Immunologia Nowotworów

Dr Barbara Szkudli

ń

ska

Klinika Immunologii, Reumatologii i Alergii

Uniwersytet medyczny w Łodzi

Wprowadzenie

• Nowotwór powstaje w wyniku namnażania

się pojedynczej komórki po transformacji
nowotworowej( modyfikacja - defekt DNA
komórki)

• Komórki nowotworowe charakteryzują się

niskim stopniem zróżnicowania.

• Mogą szybko rozprzestrzeniać się w

organizmie - przerzuty

T-cell leukemia

mouse

PTK

akt

sarcoma

chicken

PTK

src

sarcoma

monkey

PDGF-b

sis

reticuloendotheliosis

turkey

Regulator of NF-kB

rel

Erythroleukemia,
sarcoma

rat

GTP-binding protein

H-ras

Sarcoma, myelocytoma,
carcinoma

chicken

Transcription regulator

myc

sarcoma

Chicken/mouse

PTK

raf

sarcoma

cat

Stem cell factor (SCF)

kit

Osteosarcoma,
fibrosarcoma

Mouse/chicken

AP-1 transcription factor

fos/jun

sarcoma

cat

GMCSF-R (PTK)

fms

sarcoma

Cat/chicken

(PTK)

fes

Erythroleukemia,
fibrosarcoma

chicken

EGF-receptor (RTK)

erb-B

Pre-B-cell leukemia

Mouse/cat

Protein tyrosine kinase
(PTK)

abl

Virus-induced tumor

Source of virus

Proto-oncogene
function

Oncogene

Oncogenes originally identified through their presence in

retroviruses

Antygeny nowotworowe: mechanizmy

indukcji

• Kodowane przez geny unikalnie eksponowane

przez guz

• Kodowane przez zmutowane geny obecne w

normalnej głównej tkance

• Reaktywacja embrionalnych genów albo genów

innych linii różnicowania

• Indukcja zwiększonej ekspresji normalnych

antygenów

ANTYGENY NOWOTWOROWE

Na nowotworze ulegają ekspresji antygeny gospodarza. Nowotwór tym

różni się od własnych tkanek że ulegają na nim ekspresji antygeny - TSA i
TAA

Antygeny nowotworowo - swoiste (TSA):

Unikalne antygeny występujące tylko na komórkach nowotworowych
Nie produkowane przez normalne komórki organizmu
swoiste

Antygeny związane z nowotworem (TAA):

Nie unikalne do guza
Antygeny normalnie występujące w bardzo niskim poziomie, które

ulegają ekspresji w większych ilościach w komórkach nowotworowych

Antygeny występujące na normalnych komórkach podczas

embrionalnego rozwoju, normalnie nie występujące u dorosłych

związane z nowotworem antygeny wirusowe

Ekspresja antygenów na komórce

nowotworowej

Antygeny MHC

TAVA (TAA)

TSTA (TSA)

TADA (TAA)

TSA (TSTA): unikalne dla guza - odgrywają

zasadniczą rolę w odrzuceniu nowotworu.

Nowotworowo swoiste
transplantacyjne Ag

Związane z nowotworem
rozwojowe Ag

Związane z nowotworem
wirusowe Ag

Przykłady antygenów związanych z

nowotworem

• Anormalna ekspresja komórkowych białek np..: HER-2,

MUC-1

• gangliozydy: GM

2

, GD

2

, GD

3

.

• Białka melanogenezy: Tyrosinase, gp-100, MART-1, TRP-

1, TRP-2

• Ag nowotworowe wspólne (jądro/nowotwór): MAGE-1,3,

BAGE, GAGE

• Antygeny płodowo-nowotworowe: CEA, AFP

• białka kodowane przez zmutowane onkogeny: p53, k-Ras,

CDK-4, BCR/ABL

• Antygeny wirusowe (HPV, EBV, CMV)

Związane z nowotworem rozwojowe antygeny

• Występują na komórkach nowotworowych i

komórkach płodów.

