Противоопухолевый иммунитет. Молекулярная характеристика иммунной смерти опухолевых клеток

За последние десятилетия понимание природы иммунной защиты и противоопухолевого иммунного ответа продвинулось далеко вперед, что позволило упрочить позиции концепции "иммунного надзора" и идентифицировать ключевые компоненты противоопухолевого иммунитета.

Успехи в данном направлении в значительной степени связаны с молекулярными исследованиями эволгоционно древнего защитного внутриклеточно работающего ответа клеток на внешние и внутренние стрессирующие воздействия, вызывающие трансформацию клеточного метаболизма. "Внутриклеточный стресс-ответ является таким древним, как сама жизнь и сформировался много миллиардов лет назад" [12].

Хорошо известно, что клетки всех живых организмов от одноклеточных прокариот до многоклеточных эукариот живут в условиях постоянно действующих стрессовых факторов окружения - физических, химических, биологических. Молекулярная эра изучения феномена ответа клетки на стрессовые воздействия началась в 60 гг. XX в. с исследований клеток слюнных желез Drosophila. В дальнейшем было показано, что миллиарды стрессирующих воздействий: радиактивное облучение, механическое повреждение, кислородное голодание, отсутствие питательных веществ, органические растворы, антибиотики, реактивные кислородные радикалы, инфекционные агенты и т. д. - вызывают ответ клетки, однотипный с воздействием теплового фактора.

Оказалось, что единственным свойством, объединяющим самые различные стрессоры, является их способность приводить к аккумуляции в клетке неправильно сложенных и дисфункциональных протеинов, обладающих токсическим эффектом. Эти "ненормальные" протеины появляются в клетке при прямом воздействии на нее стрессоров (физических, химических) либо могут быть побочным продуктом репликации внутриклеточного патогена или быстрого клеточного роста, ассоциированного с трансформацией, то есть речь идет о действии внешних и внутриклеточных стрессовых сигналов. Появление "ненормальных протеинов" включает различные механизмы внутриклеточного стресс- ответа через сеть сигнальных белков, направленного на удаление измененных протеинов и обеспечивающего жизнеспособность клетки.

Ho в некоторых случаях, несмотря на то, что внутриклеточный стресс-ответ помогает выжить индивидуальным клеткам, мультиклеточный организм, в целях сохранения себя как целого, "приносит в жертву" поврежденные клетки и заменяет их здоровыми [12]. Для узнавания и элиминации собственных стрессированных клеток позвоночные используют врожденный и адаптивный иммунный ответ.

В настоящее время приходит понимание, что стресс опухолевых клеток или некоторые типы смерти этих клеток являются вершиной баланса отношений "хозяин-опухоль" в направлении усиления защиты "хозяина".

Иммунная система демонстрирует три основных механизма для предотвращения роста и размножения опухолевых клеток:

1) супрессируя вирусные инфекции, обеспечивает защиту хозяина против вирусиндуцированных опухолей;

2) регулируя патоген-индуцированный воспалительный процесс, препятствует развитию опухолей, инициируемых хроническим воспалением (вялотекущим, атипичным) [5];

3) узнавая и идентифицируя маркеры клеточного стресса (опухолеспецифические антигены или молекулярные детерминанты), препятствует развитию преканцерогенных и канцерогенных поражений.

Все эти механизмы направлены на удаление опухолевых клеток на ранней стадии развития или на "создание иммуногенного фенотипа" опухоли, что, в конечном итоге, и происходит в иммунокомпетентном организме. иммунитет клетка противоопухолевый метаболизм

Изучение молекулярных механизмов узнавания клетками иммунной системы множества стресс-индуцированных протеинов опухолевых клеток имеет не только академический интерес. В результатах исследований подобного рода заложен потенциал для манипуляций стресс-ответами опухолевых клеток и их гибелью с помощью терапевтических воздействий.

Рассмотрим основные типы гибели клеток.

Апоотоз - быстрая форма клеточной смерти, основанная на активации каспаз, посредством которой в организме поддерживается необходимое число клеток и предотвращается накопление аномальных вариантов [1].

Некроз характеризуется пассивным аутолизом клеточного содержимого лизосомальными гидролазами, разрывом клеточной мембраны и излиянием мультиферментного коктейля во внеклеточную среду [1]. Еще около двух лет назад различия между апоптозом и некрозом, с иммунологической точки зрения, определялись следующими параметрами: апоптоз рассматривался в качестве физиологической, программированной неиммуногенной смерти клеток (смерти "по умолчанию"), в основе которой лежит феномен экспрессии на их плазматической мембране остатков фосфотидилсерина, а некроз - как патологический и иммуногенный процесс, сопровождающийся освобождением воспалительных медиаторов (ИЛ-8, ИЛ-10, ТНФа) или конечных медиаторов воспаления, таких как высокомобильная группа бокс I (HMGB1 - high mobility group box I) [17].

Недавние исследования внесли изменения в существующую точку зрения и продемонстрировали драматизм взаимодействия апоптических опухолевых клеток с некоторыми компонентами иммунной системы. Среди таких компонентов центральную роль в узнавании апоптозных клеток и в инициации иммунного ответа на маркеры стресса и (или) "ашштической судьбы" (экспрессию различных протеинов на плазматической мембране, освобождение провоспалительных цитокинов и продуктов последней стадии деграрации клетки) играют дендритные клетки (ДК) [17]. Более того, уже на ранней стадии апаптоза эффекторы врожденного иммунного ответа (NK - натуральные киллеры, NKT-натуральные киллеры Т-лимфоциты; убТ-лимфоциты) способны узнавать стресс-ассоциированные сигналы (белки теплового шока-(БТШ)-HSP (heat-shock proteins)), кальретикулин - calreticulin (KTP)), атаковать преапоптические опухолевые клетки и взаимодействовать с ДК, модулируя их состояние активации. Лицензирование стрессированных опухолевых клеток

Все инициаторы стресса опухолевой клетки можно подразделить на внутриклеточные и внеклеточные факторы, действие которых порождает ответ в контексте всего организма, его гомеостаза, а именно, от стрессированной клетки могут поступать следующие сигналы: "съешь меня", повреждения или киллинга, которые облегчают иммунное узнавание стрессированных опухолевых клеток и их удаление, либо сигналы другого свойства - "не етт. меня", и эти сигналы, похоже, являются протекторами опухолевого роста [4].

