Современное состояние и перспективы развития иммунотерапии онкологических заболеваний с применением дендритных вакцин
И.Ю. Филин, К.В. Китаева,
А.А. Ризванов, В.В. Соловьева
Аннотация
Иммунотерапевтические методы позволили повысить эффективность стандартной противоопухолевой терапии при лечении онкологических заболеваний. Персонализированные терапевтические вакцины на основе дендритных клеток представляют особый интерес в клинической практике благодаря низкой токсичности и простоте создания. Первый опыт применения персонализированных терапевтических вакцин на основе дендритных клеток в клинической практике не показал ожидаемой эффективности. Однако использование новых подходов для активации и загрузки дендритных клеток опухоль-ассоциированными антигенами, а также использование таких вакцин в качестве адъюванта в комбинации с другими противоопухолевыми терапевтическими методами позволили расширить область применения вакцин на основе дендритных клеток и повысить их эффективность. В настоящем обзоре рассмотрены новые подходы и последние достижения в разработке дендритных вакцин и их эффективность в клинических испытаниях.
Ключевые слова: иммунотерапия, онкологические заболевания, противоопухолевые вакцины, дендритные клетки, дендритные вакцины, антигенпрезентирующие клетки
Annotation
І.Yu. Filin, K.V. Kitaeva, A.A. Rizvanov, V.V. Solovyeva. Current State and Prospects of Using Dendritic Cell Vaccinationfor Cancer Immunotherapy
Recent advances in cancer immunotherapy have steadily increased the effectiveness of standard antitumor therapy methods. Due to their low toxicity and simple production process, personalized therapeutic vaccines based on dendritic cells are of particular clinical interest. A striking fact is that the first attempts to use such vaccines in clinical practice were discouraging. However, their scope and effectiveness were subsequently greatly enhanced by the development of new approaches to activating and loading dendritic cells with tumor-associated antigens, as well as by their use as an adjuvant in combination with other therapeutic methods for cancer treatment. This review considers new techniques and the latest achievements in the development of dendritic vaccines that ensure their clinical success.
Keywords: immunotherapy, cancer, antitumor vaccines, dendritic cells, dendritic vaccines, antigen-presenting cells
Введение
Иммунотерапевтические методы открыли новые возможности для лечения онкологических заболеваний. Терапевтические противоопухолевые вакцины, в частности вакцины на основе дендритных клеток (ДК), сыграли значительную роль в развитии данных методов [1]. Механизм действия дендритных вакцин заключается в стимуляции и поддержке иммунного ответа, направленного исключительно на элиминацию опухолевых клеток в организме. Дендритные клетки наряду с макрофагами и В-клетками содержат молекулы главного комплекса гистосовместимости II (англ. major histocompatibility complex, MHC-II) на поверхности своей мембраны, что делает их профессиональными антигенпрезентирующими клетками (АПК) [2]. Но только ДК благодаря своей способности мигрировать в лимфатические узлы обладают способностью активировать Т-киллеры - основные клетки противоопухолевого иммунного ответа [3, 4]. Общий подход к созданию дендритных вакцин заключается в выделении ДК или их предшественниц из крови человека, дальнейшем созревании и активации ДК с помощью цитокинового коктейля и аутологичных опухоль-ассоциированных антигенов (ОАА) ex vivo с последующим введением аутологичных зрелых активированных ДК обратно в организм (рис. 1). Попадая в лимфатические узлы, ДК осуществляют презентацию антигена для CD4+ и CD8+ Т-клеток, активируя клеточно-опосредованную и гуморальную адаптивную иммунную систему. Более того, данные вакцины могут действовать как безопасное дополнение к комплексной противоопухолевой терапии, тем самым усиливая терапевтические эффекты химиотерапии [5] или других иммунотерапевтических методов, таких как ингибиторы контрольных точек иммунного ответа (англ. immune checkpoint inhibitors, ICIs) [6]. Механизм действия дендритной вакцины показан на рис. 2.
