Абскопальный эффект: механизм возникновения и перспективы применения в терапии метастатических форм злокачественных опухолей

Несмотря на развитие программ скрининга, злокачественные новообразования (ЗНО) продолжают оставаться одной из ведущих причин смерти в мире. В настоящее время лечение онкологических заболеваний является мультимодальным. Для лечения различных видов ЗНО используется широкий арсенал различных методов лечения [1]. Их можно условно разделить на традиционные и «новые». Наиболее широко используемыми традиционными методами лечения являются хирургическое лечение, химио- и лучевая терапия (ЛТ), которые чаще всего используются в комбинации. К новым методам лечения можно отнести моноклональные антитела, гормональную терапию, блокаторы фактора роста эндотелия сосудов (анти-VEGF-препараты), иммунотерапию и некоторые другие группы препаратов [2].

Практически половина всех пациентов со ЗНО подвергается ЛТ в рамках различных схем лечения [3]. Ионизирующее излучение приводит к разрушению молекулярной структуры ДНК или формированию высокоэнергетических молекул, повреждающих опухолевые клетки [4]. Накопленные вследствие радиоактивного излучения повреждения приводят к программной гибели клетки – апоптозу или некроптозу [4–5]. В настоящее время используется несколько видов ЛТ. Наиболее распространенной является дистанционная ЛТ, которая с помощью линейного ускорителя позволяет облучать область опухоли и минимизировать повреждение окружающих здоровых тканей. Традиционно считалось, что эффект ЛТ ограничивается лишь областью воздействия, однако в 1953 г. была опубликована работа R.H. Mole, в которой впервые был описан феномен противоопухолевой регрессии в местах, которые не подверглись облучению [6]. Данное явление названо абскопальным эффектом (АЭ). В дальнейшем АЭ был описан в единичных клинических случаях, которые касались различных видов рака. В литературе представлены клинические случаи АЭ при гепатоцеллюлярной карциноме, аденокарциномах легких, почечно-клеточном раке, меланоме, а также различных вариантах лейкозов и лимфом.

Патогенез абскопального эффекта

Исходно считалось, что ЛТ обладает иммуносупрессивными свойствами вследствие чувствительности лимфоцитов к ЛТ [7]. При облучении всего тела перед трансплантацией стволовых клеток костного мозга нередко отмечается лимфоцитопе-ния. Показано, что различные типы лимфоцитов имеют неодинаковую степень чувствительности к радиации. При этом В-клетки и наивные Т-клетки обладают высокой радиочувствительностью, в то время как Т-клетки памяти, NK-клетки и Treg-клетки более устойчивы к излучению [8–10]. Однако исследования, посвященные АЭ, выявили, что именно стимуляция иммунной системы является одним из основных механизмов активации противоопухолевого ответа после ЛТ.

В экспериментальных работах на модели фибросаркомы показано, что для эффективного контроля опухолевого роста с помощью ЛТ у мышей с нормальной функцией Т-лимфоцитов требовалась меньшая доза излучения по сравнению с мышами с подавленной функцией. Кроме этого, риск развития метастатического поражения был выше у мышей с пониженным количеством Т-лимфоцитов [11]. В дальнейшем эти данные подтверждены S. Demaria et al., по данным которых ответ опухоли на ЛТ в комбинации с Flt3-L (лигандом, стимулирующим продукцию дендритных клеток) зависел от функции Т-лимфоцитов, мыши с Т-клеточным иммунодефицитом продемонстрировали отсут-

Актива ция синтеза N-

/ Activation nt II N-l synthesis

Активация I лимфоцитов

Опухоль под воздействием

ЛТ/ Tumor under the influence of radiation

Опухолевые клетки / итог ce s

Цитозольная диДНК/

Cytosolic dsDNA

Activation of

CD8+T lymphocytes

Reduction of distant metastatic foci

Созревание

ДНК/DNA maturation

Иммунотерапия/

Immunotherapy

Облучение/

Irradiation

Уменьшение отдаленных мстастатисти чески очагов/

Рис. 1. Схема патогенеза абскопального эффекта при лучевой терапии: cGAS – циклическая;

GMP-AMP – синтаза; STING – стимулятор гена интерферона; IFN-1 – интерферон 1; ДК – дендритные клетки;

DAMP – молекулярные фрагменты, ассоциированные с повреждением. Примечание: рисунок выполнен авторами Fig. 1. Scheme of pathogenesis of the abscopal effect during radiation therapy: cGAS – cyclic; GMP-AMP – synthase; STING – stimulator of interferon genes; IFN-1 – interferon 1; DC – dendritic cells; DAMPs – damage-associated molecular patterns. Note: created by the authors

Рис. 2. Схема абскопального эффекта на фоне комбинированной терапии.

