Раковые тестикулярные антигены в иммунотерапии злокачественных опухолей

С открытием раковых тестикулярных антигенов (РТА) человека, или Cancer Testis Antigens (СТА), экспрессирующихся избирательно в опухолях различного гистологического происхождения, а в нормальных тканях – только в семенниках и плаценте, расширились возможности разработки новых специфических иммунотерапевтических подходов для лечения злокачественных новообразований. Более 20 лет назад Бун с соавт. сообщили о первом успешном клонировании антигена опухоли человека, который был назван антиген-1 меланомы (MAGE-1). MAGE-1 вызывал выраженный ответ аутологичных цитотоксических Т-лимфоцитов (ЦТЛ) у пациента с меланомой [1]. Термин «раковый тестикулярный антиген» был введен Old и Chen в 1998 г. [2]. В настоящее время известно более 200 белков этой группы, и их число постоянно растет [3].

В данном обзоре предпринята попытка систематизации информации о клинических перспективах

CTA в качестве терапевтических агентов в новых схемах лечения, потенциально способных улучшить прогноз для онкологических больных.

Краткие сведения о биологии СТА

В базу данных, созданную в Ludwig Institute for Cancer Research, внесено 70 семейств СТА [3]. Все CТ-антигены разделяют на два подкласса по месту хромосомной локализации кодирующих их генов [4].

Х-CT-антигены – самый многочисленный подкласс СТА, которые локализуются на Х-хромосоме и представляют собой мультигенные семейства (MAGE, GAGE, SSX, CT45 и др.), организованные в кластеры. Примечательно, что 10 % генов на Х-хромосоме принадлежат к семействам X-СТА. Экспрессия Х-СТА широко распространена в опухолях, однако она значительно варьирует в зависимости от гистотипа неоплазии (таблица).

Подкласс non-Х-CТА кодируется однокопий-ными генами, расположенными на аутосомах и

Экспрессия ста в разных типах злокачественных опухолей

Тип опухоли Наименование СТА Частота экспрессии Ссылки Меланома NY-ESO-1 34 % [12] MAGE-A3 76 % [46] BAGE 17–27 % [21, 40] Немелкоклеточный рак легкого MAGE-A3 MAGE-B1 60 % 11 % [40] [40] SPAG9 53 % [58] Рак простаты NY-ESO-1 25–39 % [12, 19] SPAG9 54 % [32] NY-ESO-1 10 % [33] MAGE-А8 44 % [22] Колоректальный рак MAGE-А1 12 % [33] MAGE-А4 22 % [33] MAGE-А3 27 % [33] SPAG9 74 % [26] NY-ESO-1 32 % [31] Рак мочевого пузыря MAGE-A3 57 % [31] SPAG9 81 % [27] Плоскоклеточный рак пищевода MAGE-A3 75 % [59] MAGE-A1 67 % [28] MAGE-A3 39 % [28] Гепатокарцинома GAGE1-6 36 % [28] GAGE1-2 30 % [28] BAGE 21 % [28] SPAG9 47 % [60] Рак молочной железы NY-ESO-1 33 % [12] SPAG9 88 % [51] Рак шейки матки SPAG9 82 % [18] Рак мозга (астроцитома) SPAG9 63 % [61] таблица

распределенными по всему геному (BAGE, HAGE, SP17 и др.). non-Х-CТ-антигены обычно экспрессируются в мужских половых клетках на более поздних стадиях дифференцировки, например, в сперматоцитах на мейотических и постмейоти-ческих стадиях, и большинство антигенов этого подкласса реже экспрессируются в онкотранс-формированных клетках (таблица). Исключение составляет сперматозоид-ассоциированный антиген 9 (SPAG9), который, по-видимому, широко представлен в самых разных типах рака, что определило интенсивные исследования последних лет SPAG9 в качестве биомаркера и мишени для иммунотерапии [5–12].

Следует отметить, что некоторые СТА идентифицированы во вспомогательных тканях семенников, в поджелудочной железе, печени, матке и селезенке [13, 14]. Однако уровни мРНК генов СТА в соматических тканях составляют, как правило, <1 % от их экспрессии в семенниках [11, 13, 15]. Тем не менее остается спорным, как именно ограниченная экспрессия некоторых СТА в нормальных соматических тканях влияет на их антигенные свойства и потенциал в качестве терапевтических мишеней.