Рис. 1. Основные этапы создания персонализированной противоопухолевой вакцины на основе аутологичных ДК
Показаны различные способы получения ДК из моноцитов CD14+, CD34+ гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) и ДК из цельной крови пациента путем афереза, дальнейшего созревания с использованием коктейля цитокинов или электропорации мРНК CD40L, CD70 и caTLR4. Показаны также способы получения различных типов опухоль-ассоциированных антигенов (ОАА), таких как: искусственные неоантигены/пепщцы/мРНК опухолевых антигенов, лизаты/инактивированные опухолевые клетки, а также внеклеточные везикулы для активации ДК и последующего их использования в качестве дендритной вакцины. Адаптирован из [2]
После введения дендритной вакцины активированные зрелые ДК мигрируют в лимфатические узлы, где они представляют ОАА наивным CD8+ и CD4+ Т- и B-клеткам. Активированные CD8+ и CD4+ Т-клетки и В-клетки мигрируют в прилежащую ткань опухоли, где опухолевые клетки элиминируются активированными цитотоксическими CD8+ Т-клетками и NK-клетками, а CD4+ Т-хелперы и В-клетки высвобождают провоспалительные цитокины, которые усиливают цитотоксические эффекты. Адаптирован из [2]
Рис. 2. Механизм действия дендритной вакцины
Sipuleucel-T - первый одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (англ. Food and Drug Administration, FDA) иммунотерапевтический препарат на основе аутологичных ДК, обработанных рекомбинантной кислой фосфатазой простаты (англ. prostatic acid phosphatase, PAP) и гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором (англ. granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF), показал не только отсутствие токсических эффектов, но и положительные перспективы в терапевтических подходах к лечению рака предстательной железы [7]. Sipuleucel-T в настоящее время проходит клинические испытания в сочетании с другими противоопухолевыми препаратами (NCT01804465, NCT02463799, NCT01881867).
В России разработка иммунотерапевтических препаратов ведется уже более 20 лет. В НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова (г. Санкт-Петербург) первые результаты применения аутологичных дендритных вакцин показали удовлетворительную переносимость и терапевтическую эффективность у пациентов с меланомой кожи [8].
После многочисленных клинических испытаний по всему миру дендритные вакцины показали низкую эффективность при лечении солидных и гематологических опухолей. Однако дендритные вакцины в сочетании с другими видами противоопухолевой терапии могут стать перспективным инструментом для стимуляции направленного противоопухолевого Т-клеточного ответа.
1. Методы получения дендритных клеток
В настоящее время не существует единого оптимального метода получения ДК. В условиях культуры (ex vivo) ДК можно получить двумя способами: дифференцировкой ДК из моноцитов периферической крови или из CD34+ гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). Цитокины, такие как GM-CSF и интерлейкин-4 (англ. interleukin-4, IL-4), необходимы для дифференцировки незрелых ДК из моноцитов (моДК), полученных из периферической крови человека. При использовании этого метода процесс получения незрелых моДК занимает 5-7 дней. После этого незрелые моДК стимулируют коктейлем цитокинов (IL-Ш, IL-6, фактор некроза опухоли-а (англ. tumor necrosis factor-а, TNF-а) или CD40L и простагландином E2 (англ. prostaglandin E2, PGE2) или агонистами толл-подобных рецепторов (англ. toll-like receptor, TLR) в течение 48 ч для получения зрелых моДК [9].
Кроме того, для стимуляции созревания ДК можно использовать метод электропорации мРНК, например кодирующие белки CD40L, CD70 и конститутивно активный TLR4 (caTLR4) (TriMix-ДК). TriMix-ДК, которые вводили пациентам, характеризовались незрелым фенотипом и секрецией IL-12p70 [10]. Существует также метод культивирования поляризованных ДК а-типа 1 (аДК1), которые способны секретировать высокие уровни IL-12 и индуцировать Т-клеточный ответ 1 типа против ОАА более эффективно, чем стандартные зрелые ДК. Для созревания ДК использовали следующий цитокиновый коктейль: IL-1b, TNF-а, интерферон-а (англ. interferon IFN-а), IFN-y и полиинозиновая: полицитидиловая кислота (англ. polyinosinic:polycytidylic acid, poly -I:C) [11].
