MUC1 антиген как иммунотерапевтическая мишень

Муцины (MUC) — это крупные и высоко гликозилированные белки, которые обеспечивают защиту, гидратацию и смазку эпителиальной поверхности, включая желудочнокишечный, дыхательный и репродуктивный тракты [1]. Муцины подразделяются на два типа: секретированные и трансмембранные (мембранно-связанные) муцины. Секретируемые муцины представлены гелеобразующими (MUC2, MUC5AC, MUC5B, MUC6, MUC19) и не гелеобразующими муцинами (MUC7, MUC8, MUC9 (OVGP1)). Трансмембранные муцины содержат один мембранный домен и цитоплазматический домен, они были идентифицированы как MUC1, MUC3A, MUC3B, MUC4, MUC12, MUC13, MUC14 (эндомуцин), MUC15, MUC16, MUC17, MUC20, MUC21 (эпигликанин) и MUC22 [2,3]. MUC1 был одним из самых первых обнаруженных муцинов [4]. Трансмембранный гликопротеин муцин 1, благодаря своим структурным и биохимическим свойствам, способствует формировании слизи, участвует как смазка и увлажнитель в стенках нормальных клеток, выполняет барьерную функцию и таким образом защищает от инфекций [5]. Опухоль- ассоциированный MUC1 отличается от MUC1 по экспрессии в нормальных клетках, биохимическим характеристикам, клеточному распределению и функции [6]. Однако в раковых клетках MUC1 часто подвергается аберрантному гликозилированию и сверхэкспрессии [5]. Он вовлечен в опухолевую инвазию, метастазирование, ангиогенез и апоптоз за счет участия в процессах передачи внутриклеточных сигналов и регуляции связанных биомолекул. В данном обзоре будет рассмотрено строение и функция MUC1 в нормальных и раковых клетках, а также регуляторные механизмы, отвечающие за эти функции. В настоящее время наблюдается большой прогресс в исследовании и клиническом применении MUC1 в онкотерапии [5,6].

Строение МUC1

MUC1, наиболее изученный трансмембранный муцин, имеет переменное количество высокогликозилированных 20-аминокислотных тандемных повторов (VNTR) , домен спермы белок-энтерокиназы-агарин (SEA) (внеклеточный), трансмембранный домен и 72-аминокислотный цитоплазматический хвостовой домен, выходящий на 200-500 нм за пределы клеточной поверхности (рис. 1A) [4,5]. MUC1 кодируется как единая полипептидная цепь, которая сразу после трансляции подвергается самозащитному расщеплению по мотиву GSVV (расположенному в домене SEA) на два пептидных сегмента: более длинную N-концевую субъединицу (MUC1-N) и более короткую C-концевую субъединицу (MUC1-C) (рис. 1A) [6]. Эти две субъединицы связаны стабильными водородными связями [7]. Тем не менее, в опухоль ассоциированном MUC1 было обнаружено структурное изменение в связи с потерей полярности в эпителиальных клетках, а боковые цепочки углеводов становились незавершенными и образовывали новые углеводные побочные цепи (Thomsen-Friedenreich (TF или T), Tn и Sialyl-Tn (STn)) и воздействие основного пептида (рис. 1В) [8-11].

Рис. 1 . Структура MUC1 в нормальных и пораженных тканях. (А) Структура MUC1 в нормальных тканях. (B) Структура MUC1 в пораженных тканях [8].

Функция MUC1 в нормальных тканях

В здоровых тканях MUC1 выполняет барьерную функцию, защищая клетки, в основном благодаря своему внеклеточному домену [12]. Связанный с мембраной MUC1 действует как физический барьер через свой внеклеточный домен SEA, что позволяет ему регулировать кровоток и адгезию клеток при метастазировании; защищать апикальную клеточную мембрану эпителиальных клеток от разрыва, вредных условий и иммунной атаки; обеспечивать устойчивость к стимулам; подавлять иммунные реакции через защиту рецепторов; действовать как рецептор-приманка для вторгающихся патогенов [13]. Он также участвует в смазывании, гидратации клеточной поверхности и защите от деградирующих ферментов (рис. 2A) [14,15]. В нормальном эпителии слизистой оболочки рта MUC1, вместе с MUC5B и MUC7, оказывает антимикробное действие, постоянно смазывая и стабилизируя слизь на поверхности клеток и обеспечивая защиту от протеолиза, тем самым предотвращая дегидратацию [6]. MUC1, трансмембранный продукт расщепления белка MUC1, может помочь в размножении большого количества плюрипотентных стволовых клеток для терапевтических вмешательств [16].