Всё больше данных об уровнях экспрессии СТА (таблица) и её регуляции [16] позволяют предполагать онкоспецифичные функции данной группы

Рис. 1. Функции СТА в онкогенезе

антигенов (рис. 1), однако их биологическая роль в эмбриональных тканях и опухолях остается ещё малопонятной.

Терапевтический потенциал СТАИммуногенность СТА

СТА представляют собой антигенные пептиды, которые в сочетании с алло-специфичными HLA 1-го или 2-го класса презентируются иммунной системе, вызывая как цитотоксический, так и гуморальный иммунные ответы [17]. Как упоминалось выше, СТА широко представлены в опухолях (таблица), но не в нормальных тканях, за некоторыми исключениями. В тканях здорового взрослого человека экспрессирующиеся СТ-антигены не доступны для иммунной системы. Например, в семенниках взаимодействию иммунной системы с CTA-белками препятствует наличие гемато-тестикулярного барьера и отсутствие HLA класса I на поверхности герминальных клеток [18]. В многочисленных работах были продемонстрированы спонтанные гуморальный и клеточный иммунные ответы против экспрессирующихся CTA [9, 15]. Таким образом, с иммунологической точки зрения CT-антигены можно рассматривать как оптимальные опухоль-специфические мишени.

NY-ESO-1 представляется наиболее иммуногенным из подкласса Х-СТ антигенов, вызывая индукцию скоординированных спонтанного гуморального и клеточно опосредованного (цитотоксического) иммунного ответов у пациентов с опухолями, экспрессирующими NY-ESO-1. Антитела в сыворотке крови против NY-ESO-1 были обнаружены при раке щитовидной железы в 36 % случаев [19], раке яичников – в 7–13 %, раке молочной железы – в 16 %, раке мочевого пузыря – в 12,5 %, раке пищевода – в 13 % случаев [20, 21]. NY-ESO-1 экспрессируется у 16 % пациенток с трижды негативным раком молочной железы против 2 % у ER+/HER2-больных, что коррелировало с высоким уровнем гуморального иммунного ответа у значительной части (73 %) этих больных и более выраженным CD8+ Т-клеточным ответом [22]. Антиген SPAG9 (подкласс non-X-CTA) индуцирует гуморальный иммунный ответ в большинстве случаев эпителиального рака яичников (67 %), рака молочной железы (80 %), шейки матки (80 %), толстой и прямой кишки (74 %), а также почечноклеточного рака (77 %) [9]. В исследовании Kanojia et al. [23] продемонстрировано, что в 74 % образцов опухолей колоректального рака (КРР) присутствовала как генетическая, так и белковая экспрессия SPAG9 антигена, и почти у всех пациентов с экспрессией SPAG9 был отмечен гуморальный ответ (70 %).

Учитывая приведенные наблюдения, пациенты с опухолями, экспрессирующими СТ-антигены, могут получить существенную пользу от целевой иммунотерапии, направленной против СТА.

СТА-вакцинотерапия

Результаты обсуждаемых выше исследований дали основание для проведения нескольких клинических испытаний с использованием СТА в качестве вакцинирующих агентов. Такие вакцины, как правило, хорошо переносятся с формированием значимых иммунологических реакций, а также некоторых клинических ответов.

Моновакцинотерапия

Исторически раньше были идентифицированы и наиболее тщательно протестированы в клинике три СТ-антигена: MAGE-A3, MAGE-A1 и NY-ESO-1. В одном из первых клинических испытаний MAGE-A3-пептиды были использованы для лечения меланомы HLA-A1-положительных пациентов с опухолями, экспрессирующими соответствующий СТ-антиген. У 7 из 25 пациентов отметили значительную регрессию опухолей, в том числе наблюдали 3 полных ответа. Однако MAGE-А3-специфичные цитотоксичные лимфоциты не были обнаружены ни в одном случае [24].