• Nie pobudzają odporności przeciwnowotworowej.
• Wykorzystywane w diagnostyce.
• Alfa-fetoproteina(AFP)

nowotwory wątroby

• Karcinoembrionalny Ag (CEA)

nowotwory

jelita grubego i odbytu

• human chorionic gonadotropin (

ββββ

-HCG-

gonadotropina kosmówkowa)- rak kosmówki,
zaśniad groniasty.

TADA

ALFA-FETOPROTEINA (AFP)

•

Znacząco wzrasta w
przypadku hepatocellular
carcinoma (HCC),
seminoma

•

Może wzrastać w innych
schorzeniach wątroby (ostre
zapalenie, marskość)

•

Wraca do normy po
zabiegach operacyjnych i
leczeniu, wzrasta w nawrocie
choroby

Serum AFP levels in a hepatitis B-positive
Native Alaskan. He had a sudden increase
in his AFP, which led to a diagnosis of
HCC. The liver tumor was resected and
AFP

normalized.

From

Sabiston,

Textbook of Surgery, 1991.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

1

2

3

4

A

F

P

(

n

g

/m

L

)

Time (years)

HBsAg +

HCC Resected

Serum AFP Can be Used for

Screening and for Follow-up

Immunodiagnostyczne znaczenie

oceny CEA

Wirusy Onkogenne

DNA

DNA

DNA

DNA W

W

W

Wirus

irus

irus

irusy

y

y

y

•

Herpesviridae

–

Wirus opryszczki

Wirus opryszczki

Wirus opryszczki

Wirus opryszczki Human

Human

Human

Human

Herpes Virus 8

Herpes Virus 8

Herpes Virus 8

Herpes Virus 8

(HHV8)

HHV8)

HHV8)

HHV8) a.k.a

a.k.a

a.k.a

a.k.a

Kaposi’s sarcoma associated
virus

– Epstein

Epstein

Epstein

Epstein----Barr virus (EBV

Barr virus (EBV

Barr virus (EBV

Barr virus (EBV)

•

Papovaviridae

– Wirus brodawczaka

ludzkiego - human papilloma
virus (HPV

HPV

HPV

HPV 16,18

16,18

16,18

16,18)

•

Hepadnaviridae

– Wirus WZW B - hepatitis B

virus-(HBV

HBV

HBV

HBV)

RNA

RNA

RNA

RNA W

W

W

Wirus

irus

irus

irusy

y

y

y

•

Flaviviridae

– (hepatitis C virus HCV

hepatitis C virus HCV

hepatitis C virus HCV

hepatitis C virus HCV)

•

Retroviridae

– Ludzki Wirus T-

limfocytotropowy -Human T-
cell lymphotropic virus (HTLV

HTLV

HTLV

HTLV

type I)

Wirus Epsteina -Barra

Nosicielstwo

• 99% kraje słabo rozwini

ę

te -zaka

ż

enie nast

ę

puje w

okresie wczesnoniemowl

ę

cym i jest bazobjawowe.

• 90% kraje wysoko rozwini

ę

te. Do zaka

ż

enia mo

ż

e

doj

ść

w wieku młodzie

ń

czym – połnoobjawowa

choroba - Mononukleoza zaka

ź

na.

•Po nawet kilkudziesi

ę

cioletnim okresie latencji mo

ż

e

nast

ą

pi

ć

wł

ą

czenie DNA wirusa do genomu

gospodarza i choroba nowotworowa:

• Chłoniak Burkitt’a

•Choroba Hodgkina

• Rak nosogardzieli

• Białaczka B – limfocytarna

Wirusy Brodawczaka

Ludzkiego (HPV) Papilloma

Viruses (16,18)

Wirusy Papilloma s

ą

obecne u 91%

kobiet z rakiem szyjki macicy.