Функции MUC1 при патологииВоспалительная и противовоспалительная функции

MUC1 может выполнять, как и воспалительную, так и функции в различных индуцированных инфекцией видах противовоспалительную рака, действуя как

иммуномодулирующий переключатель [9,10]. При рассеянном склерозе MUC1 играет противовоспалительную роль, ингибируя реакцию дендритных клеток, которые необходимы для возникновения воспаления (рис. 2B) [11]. MUC1 может также влиять на ответные реакции Toll-подобных рецепторов через иммуномодуляцию [12].

In normal tissues

Tm m une a Hack

H arm fu 1 en v iron m en t

Apical cell m em brane rupture

D egradative enzym es

(A)

Lubrication

C e 13 surface h уd ration

C ellshedd ing and adhesion

Or Glycosylation

Pro- or anti-inflammatory role Pharmacodynamic inhibitors

Migration and invasion of cancer cd Is promoters

Рис. 2. Различные функции MUC1 в здоровых и раковых тканях. (А) Функция MUC1 в нормальных тканях. (B) Функция и главные пути MUC1 в опухолевых тканях [12].

Фармакодинамические ингибиторы

MUC1 может привести к появлению лекарственной устойчивости во время проведения онкотерапии, так как он обычно в большом количестве выделяется в различных эпителиальных раковых клетках. Сообщалось, что чрезмерная экспрессия MUC1 ограничивает эффективность флюороурацила, снижая внутриклеточное поглощение лекарств и противоопухолевое действие препарата в опухолях поджелудочной железы. Стимулируя активацию и ядерную транслокацию EGFR, MUC1 увеличивает экспрессию АТФ-связывающего кассетного транспортера B1 (ABCB1) . MUC1-опосредованный метаболизм нуклеотидов также играет ключевую роль в резистентности к лучевой терапии при раке поджелудочной железы и может блокировать эффективное таргетирование через гликолиз [13]. В клетках гепатоцеллюлярной карциномы MUC1 может способствовать радиорезистентности, активируя этим янус-киназу-2, которая является преобразователем сигнала и активатором транскрипции-3. Кроме того, MUC1-CT проявляет онкогенную активность, воздействуя на гликозилтрансферазу GalNAc-T5, связанную с функцией опухолевого супрессора при раке поджелудочной железы [14].

MUC1 способствует миграции и распространению рака

MUC1 способствует миграции и инвазии различных видов рака; регуляторные механизмы, отвечающие за это явление избыточны и сложны. Первый механизм заключается в регуляции факторов, тесно связанных с проникновением опухолевых клеток и метастазами. Было показано, что при колоректальном раке олигосахаридная форма MUC1 определяет метастатический потенциал колоректальных раковых клеток и имеет клиникопатологическую значимость при оценке исхода и прогноза пациентов. Раковые клетки выживают в гипоксических условиях, стимулируя экспрессию проангиогенных генов в дальнейшей стимуляции ангиогенеза. Экспрессия MUC1 способствует ангиогенезу при раке и, в определенной степени, способствует миграции и инвазии опухоли. Экспрессия MUC1 и фактора роста эндотелия сосудов в раке молочной железы человека сильно коррелируют, и было показано, что экспрессия MUC1 усиливает ангиогенез в раке молочной железы человека как in vivo , так и in vitro [15].

MUC1 блокирует рост раковой клетки и апоптоза

MUC1 также участвует в регуляции различных путей роста раковых клеток и апоптоза. Трансформация и потеря полярности эпителиальных клеток рака молочной железы приводит к сверхэкспрессии MUC1, который, в свою очередь, индуцирует экспрессию Crumbs homolog-3 (CRB3) и ингибирует экспрессию “ да-ассоциированного белка” (YAP) и YAP/β-связанного белка, опосредованную Myc [8]. Чрезмерная экспрессия MUC1-C, но не MUC1-N достаточна для индуцирования трансформации и устойчивости к вызванному стрессом апоптозу [16]. MUC1 способствует росту и выживанию клеток рака поджелудочной железы, активируя путь митоген-активируемая протеинкиназа; фармакологическое ингибирование этого пути подавляет пролиферацию MUC1-экспрессирующих клеток [8].

