Противоопухолевые вакцины - перспективное терапевтическое направление в онкологии

Г. П. Потебня
К. м. н., заместитель директора по научной работе Института экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им. Р. Е. Кавецкого НАН Украины, г. Киев

Ограниченные возможности лечения поздних стадий онкологических заболеваний методами хирургии, химиотерапии, лучевой и гормональной терапии делают актуальными поиск и разработку других способов сохранения жизни таких больных. В частности, большие надежды связывают с развитием методов иммунотерапии, из которых наиболее перспективно создание противоопухолевых вакцин. Еще Пауль Эрлих, один из родоначальников современной медицины, видел в них ключ к решению проблем злокачественных новообразований. С тех пор прошло более ста лет, достигнут колоссальный прогресс в понимании природы и механизмов развития злокачественных новообразований, но и сегодня создание эффективных противоопухолевых вакцин полностью сохраняет свое значение и актуальность. Это подтвердил Всемирный конгресс онкологов, состоявшийся в Рио-де-Жанейро в 1998 году, на котором создание вакцин было выделено как одно из трех наиболее перспективных направлений в онкологии (наряду с разработкой технологий для создания моноклональных противоопухолевых антител и фактором питания в профилактике онкологических заболеваний).

Закономерности злокачественного роста

Принцип действия противоопухолевых вакцин основывается на усилении противоопухолевой защиты, заложенной в природе иммунитета здорового человека. Почему иммунная система не справляется со злокачественно трансформированными клетками и нуждается в помощи извне? Проблема заключается в природе самой опухоли и закономерностях злокачественного роста.

Во-первых, опухоль происходит из тканей организма и ее отличие (степень чужеродности) от здоровых клеток не столь значительно, чтобы вызвать выраженный иммунный ответ. Опухольассоциированные антигены (ОАА) обладают слабой иммуногенностью в отличие от антигенов бактерий или вирусов, обнаруживающих более выраженные различия, то есть более сильные антигенные свойства, которые используются при создании эффективных (антибактериальных, противовирусных) вакцин.

Во-вторых, в формирующейся опухоли действует механизм отбора клеток, способных наиболее эффективно противодействовать системе иммунного надзора, что поддерживает выживание злокачественно трансформированных клеток и таким образом содействует формированию их клона.

В-третьих, растущая опухоль угнетающе влияет на иммунитет и оказывает общее токсическое действие на организм больного.

В-четвертых, добавляется иммунодепрессивный эффект противоопухолевой химиотерапии и облучения.

Перечисленные факторы обусловливают недостаточность противоопухолевого иммунитета, а именно: ускользание злокачественных клеток от иммунного надзора и повышение их устойчивости к действию механизмов иммунитета по мере увеличения массы опухоли. Как показывают расчеты, при количестве опухолевых клеток на уровне 109 иммунологические защитные механизмы оказываются неэффективными. Между тем, это количество клеток является близким к минимуму необходимому для проявления первых симптомов новообразования. При массе клеток 10’ опухоль клинически себя не обнаруживает, хотя и доступна для диагностики с помощью определения соответствующих маркеров — ракового эмбрионального антигена, СА-125 (при раке яичников) и других. Понимание этих закономерностей позволяет сделать важный вывод о том, что использовать иммунотерапию необходимо на ранних стадиях процесса, пока опухоль слабо вооружена собственными факторами защиты, или после максимального уменьшения опухолевой массы (выполнения так называемых циторедуктивных операций), как метод противорецидивного и антиметастатического лечения, когда прогноз болезни зависит от эффективного подавления уцелевших злокачественных клеток. Отсюда следует логичное заключение о возможностях и перспективах применения противоопухолевых вакцин.

Противоопухолевые вакцины и их место в общей стратегии лечения онкопатологии

Сегодня разработаны методы получения противоопухолевых вакцин и определено их место в общей стратегии профилактики и лечения онкопатологии. Дальнейшие задачи состоят в том, чтобы повысить их эффективность, сделать доступными для онкологических больных, включить в повседневную лечебную практику.

Противоопухолевые вакцины содержат ОАА, которые стимулируют образование цитотоксических антител и активацию цитотоксических лимфоцитов (ЦТЛ), направленных против опухоли. Иммуногенные ОАА могут быть ассоциированы с целыми или лизированными опухолевыми клетками, а также получены из них в частично или полностью очищенном виде.

