Иммунорегуляторные функции ингибиторов PD-1/PD-L1 и развитие к ним резистентности

С внедрением в клиническую практику ингибитора CTLA-4 при метастатической меланоме проведен ряд исследований по изучению ингибиторов других контрольных точек, таких как PD-1/PD-L1, продемонстрировавших еще большую эффективность и более благоприятный токсический профиль [1, 2, 3]. В частности, ингибиторы чекпоинтов продемонстрировали высокую эффективность в более чем 15 видах рака, включая меланому, немелкоклеточный рак легкого, почечно-клеточный рак, рак мочевого пузыря, лимфома Ходжкина [4]. FDA были одобрены ингибиторы: PD-1 ниволумаб – для лечения немелкоклеточного рака легкого, метастатической меланомы, почечно-клеточного рака; PD-1 пембролизумаб – немелкоклеточного рака легкого, метастатической меланомы; PD-L1 атезолизумаб – в терапии больных метастатическим уротелиальным раком [3].

В то время как CTLA-4 регулирует активацию наивных Т-клеток и клеток памяти путем вовлечения TCR ( T-cell receptor ) , PD-1 ограничивает активность эффекторных Т-клеток в тканях на периферии во время воспалительного ответа на инфекцию или рак, тем самым ограничивая аутоиммунитет [5].

Programmed cell death-1 (PD-1) – ко-стимуляторный рецептор семейства CD28, играющий ключевую роль в толерантности к опухолевым клеткам [6, 7]. Взаимодействие PD-1/PD-L1 ингибирует пролиферацию Т-лимфоцитов, выживаемость и эффекторные функции (цитотоксичность, секреция цитокинов), индуцирует апоптоз антиген-презентирующих Т-клеток, способствует дифференцировке CD4+Т-клеток в FOXP3+ регуляторные клетки, обеспечивает резистентность опухолевых клеток к цитотоксическому ответу [8, 9, 10, 11]. Все это находит свое отражение в механизмах резистентности в опухолевом микроокружении. Экспрессия PD-1 индуцируется, когда Т-клетки становятся активированными [12]. Связываясь с одним из лигандов, PD-1 ингибирует киназы, которые вовлечены в активацию Т-клеток, через фосфотазы (SHP-1 и SHP-2), тем самым ингибируя сигнальный путь

T-клеточного рецептора (TCR) PI3K/Akt [13, 14]. При сравнении профиля экспрессии гена Т-клеток, подвергнутых антителам к PD-1 и CTLA4, было выявлено, что PD-1 обладает гораздо более выраженной ингибирующей способностью. Более того, CTLA-4 не контролирует ген выживания Bcl-XL, то есть только PD-1 потенциально индуцирует апоптоз Т-клеток [15].

Существуют также альтернативные сигнальные пути, определяющие врожденную и приобретенную иммунную резистентность (рис. 1). Конститутивная экспрессия лиганда PD-1 может определяться онкогенами EGFR и ALK при немелкоклеточном раке легкого и делецией или потерей супрессорного гена PTEN при некоторых видах глиобластом. Повышенная экспрессия PTEN и/или блокирование Akt/mTOR пути приводят к поддержанию и промоции индуцируемых Т-регуляторных клеток. Потеря гена PTEN способствует увеличению экспрессии PD-L1, PD-1 путь может активировать отрицательную обратную связь для сдерживания собственной функции [16, 17, 18]. В свою очередь, большинство опухолей экспрессирует PD-L1 в ответ на провоспалительные цитокины (такие, как интерферон гамма, TNF) для предотвращения иммунного ответа, что называется приобретенной иммунной резистентностью [19, 20, 21, 22].

PDL1 PD-1

МНС Peptide \    I TCR

А. Первичная резистентность

Конститутивный онкогенный сигналинг индуцирует экспрессию PD-L1опухолевыми клетками

Ругуляция экспрессии

PD-L1, индуцированная Т-клеткой

Рисунок 1. Первичная и приобретенная резистентность [22]

PD-1/PD-L1 путь регулирует как периферическую, так и центральную толерантность. В тимусе PD-L1 экспрессируется на тимоцитах, в корковом и мозговом веществе тимуса [23]. Толерогенные дендритные клетки экспрессируют PD-L1 и PD-L2, редуцируют начальную фазу активации и экспансии самореактивных Т-клеток [24]. PD-1 путь также модулирует реактивность, экспансию и эффекторные функции Т-клеток [25]. Наравне с CTLA4 на Т-регуляторных клетках экспрессируются PD-1 и PD-L1. Более того, PD-L1 способствует дифференцировке наивных CD4+Т-лимфоцитов в индуцируемые CD4+FOXP3+Т-регуляторные клетки [26].