MUC1 влияет на различные пути прогрессирования опухоли. Клетки из высокоопухолевой субпопуляции CD133+ клеток поджелудочной железы демонстрируют более высокий уровень экспрессии MUC1, что способствует их опухолевому фенотипу за счет усиления взаимодействия между MUC1-C и β-катенином, которые, в свою очередь, модулируют онкогенные сигнальные каскады [17]. В эпителиальных тканях рака яичников сверхэкспрессия опухоль-ассоциированного MUC1 способствует клеточной адгезии, передаче сигналов, миграции, пролиферации и дифференцировке раковых клеток; таким образом, повышение регуляции MUC1 в злокачественных клетках может изменять пути канцерогенеза [18].

Научные исследования трансмембранных муцинов в онкотерапии

Муцины являются перспективной мишенью для лечения раковых клеток. Благодаря своей роли в трансдукции сигнальных путей раковых клеток, трансмембранные муцины могут иметь важный потенциал в исследованиях противоопухолевой терапии. Внеклеточный домен мембранно-связанных муцинов также может быть хорошей мишенью для антителоопосредованной терапии, основанной на нейтрализующих антителах, химерных антигенных рецепторах, биспецифических активаторах Т-клеток и конъюгатах антитело-лекарство. Специфическая для рака экспрессия некоторых муциновых белков также предполагает возможность разработки противоопухолевой вакцины на основе муцинов [19]. Терапевтические препараты MUC1 находятся в стадии разработки для различных типов рака, включая как твердых опухолей, так и злокачественных патологий крови (табл. 1). Отсутствие ферментативного кармана в белке MUC1 не позволяет нацеливать на него ингибиторы на основе малых молекул, но пептидные ингибиторы и РНК-аптамеры могут быть жизнеспособными вариантами ингибиторов прямого связывания MUC1. Онкопротеин MUC1-C является внутриклеточной мишенью, на которую можно воздействовать с помощью ингибиторов клеточных проникающих пептидов, например GO-203 [20]. Цитоплазматический домен MUC1 связывает ряд ключевых онкогенных белков, и блок димеризации MUC1 может иметь антиопухолевые эффекты через различные механизмы, в зависимости от типа клетки. Так как AKT-S6K1-eIF4A является одним из основных путей, измененных MUC1, GO-203 обладает антиопухолевым потенциалом, блокируя AKT-путь в нескольких типах опухолей, таких как опухоли толстой кишки, пищевода, мочевого пузыря и молочных желез [21,22]. GO-203 также обладает хорошим потенциалом в сочетании со стандартными химиотерапевтическими препаратами в раковых клетках, устойчивых к химиотерапии, или трудноизлечимых [22]. При трижды негативном раке молочной железы GO-203 в комбинации с ингибитором поли (АДФ-рибозы)-полимеразы (PARP) проявляет противоопухолевую активность, блокируя MUC1-C-индуцированное эпигенетическое перепрограммирование и активируя ответ на повреждение ДНК [23]. В KRAS (Kirsten Rat Sarcoma Virus) мутантной аденокарциноме легких GO-203 подавляет MUC1-индуцированную транскрипцию MYC синергически в сочетании с ингибитором JQ-1 BET (Bromodomain and extra-terminal) [24]. GO-203 также показывает синергизм с леналидомидом и бортезомибом против лекарственноустойчивой множественной миеломы, регулируя TCF4/β-катенин (Фактор транскрипции 4) и механизмы ER/окислительного стресса [25]. GO-203 также оказывает противораковое действие на FLT3 (fms-like tyrosine kinase 3)-мутантный лейкоз и Т-клеточную лимфому [26]. В сочетании с иммунным микроокружением опухоли GO-203 подавляет PD-L1 и индуцирует IFN-γ в немелкоклеточном раке легкого [27].

Избирательное связывание РНК-аптамеров с внеклеточным доменом MUC1 - еще одна стратегия, позволяющая с высокой специфичностью воздействовать на MUC1-сверхэкспрессирующие раковые клетки. Были разработаны MUC1-аптамер-гибридные наночастицы для доставки противоопухолевых микроРНК в MUC1- сверхэкспрессирующие раковые клетки. Эти микроРНК-29b-загруженные гибридные наночастицы (MAFMILHNs) демонстрируют противоопухолевые эффекты в модели рака легких мышей, снижая регулирование DNMT3B (ДНК метилтрансферазы 3 beta), прямой мишени полезной нагрузки микро-РНК [28,29]. Кроме того, при двойной нагрузке, гейстин-микро-РНК-29b-биконьюгатные гибридные наночастицы (GMLHNs) показали больший эффект по сравнению с одиночной нагрузкой наночастицами в модели рака легких мыши, снижая уровни экспрессии AKT, PI3K, DNMT3B и MCL-1 (myeloid cell leukemia sequence 1) [29].