За последнее десятилетие открыто множество ОАА человека, распознаваемых ЦТЛ. Применение генетических и биохимических подходов позволило идентифицировать три класса таких антигенов, большую часть которых составляют пептиды, презентируемые Т-клеткам HLA-молекулами. Первый класс включает ОАА, которые экспрессируются клетками опухолей различных гистологических типов, но отсутствуют в клетках нормальных тканей (за исключением семенников). Второй класс — антигены, специфичные исключительно для меланомы и нормальных меланоцитов, например тирозиназа, gp 100, gp 75. Третий класс — антигены, возникающие в результате уникальных точечных мутаций в генах, экспрессирующиеся в различных тканях. Кроме того, обнаружены опухолевые антигены немеланомного происхождения. Список ОАА, распознаваемых ЦТЛ, постоянно пополняется.

Наиболее простой способ изготовления вакцин — использование интактных инактивированных опухолевых клеток (ОК) либо аутологических (клетки от того же больного, для которого и готовится вакцина), либо аллогенных (от разных пациентов). Клетки инактивируют ионизирующим излучением. Другой способ изготовления вакцин методически более сложен и заключается в получении экстрактов из ОК. Преимуществом этих вакцин является то, что они не требуют инактивации облучением, а отдельные компоненты клеток, в том числе белки, более адекватны, нежели интактные ОК, для фагоцитирования и процессинга макрофагами, что может приводить к амплификации иммунного ответа. На сегодняшний день изготовляют вакцины на основе отдельных компонентов опухолевой клетки — пептидов, белков теплового шока, полисахаридов и других.

Эффективность противоопухолевых вакцин можно усилить путем повышения иммуногенности опухолевых антигенов, что достигается различными методами: химической модификации при помощи гаптенов, модификации непатогенными вирусами и бактериями, трансфекции генов, кодирующих продукцию иммуностимулирующих цитокинов, таких как гранулоцит-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ) и другие.

Казалось бы, найденные способы целенаправленного усиления антигенности опухолевых клеток, стимуляции адаптивного иммунитета должны приводить к развитию цитотоксической противоопухолевой реакции. Однако усиление антигенности является лишь частью решения этого вопроса, так как существуют и другие проблемы. Опухоль характеризуется не только множественностью своих антигенов, но и повышенной мутационной активностью (нестабильностью генома) с дальнейшим усилением признаков злокачественности. Этот процесс сопровождается постоянным изменением антигенного спектра, и можно заведомо предположить появление новых, недостаточно изученных антигенов. Например, подсчитано, что при раке кишечника у человека наблюдается около 11 тысяч нарушений генома, которые могут служить причиной экспрессии аномальных или сверхэкспрессии индивидуальных клеточных антигенов. В таких условиях остается важнейшим оптимальный выбор антигена (или группы антигенов), предназначенных для создания искусственной вакцины. Здесь очевидное преимущество сохраняется за аутовакцинами, содержащими весь спектр антигенов, против которых предполагается выработать иммунный ответ,

в том числе индивидуальные и стадиоспецифические антигены, отличающие развитие опухолевого процесса у конкретного больного.

Безусловно, аутовакцины имеют свои слабые стороны, в первую очередь, их использование не дает удовлетворительного результата при всех заболеваниях. Судьба каждого больного во многом зависит от индивидуальных особенностей противоопухолевого иммунитета, поэтому результат применения вакцин не всегда удается предвидеть. Как бы то ни было, аутовакцина является сегодня наиболее действенным средством специфической иммунотерапии опухолевой болезни.

Использование микробных факторов для стимуляции противоопухолевого иммунитета

Клиническая онкология имеет большой опыт использования микробных факторов для стимуляции неспецифического противоопухолевого иммунитета, прежде всего, это — вакцина БЦЖ. Имеющиеся данные убеждают в эффективности аутовакцин. В США разработана и успешно применяется (D. Berd et al., 1998) вакцина, основанная на модификации аутологичных опухолевых клеток гаптеном динитрофенилом (ДНФ). Ее изготавливают из клеток меланомы больного (ДНФ-модифицированный антиген меланомы + БЦЖ) и вводят трехкратно внутрикожно. Вакцина инициирует уникальные реакции — развитие воспаления и рассасывание отдельных очагов метастазирования меланомы. Выживаемость больных значительно выше, чем при других методах лечения (в частности, терапии интерферонами, наиболее эффективной при меланоме).

В работе, выполненной в Европе (D.В. Vermorken et al., 1999) и опубликованной в английском журнале Lancet, продемонстрированы убедительные положительные результаты использования вакцины, изготовленной из операционного материала больных раком толстого кишечника в сочетании с БЦЖ. Такое лечение сокращает риск развития рецидива на 42-61%.