Специфичная экспрессия NY-ESO-1 на поздних стадиях рака предстательной железы (РПЖ) и её отсутствие в образцах доброкачественной гиперплазии предстательной железы [25] стали основанием для клинического исследования иммунотерапии РПЖ. I фаза клинических испытаний вакцинации NY-ESO-1 при гормон-резистентном метастатическом РПЖ показала индукцию антител против NY-ESO-1; наличие CD4+ и CD8+ Т- клеточных ответов [26].

Вакцинация рекомбинантными СТА

Использование рекомбинантных белков предполагает ряд преимуществ, в том числе возможность индуцировать как CD8+, так и CD4+ Т-клеточные ответы; генерировать сопутствующие иммунные реакции против нескольких эпитопов; а также независимость от HLA типа больных.

Первый полноформатный СТА белок, используемый до настоящего времени для противоопухолевой вакцинации, был рекомбинантным MAGE-A3 с D-доменом Haemophilus influenza на N-конце и гистидином (His) на С-конце [27]. В исследовании Kruit et al. [28] после введения рекомбинантного белка MAGE-A3 наблюдали 1 частичный ответ и 4 смешанных ответа у 26 MAGE-A3-положительных пациентов с меланомой III или IV стадии.

Повысить иммуногенность вакцин не только в случае рекомбинантных антигенов призвано введение адъювантов. Так, вакцинация MAGE-A3-положительных больных немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ) I или II стадии рекомбинантным белком MAGE-A3 в сочетании с адъювантом AS02B была более эффективной, чем вакцинация без адъювантов [29]. Следующий этап II клинического испытания вакцинирования белком MAGE-A3 на 182 MAGE-A3-положительных пациентах с

НМРЛ IB или II стадии выявил, что улучшение без рецидивной выживаемости было на 33 % выше у MAGE-A3-вакцинированных больных по сравнению с пациентами, получавшими плацебо [4]. В ходе клинического рандомизированного исследования II фазы (EORTC 16031–18032) на ранее не получавших лечения MAGE-A3-положительных пациентах с неоперабельной меланомой III–IV стадий объективные ответы наблюдали у 5 из 72 (6,9 %), долгосрочную стабилизацию заболевания (>16 нед) – у 11 из 72 пациентов (15,3 %) [30]. Тем не менее III фаза клинического испытания, в которую вошли 1345 MAGE-A3-положительных пациентов с меланомой, показала отсутствие значимых отличий выживаемости без признаков заболевания (DFS) в группе вакцинированных по сравнению с плацебо. Наиболее полное изучение возможностей вакцины с рекомбинантным белком MAGE-A3 в рандомизированном, слепом, плацебо-контролируемом клиническом исследовании III фазы у 2272 пациентов с НМРЛ (Magrit) также не выявило достоверных эффектов, и работа была досрочно прекращена в 2014 г. Отсутствие эффекта в двух крупных исследованиях поставило вопрос о более тщательном отборе используемого антигена, а также о модификации СТА-вакцин в целях увеличения иммуногенности и достижения более длительного эффекта блокады иммунной толерантности опухоли.

NY-ESO-1 His-меченый рекомбинантный полноразмерный белок, отдельно или с адъювантом сапониновой природы (ISCOMATRIX), был использован в первом клиническом испытании для вакцинирования NY-ESO-1-положительных пациентов с меланомой кожи. Все пациенты, вакцинированные NY-ESO-1 с ISCOMATRIX, продемонстрировали высокий титр анти-NY-ESO-1 антител в сравнении с пациентами, вакцинированными NY-ESO-1 без адъюванта. Вакцина также индуцировала циркулирующие CD4+ и CD8+ Т-клетки, специфические для широкого спектра NY-ESO-1 эпитопов, включая многие ранее неизвестные [31]. Только у 2 из 19 пациентов, вакцинированных NY-ESO-1 с добавлением ISCOMATRIX, проявились рецидивы опухолей по сравнению с 14 из 23 пациентов, получавших плацебо или только NY-ESO-1. Nicholaou et al. [32] в аналогичном исследовании клинической и иммунологической эффективности вакцины NY-ESO-1 в сочетании с ISCOMATRIX у пациентов с меланомой IV стадии или неоперабельной III стадии обнаружили, что, в отличие от минимальной остаточной болезни, пациенты с прогрессирующей меланомой не продемонстрировали клинического ответа на вакцинацию. При сравнении пациенты с прогрессирующей меланомой имели значительно большее количество циркулирующих регуляторных Treg-клеток, ингибирующих активность T-клеток. Таким образом, выявлена ассоциация между стадией развития меланомы, числом циркулирующих клеток Treg и клинической и иммунологической эффективностью вакцины против рака NY-ESO1-ISCOMATRIX [33]. Dhodapkar et al. [34] предложен интересный подход доставки NY-ESO1 в дендритные клетки путем слияния антигена с антителом, специфичным для CD205 – пептида клеточной поверхности дендритной клетки, что привело к стабилизации заболевания у 13 из 42 пациентов на фоне гуморального и Т-клеточного ответа.

