi nejistá. Stávající prognostické systémy neumí s dostatečnou přesností odhadnout agresivitu onemocnění a tomu přizpůsobit léčebnou strategii. Vývoj technologie a vědeckého poznání přináší nové poznatky i do oblasti HNSCC. Nejvýznamnější změna v této oblasti bylo prokázání vztahu viru lidského papillomaviru (HPV) pro rozvoj nádorů orofaryngu, zejména tonzil a kořene jazyka. Procentuální zastoupení nádorů asociovaných s HPV infekcí neustále stoupá, v některých populacích a studiích je uváděno až v 90 %, v České republice se jedná o více než polovinu onemocnění orofaryngu (6, 7, 13, 14). Samotná biologická povaha nádorových buněk vzniklých na podkladě HPV infekce však plně nevysvětluje lepší prognózu této skupiny nemocných. V experimentech na pokusných zvířatech bylo prokázáno, že terapeutická úspěšnost je podmíněna funkčním imunitním systémem. U imunokompromitovaných jedinců jsou naopak HPV pozitivní nádory více agresivní a hůře léčitelné (12). Rozpoznat v čem tkví odlišnost imunitní odpovědi u pacientů s HNSCC s různou etiologií, by mohla být cesta k efektivnímu terapeutickému ovlivnění (1, 2, 9, 10).

HPV

HPV infekce je v populaci relativně běžná, protilátky se nacházejí  až u 80 % populace. Většina infikovaných jedinců infekci zvládne během několika týdnů a virus u nich dále nezpůsobuje žádné onemocnění. U některých jedinců může infekce přejít do chronické fáze a působit opakované chronické zánětlivé onemocnění, u některých dlouhodobá perzistence viru není nijak klinicky patrná, ale může způsobit rozvoj nádorového onemocnění v delším časovém odstupu od získání infekce. Proč u některých jedinců dojde k selhání imunitního systému a rozvoji infekce chronické nebo nádorového onemocnění, není v současné době objasněno.

Průkaz vztahu HPV a nádorového onemocnění by měl být prováděn kombinací různých metod, nejspolehlivější je průkaz replikačně aktivního viru pomocí mRNA, například pro virový onkoprotein E6. Další metodou používanou k detekci je analýza HPV DNA nebo exprese p16 v nádorové tkáni. Tyto parametry korelují s vysokou přesností, ale pouze analýza všech umožňuje spolehlivé označení nádoru jako vzniklého na podkladě působení HPV infekce. Molekulární podstata HPV pozitivních a HPV negativních nádorů se pak zásadně liší, kdy pro HPV pozitivní nádory je typické poměrně malé spektrum nacházených genetických změn. HPV pozitivní nádory se od HPV negativních HNSCC funkčně odlišují zejména zvýšenou degradací p53, inaktivaci dráhy pRb (retinoblastomový protein) a v upregulaci p16. Nefunkčnost onkosupresorového proteinu p53 v G2 fázi buněčného cyklu je prokázána u většiny HNSCC, molekulární podstata této poruchy se však liší. U HPV negativních HNSCC je téměř vždy podmíněna mutací genu, naopak u HPV pozitivních je degradace p53 spouštěna vazbou virového onkoproteinu E6. Nedojde tedy k zastavení buněčného cyklu v G2, nemůže proběhnout oprava DNA a nedojde ani ke spuštění apoptotické kaskády mediované p53. Regulace buněčného cyklu v prvním kontrolním bodě (v přechodu mezi fází G1 a S) je naopak narušena prostřednictvím pRb a cyklinu D1. HPV-pozitivní nádory orofaryngu- vykazují aktivaci buněčného cyklu transkripčním faktorem E2F, který je za fyziologických podmínek vázán na Rb. Poté, kdy virový E7 onkoprotein vytvoří komplexy s nízce fosforylovanou formou onkosupresorového proteinu pRb, dojde ke snížení hladiny Rb a jeho uvolnění z vazby na E2F. Uvolněný E2F aktivuje cyklin E a CDK2 (cyklin dependentní kinázu 2). Je tak umožněn přechod z G1 do S fáze buněčného cyklu. Zpětně je indukovaná zvýšená exprese CDKN2A genu, který kóduje p16 a p14. Za normální okolností p16 inhibuje cyklin D1 a CDK1/6 (které fyziologicky fosforylací pRb uvolňují E2F) a zablokuje buněčný cyklus. V případě HPV infikovaných buněk je ale pRb inaktivován v komplexu s virovým onkoproteinem E7 a nemůže již buněčný cyklus negativně ovlivňovat vazbou s E2F. Naopak u HPV negativních HNSCC, které vznikají na podkladě expozice klasickým karcinogenům, jako jsou koření a alkohol, dochází k postupnému hromadění genetických změn. Téměř vždy je u této skupiny nádorů mutován gen TP53, který kóduje p53 protein.