ДК можно также получить из CD34+ ГСК костного мозга. Метод включает культивирование собранных клеток в течение 1 недели в присутствии GM-CSF, TNF-а и рекомбинантного FMS-подобного лиганда тирозинкиназы 3 (англ. recombinant FMS-like tyrosine kinase 3 ligand, Flt3L). В результате получают ДК, фенотипически сходные с клетками Лангерганса и миелоидными клетками на разных стадиях дифференцировки. Такие ДК, происходящие из CD34 + ГСК, могут модулировать Т-клеточный ответ, поскольку индуцируют клеточный или гуморальный иммунный ответ в зависимости от их дифференцировки либо в клетки Лангерганса, либо в дермальные CD14 + ДК [12, 13].
Существует также метод получения циркулирующих ДК in vivo путем введения факторов роста гемопоэтических клеток, таких как Flt3L, или гранулоци- тарный колониестимулирующий фактор (англ. granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF) [14]. Кроме того, для создания дендритной вакцины используют естественные миелоидные ДК. Основным преимуществом использования данных клеток вместо моДК является то, что для активации и загрузки их ОАА необходимо кратковременное воздействие ex vivo, обычно менее 24 ч. Это может лучше сохранить их функциональность и предотвратить потерю клеток. Однако их количество может быть значительно ниже, чем у моДК или ДК, происходящих из CD34+ ГСК [15].
2. Методы активации дендритных клеток
В настоящее время используются различные методы активации ДК in vivo. TLR являются основным классом клеточных рецепторов, отвечающих за распознавание чужеродных микроорганизмов или вирусов. Синтетические агонисты рецепторов TLR могут влиять на эффективность противоопухолевого Т-клеточного ответа. Например, агонисты TLR7, такие как имиквимод, вызывают иммуноопосредованное отторжение первичных злокачественных новообразований кожи при местном применении у пациентов с раком молочной железы [16]. Poly-I:C представляет собой еще одно интересное противоопухолевое средство, поскольку это иммуностимулирующий агент, который взаимодействует с TLR3 и тем самым индуцирует созревание ДК, а также секрецию IL-12, IFN I типа и хемокинов. Менее токсичный вариант, poly-ICLC, представляет собой poly-I:C, смешанную со стабилизаторами карбоксиметилцеллюлозой и полилизином. Он используется либо отдельно, либо в качестве дополнения к основной противоопухолевой терапии [17].
В многоцентровом рандомизированном исследовании II фазы пациенты были разделены на две группы и вакцинированы CDX-1401 (моноклональные антитела (мАТ) человека против DEC-205) + poly-ICLC с предварительной обработкой CDX-301 (Flt3L) или без нее (NCT02129075). У пациентов в группе, получавшей Flt3L, было повышено количество активированных ДК, NK- и Т-клеток, но также наблюдалось увеличение Т-клеточного ответа, что повышало эффективность вакцины. Кроме того, poly-ICLC усиливала антигенпрезентирующую активность [18].
Были также попытки усилить противоопухолевый эффект путем комбинирования дендритных вакцин с лентивирусным вектором (англ. lentivirus, LV), кодирующим короткую шпилечную РНК против трансформирующего фактора роста pi (англ. transforming growth factor beta, TGF-P1) (shTGF-pi) [19]. LV- shTGF-pi вводили в опухоли мышей за день до введения дендритной вакцины. Однако комбинации LV-shTGF-pi с дендритной вакциной было недостаточно для долговременного подавления TGF-pi в опухоли [20].
