Последнее десятилетие отмечено значительным прогрессом в иммунотерапии онкологических заболеваний. Были разработаны и успешно внедрены новые схемы лечения на основе ингибирования иммунных контрольных точек (ИКТ) как в моно-, так и в комбинированных режимах. Иммунотерапия, направленная на блокирование иммунологических контрольных точек: PD-1 (ниволумаб, пембролизумаб, пидилизумаб), PD-L1 (атезолизумаб, авелумаб, дурвалумаб) и CTLA4 (ипилимумаб), способствовала значительному увеличению продолжительности жизни больных, что подтверждают данные по общей выживаемости. В частности, исследование, проведенное в Калифорнийском университете с участием пациентов с немелкоклеточным раком легких, показало, что назначение пембролизумаба увеличило среднюю 5-летнюю выживаемость больных с 5,5 до 15% [1]. Тем не менее, независимо от режима лечения, во всех клинических группах существует значительная доля больных, не отвечающих на лечение ингибиторами ИКТ, что связано с формированием у них врожденной или приобретенной резистентности к используемым при иммунотерапии препаратам. К одному из возможных механизмов резистентности относится нарушение функционирования работы главных комплексов гистосовместимости (MHC-I или MHC-II), репрезентирующих пептиды CD8+ и CD4+ T-клеткам соответственно. В частности, показано, что снижение экспрессии MHC-I является одной из причин врожденной и приобретенной устойчивости к иммунотерапии у больных со злокачественными опухолями [2—5], а высокий уровень экспрессии белковых комплексов MHC-II коррелирует с увеличением продолжительности жизни без прогрессирования [6, 7].
В данной статье проанализированы последние данные об особенностях презентации антигена в раковых клетках с целью последующего использования этих сведений для совершенствования существующих и создания новых схем терапии опухоли. Поиск работ проводился в базах данных PubMed, PMC, Omicsonline, Embase.
Роль рецепторов главного комплекса гистосовместимости при формировании противоопухолевого иммунитета
В норме генетически измененные клетки элиминируются путем апоптоза. Однако в силу ряда генетических нарушений механизм его активации может быть блокирован, в результате чего клетка обретает способность к неконтролируемому делению, а вследствие изменения профиля экспрессии генов становится «невидимой» для иммунного надзора. Один из ключевых механизмов ускользания клеток опухоли от элиминирующего действия иммунной системы — активация экспрессии генов — негативных регуляторов иммунитета (рис. 1), в некоторых случаях в роли таких регуляторов могут выступать сами молекулы главного комплекса гистосовместимости. В частности, действие NK-клеток может быть блокировано повышенной экспрессией молекул MHC-I, активацией экспрессии трансмембранных гликопротеинов PVR (CD155) и лигандов рецептора программируемой смерти 1 и 2: PD-L1и PD-L2 (см. рис. 1, а). Необходимо отметить, что понижение экспрессии молекул MHC-I является триггером для NK-опосредованной гибели раковых клеток и имеет прямое отношение к опухолевой прогрессии [8].
Рис. 1. Механизмы резистентности клеток опухоли к действию клеточного иммунитета.
а — NK-клетки; б — фагоциты, макрофаги; в — лимфоциты.
Действие другой группы клеток врожденного иммунитета макрофагов блокируется высоким уровнем экспрессии антифагоцитарных мембранных белков, к которым относятся молекулы MHC-I, поверхностный клеточный гликопротеин CD47, сиалогликопротеин CD24 и лиганд PD-L1 (см. рис. 1, б) [9]. Установлено, что связывание молекул MHC-I с лейкоцитарным иммуноглобулиноподобным рецептором подсемейства B1 (LILRB1) также может являться причиной блокирования фагоцитарной функции макрофагов, что способствует ускользанию опухоли от действия иммунного надзора [10]. В то же время показано, что блокирование действия белка CD47 при помощи антител способствует активации эффекторной функции фагоцитов и может быть рассмотрено как одно из перспективных направлений иммунотерапии, направленной на элиминацию покоящихся опухолевых стволовых клеток с высокой экспрессией CD47 [11].