Последние достижения в области технологии антител привели к появлению различных методов лечения на основе антител, таких как ADC, BiTE (Bispecific T-Cell engager) и CAR, а также к нейтрализации терапевтических антител. BM7-PE и M-1231 являются ведущими терапевтическими препаратами ADCs MUC1 в текущих клинических испытаниях. Препарат BM7-PE, разработанный в Университетской больнице Осло (Норвегия), содержит антитела BM7 против MUC1, сопряженные с псевдотоксином A. В доклиническом исследовании BM7-PE показал антиметастатическую эффективность и повысил долгосрочную выживаемость в модели рака молочной железы голой крысы [30]. BM7-PE в настоящее время находится в фазе 1/2 клинических испытаний для метастатического колоректального рака (NCT04550897). М1231 является биспецифическим антитело-лекарственным конъюгатом, направленным на рецептор эпидермального фактора роста и MUC1; в настоящее время он находится в фазе 1 клинических испытаний для различных метастатических твердых опухолей. Pab-001 является первым в своем классе терапевтическим антителом к мишени OT-MUC1 (онко-привязанный MUC1). Высокогликозилированная область трансмембраны MUC1 подвержена расщеплению внеклеточными матричными протеазами. Расщепляемая субъединица MUC1-N высвобождается в кровь, тем самым изолируя антитела против MUC1, которые распознают домен MUC1-N. Pab-001 нацелен на внеклеточную часть расщепляемой субъединицы MUC1-C, чтобы преодолеть этот недостаток [31,32]. Pab-001-MMAE ADC показал многообещающие результаты против TNBC и других видов рака в различных доклинических исследованиях. DS-3939 — это PankoMab-GEX (gatipotuzumab) ADC [33], предназначенный для опухолевоспецифического углеводно-белкового эпитопа муцина (TA-MUC1). Биспецифические антитела с использованием PankoMab находятся в стадии разработки. PM-CD3-GEX - это BiTE, который рекрутирует антиопухолевые CD3+ T-клетки в MUC1-экспрессирующие раковые клетки. PM-IL15-GEX - это иммуноцитокин, который сочетает интерлейкин-15 с PankoMab-GEX для стимуляции анти-опухолевых NK или T-клеток. PM-PDL-GEX -трифункциональное антитело, направленное на MUC1, PD-L1 и FcγR. Ингибирование PD-L1 и активация FcγR действуют как иммуностимуляторы противоопухолевых лейкоцитов.

После замечательных достижений в борьбе с диффузной В-крупноклеточной лимфомой и множественной миеломой для химерных антигенных рецепторов (CAR) ищут новые целевые молекулы, чтобы расширить их применение на солидные опухоли. В настоящее время разрабатываются несколько CAR-терапий, направленных на антиген MUC1, поскольку MUC1 является целевым препаратом из-за его способности к аберрантной экспрессии в различных твердых опухолях. Следует отметить, что базальная экспрессия MUC1 в нормальных тканях может вызывать значительные побочные эффекты. Это привело к разработке новых стратегий анти-MUC1 CAR-терапии, которые призваны обеспечить безопасность и эффективность. О последних достижениях в этой области будет рассказано ниже.

Tn-MUC1 CAR, разработанный Tmunity Therapeutics, является ведущим методом клеточной терапии MUC1 CAR-T, который в настоящее время находится на стадии 1 клинических испытаний (NCT04025216). Из-за того, что Tn (GalNAcα1-O-Ser/Thr) является наиболее распространённой аномальной гликоформой в раковых тканях, Tn-гликоформа MUC1 (Tn-MUC1) является перспективной целью для CAR-терапии. Tn-MUC1 CAR-T показал противоопухолевую активность против Т-клеточных лимфом и опухолей поджелудочной железы [34]. MUC-1 pCAR, разработанный Leucid Bio, является параллельной платформой CAR (pCAR), которая представляет два химерных антиген-рецептора бок о бок с различными антигенсвязывающими доменами и ко-стимулирующими доменами или цитокинстимулирующими рецепторами соответственно (WO2020183158). Эта комбинация двойных рецепторов, как ожидается, даст Т-клеткам больше специфичности против MUC1-положительных опухолей и большую эффективность, чем стандартные CAR-T, которые имеют низкий потенциал против твердых опухолей. Клетки huMNC2-CAR44 T, производимые Minerva Biotechnologies Corp, укрывают scFv против расщепленной формы MUC1, присутствующей на твердых раковых клетках. huMNC2-CAR44 находится в фазе 1 клинических испытаний (NCT04020575) для рака молочной железы, яичников, поджелудочной железы и легких, которые являются MUC1-положительными типами опухоли [35,36]. Клетки NK также считаются хорошими «хозяевами» для CAR терапии. ONKT-103 является MUC1 ориентированной клеточной терапией CAR-NK, разработанной ONK Therapeutics. ONKT-103 максимизирует противоопухолевую активность, вводя DR5-TRAIL вариант сигнального пути рецептора смерти. TRAIL в клетках NK стимулирует рецепторы смерти DR5 раковых клеток и приводит к FADD-каспазе-опосредованному апоптозу. ONKT-103 в настоящее время находится на доклинической стадии и тестируется для терапии рака яичников, груди и легких [37].