Возможности мульти-СТА вакцин

Последние данные свидетельствуют об ещё одном способе увеличения клинической эффективности иммунотерапии – за счет использования нескольких антигенов [35]. На начальном этапе разработки мультивакцин предполагали, что их использование позволит предотвратить выживание опухолевых клеток, обусловленное селективной потерей отдельных антигенов-мишеней. Кроме того, комплексное использование онкогенных CTA не требует трудоемкого секвенирования генома для определения антигенов конкретного пациента и синтеза целевого антигена. Многопрофильные антигенные CTA-вакцины можно вводить на ранних сроках после постановки диагноза, предполагалось, что это позволит предотвратить дальнейшее прогрессирование опухоли. Немаловажно, что мультивакцины могут быть предпочтительными для видов рака с низким уровнем соматических мутаций [36].

Клинические исследования II фазы вакцины с использованием искусственно синтезированного пептида MAGE-A4 у больных метастатическим КРР продемонстрировали низкую токсичность вакцины, эффективное индуцирование MAGE-A4-специфических Т-клеточных реакций, экспрессию MAGE-A4-специфических IgG-антител и замедление роста опухоли [37]. В настоящее время завершены клинические испытания MAGE-A4, NYESO-1, PRAME, SSX пептидной вакцинотерапии пациентов с меланомой, лимфомой, миеломой и смешанными солидными опухолями (идентификаторы: NCT01333046, NCT02239861, NCT02291848).

Дендритно-клеточные вакцины (ДКВ)

Метод ДКВ, заключающийся во введении пациентам аутологичных дендритных клеток, выращенных и нагруженных антигенами вне организма, позволяет избежать влияния иммуносупрессивных факторов микроокружения опухоли и нарастить большее число клеток [38, 39]. В качестве антигенной нагрузки ДКВ могут быть использованы MAGE-пептиды (впрочем, как и любые другие). В результате иммунизации активированными таким образом ДКВ были получены частичные или полные клинические ответы, а также увеличение инфильтрации опухолей Т-клетками у пациентов с меланомой, НМРЛ и желудочно-кишечными карциномами [40–42].

А. Химиотерапия + онко-СТА иммунотерапия

Химиотерапия

СТА-таргетная иммунотерапия

Б. Ингибиторы ДНК метилтрансфераз + онко-СТА иммунотерапия

СТ А-экспрессирующие опухолевые клетки

репрессирующие СТА / опухолевые клетки

специфичностью

Ингибиторы DNMT метил трансферазы

Гибель СТА-п оложительных

СТА-таргетная иммунотерапия

Гибель опухолевых клеток, резистентных к химиотерапии

CTLA4 PD1

Больше опухоль-СП ецифичных

Т-клеток

Больше опухоль-специфичных инфильтрирующих Т-клеток

Нарушение иммунной толерантности

СТА-специфичные Т-клетют

Синхронизация экспрессии СТА

рецепторами Т-клеток и наращивание in vitro

Адоптивный

СТА - вакцинация

Рис. 2. Комплексная СТА-иммунотерапия: А. СТА-терапия угнетает химиорезистентные опухолевые клетки, получающие селективное преимущество после химиотерапии. Б. Синергизм действия ДНК деметилирующих агентов, стимулирующих СТА-экспрессию в опухолевых клетках, и СТА-специфичной иммунотерапии. В. Использование CT-антигенов для специфичности адоптивной иммунотерапии. Г. Блокада регуляторных точек иммунитета, снимая иммунную толерантность опухоли, повышает эффективность последующей CTA-вакцинации