Squamous cell carcinoma:
Krtani, przełyku, płuc – wszystkie histologicznie podobne

10% of human cancers may be HPV-linked

Wirus hepatitis C ( HCV

HCV

HCV

HCV))))

Nosicielstwo 3%populacji w skali globalnej

Zakaża hepatocyty.
U 50-80% zakażonychdochodzi do rozwoju

hepatocellular carcinoma (HCC)

Znane jest 6 genotypów wirusa

Przykłady znaczenia układu

immunologicznego w odrzucaniu nowotworu

• Spontaniczna regresja
• Regresja przerzutów po usunięciu

pierwotnego nowotworu

• Regresja po chemioterapii
• Infiltracja guza przez limfocyty i makrofagi
• Proliferacja limfocytów w drenujących

węzłach chłonnych

• Większe ryzyko nowotworu po

immunosupresji, w niedoborach
immunologicznych (AIDS, noworodki),
związane z wiekiem, etc.

Warunki dla skutecznej

przeciwnowotworowej odpowiedzi

immunologicznej

• Ekspresja obcych antygenów na kom.

nowotworowych.

• Immunogenność nowotworu.

• Immunokompetencja organizmu gospodarza.

• Odpowiedź immunologiczna z wykluczeniem

nabycia tolerancji.

• Brak zmienności antygenowej nowotworu.

Odpowiedź immunologiczna na

nowotwór

•

Odpowiedź typu humoralnego

odgrywa bardzo małą rolę

•

Odpowiedź komórkowa

Limfocyty CD8+ i CD4+

Komorki NK

Komórki dendrytyczne

Makrofagi

Rola limfocytów Th

• TSTA są przetwarzane i prezentowane

limfocytom Th przez makrofagi i limfocyty B

• Th aktywują limfocyty B i makrofagi poprzez

produkowane cytokiny.

• Aktywowane przez cytokiny komórek Th

makrofagi niszczą komórki nowotworowe.

Znaczenie limfocytów
cytotoksycznych CTL

• TSTA są prezentowane przez MHC kl I

limfocytom cytotoksycznym CTL

• CTL wytwarzają FasL lub

perforyny/granzymy niszczące kom.
nowotworowe

• Jeżeli kom. nowotworowe są Fas+, CTL

poprzez FasL stymulują

apoptozę

komórek guza.

Rola komórek NK

• Komórki NK rozpoznają MHC -negatywne

nowotwory

• NK -duże limfocyty z ziarnistościami (LGL)

TCR

-

, asialoGM

+

lub NK1.1

+

.

• Zabijają komórki zakażone wirusem i komórki

nowotworowe

• Działają bezpośrednio cytotoksycznie i w

mechanizmie ADCC

• Są aktywowane (IL-2) i przekształcają się w

komórki LAK (lymphokine-activated killer cells)

• przy udziale FasL i perforyn niszczą komórki

nowotworowe.

Tc CD8

Ag związany
z nowotworem

Klasa I MHC

NK

Faza efektorowa -cytotoksyczność

bezpośrednia

nowotwór

Faza efektorowa - cytotoksyczność

bezpośrednia

FasL

Fas

NK

CTL

guz

perforyny/
granzymy

Apoptoza

NK

Makrofagi

Spoczynkowe

Spoczynkowe

M

M

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

nie

nie

niszcz

niszcz

ą

ą

kom

kom

.

.

nowotworowych

nowotworowych

Aktywowane

Aktywowane

M

M

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

s

s

ą

ą

nowotworob

nowotworob

ó

ó

jcze

jcze

cytotosyczno

cytotosyczno

ść

ść

bezpo

bezpo

ś

ś

rednia

rednia

i ADCC

i ADCC

Reaktywne

Reaktywne

zwi

zwi

ą

ą

zki

zki

tlenu

tlenu

(O

(O

-

-

, H

, H

2

2

O

O

2

2

)

)

Tlenek

Tlenek

azotu

azotu

(NO)

(NO)