Эффективное функционирование клеточной компоненты приобретенного иммунитета напрямую зависит от структуры презентируемых молекулами MHC-I и MHC-II пептидов. Принято считать, что потеря опухолевыми клетками большинства иммуностимулирующих неоантигенов является одной из причин иммунорезистентности [12]. Как для активации T-лимфоцитов, так и для последующего T-опосредованного цитолиза опухолевых клеток комплексное взаимодействие молекул MHC и рецепторов T-клеток — обязательное условие. При распознавании антигена на поверхности антигенпрезентирующих клеток (АПК) активация наивных T-клеток возможна только после взаимодействия рецептора CD28, расположенного на T-клетке, с активирующими молекулами CD80 и CD86 на АПК. Это взаимодействие способствует высвобождению цитокинов, запуску и усилению иммунного ответа. Однако клетки солидных опухолей за счет активации экспрессии ряда мембранных белков способны блокировать эффекторную функцию T-лимфоцитов (см. рис. 1, в). Иммуносупрессорными свойствами на поверхности опухолевой клетки обладают лиганды рецептора программируемой смерти 1 и 2 — PD-L1 и PD-L2, бета-галактозидный лектиновый белок Gal-9, трансмембранный гликопротеин PVR (CD155), иммуноглобулины CD80 и CD86 при наличии молекул цитотоксического T-лимфоцитарного антигена-4 (CTLA4) на поверхности T-клеток, лиганд индуцируемого глюкокортикоидами TNF-рецептора (GITRL), рецептор фактора некроза опухоли (HVEM) и некоторые другие [13]. Тем не менее ключевым звеном подавления опухолевого роста при T-клеточном цитолизе является присутствие на поверхности опухолевой клетки специфичного антигена, способного индуцировать иммунный ответ.
Механизм презентации эндогенных антигенов
Молекула MHC-I представляет собой гетеродимер, состоящий из двух доменов: тяжелой α-цепи, кодируемой полиморфным человеческим лейкоцитарным антигеном (HLA), и инвариантной легкой цепи, называемой β2-микроглобулином (β2M) [14]. Существуют 3 классические тяжелые цепи HLA класса I, HLA A, B и C, которые кодируются тремя разными генами [15]. Такое разнообразие молекул MHC-I объясняется большим количеством пептидов, также известных как иммунопептиды, которые распознаются CD8+ T-клетками [16].
Нарушение синтеза тяжелой цепи MHC-I, β2M или любой другой субъединицы комплекса оказывается фатальным для презентации пептида на поверхности клетки и исключает какое-либо взаимодействие клетки опухоли и T-лимфоцита опухолеспецифичного клона [17].
Молекулы MHC-I способны презентировать только эндогенные пептидные антигены, которые образуются в результате протеосомной деградации (рис. 2). Протеосомный комплекс протеаз расщепляет эндогенные белковые молекулы до пептидов длиной 4—20 аминокислотных остатков. После протеолиза пептиды переносятся в эндоплазматический ретикулум (ЭР) транспортными белками (TAP1/TAP2), где загружаются в собранный комплекс α-тяжелой цепи молекулы MHC-I и β2-микроглобулина (β2M), после чего через аппарат Гольджи поступают на поверхность клетки. Перенесенные таким образом пептиды способны стимулировать иммунный ответ после взаимодействия с рецептором CD8 T-клетки [18]. Известны мутации, приводящие к дисфункции пути репрезентации эндогенных пептидов по этому механизму [5].
Рис. 2. Презентация антигена MHC-I.
Объяснение в тексте.
Механизм презентации экзогенных антигенов
Молекула MHC класса II состоит из двух нековалентно связанных между собой полипептидных цепей α и β. Обе цепи по строению сходны между собой и имеют по 2 домена (α1, α2 и β1, β2), трансмембранный сегмент и цитоплазматическую часть. При взаимодействии α1 и β1 образуется антигенсвязывающий сайт (щель Бьоркмана), в которой могут поместиться пептиды до 10—25 аминокислот. Молекулы MHC класса II расположены на мембране антигенпрезентирующих клеток (дендритных клеток, макрофагов, B-лимфоцитов, могут появляться на активированных T-лимфоцитах, фибробластах, эндотелиальных клетках).