PD-1 имеет 2 потенциальных лиганда – PD-L1 (B7H1 и CD274) и PDL2 (B7DC и CD273), которые демонстрируют различный спектр экспрессии и регуляции и в равной степени могут связываться с рецептором PD-1 [27, 28, 29]. Похожие комплексы на лиганды CD80 и CD86 связываются с рецептором CD28, экспрессируемом на покоящихся Т-клетках, и с CTLA4 – на активированных Т-клетках. Как было ранее упомянуто, PD-1 в большей мере регулирует активность эффекторных Т-клеток в ткани и опухоли, а CTLA4 – активацию Т-клеток. При этом CD80 также может экспрессироваться на Т-клетках/антигенпрезентиру-ющих клетках и быть рецептором для PD-L1 [22, 30, 31].

Отмечено, что PD-L1 экспрессируется как опухолевыми клетками, так и конститутивно большинством гемопоэтических клеток, паренхиматозными клетками (поджелудочной железы, эндотелиально-сосудистых), миелоидными клетками в опухолевом микроокружении, опухоль-инфильтрирующими лимфоцитами [32, 33]. В то время как экспрессия PD-L2 ограничена макрофагами, дендритными клетками, опухолевыми клетками первичной медиастинальной лимфомы, фолликулярной лимфомы, лимфомы Ходжкина [34]. Регуляция PD-L2 на клетках лимфом обычно ассоциирована с амплификацией гена или реаранжировкой трансактиваторного локуса CIITA главного комплекса гистосовместимости – MHC II (major histocompatibility complex), который обладает высокой транскрипционной активностью при В-клеточ-ных лимфомах [35].

PD-1, по сравнению с CTLA4, в большей степени представлен на клетках. Так, PD-1 индуцируется на поверхности не только Т-клеточных субпопуляций, но и В-клетками, а также натуральными киллерами (NK-клетками). Поэтому блокада пути PD-1 приводит к активации не только эффекторных Т-клеток, но и NK-клеток, а также продукции антител B+Т-лимфоцитами как напрямую, так и опосредованно [36, 37, 38]. PD-1 экспрессируется большой когортой опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (TILs) при различных видах опухолей. Повышенная экспрессия PD-1 среди CD4+ТILs обычно отражает высокий уровень PD1 на Т-регуляторных клетках. Повышенная экспрессия PD1 среди CD8+TILs указывает на анергию или истощение этих клеток, что подтверждается сниженной секрецией цитокинов PD1+ по сравнению с PD1-TILs меланомы [39].

Следует отметить, что явление истощения или анергии Т-клеток наблюдается при персистирующей экспрессии PD1 опухолевыми клетками или в условиях хронической инфекции, что может являться причиной развития резистентности к ингибиторам чекпоинтов.

Механизмы резистентности к ингибиторам чекпоинтов

Несмотря на выраженный ответ на иммунотерапию ингибиторами чекпоинтов в ряде нозологий, в 60% случаев отмечается либо первичная, либо приобретенная резистентность. Механизмы, лежащие в основе резистентности, обусловлены следующими параметрами: опухолевая иммуногенность; презентация антигена и генерация эффекторных Т-клеток; вовлечение антигена и PD-L1 опу-холь-специфическими Т-лимфоцитами; активность и эффективность опухоль-специфического иммунного ответа; индукция иммунологической памяти [40].

Меланома у человека, почечно-клеточный рак и немелкоклеточный рак легкого – высокоиммуногенные опухоли, несущие от 5 до 10 соматических мутаций ДНК, что обуславливает высокую чувствительность этих опухолей к ингибиторам чекпоинтов PD-1. В свою очередь, низкоиммуногенные опухоли, такие, как опухоли поджелудочной железы и простаты, несущие от 0,1 до 1 соматической мутации ДНК, в большей степени резистентны к анти-PD-1 терапии [3, 41, 42].

