10. Tumorok kialakulása, tumor ellenes immunmechanizusok

10. Tumorok kialakulása, tumor‐ellenes immunmechanizusok Kacskovics Imre

Biológiai Intézet

Immunológiai Tanszék

2016. április 27.

TUMOR

Fogalomtár

Tumor (neoplázia): növekedési kontroll (immunosurveillance) alól elszabadult sejtek csoportja Benignus (jóindulatú) korlátozott növekedés Malignus (rosszindulatú) korlátlan növekedés (rák) Metastasis: áttét Carcinoma: embrionális ektoderma, vagy endoderma eredetű Sarcoma: mezodermális kötőszövet (szövet, csont) Leukémia: hematopoietikus sejt eredetű Limfóma: csontvelői hematopoetikus sejtekből

A sejtek malignus transzformációja: •Kémiai karcinogén anyagok •Besugárzás •Vírusok

mutáció , transzformáció

A tumorsejtek immun-felismerése •

A daganatok, az átalakult – transzformálódott - sejtek szabályozatlan osztódása és áttétképződése miatt keletkeznek a szervezetben

•

Macfarlane Burnet – 1950 – immune surveillance - az immunrendszer egyik élettani feladata, hogy felismerje és elpusztítsa a transzformálódott sejtklónokat, mielőtt illetve miután azok tumort formálnak

•

Jelen ismereteink szerint az immunrendszer valóban képes a tumorok számos típusa ellen hatékony választ generálni és azokat elpusztítani

Előadásom célja, hogy összefoglaljam – milyen antigéneket expresszálnak a tumorsejtek – hogyan ismeri fel és reagál az immunrendszer ezekre az antigénekre – milyen immunológiai eljárásokat alkalmaznak a tumor kezelések során

A daganatok és az immunrendszer kapcsolatai

A tumor-immunitás általános jellemzői • A tumorsejt olyan antigéneket fejez ki, amelyeket az immunrendszer idegennek ismer fel – Hisztopatológiai vizsgálatok számos esetben kimutatták, hogy a tumort mononukleáris sejtek – T limfociták, természetes ölő sejtek (NK), makrofágok veszik körül, sőt – a tumorhoz tartozó nyirokcsomóban aktivált limfociták és makrofágok találhatók – melanoma és emlő tumorok esetén az infiltráló limfociták jelenléte jobb prognózist jelent

• Az immunválasz sokszor nem tudja megakadályozni a tumor kialakulását és növekedését • Az immunrendszert stimulálni lehet annak érdekében, hogy hatékonyan pusztítsa el a tumor sejteket

A tumor-immunitás kísérletes demonstrációja Kémiai karcinogén indukált tumor

CD8+ T sejtek izolálása

A tumor műtéti eltávolítása

A tumorsejtek visszaültetése az eredeti állatba

Nincs tumor növekedés

Tumorsejtek

A tumorsejtek átültetése szingén egérbe

Adaptált T-sejtek a recipiens egérbe

Tumor növekedés

Nincs tumor növekedés

Az immunválasz sérülése, vagy hiánya tumor kialakulásához vezet

HIV/AIDS kiváltott tumorok: Kaposi szarkóma, Non-Hodgkin lymphoma (Hodgkin-lymphoma, angioszarkóma, májrák, száj- és torokrák, vastagbélrák, melanoma, stb) Immunszuppresszió (pl. vese transzplantáció) – az elmúlt évtizedekben a vese transzplantáció kimenetele, tekintettel a betegek túlélésére, jelentősen fejlődött, az új immunszuppresszív gyógyszereknek köszönhetően. Mindazonáltal sok betegnél alakul ki kardiovaszkuláris elváltozás és rák, amely a túlélést jelentősen befolyásolja. Valójában, a tumor a vese transzplantáción átesett betegek harmadik leggyakoribb haláloka. (Rama and Grinyo. 2010. Nature Reviews Nephrology)