Примечание: рисунок выполнен авторами Fig. 2. Scheme of the abscopal effect during combination therapy.

Note: created by the authors ствие противоопухолевого ответа на фоне комбинированной терапии [12].

Иммуноопосредованный противоопухолевый ответ основан на совместной работе различных звеньев иммунной системы (рис. 1, 2). Первичный противоопухолевый ответ опосредован дендритными клетками (ДК), которые осуществляют презентацию антигена, тем самым активируя Т-клетки [13]. Продемонстрировано, что гибель клеток, вызванная ЛТ, приводит к усилению презентации антигенов ДК и стимуляции Т-лимфоцитов с помощью Toll-Like Receptor 4 (TLR4) и интерферона 1-го типа (IFN-1) [14–15]. Еще одним важным звеном межклеточного взаимодействия является молекула клеточной адгезии ICAM-1 [16]. Исследования, в которых проводилась количественная оценка с помощью ПЭТ, продемонстрировали, что повышенная экспрессия ICAM-1 связана с лучшим ответом на ЛТ и более высокой частотой АЭ [17]. В другой работе выявлена положительная корреляция количества CD8+ и экспрессии ICAM-1. В этой же работе была подтверждена связь АЭ с иммунной системой путем ингибирования ICAM-1 и применения анти-CD8+ аутоантител, что приводило к нивелированию АЭ после ЛТ [18]. Важным элементом эффективного противоопухолевого ответа является изменение микроокружения опухоли и высвобождение радиационно-индуцированных хемокинов. Активация продукции хемокинов, в частности CXCL16, приводит к увеличению миграции и инфильтрации опухолевого микроокружения цитотоксическими Т-лимфоцитами [19]. В свою очередь, повышение продукции CXCL12 приводит к хемотаксису проонкогенных CD11b+ миелоидных клеток и ослаблению частоты возникновения апоптоза [20–21].

Некоторые работы продемонстрировали отрицательный вклад бета-адренэрической стимуляции на формирование АЭ. Норадреналин приводит к уменьшению активации Т-лимфоцитов, а блокада бета-адренорецепторов ведет к увеличению экспрессии рецепторов CXCR3/CXCL9, способствующих миграции Т-лимфоцитов в область опухоли. Применение бета-блокатора пропранолола при- водило к значимому увеличению концентрации молекул (IFNγ+, GzmB+, TNFα+ и T-bet+), способствующих активации CD8+ Т-лимфоцитов [22].

Еще одним звеном, которое играет важную роль в возникновении АЭ, является высвобождение молекулярных фрагментов, ассоциированных с повреждением ( damage-associated molecular pattern – DAMP ). Эти молекулы высвобождаются в ответ на некроптоз или иммунное повреждение опухолевых клеток вследствие облучения [23]. Такими молекулами являются кальретикулин, белок high-mobility group box 1 ( HMGB1 ), белки теплового шока, аденозин-5-фосфат [24]. Макрофаги активно выделяют HMGB1 , в то время как при некроптозе происходит пассивное увеличение концентрации, которая приводит к активации CD8+ T-клеток и увеличению IFN-γ, что, в свою очередь, приводит к дополнительному некротическому повреждению опухолевых клеток [25]. Презентация антигенов происходит посредством TLR рецепторов [26].