Внутриклеточными сигналами стрессирования опухолевых клеток выступают либо сигналы, свидетельствующие о повреждении ДНК, либо экспрессия промоторных генов опухолей. Внешние сигналы стрессирования и гибели опухолевых клеток возникают при взаимодействии специфических лигандов со своими рецепторами, называемыми рецепторами смерти. Инициаторами таких сигналов являются противоопухлевая химиотерапия, ионизирующее облучение, под действием которых на опухолевых клетках увеличивается экспрессия "рецепторов смерти", а на клетках-эффекторах - их лигандов. К внешним сигналом относят и индукцию апоптоза в опухолевых клетках под действием гранзима и перфорина, секретируемых цитоксическими Т-лимфоцитами, NK, NKT, 78Т- лимфоцитами [13].

При получении внешних или внутриклеточных сигналов стрессирования и (или) смерти в клетке происходит активация сигнальных путей - каскада последовательных реакций, которые конвергируют в единый конечный путь на этапе эффекторного механизма. Процесс трансдукции сигнала смерти сопровождается анализом состояния клеточного контекста, приводящим либо к его затуханию, либо к усилению [1]. Например, появление нерепарируемых повреждений молекулы ДНК приводит к следующим событиям (см. рисунок):

- р53-зависимому аресту клеточного цикла, старению и агоптозу (рисунок, d). Недавно показана связь между р 53, быстрой регрессией опухолевых клеток и их иммунозависимой элиминацией. В основе механизма, вовлеченного в этот процесс, лежит р53-индуцированное старение опухолевых клеток, которое ассоциируется с повышенной продукцией и секрецией цитокинов воспаления и хемоаттрактантов для макрофагов, нейтрофилов и NK;

- индукции экспрессии, являющихся маркерами "стрессированной" клетки (лигандами "рецепторов смерти") и обладающих структурной схожестью с молекулами MHCI класса. Несмотря на существенное количество, (в зависимости от структурного подобия) у человека подразделяются на два семейства:

1) MICA и MICB (МНС класс I полипептид-родственные последовательности А и В);

2) цитомегаловирус связывающиЙ протеин (ULBP-UL16 - binding protein), также известный как RABTl-протеин - retinoic acid early transcript 1), который включает 5 членов (ULBP1-ULBP4 и RAET1G) [6; 7]. Характерной особенностью является их полиморфностъ, наиболее выраженная у MIC генов (определено около 70 отдельных аллелей) [9; 10].

Оказалось, что опухолевые клетки способны экспрессировать вариабельные и независимые паттерны: опухоли эпителиальной ткани демонстрируют высокую экспрессию MIC протеинов, но низкую - ULBP1-ULBP3, в то время как для некоторых лейкозных клеток характерна высокая экспрессия ULBP1-ULBP3 -молекул, но низкая - MIC.

Ранняя стадия клеточного стресса - сигналы "съешь меня": белки теплового шока (БТШ) и кальретикулин (KPT)

Белки теплового шока составляют семейство протеинов, которые конститутивно экспрессируются во всех клетках и являются неотъемлемыми составляющими жизненно важных процессов, таких как укладка протеинов, их защита от денатурации или агрегации, сопровождение протеинов в ходе транслокации через мембранные каналы, блокирование активных центров до встречи с необходимым компонентом и т. д. [2],

В физиологических условиях БТШ являются внутриклеточными компонентами, по крайней мере, два их гена - БТШ 70 и БТШ 90, для которых характерна цитопротекторная функция. При действии стрессовых факторов они экспрессируются на поверхности плазматической мембраны и демонстрируют иммуностимулирующие свойства (рисунок, а):

- выступают в качестве промоторов созревания ДК и играют важную роль (в частности, БТШ 70 и БТШ 90) в перекрестной презентации опухолевых антигенных пептидов специфическим СШ+Тл в составе молекул MHCI класса дендритных клеток, что определяет развитие специфического противоопухолевого цитотоксического ответа;

- присутствие этих членов семейства БТШ на поверхности стрессированных или умерших клеток приводит к активации NK-клеток, за счет нарушения узнавания HLA-E пептидных комплексов ингибиторным рецептором CD94/NKG2A. Результатом активации NK является лизис опухолевых клеток [11].

Кальретикулин (эндо-КРТ) [14] является Са 2+-связывающим протеином, который находится в эндоплазматической ретикулярной трубке и вовлечен в модуляцию Са 2+ сигналов и в Са 2+ гомеостаз клетки. Появление KPT на поверхности стрессированных или умирающих клеток (экто-KPT) является самым ранним маркером смерти, так как предшествует первым морфологическим сигналам апоптозозависимых модификаций и экспрессии фосфатидилсериновых остатков на наружном листке плазматической мембраны. При воздействии антрациклииов (показано на больных с острой миелоидной лейкемией) и (или) лучевой терапии KPT является "мандатом" для узнавания и захвата погибающих клеток ДК и индукции взаимодействия опухолевых клеток с активированными NK [14].