Wykład 10, Immunologia nowotworów

Ogólna charakterystyka nowotworów. Przede wszystkim poczyniono obserwację, że częstość występowania nowotworów u ssaków w porównaniu z innymi grupami systematycznymi zwierząt jest dużo większa. Pierwsza rzecz jaka się nasuwa po tej obserwacji jest taka, że ssaki jako jedyna grupa zwierząt mają nabytą część odpowiedzi odpornościowej, związaną ze specyficznym rozpoznaniem antygenu przez receptory na limfocytach. Natomiast zwierzęta niższe nie i najwyraźniej te zwierzęta niższe radzą sobie z nowotworami lepiej, ponieważ praktycznie u tych zwierząt nowotwory nie występują. I nie chodzi tu o tak mało skomplikowane zwierzaki jak jednokomórkowce czy gąbki, bo one żyją też dostatecznie krótko i te nowotwory nie mają się jak rozwijać (niektóre gąbki żyją długo). Raz na jakiś czas przez prasę przetacza się taka dzika fala entuzjazmu, że na przykład ryby chrzęstnoszkieletowe to są cudowne zwierzęta, bo nie mają nowotworów. I pisze się w kolorowych gazetach, że jakby zrobić preparat z rekina to się będzie zdrowym. Rzeczywiście tak jest, że ryby chrzęstnoszkieletowe nie mają nowotworów, ale u nich ta część odpowiedzi nabytej jest niezmiernie ograniczona.

Bardzo wielu autorów uważa, że immunologia nowotworów nie istnieje. Swoje twierdzenia opierają na dwóch przesłankach. Po pierwsze na tym, że u myszy NUDE, czyli takich, które mają znokautowane limfocyty T, nie mają limfocytów T, to znaczy mają tylko te, które powstają na obwodzie - limfocyty γδ (gamma-delta), natomiast nie mają grasicy. Te myszy nie mają wcale większej częstości nowotworów, co więcej u tych myszy wcale nowotwory nie rosną szybciej. Ta obserwacja skłania niektórych do twierdzenia, że immunologia nowotworów nie istnieje. Ale u myszy NUDE nie ma tylko tej części odpowiedzi, która jest związana z limfocytami T i to tylko tymi, które rozwijają się w grasicy. Natomiast w ciągu ostatnich lat bardzo rośnie liczba takich prac, które pokazują, że za odpowiedź przeciwnowotworową są odpowiedzialne przede wszystkim limfocyty γδ, takie, które rozwijają się w śluzówkach przewodu pokarmowego. One po prostu przez grasicę nigdy nie przechodzą w związku z tym one w myszach NUDE są w normalnej liczbie. Natomiast druga obserwacja jest taką obserwacją niezwykle wiarygodną, dlatego że dotyczy takich badań populacyjnych poczynionych na grupie pacjentów po przeszczepach. Wbrew oczekiwaniom, wbrew obawom u osób, które po przeszczepach przyjmują leki immunosupresyjne częstość nowotworów pierwotnych wcale nie jest większa, natomiast u tych osób dużo łatwiej powstają przerzuty nowotworowe: jeżeli ktoś miał nowotwór, to pod wpływem leczenia immunosupresyjnego do przerzutów dochodzi łatwiej. Natomiast jeżeli chodzi o same guzy pierwotne to statystycznie rzecz biorąc nie ma różnic. To jest taka przesłanka, którą wykorzystują ci, którzy mówią, że immunologii nowotworów nie ma. Natomiast jest jeden niepodważalny argument, dotyczy takich badań na nokautach mysich. Jak wiadomo układ odpornościowy bardzo lubi zabijać przez robienie dziur w innych komórkach i do tego używane są białka, które nazywają się perforynami. Otóż kiedy wykonano nokaut u myszy w białku perforynie, okazało się, że u takich myszy częstość występowania nowotworów spontanicznych i tempo wzrostu guza jest bardzo duże, znakomiecie większe niż u innych myszy. Czyli jeżeli nie ma u myszy takiego białka, które odpowiada głównie za zabijanie komórek nowotworowych (tym białkiem posługują się zarówno limfocyty(?) NK jak i limfocyty T cytotoksyczne oraz limfocyty γδ T) to okazuje się, że nowotwory rosną szybciej i występują częściej, więc musi być jakiś związek między brakiem występowania nowotworów a układem odpornościowym, my tylko o tym ciągle strasznie mało wiemy. To jest taka część, która jest w tej chwili mało badana, ale ona jest mało badana nie dlatego, że ona jest nieistotna, tylko dlatego, że ją się bardzo trudno bada i ciągle bardzo niewiele wiemy na temat odpowiedzi immunologicznej na antygeny lipidowe. Wszystko co było do tej pory dotyczyło białek, białek modyfikowanych lipidami i cukrami, ale białek. Natomiast odpowiedź na antygeny lipidowe jest bardzo mało poznana. Wiadomo na pewno, że za odpowiedź przeciwnowotworową odpowiadają takie komórki, które się nazywają NKT(?) i te komórki, które u ludzi są nieliczne, ale u myszy są bardzo liczną populacją one rozpoznają antygeny w kontekście nie MHC tylko takiej cząsteczki CD1, a ta cząsteczka wybiórczo prezentuje antygen lipidowy. I okazuje się, że te limfocyty, które wiemy, że są związane ściśle z odpowiedzią przeciwnowotworową mają zdolność do rozpoznawania antygenów lipidowych. Co więcej nie wiemy wiele na temat rozpoznania antygenów lipidowych bo jak wiadomo wszystkie płyny fizjologiczne to są płyny polarne, w związku z tym bardzo trudno w takich płynach ustrojowych, w osoczu krwi o rozpuszczone, pojedyncze cząsteczki lipidów. Jak one się przemieszczają? Przemieszczają się na białkach, poznano całą rodzinę apolipoprotein, które są cząsteczkami transportującymi tłuszcze. Okazuje się, że rozmaite eksperymenty wykonywane na zwierzętach transgenicznych i zwierzętach nokautowanych w apolipoproteinie, te zwierzęta mają rozwijaną odpowiedź na antygeny nowotworowe.