Упомянутые публикации, в которых описаны наиболее известные и подробно задокументированные случаи масштабного применения аутовакцин, подводят итог исследованиям и разработкам последнего десятилетия. Между тем, в научно-исследовательских учреждениях Украины, в первую очередь в Институте экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им. Р.Е. Кавецкого, исследования, направленные на создание аутовакцин, проводятся уже более 20 лет, а первые данные о результатах использования таких вакцин в клинической практике получены еще в начале 80-х годов.

Приоритет в этой области принадлежит профессору Д.Г. Затуле и его ученикам. Их версия действенной аутовакцины связана прежде всего с выбором адъюванта, усиливающего иммунный ответ. В результате изучения свойств различных микроорганизмов в качестве такого адъюванта был выбран Bacillus mesentericus AB-56. Работы, выполненные Д.Г. Затулой, позволили установить наличие у этого микроорганизма свойств противоопухолевого антибиотика. Дальнейшие исследования подтвердили правильность этого выбора. В. mesentericus AB-56 успешно культивировали на субстратах, содержащих опухолевую ткань, а адъювантный фактор, предназначенный для обработки опухолевого материала, выделяли из его культуральной среды. Этот фактор представляет собой белок с выраженной иммуногенной активностью: он вызывает агглютинацию и гибель опухолевых клеток, а также повышает иммуногенность ассоциированных с опухолью антигенов.

В результате применения изготовленной таким путем вакцины стимулируется активность механизмов противоопухолевого иммунитета: возрастают активность натуральных киллеров и специфических Т-лимфоцитов, а также уровень комплементзависимых цитотоксических антител, отмечается общая активизация иммунной системы, повышается пролиферативный индекс центральных (вилочковая железа) и периферических (лимфоузлы, селезенка) органов иммунитета, что указывает на вовлечение в иммунный процесс мононуклеарных фагоцитов (дендритных клеток) с последующей стимуляцией лимфоидной ткани. Вакцинация в послеоперационный период подавляет жизнеспособность оставшихся опухолевых клеток и таким путем предотвращает или замедляет развитие метастазов и рецидивов.

В результате экспериментальных исследований, проводившихся на протяжении ряда лет в Институте экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии, создана и предложена для клинических испытаний противоопухолевая вакцина первого поколения. Основная часть клинических испытаний проведена в клиниках Института онкологии АМН Украины, а детальное изучение параметров вакцинации и независимая оценка полученных данных — на базе Российского онкологического центра (г. Москва). Результаты полностью подтвердили высокую эффективность вакцины. Следует подчеркнуть, что исследования на этапе клинической апробации осуществлялись с использованием метода рандомизации, что позволило исключить субъективный фактор при оценке результатов. Новизна и эффективность нового метода лечения подтверждены патентом Украины как способ получения оригинальной противоопухолевой вакцины.

В настоящее время параллельно проводятся экспериментальные исследования и клинические испытания вакцин второго и третьего поколений, обладающих более высоким иммуногенным потенциалом и безопасных в применении, совершенствуются способы их получения и изготовления.

К настоящему времени собран большой материал, подтверждающий эффективность применения вакцины при опухолевых заболеваниях с различными локализациями и стадиями процесса.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.

Применение вакцинотерапии повышает качество и улучшает перспективы лечения онкологических больных: снижает вероятность развития рецидивов и появления метастазов заболевания, увеличивает продолжительность жизни больных.

Оригинальная вакцина, созданная в Институте экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии, по уровню эффективности и безопасности применения соответствует мировым стандартам специфической иммунотерапии опухолей.

Иммунотерапия рака стоит на пороге важных открытий, включая создание новых вакцин с использованием инфекционных (бактериальных и вирусных) факторов, имеющих сродство с определенными видами ткани или общность с этиологическими факторами развития предопухолевых заболеваний (вирус папилломатоза человека — для рака шейки матки, вирус Эпштейна-Барр — для лимфом, вирусы гепатитов С и В — для рака печени, антигены Helicobacter pylori — для рака желудка).

Перспективы создания новых классов противоопухолевых вакцин

Перспективность этого направления была предсказана многими исследованиями и гипотезой Д.Г. Затулы об общности микробных и опухолевых антигенов и возможности практического использования этой закономерности. Эти предпосылки послужили основанием и для создания описанной выше аутовакцины, применение которой отнюдь не исчерпывает проблему, но является действенным шагом, способствующим повышению эффективности профилактики и лечения онкологических заболеваний.