В целом вакцинация вообще и с использованием СТ-антигенов в частности, показав в предварительных исследованиях обнадеживающие результаты [39], не стала самостоятельным методом иммунотерапии опухолей [43]. Однако существуют перспективы совместного использования вакцинации с другими методами, синергизм которых поможет преодолеть иммуносупрессивные факторы опухоли.

Комплексное использование СТА

Современные представления о биологии СТА, а также о традиционных способах лечения с данными о том, как эти процедуры влияют на популяцию Т-клеток и иммунную систему в целом, позволили разработать и оптимизировать новые схемы лечения онкологических заболеваний (рис. 2).

Химиотерапия и СТА-вакцинация

Действие цитотоксических противоопухолевых препаратов, например, связывающих микротрубочки или повреждающих ДНК (например, препараты платины), по существу направлено на индуцирование апоптоза в злокачественных клетках. Развивающаяся в ходе лечения устойчивость опухоли не только к применяемому средству, но и к препаратам с другим механизмом действия является основным лимитирующим фактором химиотерапии [44]. Известно несколько СТ-антигенов, связанных с нарушением апоптоза (рис. 1), что делает их главными кандидатами для иммунотерапии. Клинические исследования фазы I пептидной вакцины, включающей два СТА (RNF43, TOMM34) и последовательности рецепторов VEGFR1 и VEGFR2, в комплексе с терапией пероральными противоопухолевыми препаратами, проводили у 10 больных с неоперабельным раком ободочной и прямой кишки. После одного курса лечения у 1 пациента зафиксировали частичный ответ, у 7 – стабилизацию, у 2 – прогрессирование заболевания. У пациентов из групп с частичным ответом и стабилизацией заболевания отмечалось увеличение пептид-специфических ЦТЛ [45]. В идеальной комбинации традиционная терапия будет губительной для большинства раковых клеток, помимо клеток, которые экспрессируют высокие уровни CTА. Последние уязвимы для индуцированных СТА-специфичных Т-клеток (рис. 2A). Синергизм этих мер, следовательно, приведет к более эффективному лечению.

СТА и эпигенетические препараты

Хорошо охарактеризована роль метилирования промоторов в регуляции экспрессии СТА [16], что дает возможность терапевтически модулировать экспрессию СТА в неопластических клетках, посредством использования ДНК гипометилирующих агентов (ДГА), таких как ингибиторы ДНК-метилтрансфераз – 5-аза-2'-дезоксицитидин (5-аза-2'-СРВ) и 5-азацитидин. Одновременно ДГА способствуют восстановлению нормальных функций множества клеточных процессов, в том числе регуляции клеточного цикла, апоптоза и иммунного распознавания [46]. Исследования 5-аза-2-дезоксицитидина in vitro продемонстрировали его эффективность в индуцировании и/или существенном увеличении экспрессии нескольких членов различных СТА семейств в опухолевых клетках различных гистотипов [46]. Важно, что приобретенные фенотипические изменения он-котрансформированных клеток поддерживаются популяциями опухолевых клеток и функционально значимы, индуцируя или существенно усиливая их распознавание СТА-специфичными ЦТЛ [46, 47]. Fonsatti et al. [48] продемонстрировали, что после ДГА-терапии одного только изменения уровня антигенов HLA класса I и CD54 на поверхности клеток меланомы достаточно, чтобы существенно повысить их распознавание антиген-специфичными ЦТЛ.

Продемонстрированная индукция спонтанного анти-СТА иммунитета ДГА-агентами стала основанием одобрения 5-аза-2’-дезоксицитидина (5-аза-2’-СРВ) или 5-азацитидина для терапии гематологических злокачественных новообразований [49, 50]. Таким образом, сочетание ДГА с СТА-вакцинацией может оказаться полезным для выработки СТА-специфичных Т-клеток (рис. 2Б). Однако из-за онкогенных свойств некоторых СТ-антигенов возможны отрицательные эффекты использования ДГА, такие как индукция ЕМТ-перехода с последующим метастазированием.