В отличие от эндогенных антигенов, представляемых молекулами MHC-I, экзогенные антигены образуются иначе (рис. 3). В частности, оказавшиеся в кислой среде эндоцитарного пути чужеродные белки разрушаются протеазами, катепсинами и металлопротеазами. Их загрузка на подготовленную молекулу MHC-II происходит после слияния везикул, содержащих пептиды, с везикулами, содержащими молекулу MHC-II, где происходит обмен между CLIP-пептидом, расположенным в пептидсвязывающей борозде молекулы MHC-II, и пептидом, формирующим экзогенный антиген. Полностью собранная и загруженная молекула MHC-II переносится на поверхность и служит для стимуляции преимущественно CD4+ T-клеток. На β2-домене молекулы MHC класса II имеется участок, который взаимодействует с рецептором CD4 T-лимфоцита [19]. Для регуляции экспрессии молекул MHC-II важное значение имеет правильное функционирование сигнального пути JAK/STAT. Показано, что мутации в гене JAK способствуют развитию резистентности к иммунотерапии [20]. Ключевые различия между молекулами MHC-I и MHC-II представлены в таблице.
Рис. 3. Презентация антигена MHC-II.
Объяснение в тексте.
Основные характеристики молекул MHC-I и MHC-II
| Характеристика | MHC-I | MHC-II |
| Полипептидные цепи | Одиночная α-цепь (44—47 кДа), нековалентно связанная с цепью β2-микроглобулина (12 кДа) | Одиночная α-цепь (32—34 кДа), нековалентно связанная с одиночной β-цепью (29—32 кДа) |
| Расположение | Все ядерные клетки | Дендритные клетки, мононуклеарные фагоциты, B-лимфоциты, некоторые эндотелиальные клетки, эпителий тимуса |
| Состав антигенсвязывающих цепей | Домены α1 и α2 | домены α1 и β1 |
| Сайт связывания рецептора T-клеток | CD8 связывается с областью α3 | CD4 связывается с областью β2 |
| Размер пептидсвязывающей щели | Вмещает пептиды из 8—11 остатков | Вмещает пептиды из 10—25 остатков |
| Номенклатура у человека | HLA-A, HLA-B, HLA-C | HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP |
Экспрессия MHC-I в опухолевых клетках
Подавление экспрессии опухолеспецифичных молекул MHC-I (tsMHC-I) обнаружено при многих типах злокачественных опухолей, включая меланому, рак молочной железы, колоректальный рак, рак шейки матки и некоторые другие [21—23]. Показано, что потеря экспрессии tsMHC-I коррелирует с пониженной выживаемостью и более агрессивной формой течения болезни [24]. Типы дефектов, которые приводят к нарушениям презентации антигена молекулами MHC-I, можно разделить на две группы: «тяжелые поражения» (т.е. связанные с нарушением первичной структуры ДНК и не поддающиеся лечению) и «легкие поражения» (т.е. без вовлечения ДНК и потенциально терапевтически поддающиеся лечению) [25].
Сегодня известно, что большинство так называемых легких поражений связано с дисфункцией сигнальных путей JAK/STAT или NF-κB. В раковой клетке через рецепторы цитокинов происходит активация JAK/STAT пути, которая ведет к усилению экспрессии регуляторного фактора интерферона-1 (IRF-1) и Nod-подобного рецептора (NLRC5) [26], что в конечном итоге способствует усилению транскрипции генов, регулирующих презентацию антигена, включая тяжелые цепи MHC I, β2M, TAP, тапазин, ERAP1 и др. [27]. Показано, что в клетках меланомы дефекты IFN-γ-индуцируемой экспрессии HLA-I вызваны отсутствием фосфорилирования тирозина STAT-1 или эпигенетически обусловленным нарушением трансактивации фактора IRF-1 [28]. Другими регуляторами активной экспрессии генов АПК являются транскрипционные факторы семейства NF-κB: NFkB1 (p50), NFkB2 (p52), RelA, RelB и c-REL, которые образуют комплексы с ингибиторными белками семейства IkB, что делает их неактивными. Повышенная экспрессия ингибиторных белков или подавление экспрессии NF-κB ведет к подавлению экспрессии молекул MHC-I [29]. У пациентов с меланомой была выявлена связь между повышением экспрессии и благоприятным ответом на терапию [30].