При создании дендритных вакцин аутологичные зрелые ДК, полученные из мононуклеарных клеток или CD34+ ГСК, активируют ex vivo. Процесс антигенной нагрузки ДК ex vivo осуществляется различными путями, в частности применением инактивированных опухолевых клеток [21], лизата опухоли [22], опухолевых везикул [23, 24], синтезированных опухолевых пептидов [15] или синтезированных мРНК ОАА [10].
3. Клинические испытания
Карцинома. Поиск подходов к разработке и тестированию вакцин на основе ДК продолжается, несмотря на трудности, связанные с низкой эффективностью. Было показано, что вакцина, состоящая из аутологичных моДК, загруженных эпитопами рецептора фолиевой кислоты, а (англ. folate receptor a, FRa), которые индуцируют ТЫ7-клетки, обладает высокой иммуногенностью и способствует удлинению периода ремиссии у пациентов с раком яичников. В то же время побочных эффектов (ПЭ) 3-й степени и выше выявлено не было [25].
В исследовании К. Нагаи с соавторами адгезивную популяцию мононуклеарных клеток периферической крови использовали для создания вакцины на основе ДК. Эти клетки стимулировали рядом факторов для образования зрелых ДК, а затем обрабатывали пептидом гена 1 опухоли Вильмса (англ. Wilms tumor gene 1, WT1) и муцином 1 (англ. mucin 1, MUC1). Эффективность этой вакцины была показана в клинических испытаниях I/IIa фазы у пациентов с аденокарциномой без ПЭ 2-й степени или выше [26]. Безопасность вакцин на основе ДК была показана у пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой с использованием ДК, трансфицированных мРНК белка теплового шока (англ. 70 kilodalton heat shock proteins, HSP70). У 75% пациентов наблюдались ПЭ 1 -й или 2-й степени, однако частота всех ПЭ между контрольной и экспериментальной группами была сопоставима, поскольку большинство ПЭ были связаны с поражением печени.
В экспериментальной группе у 10% пациентов наблюдались ПЭ 3 -й степени, которые включали анемию и тромбоцитопению [27].
В исследовании НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина проводили оценку возможности лечения пациентов с колоректальным раком при помощи дендритных вакцин. У всех пациентов ПЭ не превышал 1-й степени, сопровождаясь гриппоподобным синдромом: лихорадка, недомогание, усталость, локальные реакции в месте введения. Было также отмечено увеличение количества CD8+- и CD16+- клеток [28].
На основе методики получения дендритной вакцины, разработанной в НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова, было проведено проспективное клиническое исследование для лечения пациентов, имеющих злокачественные новообразования различной локализации с исчерпанными возможностями стандартной терапии. Регрессия заболевания наблюдалась у 13% пациентов, а стабилизация опухолевого процесса продолжительностью более 3 месяцев наблюдалась у 20% пациентов. Полученные результаты свидетельствуют о положительном, хоть и ограниченном по времени клиническом эффекте у части пациентов [29].
Меланома. Показано, что вакцина на основе моДК, загруженных лизатом опухоли, воздействует на микроокружение опухоли (МО) и способствует активации CD8+ T-лимфоцитов и инфильтрации опухоли, но не влияет на активацию экспрессии рецептора лиганда 1 программируемой клеточной гибели (англ. programmed death ligand 1, PD-L1) у пациентов с метастатической меланомой [30]. Всего в исследовании участвовал 21 пациент, а медиана общей выживаемости (мОВ) составила 22 месяца. У 1 пациента был достигнут полный ответ (ПО), у двух - частичный ответ (ЧО), а у 9 пациентов заболевание не прогрессировало (ЗНП) [31]. На 51 пациенте с меланомой была показана эффективность комбинации дендритной вакцины с ICIs. Частота общего ответа при монотерапии пембролизумабом или ниволумабом составила 52%, а 35% пациентов ответили на монотерапию ипилимумабом. Эффективность ипилимумаба в комбинации с ни- волумабом составила 75% [6].