СТА-вакцинация и адоптивная терапия

Метод адоптивной терапии с помощью инфильтрирующих опухоль Т-лимфоцитов стал развиваться с 1980-х годов, претерпевая многочисленные модификации с целью получения опухоль-специфичного эффекта. Одним из подходов получения большого пула аутологичных онкоспецифичных Т-лимфоцитов стала их трансфекция геном, кодирующим Т-клеточный рецептор, полученный из лимфоцитов пациента или иммунизированных трансгенных мышей (рис. 2В). Успешный опыт лечения Т-лимфоцитами (после трансфекции анти-NY-ESO-1 рецепторов) был продемонстрирован у больных синовиальной саркомой и меланомой [51]. И хотя выбранный подход не вызвал побочных цитотоксических реакций, в других клинических испытаниях, использовавших аутологичные модифицированные анти-MAGE-A3 в качестве рецептора Т-лимфоцитов, была поставлена под вопрос онкоспецифичность MAGE-A3, так как была продемонстрирована перекрестная реактивность использованного СТА с эпитопом MAGE-A12 нормальных клеток мозга и эпитопом сердечного белка тайтина [52, 53]. Другая стратегия комбинации адоптивной Т-клеточной терапии с эпигенетической модификацией ДГА у больных с лимфомой Ходжкина приводила к генерации

MAGE-А4-специфических Т-клеток и увеличению противоопухолевого репертуара Т-клеток без побочных эффектов [54].

СТА и ингибирование иммунных контрольных точек

Терапия ингибиторами иммунных «check-point», чаще ингибиторами PD-1 и CTLA-4, стала востребованной в алгоритме лечения НМРЛ (clinical Trials.gov идентификаторы NCT02453282, NCT02039674), лимфомы Ходжкина и неоплазий с микросателлитной нестабильностью [55]. Ряд результатов свидетельствует о дополнительном противоопухолевом эффекте, полученном путём объединения блокады иммунных контрольных точек с СТА-вакцинацией (рис. 2Г). Доказательства синергического эффекта терапии ипилимумабом (анти-CTLA-4 моноклональное антитело) и NY-ESO-1 вакцинации были получены у пациентов с метастатической меланомой, ранее проходивших химиотерапию [56]. Из 15 пациентов, получавших комплексную иммунотерапию, у 8 зарегистрировали полный или частичный ответ или стабилизацию процесса на фоне полифункционального NY-ESO-1-специфического Т-клеточного ответа. У 5 из 8 пациентов детектировали CD4+ и CD8+ Т-клетки против NY-ESO-1 после введения ипилимумаба.

В упомянутом выше исследовании рекомбинантного NY-ESO1 было предположено, что предварительная терапия с использованием СТА будет усиливать последующее действие CTLA-4 ингибитора [34]. Таким образом, СТА-вакцинация в сочетании с блокадой иммунных контрольных точек потенциально может улучшить терапевтические эффекты.

Заключение

Высокая онкоспецифичность, иммуногенность и относительно частая экспрессия во многих типах рака СТ-антигенов стали основанием для их широкого исследования как агентов вакцинации. Развитие представлений о механизмах противоопухолевого иммунитета стимулировало появление новых подходов для контроля над злокачественным процессом: нарушение иммунной толерантности с помощью ингибиторов иммунных контрольных точек, коррекция иммунного ответа извне путем вакцинации культивированными ex vivo дендритными клетками, натуральными киллерами, Т-лимфоцитами; индукция и синхронизация экспрессии онко-ассоциированных молекул с помощью ДГА для повышения иммуногенности раковых клеток и др. Последние достижения в области иммунной терапии обусловливают необходимость дополнения традиционных методов и переосмысления современных клинических стратегий как в отношении выбора химиотерапевтических агентов, так и дизайна иммунотерапии, что в перспективе существенно повысит эффективность лечения рака.