Отдельное направление иммунотерапии опухолей развивается на основе прямой ДНК-вакцинации, главным моментом которой является использование плазмидных ДНК, способных к репликации под контролем эукариотических промоторов. Введенная ДНК не интегрируется с геномом, а существует в виде эписомы длительное время. Усиление синтеза белков, в том числе молекул главного комплекса гистосовместимости 1 класса, цитокинов после введения соответствующих генов способствует индукции клеточного противоопухолевого иммунитета. Мишенями для противоопухолевого иммунного ответа могут служить гликолипиды, гликопротеиды, антигены дифференцировки (MAGE, тирозиназа, Melan-A, gp 75), продукты онкогенов и другие, синтез которых запускается введением соответствующих последовательностей ДНК.

Разработан ряд способов внедрения ДНК в клетку: баллистический метод, при котором микрошариками золота, покрытыми ДНК, бомбардируется поверхность клеток; метод электропорации, введение ДНК тонкой иголкой внутрикожно или методом скарификации при лечении больных с меланомой и другими опухолями кожи. ДНК может вводиться в составе катионных или pH-зависимых липосом, а также в составе рекомбинантных вирусов.

Новый класс специфических противоопухолевых вакцин разрабатывается на основе идиотипических детерминант иммуноглобулинов. Основной функциональной особенностью этих детерминант иммуноглобулинов является их способность индуцировать образование антител против антигена, использованного для иммунизации. Клетками-мишенями для антиидиотипических антител (АIАT) могут быть не только В-лимфоциты, имеющие иммуноглобулиновые рецепторы определенной специфичности, но и регуляторные Т-лимфоциты.

Установление факта, что антигенпредставляющие клетки играют важную роль не только в презентации, но и в превращении конформационного эпитопа в линейный, привело к экспериментам, в которых эти клетки, «нагруженные» опухолевыми антигенами, используют в качестве противоопухолевых вакцин.

Большие надежды возлагаются на иммунотерапию больных со злокачественными опухолями при помощи адаптивного переноса дендритных клеток (ДК), которые способны инициировать специфический противоопухолевый иммунный ответ, опосредованный цитотоксическими лимфоцитами. Уникальность функции ДК определяется их способностью к интернализации, процессингу и презентации антигенов наивным Т-лимфоцитам, то есть клеткам, ранее не подвергавшимся воздействию данного антигена. Этой способностью не обладают другие антигенпредставляющие клетки, такие как макрофаги или В-лимфоциты. Обычно зрелые ДК получают in vitro из CD34+ костномозговых предшественников или популяции моноцитов периферической крови. В настоящее время проводятся клинические испытания эффективности адаптивного переноса нагруженных опухолевыми антигенами ДК при метастазирующей меланоме, неходжкинской лимфоме и раке различных локализаций.

В заключение следует отметить, что, хотя перспективность использования противоопухолевых вакцин в онкологии можно считать установленной, их внедрение в клиническую практику ограничивается высокой стоимостью, а также довольно сложной технологией изготовления, требующей высококвалифицированного персонала и соответствующего оснащения. Можно надеяться, что разработка новых методов и совершенствование существующих технологий получения противоопухолевых вакцин позволят уже в ближайшее время использовать их в качестве доступного метода лечения онкологических больных.

Литература

1. Гриневич Ю. А., Фильчаков Ф. В. Адаптивная иммунотерапия и ее влияние на эффективность лечения больных онкологического профиля // Онкология, 2003, т.5, №2, с. 90-95.
2. Дейчман Г.И. Естественный отбор и ранние изменения фенотипа опухолевых клеток in vivo: приобретение новых механизмов защиты // Биохимия, 2000, № 65, с. 92-111.
3. Затула Д.Г. Микроорганизмы, рак и противоопухолевый иммунитет. К., Наукова думка, 1985, 213 с.
4. Модуляция иммуногенной активности опухолевых клеток с помощью продуктов метаболизма Вас. mesentericus AB-56 / Потебня Г.П., Семерников В.А., Хуторной С.В. и др. // Экспериментальная онкология, 1999, № 3, с. 175-180.
5. Москалева Е.Ю., Северин С. Е. Перспективы создания противоопухолевых вакцин с использованием дендритных клеток человека // Иммунология, 2002, т.23, №1, с. 8-15.
6. Потебня Г.П., Лисовенко Г.С., Ялкут С.И. Противоопухолевые аутовакцины: перспективы применения // Доктор, 2002, №2.

Статья опубликована на сайте http://www.medafarm.ru