Также было показано, что мутации человеческой меланомы, которые увеличивают стабильность и сигналинг р-катенина, могут уменьшать экспрессию лиганда хемо-кина CCL4, значимого для миграции дендритных клеток. Сниженная экспрессия CCL4 ассоциируется с отсутствием TILs и резистентностью к анти-PD1 терапии. Таким образом, сниженную инфильтрацию дендритных клеток в опухолевом микроокружении связывают с резистентностью к анти-PD1 терапии [43]. Повышенное значение VEGF, TGFр и IL10 в опухолевом микроокружении также способствует развитию резистентности к анти-PD1 терапии, предотвращая активацию опухоль-специфи-ческих Т-лимфоцитов [44, 45, 46]. Более того, на ксе-нографтах мышей было продемонстрировано, что TGFр модулирует экспрессию PD-1 и PD-L1 [47]. Ко-экспрессия других ингибиторных рецепторов в дополнение к PD-1, таких, как TIM3 (T-cell immunoglobulin mucin 3), LAG3 (lymphocyte activation gene 3), CTLA4 и BTLA (B and T lymphocyte attenuator), ассоциируется с развитием резистентности к анти-PD1 терапии, что было продемонстрировано при немелкоклеточном раке легкого [48]. Резистентность к анти-PD1 терапии может быть обусловлена секрецией иммуносупрессорных метаболитов. IDO (индол-амин-2,3-диоксигеназа) и IDO2, стимулируя катаболизм триптофана, супрессируют

Т-клеточный иммунитет. Для многих опухолей человека характерен повышенный синтез IDO и IDO2, в частности, вследствие инактивации опухолевого супрессора Bin1 (транскрипционный репрессор). Было продемонстрировано, что экспрессия IDO опухолевыми клетками меланомы способствует резистентности к анти-PD1 терапии [49, 50, 51]. Другим иммуносупрессорным метаболитом является аденозин. A2aR, лигандом которого является аденозин, ингибирует Т-клеточный ответ, способствуя экспрессии CD4+Т-клетками FOXP3, то есть дифференцировке в Т-регуляторные клетки. После гибели клетки секретируют аденозин. В дополнение на Т-регуля-торных клетках высокоэкспрессирован CD39, который конвертирует экстрацеллюлярный АТФ в АМФ, и CD73, конвертирующий АМФ в аденозин. Таким образом, взаимодействие A2aR с аденозином способствует дифференцировке Т-клеток в Т-регуляторные клетки, которые, в свою очередь, образуют самоамплифицирующую нишу в опухоли [52, 53]. Повышенная экспрессия PD-1, ко-экспрессия множественных ингибиторных рецепторов и продукция иммуносупрессивных метаболитов оказывают влияние на чувствительность опухоли к анти-PD1 терапии. А также гетерогенность, присущая большинству опухолей, позволяет одновременно реализовываться множественным механизмам резистентности (рис. 2).

В то время как эффекторные CD8+Т-клетки продемонстрировали свою необходимость для эффективности анти-PD1 терапии, на основе результатов последних исследований можно сделать предположение, что Т-клетки памяти также важны для чувствительности опухоли к ингибиторам чекпоинтов. При сравнении опухоль-инфиль-трирующих лимфоцитов до и после анти-PD1 терапии было выявлено, что у чувствительных пациентов большую

Резистентность к анти-PD-1/PD-LI

Чувствительность Анергия/истощение к анти-PD-1/PD-LI вследствие персистирующей экспрессии PD-1

Ко-экспрессия      Экспрессия PD-1- других ингибиторных независимых рецепторов         ингибиторных путей

Рисунок 2. Механизмы резистентности к анти-PD-1/PD-L1 терапии [40]

часть популяции Т-лимфоцитов занимала субпопуляция эффекторных клеток памяти CD8+Tem; в свою очередь, TILs резистентных пациентов содержали значительно меньшее количество Tem. Следовательно, индукция Т-клеток с фенотипом эффекторной памяти имеет важное значение для эффективности анти-PD1 терапии, а резистентность к анти-PD1 терапии ограничивает индукцию T-клеток памяти [54].

Дальнейшее изучение механизмов резистентности, комбинированных режимов с включением ингибиторов иммуносупрессорных рецепторов (анти-CTLA, анти-PD1 или PD-L1/L2, анти-LAG3, анти-TIM3 и других) с целью повышения эффективности за счет синергизма (принимая во внимание более высокий риск аутоиммунных осложнений), изучение вакцин и/или адаптивной Т-клеточной терапии в комбинации с ингибиторами чекпоинтов, а также поиск предикторных биомаркеров позволит повысить чувствительность пациентов к данному виду терапии.