Kromoszómális transzlokáció Burkitt limfómában

14-es kromoszóma

8-as kromoszóma

c-myc

CH VH

CH c-myc VH

Daganatsejtek felismerésének és elpusztításának elvi lehetőségei

Tumor antigének • Eredeti felosztás: – TSA- tumor specifikus antigének (csak tumor sejteken jelennek meg) – TAAS – tumor-asszociált antigének (intakt sejteken és tumor sejteken is megjelennek, de a tumorsejteken az expressziós szint megváltozik – csökken vagy nő)

• Jelen osztályozás – molekuláris struktúra – az antigén eredete

A fő hisztokompatibilitási génkomplex (MHC) szerepe az antigén bemutatásban Antigén felvétel

Antigén feldolgozás

MHC szintézis

Extracellularis fehérje endocitózisa

Antigén- MHC kapcsolat

Invariáns lánc MHC II

MHC II bemutatás

Citoplazmikus peptidek

Citoplazmikus fehérje

proteoszóma

MHC I

MHC I bemutatás

Tumorantigének kialakulása és megjelenése

Daganatellenes immunválasz  Tumorsejteket pusztító T-limfociták (CD8+ CTL)  Ellenanyagok  Természetes ölő sejtek (NK)  Makrofágok

Daganatellenes immunválasz – T limfociták  Tumorsejteket pusztító citotoxikus T-limfociták (CD8+ CTL) – karcinogén anyagokkal indukált és DNS vírusok által kiváltott tumorok elleni hatékony immunválasz („immune surveillance”) – tumor specifikus CTL izolálható számos daganat gyulladásos infiltrumából (tumor infiltrating limphocyte - TIL ), amelyek képesek azokat a daganatokat lizálni, amelyekből származnak

 T helper limfociták (CD4+) – citokinek termelésével stimulálja a CTL sejtek működését – citokinek termelésével – TNF, gamma-interferon – fokozza a tumorsejtek MHC-I expresszióját, és így azok érzékenységét a CTL sejtválasz során – citokinek termelésével –gamma-interferon – fokozza a makrofágok tumorsejt pusztítását - tumorsejt specifikus ellenanyagok termelését indukálja

Szerzett (adaptív) immunválasz a daganatok elleni védekezésben Sejtközvetített (celluláris) immunitás

Ellenanyag-közvetített (humorális) immunitás

Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

A tumor elleni sejtközvetített immunválasz

perforin granzim citokinek

Aktivált T-sejt

Nyugvó T-sejt

TUMOR

Tumorantigén

NYIROKCSOMÓ

T-sejtek klonális expanziója

MHC

TCR

CD28

B7

Antigénprezentáló sejt Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

Antigénbemutatás, T-sejt-aktiváció Tumorantigének felvétele antigénprezentáló sejt által

Antigénbemutatás specifikus T-sejtnek

T-sejt aktivációja, klonális proliferáció

Ag MHC I TCR

APC

Tumorsejt

MHC II

1

Ag

1 B7

killer T-sejt CD28

2

TCR

helper T-sejt 1. jel: antigén-T-sejt-receptor 2. jel: „kostimuláció” (B7-CD28) CTLA-4: gátló B7-receptor

CD28

- 2. jel hiányzik → T-sejt válaszképtelen - B7 – CTLA-4 → T-sejt válaszképtelen Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

Antitumor immunglobulin válasz • komplement aktiválás • ellenanyag függő sejt által kiváltott citotoxicitás (ADCC) – makrofágok – NK sejtek

tumor specifikus ellenanyag

az ellenanyag a tumor sejthez kapcsolódik

az Fc receptoron keresztül aktivált NK sejtek elpusztítják a tumor sejtet

A tumorellenes monoklonális ellenanyagok vonatkozásában kulcsfontosságú folyamat.