IMUNITNÍ SYSTÉM

Kromě genetických a biologických vlastností se HPV pozitivní a HPV negativní nádory liší i svým imunologickým pozadím. HPV pozitivní nádory vznikají na podkladě chronické virové infekce, která se z doposud ne plně jasných příčin vymkla kontrole imunitního systému. Jedním z možných vysvětlení může být dlouhodobá expozice virovým antigenům, která vede k aktivaci inhibičních a regulačních mechanismů a změně funkčního stavu imunokompetentních buněk. Vyčerpané (exhausted) či funkčně zablokované lymfocyty nedokáží eliminovat virem infikované buňky a může docházet k replikaci viru. Výše popsané působení virových onkoproteinů E6 a E7 vede ke vzniku maligního klonu buněk a progresi nádorového onemocnění. Pro HPV pozitivní nádory je typická lokalizace zejména v oblasti orofaryngu, konkrétně patrových tonzil a kořene jazyka, vzhledem k afinitě HPV infekce k lymfatické tkáni. Rozdíly v imunitní odpovědi u HPV pozitivních a HPV negativních nádorů usnadňují pochopení, proč HPV pozitivita nádoru znamená pro konkrétního pacienta příznivou prognostickou informaci. Nejenom, že v průběhu onkogeneze došlo k menšímu množství genetických změn, ale i imunitní systém je ve stavu, kdy po zevním impulzu, například v podobě onkologické léčby (radioterapie, některé typy chemoterapie, ale i chirurgická léčba), dokážou navodit účinnou obranou reakci, jak proti virovým tak nádorovým antigenům. Proč k této reakci nedojde u konkrétního pacienta před vznikem nádorového onemocnění a jaké impulzy jsou pro její spuštění třeba, není v tento okamžik známo a bude jistě předmětem dalšího zkoumání.