TNF

TNF

enzymy

enzymy

lizosomalne

lizosomalne

Przetwarzanie

Przetwarzanie

i

i

prezentacja

prezentacja

antygen

antygen

ó

ó

w

w

Rola przeciwciał

Komplement

Komórki NK/
Makrofagi/
Granulocyty

FcR

Fab

Fc

Cytotoksycznośc komórkowa
zależna od przeciwciał (ADCC)

Ag

Ab

sIg

B

Aktywacja dopełniacza

Guz

Guz

Mechanizmy unikania odpowiedzi

immunologicznej przez nowotwór

• Generacja komórek supresorowych (Ts)

• Produkcja cytokin o działaniu

immunosupresyjnym np.:

prostaglandyny, transforming growth

factor beta (TGF-

ββββ

), IL-10, etc.

Ts

M

Φ

Φ

Φ

Φ

CTL

Guz

• Brak prezentacji antygenów
• Brak lub niska ekspresja MHC na

komórkach nowotworowych

• Niska ekspresja cząsteczek

adhezyjnych/kostynulacyjnych
niezbędnych do aktywacji limfocytów T

Mechanizmy unikania odpowiedzi

immunologicznej przez nowotwór

Indukcja anergii limfocytów T

CD8+

T

C

Anergia

MHC Kl I

CD8+

T

C

Tc Aktywacja

B7

CD28

(Kostymulacja)

Nowotwór unika ataku CTL bo nie ma ekspresji cząstek
kostymulacjnych B7 niezbędnych do aktywacji limfocytaT.

CD28

Kom.

nowotworowa

Kom.

nowotworowa

• Maskowanie Ag: opłaszczenie kwasem

sialowym, mucyną, fibryną

• Tolerancja gospodarza na antygeny

nowotworowe (płodowonowotworowe)

• Tolerogenne Ag nowotworowe

Mechanizmy unikania odpowiedzi

immunologicznej przez nowotwór

• Mutacje kom. nowotworowych z utratą

ekspresji antygenów

• Zmienność antygenowa, złuszczanie

antygenów

• Czynniki blokujące: wolne Ag lub

kompleksy Ag-Ab. Blokują FcR na kom.
NK i innych lub indukują komórki
supresorowe

Mechanizmy unikania odpowiedzi

immunologicznej przez nowotwór

Leczenie nowotworów

• Chirurgia -

Nowotwory zlokalizowane

• Promieniowanie -radioterapia -

Przeciw namnażającym się komórkom (szpik, etc.)
Może powstawać oporność nowotworu na

promieniowanie

• Chemioterapia -

Przeciw namnażającym się komórkom (szpik, etc.)
Rozwój chemiooporności nowotworu

• Immunoterapia -

Przerzuty guza
swoistość
Nie rozwija się oporność
Mała toksyczność

Typy immunoterapii

• Bierna (przeciwciała)
• Czynna nieswoista.

• Adiuwanty (np. BCG, adiuwant Freunda, MPL, KLH)
• Cytokiny (Interferon alfa, gamma; IL-2, IL-12, GM-CSF)

• Czynna swoista (Szczepionki):

• Całe komórki (np. CancerVax

R,

zmodyfikowane genowo;

allogeniczne lub autologiczne)

• Lizaty (np. Melacine, lizaty powodowane przez wirusy

(krowianka)

• Gangliozydy (e.g. GM

2

)

• Peptydy (gp-100, MART-1, TRP-1/2, tyrosinase, MAGE-

1/3)

• Komórki dendrytyczne (opłaszczone peptydami, lizatem

komórkowym)

• Adoptywna (komórki LAK / TIL )

Immunoterapia

• Immunizacja czynna:

Swoista

Szczepienie antygenami wirusowymi: np.:

Feline leukemia virus (FLV)
Hepatitis B virus.
Wirusy brodawczaka (szczep. sprzężona)

Łączenie z haptenem (trinitrophenol - TNP)
Transfekcja kostymulatorem (B7)

Zastosowanie modyfikowanych

in vitro komórek dendrytycznych

• Komórki dendrytyczne - kom APC

• Dla dobrej prezentacji Ag nowotworu:

– “karmienie”ag. nowotworu(np. lizatem )

– Fuzja z komórkami guza

– Transfekcja DNA,lub RNA guza

• Dodatkowe zabiegi:

– Ko-transfekcja genami dla cytokin i cząsteczek

kostymulacyjnych

– Sprzęganie z motywami CpG

Zastosowanie przeciwciał monoklonalnych

•

Nieznakowane Mo Ab: np. Anty-CD20
Ab w non-Hodgkin’s lymphoma

– aktywacja C

– ADCC

•

modyfikowane Mo Ab
(Radioizotopy/Toksyny)

–

131

I (Iodine)

Brak efektywności Ab

•

Prezentacja Ag nowotworu przez MHC kl I

•

Złuszczanie / wchłanianie/ nowotworowych Ag /
kompleksów Ag-Ab

•

Niecytotoksyczne Ab (C /ADCC)

•

Przeciwciala monoklonalne mysie powodują rozwoj
wstrząsu anafilaktycznego lub choroby posurowiczej

–

–Humanizowane/chimeryczne Ab (od 2 gat.)

Ludzkie Fc

Mysie Fab

Limf.
T

CD3

Ag

dwuwartościowe Ab

Humanizowane Ab

kom.
guza

Immunoterapia adoptywna

1. Terapia z komórkami LAK : limfocyty pacjenta

+ duża dawka IL-2

NK

LAK

2. Terapia z komórkami TIL (Tumor-infiltrating

lymphocytes ) :

limfocyty tkanki i okolic guza + duża dawka Il2 -

Aktywowane NK and CTL

Problemy:
•Do uzyskania efektu rerapeutycznego potrzebna jest b. duża liczba
komórek
•Stosowane musza być wysokie stężenia IL2 (toksyczna)
•Stosowana w nowotworach z obniżoną/brakiem ekspresji MHC Kl I

•

IL-2

Stymuluje proliferację limfocytów, aktywuje limfocyty T. Stosowana w
karcinoma kom. nerek

•

IFN-

γγγγ

Wzrost ekspresji MHC kl I i II na komórkach nowotworowych

Aktywuje swoiste limfocyty Tc.

•

IFN-

αααα

Wzrost ekspresji MHC kl I na kom. nowotworowych.

Ogranicza nawroty u pacjentów z melamoma.

Dzialanie obserwowane u pacjentów z leukemią, lymphoma, myeloma,
Kaposi’s sarcoma

•

TNF

αααα

and TNF

ββββ

Nekroza guza

nie stosowany - powoduje zbyt duże systemowe skutki uboczne

Rola Cytokin

Terapie cytokinowe

podawanie cytokin.

1.

Interleukina -2 (IL-2) -

Melanoma and renal cell carcinoma

Aktywuje NK i CTL

Toksyczna gorączka, , edema, szok

2.

Tumor necrosis factor (TNF) - Carcinoma

3.

Interferon (IFN)-

α :

α :

α :

α :

Aktywuje NK
Wzmaga ekspresję MHC kl I
Hairy cell leukemia, renal cell carcinoma,
melanoma, Kaposi sarcoma, nowotwory krwi

4.

IFN-

γγγγ

: nowotwór jajnika

5.

Czynniki wzrostowe hematopoezy:
zwalczają neutropenię
GM-CSF ( granulocyte-macrophage colony
stimulating factor )

G-CSF (granulocyte colony stimulating factor )

Terapie cytokinowe

Wprowadzanie genów cytokinowych dla IL-
2, IL-4, IL-12, GM-CSF lub IFN-

γ

γ

γ

γ

do komórek

nowotworowych.

nowotwór

T cell

M

φφφφ

IL-2
IL-4

GM-CSF

Terapie genowe

Wprowadzanie genów dla sprawnej

apoptozy (P53), hamuj

ą

cych angiogenez

ę

w

guzie

Transplantacja szpiku

• Allogenicznego

• autologicznego