Természetes ölő sejtek (NK) – I. Az NK sejtek számos tumort pusztítanak, de leginkább azokat, amelyekben az MHC-I expresszió lecsökkent Tumorsejt specifikus Ag expressziója

Tumorsejt specifikus Ag expressziója

CTL

CTL

NK

NK

Az NK részt vesznek az ellenanyag függő sejt által kiváltott citotoxicitás folyamatában (ADCC)

Természetes ölő sejtek (NK) – II. • Az NK sejtek tumor ellenes aktivitását különböző citokinek fokozzák: interferonok, interleukin-2 (IL-2) és IL-12 • IL-2 aktivált NK sejtek (lymphokine activated killer – LAK - sejtek) nyerhetők, ha egy tumoros egyén véréből, vagy a tumorból származó limfocitákat nagy dózisú IL-12-vel kezelnek. Az így nyert sejteket immunterápiás célokra használják (kísérleti fázis).

Egy NK sejt megtámad és elpusztít egy leukémia sejtet. (In vitro kísérlet).

Makrofágok a tumor ellen •

A makrofágok különböző tumort pusztító anyagok felszabadításával vesznek részt a daganat ellenes immunválaszban: – – – –

lizoszomális enzimek reaktív gyökök (peroxidok) nitrogén-oxid tumor nekrózis faktor (TNF) – direkt módon pusztít tumor sejtet (apoptózis) - indirekt módon a tumor érrendszerét károsítva

Az immunrendszer kijátszása • Alacsony immunogenitás –nincs peptid:MHC-I –nincs adhéziós molekula –nincs ko-stimulációs molekula

• Antigén változtatás a tumor kezdetben jellegzetes antigént fejez ki a membránon, de az ahhoz specifikusan kapcsolódó ellenanyagok bekebelezését követően az antigének eltűnnek

•Tumor által kiváltott immun-szupresszió a tumor olyan faktorokat - TGF- - termel, amelyek a T-sejt közvetlen gátlásához vezetnek (Treg)

Az immunválasz elkerülésének lehetőségei a daganatsejtek esetében

A gyulladás szerepe a daganat fennmaradásában Angiogenesis (VEGF, FGF, TGF, CXC kemokinek)

Kötőszövet átalakítása (FGF, PDGF, TGF, CCL2, MMP, fibrin)

Makrofágok toborzása, differenciálódásuk irányítása (CCL2, M-CSF, VEGF, IL-10, IL-6)

TAM

Szaporodás, szövetinvázió, áttétképzés elősegítése (EGF, TGF, FGF, VEGF, IL-1, TNF, IL-6)

daganat

Tolerancia, anergia, immunszuppresszió kialakítása (IL-4, IL-13, IL-10, TGFb)

Cancer related inflammation: The macrophage connection Antonio Sica, Paola Allavena, Alberto Mantovani. Cancer Letters 264 (2008) 204–215, alapján

Immundiagnosztikai lehetőségek daganatos betegségekben

A tumor immunterápiája 1. A szervezet immunrendszerének stimulálása hatékonyabb tumorellenes hatás elérése céljából • Tumorvakcinák - tumorsejtek, vagy tumorantigének – alkalmazása • Az immunsejtek stimulálása citokinekkel, ko-stimulátorokkal • Az immunrendszer nem-specifikus stimulálása – gyulladást kiváltó anyagok helyi alkalmazása, limfociták poliklonális aktiválását előidéző anyagok szisztémás alkalmazása • az immunsejtek gátlóinak gátlásával (checkpoint blockade) 2. Passzív immunterápia alkalmazása T-sejtekkel illetve ellenanyagokkal • Adaptív T-sejt terápia • Antitumor ellenanyagok alkalmazása

Tumor-vakcinák elpusztított tumorsejt

tisztított tumor antigén

tumor antigénnel kezelt dendritikus sejtek tumor antigént kódoló DNS vektor Plazmid DNS vakcina

pl: HPV vakcinák (rek.prot) - Gardasil=Silgard/Merck - Cervarix/GlaxoSmithKline

Dendritikus sejtek, amelyeket tumor antigént expresszáló vektorral transzfektáltak

Citokinek, ko-stimulátorok a tumor ellenes immunválasz erősítésében A tumor nem stimulálja a specifikus T sejteket

tumor sejt

Tumor sejt, amely B7 kostimulátort expresszál B7 expresszáló tumor sejt stimulálja a tumor specifikus T sejteket