Z pohledu možností studia imunitního systému oddělujeme situaci v periferní krvi a situaci v nádorovém mikroprostředí, které spolu jistě funkčně souvisejí, ale je velmi složité posoudit vztahy a dynamiku hodnotit. Z parametrů hodnocených v periferní krvi (PK) jsme prokázali, že vyšší zastoupení CD4+CD25+ T lymfocytů v PK je společně s HPV pozitivitou nádorových buněk příznivým prognostickým parametrem (9). V nádorovém mikroprostředí byl prokázán signifikantní rozdíl mezi HPV+ a HPV- nádory v množství infiltrujících imunokompetentních buněk, a to jak CD8+ tak i CD4+ lymfocytů. Podskupiny CD8+ lymfocytů se signifikantně liší v produkci interferonu gamma (IFNg) i v produkci interleukinu 17 (IL-17) (10). Podskupiny CD4+ lymfocytů v tkáni nádorů se signifikantně odlišují v zastoupení naivních lymfocytů, ale nijak se neodlišují (relativně ani absolutně) v zastoupení Th1, Th17 a Treg lymfocytů. U HPV pozitivních nádorů je signifikantně zvýšeno zastoupení myeloidních dendritických buněk (mDCs) v nádorovém mikroprostředí. Hladiny prozánětlivých cytokinů IL-2, IL-17, IL-23 a IFNg a hladiny chemokinů CXCL9, CXCL10, CXCL12, CCL17 a CCL21 jsou signifikantně vyšší v nádorovém mikroprostředí HPV+ nádorů (10). Z klinického hlediska se velmi zajímavě jeví zvýšená hladina chemokinu CXCL12, jehož působením je stimulována migrační aktivita nádorových kmenových buněk a je prokázána větší tendence k metastazování (4). V případě HNSCC byl CXCL12 prokázán pouze u pacientů s metastatickým postižením, naopak jeho hladiny byly nulové, pokud pacient neměl prokázané uzlinové metastatické postižení (10). U HPV pozitivních a negativních nádorů se také liší zastoupení exprese regulačních genů Cox-2, PD-1, PD-L1 a Tim-3 na úrovni mRNA. Zatímco u HPV negativních nádorů je signifikantně zvýšená exprese Cox-2, naopak v HPV pozitivních nádorech převažuje exprese PD-1. Pokud je exprese vztažena na zastoupení CD45 pozitivních buněk, pak v HPV pozitivních nádorech signifikantně převažuje exprese mRNA PD-1, naopak u Tim-3 je signifikantně nižší. Jinými autory exprese PD-1 na infiltrujících lymfocytech korelovala s pozitivní prognózou onemocnění a HPV statusem (1). PD-1 a Tim-3 jsou imunoregulační molekuly (checkpoint molecules), které jsou exprimovány na celé řadě imunokompetentních buněk a na T lymfocytech jejich zvýšená exprese značící exhausted stav buňky (vyčerpaný, funkčně utlumený), často vyvolaný chronickou antigenní stimulací (chronická virová infekce, např. HPV). V expresi PD-1 a Tim-3 molekul v HPV pozitivních nádorech nacházíme možné vysvětlení, proč mají HPV pozitivní nádory lepší prognózu a skýtají naději na potvrzení zatím slibných prvních experimentů s použitím tzv. check-point inhibitorů v léčbě HNSCC, obdobně jako v léčbě jiných nádorových onemocnění s nejzávažnější prognózou (3, 5, 8).

ZÁVĚR

Trvalé vyléčení nebo alespoň dlouhodobá stabilizace maligních onemocnění při použití imunoterapie jsou dnes již realitou pro řadu onkologických pacientů. Budoucnost je spatřována v ovlivnění regulace imunitní odpovědi v kombinaci s přesnou individuální analýzou nádorových neoantigenů pomocí metod NGS (next generation sequencing) (11). Při znalosti přesného antigenního pozadí konkrétního pacienta (konkrétního nádoru) by bylo možné specificky in vitro nastimulovat TIL (tumor-infiltrating lymphocytes) a efektivnost jejich působení při zpětném podání pacientovi ovlivnit zablokováním imunoregulačních molekul, např. PD-1, Tim-3, CTLA-4. Nutností je však detailní porozumění regulaci imunitní odpovědi u různých maligních nádorů. Imunitní odpověď pacientů s HPV+ či HPV- HNSCC se zásadně liší a společně s množstvím molekulárně-genetických změn je možné v této odlišnosti nacházet vysvětlení prognostického významu HPV infekce pro pacienty s HNSCC.

Poděkování

Práce vznikla za podpory IGA MZ ČR, grant číslo: NT 11542–6.

Adresa ke korespondenci:

MUDr. Jan Bouček, Ph.D.

Klinika ORL a chirurgie hlavy a krku

1. LF UK v Motole

V Úvalu 84

150 06  Praha 5

e-mail: jan.boucek@fnmotol.cz