Одним из основных механизмов противоопухолевого ответа ЛТ является прямое разрушение связей двухцепочечной ДНК и формирование свободных радикалов, которые вторично приводят к структурным нарушениям ДНК опухолевой клетки [27]. Двухцепочечные разрывы приводят к наиболее серьезным нарушениям функционирования клетки и запуску запрограммированной смерти клетки. Цитозольные ферменты, в частности циклической GMP-AMP-синтазы ( cGAS ), которая связывается с двухцепочечной ДНК, приводят к возникновению каскада реакций, с увеличением продукции IFN I типа через активацию cGAS-STING сигнального пути [28]. По данным экспериментальных исследований, выраженность активации cGAS-STING в значительной степени зависит от дозы излучения.

Регуляция данного эффекта осуществляется в основном за счет продукции экзонуклеазы TREX1, которая влечет ослабление противоопухолевого иммунного ответа. Было продемонстрировано, что экспрессия TREX1 зависела от пороговых значений дозы облучения. В экспериментальной работе схема облучения 8 Гр × 3 не приводила к увеличению экспрессии TREX1 , в отличие от разовой дозы 20 и 30 Гр [29]. Применение препаратов анти-CTLA-4 в комбинации с различными дозами радиации на модели аденокарциномы молочной железы продемонстрировало различные эффекты. АЭ на фоне анти- CTLA-4 отмечался только у мышей, получающих дозу облучения по схеме 8 Гр × 3, в то время как разовое облучение 30 Гр не приводило к АЭ [30].

Влияние режима облученияна частоту абскопального эффекта

Наличию одной-единственной «идеальной» дозы облучения, которая является предиктором АЭ, противоречат некоторые клинические исследова- ния. В работе, посвященной оценке различных доз облучения на фоне пембролизумаба у пациентов с метастатическим немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ) или меланомой, фракционированная схема (8 Гр × 3) и разовая доза 17 Гр в равной степени приводили к возникновению АЭ даже в случаях с предшествующей резистентностью к анти-PD-1 препаратам [31].

Имеются данные о частоте возникновения АЭ на фоне комбинированного применения высоких и низких доз облучения. У мышей с 344SQ аденокарциномой легкого использование высокодо-зной стереотаксической ЛТ (H-XRT) первичного очага (12 Гр 3 раза) в комбинации с низкодозовым облучением отдаленных метастазов (1 Гр 2 раза) на фоне анти-PD1 + анти-CTLA-4-терапии продемонстрировало улучшение онкологических исходов по сравнению с монотерапией анти-PD1 + + анти-CTLA-4. Использование комбинированного протокола привело к увеличение инфильтрации опухолевых очагов NK-клетками и макрофагов М1, ассоциированных с опухолью [32]. Данный подход получил название RadScopal. Аналогичные результаты были получены в работе, посвященной комбинированной терапии RadScopal + анти- PD-1 + + анти-TIGIT [33].

Радиационное повреждение не всегда приводит к непосредственному некроптозу и апоптозу вследствие прямого повреждения ДНК. ЛТ способна изменять фенотип клеток, который повышает уязвимость опухоли для клетки иммунной системы. Происходит повышенная выработка иммуногенных антигенов ( MHC1, MUC1 , CEA ) и активация соответствующих специфических CD8+ Т-лимфоцитов [34–35].

На данный момент в исследованиях по оценке АЭ в рамках изолированной ЛТ представлено небольшое количество клинических случаев. Так, в систематическом обзоре Y. Abuodeh et al. [36] описано всего 46 клинических случаев АЭ на фоне лучевой терапии без использования ИИКТ. В настоящее время продолжаются исследования протокола прицельного облучения гипоксического сегмента опухоли SBRT-PATHY. В пилотном исследовании, включающем 33 пациентов, продемонстрированы обнадеживающие результаты. В ходе исследования с помощью ПЭТ и контрастной КТ определялась переходная область между некротическим ядром и периферической гиперваскуляризированной зоной. Облучение переходной зоны осуществлялось по протоколу 10–12 Гр от 1 до 3 фракций, при этом облучение отдаленных лимфатических узлов не выполнялось для оценки АЭ. После 9-месячного наблюдения ответ на ЛТ в переходной области отмечался у 96 %, АЭ – у 52 % пациентов, выживаемость без прогрессирования составляла 87 %, общая выживаемость – 70 %. Возможно, что такой подход является перспективным для применения в клинической практике, однако требуется подтверждение полученных данных в более крупных исследованиях [37].