Регуляторная роль транспортного белка TAP при презентации антигена
Функция TAP заключается в транспортировке пептидов в просвет ЭР для последующей загрузки их на молекулы MHC-I [31]. Подавление экспрессии TAP ведет к уменьшению количества комплексов MHC-I на клеточной мембране, а при наличии опухолевого антигена — к уклонению клеток опухоли от действия клонспецифичных цитотоксических T-клеток [32]. Дефицит TAP чаще встречается на более поздних стадиях развития опухоли, что коррелирует с уменьшением количества инфильтрирующих опухоль лимфоцитов и может быть использовано в качестве индикатора неблагоприятного прогноза [33]. Однако значение колебаний уровня экспрессии ТАР для прогрессии опухоли неоднозначно [34]. В частности, A. Henle и соавт. [35] показали, что на ранних стадиях рака молочной железы уровни экспрессии TAP имели низкие значения, вплоть до полного отсутствия. Однако по мере прогрессирования опухоли уровень экспрессии TAP увеличивался. При раке яичников повышенная экспрессия TAP связана с неблагоприятным прогнозом, она способствует миграции и метастазированию опухоли in vivo и in vitro [36]. При раке прямой кишки низкая экспрессия TAP коррелировала с плохим прогнозом [33]. Z. Wang и соавт. [37] обнаружили, что высокая экспрессия TAP положительно коррелирует с экспрессией многих иммуномодулирующих генов. На ранних стадиях светлоклеточного почечно-клеточного рака (стадии I и II) она увеличивалась пропорционально опухолевой прогрессии. Показано, что высокая экспрессия TAP способствует метастазированию опухоли. Очевидно, что дальнейшие исследования в этой области могут оказаться полезными при совершенствовании существующих схем терапевтического лечения.
Роль пептидаз ERAP1 и ERAP2 при презентации антигена
Часть презентируемых молекулой MHC-I пептидов подвергается дополнительным модификациям. Показано, что около 25% антигенных пептидов, достигающих клеточной поверхности и связанных с молекулами HLA класса I, укорачиваются на N-конце с помощью ER-аминопептидаз ERAP1 и ERAP2 [38]. Первые доказательства того, что потеря функции ERAP1 вызывает изменения иммунного ответа, получены в ранних исследованиях на моделях мышей [39]. В работах D. Koumantou и соавт. [40] продемонстрировано, что ингибирование ERAP1 в клеточной линии меланомы увеличивает экспрессию пептидов с высокой степенью связывания с молекулами HLA класса I. В другом модельном исследовании при ингибировании аминопептидазы с помощью siRNA наблюдали эффективный противоопухолевый ответ за счет повышения чувствительности к анти-PD-1-иммунотерапии [41]. Было предположено, что ингибирование активности ERAP1, приводящее к образованию нового иммунопептида, может представлять собой терапевтическую стратегию для усиления противоопухолевых иммунных ответов.
Экспрессия MHC-II в опухолевых клетках
Механизмы MHC-II-опосредованного уничтожения опухоли также активно изучаются в последнее время [42—44]. В частности, Y. Yang и соавт. [6] обнаружили связь между высоким уровнем экспрессии молекул MHC-II и увеличением продолжительности жизни без прогрессирования у пациентов с немелкоклеточным раком легкого после лечения иммунопрепаратами. Похожий результат получен у больных раком молочной железы, эффективность курса иммунотерапии которых положительно коррелировала с уровнем экспрессии молекул MHC класса II [7]. Также сообщалось, что эффективность иммунотерапии можно прогнозировать по уровню экспрессии молекул MHC-II при раке молочной железы [45] и меланоме [19, 46]. R. Yi и соавт. [47] показали, что повышение экспрессии MHC-II является благоприятным и независимым прогностическим фактором для рака мочевого пузыря после иммунотерапии. Авторы обнаружили, что опухоли с высокой экспрессией MHC-II характеризовались повышенной инфильтрацией иммунных клеток и усиленным противоопухолевым иммунитетом [47]. Было высказано предположение, что одним из механизмов уклонения от иммунного ответа может являться подавление экспрессии MHC-II опухолевыми клетками [48].