Dosłownie ostatni numer „immonological review” z kwietnia 2008 roku jest w całości poświęcony nowotworom i immunologii nowotworów, co więcej przedstawione są tam w postaci artykułów przeglądowych nowe rodzaje terapii na poszczególne typy nowotworów, terapii opartych o stymulację układu odpornościowego.

A teraz wracając do takich informacji absolutnie podstawowych.

Wybrane czynniki rakotwórcze: promieniowanie jonizujące, reaktywne formy tlenu (to się wiąże ze stanem zapalnym), przewlekły stan zapalny, wirusy.

Skąd podejrzenie, że stan zapalny jest związany z nowotworami? Wyłącznie z obserwacji epidemiologicznych. W tej chwili jest bardzo mało takich prawdziwych dowodów na to, że przewlekły stan zapalny może być rzeczywiście powodem występowania pewnych nowotworów. Natomiast jak się popatrzy na dane epidemiologiczne, te dane epidemiologiczne są bardzo wiarygodne, ponieważ są robione przez wiele lat na bardzo dużych populacjach, w związku z tym są tak naprawdę obarczone najmniejszym błędem, który wynikałby z samej techniki badawczej. Na przykład Nowotwory pęcherza są związane z przewlekłymi stanami zapalnymi śluzówki wyścielającej pęcherz; nowotwory jelita grubego są skorelowane z występowaniem stanu zapalnego jelita to się nazywa choroba Crohna, albo .. po angielsku, w Polsce to się nazywa zespół jelita nadwrażliwego, obydwie te choroby; nowotwory płuc są związane z często przebywanymi stanami zapalnymi płuc, przede wszystkim podstawowym czynnikiem jest narażenie na pyły drobnocząsteczkowe. Jest taka zasada, że im drobniejszy pył, tym głębiej wchodzi do płuc. W związku z tym te najdrobniejsze pyły potrafią zajść do bardzo głębokich warstw płuc skąd w zasadzie nie są wymiatane, nie można ich odkrztusić i one tworzą taki stan zapalny na stałe, pobudzając makrofagi, które chodzą po wnętrzu śluzówek tych które wyścielają pęcherzyki płucne. Te makrofagi wchodzą w taki permanentny stan zapalny. Bardzo groźne są szczególnie pyły, z którymi makrofagi nie potrafią sobie poradzić, np. pyły azbestu, one penetrują bardzo głęboko, ale równie dobry jest pył węglowy (pozdrowienia dla wszystkich palaczy! Dym papierosowy zawiera bardzo dużo substancji smolistych, które są ewidentnie mutagenne, zawierają ten pył węglowy, który jest bardzo trudny do przetworzenia i pozostaje na bardzo długo, pobudzając makrofagi i tworzy się stan zapalny). I szereg innych chorób (na obrazkach jest ich korelacja z poszczególnymi nowotworami).