Исследование по оценке интраоперационного облучения при лампэктомии (TARGIT-IORT) продемонстрировало результаты по выживаемости, сравнимые с дистанционной ЛТ, однако интересным открытием работы являлось то, что в группе TARGIT-IORT локальный рецидив не ухудшал выживаемость, в отличие от группы пациентов с дистанционной ЛТ. Авторы предполагают, что одним из возможных объяснений является интраоперационная травма в комбинации с лучевым повреждением и сопутствующей активацией иммунного ответа, которые в конечном итоге выражаются в АЭ на протяжении довольно длительного времени: средняя выживаемость после выявления местных рецидивов в группе TARGIT-IORT составила 8,7 года, а в группе дистанционной ЛТ – 6,1 года [38]. Эти данные указывают на необходимость индивидуализации дозы ЛТ для каждого вида опухоли, и даже относительно одного типа опухоли продолжаются исследования, которые направлены на поиск оптимальной дозы, позволяющей достигнуть максимальный иммуногенный ответ.

Абскопальный эффект в эру иммунной терапии

Опухолевые клетки способны вырабатывать механизмы, снижающие активность иммунного противоопухолевого ответа, в частности, это активация сигнального пути PD-1 путем взаимодей- ствия с лигандом PD-L1, который располагается на мембране опухолевой клетки [39]. Частота встречаемости данного лиганда в значительной степени зависит от вида опухоли и составляет 20–50 % от всех опухолей [40–41]. Другим наиболее важным рецептором, который приводит к ингибированию активности Т-лимфоцитов, является цитотоксический T-лимфоцит-ассоциированный антиген-4 (CTLA-4) [42]. Исследования в данной области привели к созданию целого ряда препаратов ингибиторов контрольных точек иммунного ответа (ИКТИ), позволяющих преодолевать резистентность опухоли к воздействию иммунной системы [38]. К таким препаратам относятся моноклональные антитела к PD-1, PD-L1 и CTLA-4 [43]. Следствием ингибирования этих рецепторов является потеря опухолевой клеткой инструментов ускользания от иммунного ответа организма и активации противоопухолевого ответа [44]. Исследования по частоте АЭ при иммунной терапии представлены в таблице.

Абскопальный эффектна фоне анти-CTLA-4-терапии

Доклинические и клинические исследования продемонстрировали эффективность анти-CTLA-4-терапии. В частности, при метастатической меланоме терапия ипилимумабом приводила к эффективному контролю заболевания и улучшению выживаемости, в связи с чем FDA одобрило применение данного препарата в клинической практике [44–46]. Использование анти-CTLA-4

Таблица/Table

Частота абскопального эффекта на фоне комбинированной терапии ИИКТ и ЛТ Frequency of the abscopal effect during combined therapy with ISCs and RT

Исследование/Study	Опухоль/Tumor	ГодYear	Системная терапия/ЛТ/ Systemic therapy/RT	Частота АЭ/ AE frequency
NCT02474186 [45]	Несколько типов/ Several types	2015	Терапия GM-CSF и химиотерапия/ GM-CSF therapy and chemotherapy; 35 Гр/10 фракций/35 Gy/10 fractions	27
ChiCTR-1900027768 [46]	Рак легкого/ Lung cancer	2021	Ниволумаб/Nivolumab; 4–50 Гр/5 фракции и гипофракционная брахитерапия/ 4–50 Gy/5 fractions and hypofractional brachytherapy	45,2
NCT02239900 [47]	Несколько типов/ Several types	2019	Ипилимумаб/Ipilimumab; 50–60 Гр/4–10 фракций/50–60 Gy/4–10 fractions	26
NCT03450967 [48]	Плоскоклеточный рак головы и шеи/ Squamous cell carcinoma of the head and neck	2021	Дурвалумаб и тремелимумаб/ Durvalumab and tremelimumab; Стереотаксическая радиохирургия/ Stereotactic radiosurgery	27,3
NCT02492568 [49]	Рак легкого/ Lung cancer	2021	Пембразумаб/Pembrasumab; 24 Гр/3 фракции или 50 Гр/4 фракции, или 45 Гр/15 фракций/ 24 Gy/3 fractions or 50 Gy/4 fractions or 45 Gy/15 fractions	41,7