Экспрессия MHC-I при ответе на иммуно- и химиотерапию
В нескольких исследованиях прослеживается связь между низким уровнем экспрессии MHC-I и устойчивостью к иммунотерапии [49—51]. Показано, что подавление экспрессии MHC-I может являться результатом лечения. С другой стороны, использование некоторых традиционных схем терапии способствует активации иммунного ответа. В частности, комбинированное лечение IFN-α с 5-фторурацилом приводило к увеличению экспрессии MHC-I посредством активации STAT1/2 на моделях рака поджелудочной железы у мышей [52]. Повышение поверхностной экспрессии молекул MHC-I наблюдали при назначении некоторых ингибиторов топоизомеразы (топотекан, иринотекан и этопозид), стабилизаторов микротрубочек (паклитаксел и винбластин), цисплатина и ионизирующего излучения [53—55]. Было предположено, что данный эффект связан со стабилизацией комплексов NFkB в цитозоле и экспрессией IFNβ. Интересные данные получены при использовании ингибитора ангиокиназы нинтеданиба на мышах. Показано, что нинтеданиб увеличивает инфильтрацию и активацию T-клеток, усиливает IFN-γ-зависимую MHC-I-опосредованную презентацию антигена [56].
Эти исследования демонстрируют, что химиотерапевтические препараты могут, помимо прямой индукции клеточной гибели, также участвовать в усилении презентации опухолеспецифичных антигенов, что свидетельствует в пользу целесообразности использования комбинированных схем лечения при раке [48].
Экспрессия MHC-II при ответе на иммуно- и химиотерапию
Для ряда препаратов показано, что повышенная экспрессия молекул MHC-II ассоциирована с лучшей лекарственной чувствительностью. В частности, в группе с повышенной экспрессией MHC-II наблюдали более эффективное лечение препаратами цисплатин, доцетаксел, сунитиниб и NU.7441 при раке молочной железы [47]. Сообщалось, что NU.7441 влияет на иммунобиологию опухолевых клеток и T-клеток при меланоме. Обнаружено, что он повышает эффективность лечения при использовании анти-PD-L1-иммунотерапии [57]. Повышенная экспрессия MHC-II коррелировала с выживаемостью у пациентов с лимфомой Ходжкина, которые получали иммунотерапию PD-1 [58]. R. Yi и соавт. [47] предположили, что у пациентов с повышенной экспрессией MHC-II при раке молочной железы эффективность лечения препаратами для иммунотерапии будет лучше при использовании комбинированных схем лечения на основе препаратов, перечисленных выше. Авторы также выявили другие лекарственные средства, которые могут быть эффективны в сочетании с иммунотерапией. К ним относятся ингибиторы KIT (дазатиниб и сунитиниб), ингибиторы рецептора PDGFR (дазатиниб и сунитиниб), ингибитор CDK (CGP-60474) и ингибитор тубулина. Повышенная экспрессия MHC-II может способствовать усилению противоопухолевого иммунного ответа. Дальнейшее изучение регуляции экспрессии MHC-II в опухолях различной локализации будет способствовать расширению существующих представлений в области иммунотерапии рака.
Заключение
В данной статье собраны последние сведения, характеризующие особенности презентации антигенов в опухолях. Рассмотрен вклад молекул главного комплекса гистосовместимости в феномене ускользания опухоли от иммунного надзора. Показано, что повышенная экспрессия молекул MHC-II практически всегда ассоциирована с лучшей эффективностью лечения и увеличением продолжительности жизни больных, чего нельзя сказать о молекулах MHC-I, повышенная экспрессия которых может быть ассоциирована с плохим прогнозом. Рассмотрены данные об изменении экспрессии при воздействии иммуно- и химиотерапии. Дальнейшее изучение регуляции экспрессии MHC-I и MHC-II в опухолях в зависимости от применяемых терапевтических препаратов может оказаться полезным для совершенствования старых и создания новых схем лечения.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.