Dwa słowa na temat nomenklatury związanej z nowotworami. Lekarze jak to lekarze mają swój oddzielny świat, równoległy do świata biologów niestety, mają swoje nazwy na wszystko zupełnie inne, biolodzy starają się to raczej systematyzować. W związku z tym dla biologów są trzy główne typy nowotworów:

1. Karcinoma. Ten pierwszy to są nowotwory pochodzące z endodermy i ektodermy, 80% wszystkich rodzajów nowotworów, jakie występują. Większość z nich jest związana z mutacjami w obrębie jednego tylko receptora, to jest receptor dla EGF-u (epithelial grown factor), to jest taki receptor, który jest bardzo intensywnie badany, wszystkie jego warianty, ponieważ rzeczywiście większość nowotworów tej najliczniejszej grupy, 80%owej, jest związanych z nim.

2. Sarkomy to są z kolei nowotwory, które są związane z tym listkiem zarodkowym, z tkankami pochodzącymi z listka zarodkowego z mezenchymy i one są stosunkowo najmniej liczne i to są wszystkie nowotwory kości, chrzęści tego typu.

3. Białaczki i limfony - najbardziej interesująca dla immunologów grupa nowotworów. Białaczka to jest zawsze nowotwór pojedynczokomórkowy (?), polegający na tym, że w szpiku kostnym preferencyjnie powstaje jakaś jedna linia komórkowa, po prostu dochodzi do takiej mutacji, która powoduje, że powstają w następstwie tylko komórki jednego rodzaju preferencyjnie, np. tylko limfocyty B i to tylko jednego typu, produkujące tylko jeden rodzaj przeciwciał. Natomiast limfony to są nowotwory pochodzące z układu odpornościowego i to są guzy lite. Różnica między tymi dwoma typami nowotworów jest dramatyczna oczywiście, dlatego, że pojedynczokomórkowe nowotwory są bardziej dostępne dla leków, podczas kiedy guzy nowotworowe nie.

Aby doszło do transformacji nowotworowej komórki to musi zajść jeden z trzech elementów:

1. rozprzężenie cyklu komórkowego

2. mutacja białka p53, mutacja w genach indukujących proliferację

3. zaburzenia w indukcji apoptozy

Wyróżniamy 4 podstawowe stadia w nowotworzeniu:

1. pojedyncza komórka, która przeszła transformacje nowotworową - wydaje się, że dziennie u człowieka powstaje ok. 2000 komórek, które potencjalnie mają mutacje, które mogą doprowadzić do powstania nowotworu. Czy to znaczy, że są stransformowane nowotworowo? Nie, to znaczy, że są uszkodzone. Część z nich ginie, dlatego, że jest tak mocno uszkodzona, że po prostu nie jest w stanie przeżyć. Część z nich zdecydowanie jest usuwana przez układ odpornościowy. Dlaczego tak? No to widać właśnie po tym, że u ludzi, którzy biorą leki immunosupresyjne dochodzi do metastaz, to są właśnie takie pojedyncze komórki, które przemieszczając się na duże odległości potrafią rozpocząć wzrost guza. Druga obserwacja pochodzi dosłownie z ostatnich dwóch, trzech lat, mianowicie jest taka grupa osób, którą badają lekarze, bez względu na to, czy zachorują na nowotwór czy nie: ludzie zakażeni wirusami żółtaczki typu B i C. I tym ludziom po wykryciu infekcji, która w sposób utajony może się toczyć nawet kilkadziesiąt lat, dwadzieścia czy trzydzieści, raz do roku pobiera się krew i ta krew jest mrożona i gromadzona. No więc jest taka miła cecha tego typu grupy pacjentów, że można do tej zamrożonej krwi zawsze wrócić i jeżeli chcemy sprawdzić krew to można to właśnie zrobić. I tak zrobiono w wypadku osób chorych na żółtaczkę. U około 30% osób, które są zakażone wirusem żółtaczki typu C rozwija się w następstwie choroba nowotworowa wątroby, jedna z kilku. Zadano sobie pytanie, czy układ odpornościowy jest w stanie odpowiadać w ogóle na komórki nowotworowe tworzące się w obrębie takiej zakażonej wirusem wątroby. Otóż okazało się, że we krwi tych pacjentów nawet 10, 15 lat przed pierwszymi objawami występowania nowotworów są przeciwciała przeciwko komórkom nowotworowym. Czyli wyraźnie osoby te odpowiadają na transformujące komórki nowotworowe, w obrębie tej wątroby zakażonej wirusem, bo one są efektywnie niszczone. W tym ostatnim numerze „immunological review” jest przeglądówka poświęcona obecności przeciwciał antynowotworowych w osoczu krwi, którzy potem chorują na nowotwory i okazuje się, że to wcale nie jest dobry prognostyk. Dlatego, że jeżeli w osoczu krwi pacjenta pojawiają się przeciwciała przeciwnowotworowe to jest dokładnie tak jak w przypadku makrofagów, jeżeli jest odpowiedź na samym początku w miarę intensywna, to ten nowotwór jest usuwany do dna, jest usuwany w ogóle skutecznie z organizmu. Natomiast jeżeli jest taka sytuacja, że tych przeciwciał jest tylko trochę to obecność tej odpowiedzi immunologicznej na zbyt małym poziomie promuje wzrost nowotworu. Ten etap to jest taki etap z którym zdecydowanie układ odpornościowy potrafi sobie poradzić.

2. Przy rozrastającym się guzie nowotworowym (bo mówimy teraz o guzach, nie o pojedynczokomórkowych białaczkach), nowotwór powiększa się. Jeżeli jest łagodny, łagodnym nazywamy tylko taki typ nowotworu, który nie wychodzi poza obręb jednej tkanki, z której powstała ta pierwsza stransformowana komórka, nie nacieka okolicznych tkanek i nie ma zdolności do przenoszenia się na duże odległości.

3. Jeżeli nowotwór zaczyna naciekać okoliczne tkanki, jeżeli wychodzi poza obręb tej tkanki pierwotnej, to jest to zdecydowanie nowotwór złośliwy. W takim potocznym języku nazywa się wtedy rakiem, nie nowotworem.

4. No i jeżeli jest dostatecznie duży, to może krążyć przy pomocy naczyń krwionośnych i naczyń limfatycznych na duże odległości i przerzucać się do innych tkanek. Jeżeli komórki nowotworowe wejdą do krążenia krwi czy dostaną się do chłonki to w pewnym momencie powinny przechodzić przez węzły chłonne, gdzie często są wychwytywane, dlatego taką standardową techniką przy usuwaniu guzów nowotworowych jest wycinanie wszystkich sąsiednich węzłów limfatycznych, właśnie po to, żeby uniknąć pozostawienia w ciele pacjenta komórek nowotworowych, które potencjalnie mogą być zatrzymane na terenie węzłów chłonnych.

Nowotwory potrafią zmieniać właściwości komórek układu odpornościowego zgromadzonych w węźle chłonnym i samego węzła chłonnego.

W ramach przypomnienia: ta odpowiedź przeciwnowotworowa mieści się w tej drugiej funkcji układu odpornościowego, czyli w nadzorze.

Obrazek z Nature: zależność pomiędzy aktywnością układu odpornościowego a nowotworem. Rzeczywiście jest tak, że jeżeli ten nowotwór jest na tym pierwszym etapie pojedynczej komórki to jeżeli jest układ odpornościowy sprawnie działający, jeżeli nie dochodzi do żadnych zaburzeń to taka komórka pojedyncza powinna zostać wyeliminowana, nawet jeżeli przeżyje, jeżeli ta mutacja nie jest dla niej letalna. Po pewnym czasie staje się coś takiego co jest często obserwowane taki stan równowagi no i w niektórych wypadkach dochodzi do takiego rozwoju sytuacji, że nowotwór zaczyna się rozrastać, a aktywność układu odpornościowego maleje. Maleje dlatego, że nowotwór potrafi komórki układu odpornościowego bardzo skutecznie doprowadzać do apoptozy.