Табл. 1 . Современные терапевтические препараты, нацеленные на белок MUC1 [1].

Название препарата	Компан ия	Тип лекарств а	Направление	Статус развития	Идентифика торы	Статус набора	Дата начала испытан ия
BM7-PE	Госпита ль при Универс итете Осло	ADC	Метастатичес кий колоректальн ый рак	Этап 2	NCT04550897	Рекрутинг	31 августа 2020 г.
Gatipotuzuma b (PankoMab-GEX)	Glycotop e GmbH	Антитела IgG1	Рак яичников на поздней стадии	Этап 2	NCT01899599	Завершен	Сентябрь 2013
M-1231	EMD Serono; Sutro Biophar ma	ADC	Метастатичес кий рак	Этап 1	NCT04695847	Рекрутинг	13 января 2021 года
Клеточная терапия Анти-CDЗ/анти-MUC1BiTE CIK	Benhealt h Biophar maceutic al (Shenzhe n)	BiTE; Клеточна я терапия	Метастатичес кий рак	Этап 2	NCT03146637	Рекрутинг	1 мая 2017 г.
GO-203-2C	Genus Oncolog y LLC	Пептидны й	R/R AML	Этап 2	NCT02204085	Активный, без рекрутинга	Сентябрь 2014
GO-203-2C	Genus Oncolog y LLC	Пептидны й	Твердая опухль	Этап 1	NCT01279603	Завершенн ый	19 января 2011 года
huMNC2-CAR44 T cells	Minerva Biotechn ologies Corp.	CAR-T	Рак	Этап 1	NCT04020575	Рекрутинг	15 января 2020 г.
Tn MUC-1 CAR-T	Tmunity Therapeu tics	CAR-T	Рак	Этап 1	NCT04025216	Рекрутинг	10 октября 2019 г.
Клеточнаяте рапияAnti-MUC1 CART (w or w/o) PD-1 knockout T cell	Guangzh ou Anjie Biomedi cal Technolo gy	CAR-T	Метастатичес кий рак	Этап 2/3	NCT03525782	Рекрутинг	1 февраля 2018 г.

Заключение

Несмотря на активное изучение роли MUC1 в связи с прогрессией рака и его полезности в качестве биомаркера, качественное и количественное обнаружение MUC1 в опухолевых клетках стало возможным только после разработки специфических детекторов. Несмотря на достигнутые успехи, детальные механизмы, с помощью которых MUC1 проявляет свою активность, остаются в значительной степени неизученными. В настоящее время разрабатываются вакцины и антитела против MUC1, и некоторые из них продемонстрировали значительный терапевтический эффект и сейчас проходят I/II фазу клинических испытаний, однако их побочные эффекты и вопросы клинической безопасности требуют дальнейшего изучения и подтверждения.

Вклад авторов. В.К. Боженко: концепция и подбор литературных источников, анализ информации, корректировка рукописи; И.Х. Уразаева: подбор литературных источников, написание текста статьи, корректировка рукописи; Р. Ранджит: подбор литературных источников, корректировка рукописи; Е.А. Кудинова: анализ представленных литературных данных, обоснование актуальности выбранной тематики, корректировка рукописи. Все авторы прочитали и согласились с версией рукописи, представленной для публикации. Все авторы ознакомились и согласились с представленным к публикации вариантом рукописи.

В.К. Боженко и И.Х. Уразаева внесли равный вклад в данное исследование.

Финансирование. Публикация подготовлена в рамках Государственного задания № 1022040800109-5-3.2.21.

Соблюдение прав пациентов и правил биоэтики. Данное обзорное исследование было основано на опубликованных работах и поэтому не требовало одобрения этического комитета.