Tumor sejt, amely IL-2 gént expresszál

IL-2 fokozza a tumor specifikus T sejtek sejtosztódását és differenciálódását

A tumor specifikus T sejtek aktiválása

A tumor specifikus T sejtek aktiválása

Adaptív sejt terápia Tumoros beteg

Limfocita izolálás vérből, vagy tumor filtrátumból

Limfociták tenyésztése IL-2 jelenlétében

Limfociták bejuttatása a betegbe IL-2 szisztémás adása mellett

Tumor regresszió

Tumor antigének elleni monoklonális ellenanyagok – „mágikus lövedék” Ellenanyag

Toxin

Tumor antigén

Tumor sejt

Tumor sejt elpusztítása

Normál sejt

Monoklonális ellenanyagokon alapuló tumorterápiás lehetőségek

Ellenanyagok és belőlük előállítható molekulák

Holliger & Hudson 2005 Nature Biotech

Magic bullets hit the target – Gura 2002 Nature

A különböző ellenanyag formák alkalmazása a tumor lokalizációs vizsgálatban

Holliger & Hudson 2005 Nature Biotech

A human terápiás ellenanyagok „evolúciója” és klinikai alkalmazásuk

Lonberg 2005 Nature Biotech

Tumor elleni monoklonális ellenanyagok: Rituximab (Rituxan)

Tumor elleni monoklonális ellenanyagok: Bevacizumab (Avastin)

1. Tumors release the VEGF protein causing nearby blood vessels to sprout new vessels — a process called angiogenesis. These blood vessels feed the growth of the tumor. They also provide a "highway" for tumor cells to spread to other parts of the body

3. Avastin may block the tumor's ability to communicate with nearby blood vessels and may prevent the tumor from connecting to the blood supply

2. Avastin is a therapeutic antibody that specifically binds to the VEGF protein — a potent source of angiogenesis

4. Studies have shown that targeting the VEGF protein with Avastin may interfere with a tumor's ability to grow

Tumor elleni monoklonális ellenanyagok: Trastuzumab (Herceptin)

Trastuzumab (Herceptin) kezelés költsége kb. 20 000 000 Ft …

Tumor antigének elleni monoklonális ellenanyagok – detektálás

Breakthrough of the Year 2013

Yervoy (ipilimumab): anti-CTLA-4

A T-sejtaktivációt szabályozó receptor-ligandum kölcsönhatások („immunellenőrző pontok” – „immune checkpoints”) APC

T-sejt B7-1, B7-2

CD28

+

B7-1, B7-2

CTLA-4

–

PD-1

–

B7-H3

?

–

B7-H4

?

–

TCR

+

B7-H2

ICOS

+

OX40L

OX40

+

CD137L

CD137

+

Gal-9

TIM-3

–

HVEM

BTLA

–

PD-L1, PD-L2

MHC-Ag peptid


CTLA-4 és PD-1 útvonal gátlása a tumor-immunterápiában Kezdeti fázis

Végrehajtó fázis

gátlás gátlás

(Ribas et al. 2012)

 ipilimumab

 nivolumab pembrolizumab Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

Melanóma: festékes bőrdaganat •

Elsősorban a napfénynek (UV) kitett bőrfelületeken alakul ki

•

Igen agresszív, egy pár mm-es melanóma is testszerte áttéteket képezhet

•

Kemo-, sugárterápiára rezisztens

•

Immunogén, immunterápiákkal viszonylag jól kezelhető (elsőként ezen tesztelték az ipilimumabot) Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

Előrehaladott daganatos betegek kezelése PD-1-gátlóval A tumor méretének változása a kezelés után az egyes betegekben melanóma

hólyagrák

tüdőrák

gyomorrák

fej-nyaki rák

emlőrák

Hodgkin-l.

(tripla-neg.)