Wszelkie rodzaje immunoterapii oparte są na takiej obserwacji, że komórki nowotworowo zmienione posiadają dwa rodzaje antygenów powierzchniowych, inne niż zdrowe komórki ciała (w Jakubisiaku jest inne nazewnictwo, trzyliterowe skróty). Jakieś dwie nazwy. Te specyficzne (tumor specific) to są takie białka, które są wyrażane tylko i wyłącznie wyrażane na komórkach nowotworowych, natomiast te drugie to jest bardzo ciekawa grupa antygenów, bo to są antygeny które teoretycznie są wyrażane także na zdrowych komórkach ciała, ale ich gęstość na komórkach nowotworowych jest większa, albo są to antygeny charakterystyczne dla bardzo wczesnych etapów różnicowania tkanek, w zasadzie pochodzą z życia embrionalnego, ale nie tylko bo są na przykład charakterystyczne dla komórek macierzystych poszczególnych tkanek. Ukazało się kilka takich prac, które pokazują, że większość terapii nowotworowych nie jest skuteczna i wręcz promuje rozrost guza w kierunku bardziej złośliwego. Istnieje coś takiego jak komórka macierzysta wielu guzów nowotworowych. I okazuje się, że większość terapeutyków działa na komórki, które są nieco bardziej zróżnicowane, a one nie mają takich cech bardzo pierwotnych komórek, bo to są komórki ciągle się dzielące, praktycznie nieśmiertelne natomiast te komórki macierzyste są dużo bardziej uwstecznione: mają dużo mniej antygenów na swojej powierzchni, mają charakterystykę bardzo często zbliżoną do komórek macierzystych. Dobra informacja jest taka, że jak każda komórka macierzysta, komórka macierzysta nowotworu nie może żyć bez swojej niszy, czyli ona potrzebuje bardzo specyficznych sygnałów po to żeby wchodzić w cykle podziałowe i żeby żyć. Okazuje się, że szereg tych terapii, które są mniej skuteczne zabija te komórki bardziej zróżnicowane, w związku z tym po roku czy kilku miesiącach trzeba powtarzać terapię i każda kolejna promuje wzrost guza, a to dlatego, że zaczynają w guzie przeważać te komórki coraz bardziej pierwotne. W związku z tym w tej chwili bardzo wiele zespołów pracuje nad tym, żeby próbować wypracować takie terapie, które umożliwią wyprodukowanie leków, które są ukierunkowane na komórki macierzyste guza. Bo kolejna obserwacja, którą poczyniono to jest taka obserwacja, że jeżeli zabije się komórki macierzyste guza, te komórki najbardziej pierwotne i nawet w pierwszym momencie po terapii wielkość guza się nie zmieni, to po kilku miesiącach guz zniknie sam, właśnie dlatego, że nie ma już komórek, z których mógłby powstać, a te komórki bardziej zróżnicowane bez obecności tych bardzo pierwotnych komórek macierzystych guza nie mogą się rozwijać dalej, brakuje im jakiś sygnałów i zaczynają stopniowo umierać.

Kolejnym zadaniem takich terapii, które może nie są do końca immunologiczne, ale też nie, bo komórki immunologiczne wydzielają szereg substancji, które powodują wzrost naczyń krwionośnych. To są wszelkiego rodzaju terapie, które uniemożliwiają sieciowanie guza naczyniami krwionośnymi, te komórki w guzie są wtedy na tyle źle ukrwione, że po prostu umierają z braku możliwości swobodnej wymiany gazowej i z braku substancji odżywczych. Wtedy guz jakby powinien umierać sam z siebie, to nie zawsze się udaje, ale tego typu terapie są już bardzo popularne i w wielu przypadkach działają.

Jak widać z tego wywodu, kluczową rzeczą w planowaniu leków nowotworowych jest określenie zestawu antygenów charakterystycznych dla komórek nowotworowych. No i najlepiej żeby to były te tumor specyfic, a nie apoptate(?), dlatego, że to są specyficzne tylko dla nowotworów.

Jakie komórki zwalczają?