Áttétes melanómás betegek túlélése: ipilimumab, nivolumab vs. kemoterápia

1.0 0.9

túlélők aránya

0.8 0.7 0.6

PD-1-gátló (nivolumab)

0.5 0.4

CTLA-4-gátló (ipilimumab)

0.3 0.2 ab

0.1

kemoterápia

CENSORED

0.0 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

hónap

Hodi S 2013 European Cancer Congress, Schadendorf D J Clin Oncol 2015 Topalian SL J Clin Oncol 2014


Problémák  Immunellenőrző pontok: természetes fék, mely véd az autoimmun folyamatok kialakulása ellen (negatív visszacsatolás) blokkolás → súlyos autoimmun mellékhatások: több szervben gyulladásos folyamatok – de kezelhetőek (főként CTLA-4-gátlásnál, PD-1-útvonal: kevésbé)

 Immunterápiák: a hagyományos kezelésmódokhoz képest kedvezőbb, tartós hatás, de csak az esetek egy részében melanóma, ipilimumab

melanóma, nivolumab

• •

(Schadendorf D et al, JCO 2014)

mellékhatások ár

(Topalian SL et al, JCO 2014)


Hogyan lehetne kiválasztani a kezelésre várhatóan reagáló betegeket? Az immunterápia hatását előrejelző tumor- vagy immunológiai jellemzők (biomarkerek) kutatása Általánosságban (immunellenőrzőpont-gátlók, egyéb immunterápiák): immunaktivitás (a keringő immunsejtekben, ill. lokálisan, pl. immunsejtek mennyisége a tumorban) összefüggésbe hozható az immunterápiák hatásosságával

Ipilimumabbal kezelt betegek kezelés előtt operált nyirokcsomóáttétei: T-sejtek immunhisztokémiai vizsgálata kezelésre reagált

kezelésre nem reagált


Összefüggés a tumorokban detektálható mutációk mennyiségével → újonnan keletkező antigének  CTLA-4-gátlás, melanóma (Snyder A et al, NEJM 2014, van Allen et al, Science 2015)  PD-1-gátlás, tüdőrák (Rizvi NA et al, Science 2015)

Szomatikus mutációk frekvenciája tumorokban magas: - melanoma (UV-sugárzás)

- tüdőrák (dohányzás)

(Lawrence MS Nature 2013)


Terápiás lehetőségek a T-sejtaktivációt szabályozó receptor-ligandum kölcsönhatások befolyásolására

Aktiváló receptorok

Gátló receptorok

T-sejt

stimuláló antitestek Mellman I Nature 2011

T-sejtaktiváció

gátló antitestek Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

Egyéb, T-sejt-alapú immunterápiás lehetőségek

vakcináció

CTLA-4

IL-2 IFN IL-15 IL-21

PD-1

CD40 CD137 OX40

Kombinációk?

T-sejt-bevitel Ribas A.

génmódosított T-sejtek bevitele Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

Új, ellenanyag közvetített terápiás megoldások pl. CAR – T sejt terápia („személyre szabottan”)

T-sejt aktiválás

CAR T-sejt aktiválás Lee, DW és mtsai (2012) Cancer. Clin Cancer Res; 18; 2780–90.

Összefoglalás •

A tumor olyan antigéneket expresszál, amelyeket az immunrendszer felismer, de a tumor sok esetben csak kevéssé immunogén. Az immunrendszer aktiválásával hatékony tumor ellenes immunválaszt lehet kiváltani. • A tumor-antigéneket elsődlegesen a citotoxikus T-limfociták ismerik fel, és ennek következtében hatékonyan pusztítják el a tumorsejteket. • A tumorantigénekre specifikus ellenanyagokat diagnosztikai és tumorterápiás célokra lehet alkalmazni. • A tumorellenes immunválasz sejtes elemei: CTL, NK sejtek és aktivált makrofágok • A tumor számos esetben hatékony, immunválaszt elkerülő mechanizmust alakít ki: MHC-I expresszió csökkentés, immunszupressziót kiváltó faktorok termelése, tolerancia kialakítása a tumorantigénekkel szemben • Az aktív immunterápia fokozza az immunsejtek tumorellenes hatását, míg a passzív immunterápiával tumorsejteket pusztító antitesteket juttatnak a beteg szervezetébe.

10. Tumorok kialakulása, tumor ellenes immunmechanizusok

Recommend Documents