Wszystkie te mechanizmy o których dzisiaj będzie mowa już znamy. Były one omawiane i jedyna nowa wiadomość, to że mają one zastosowanie w zwalczaniu nowotworów.

1. Czyli po pierwsze komórki pomocnicze, limfocyty helperowe, które wydzielają szereg cytokin, które maja za zadanie amplifikować odpowiedź immunologiczną.

2. Cytotoksyczność przeciwciał zależna od dopełniacza. Komórki NK; PPS, tak nazywają się komórki, które są komórkami cytotoksycznymi, to są limfocyty T CD8+; reakcja BCT i komórki NKT. Te ostatnie, to są te z którymi wiązano bardzo wiele nadziei mniej więcej dziesięć lat temu po ich odkryciu u myszy. Okazało się, że u ludzi jest to bardzo niewielka grupa komórek, ale za to, na tym slajdzie nie są umieszczone, komórki γδ, w ostatnich dwóch latach bardzo dużo się mówi, że to są jedyne komórki, które potrafią stymulować produkcję autoprzeciwciał, czyli przeciwciał, które rozpoznają białka własne i to w dodatku produkcje takich przeciwciał, które rozpoznają właśnie antygeny związane z nowotworzeniem. Wydaje się, że te komórki γδ, plus te doświadczenia z myszami sugerują to wyraźnie, mogą być kluczowymi w odpowiedzi przeciwnowotworowej u ludzi.

3. Mechanizm działania komórek cytotoksycznych. Większość terapii w tej chwili używanych jest skierowana na intensyfikację cytotoksyczności limfocytów T CD8+. I to jest tak, to już znamy: prezentacja antygenu, aktywacja, produkcja cytokin, aktywacja niedojrzałych komórek CD8 przez limfocyty Th. I taka dojrzała komórka cytotoksyczna może już niszczyć komórkę nowotworową. Przy czym cechą tych komórek cytototksycznych jest to, że pojedynczy limfocyt cytotoksyczny może zabić wiele komórek nowotworowych. No jest tylko jeden problem: skądś muszą się pojawić te pierwsze, uwolnione z nowotworu antygeny, żeby po raz pierwszy doszło do aktywacji. W związku z tym kolejnym celem terapeutycznym jest amplifikacja tego momentu. Wszystkie teraz stosowane terapie są oparte o działanie komórek cytotoksycznych, CD8+.

4. Reakcja DCC (?) to jest jedna z podstawowych reakcji w zwalczaniu nowotworów, ona była na drugim wykładzie. To jest taka reakcja, w której komórka docelowa, w tym wypadku nowotworowa jest rozpoznawana przez krążące przeciwciała, natomiast te przeciwciała, ich fragment Fc jest rozpoznawany przez komórki, które są zdolne do efektu cytotoksycznego. Czyli to jest taka reakcja cytotoksyczności zależna od przeciwciał i są do niej zdolne eozynofile, neutrofile, komórki NK i makrofagi.

5. Komórki NK mogą też zabijać komórki nowotworowe, w ogóle komórki docelowe wtedy kiedy na ich powierzchni nie ma cząsteczek MHC klasy I. Są na powierzchni komórek NK receptory KIR, które specyficznie rozpoznają MHC klasy I na komórce docelowej no i to jest taki receptor, który ma czynność fosfatazy w związku z tym jeżeli dojdzie do tego połączenia i dojdzie do przekazywania sygnału, wtedy fosfataza defosforyluje te receptory, które wchodzą w aktywację podczas kontaktu z antygenem. Czyli jeżeli na komórce docelowej znajduje się MHC klasy pierwszej to wtedy komórka NK jej nie zabije, ponieważ dochodzi do wytłumiania sygnału idącego z receptorów dla antygenu. Natomiast jeżeli tego MHC klasy I nie ma na powierzchni komórki docelowej, to wtedy komórka NK wybiera efekt cytotoksyczny. Co jeszcze jest ważne do zapamiętania o komórkach NK? Otóż one na swojej powierzchni mają receptory, które się nazywają NKG i to są receptory, które mają ligandy na powierzchni komórek nowotworowych. W związku z tym okazuje się, że nowotwory potrafią hamować aktywność komórek NK, nawet wtedy kiedy nie mają MHC klasy I na swojej powierzchni.

---