10. Tumorok kialakulása, tumor ellenes immunmechanizusok

Átírás

1 10. Tumorok kialakulása, tumor ellenes immunmechanizusok Kacskovics Imre Biológiai Intézet Immunológiai Tanszék április 27.

2 TUMOR Tumor (neoplázia): növekedési kontroll (immunosurveillance) alól elszabadult sejtek csoportja Benignus (jóindulatú) korlátozott növekedés Malignus (rosszindulatú) korlátlan növekedés (rák) Metastasis: áttét Fogalomtár 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

3 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

4 A daganatok és az immunrendszer kapcsolatai

5 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

6 A tumor-immunitás kísérletes demonstrációja Kémiai karcinogén indukált tumor A tumor műtéti eltávolítása CD8+ T sejtek izolálása A tumorsejtek visszaültetése az eredeti állatba Tumorsejtek A tumorsejtek átültetése szingén egérbe Adaptált T-sejtek a recipiens egérbe Nincs tumor növekedés Tumor növekedés Nincs tumor növekedés

7 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 Nature Reviews Nephrology)

8 Kromoszómális transzlokáció Burkitt limfómában 8-as kromoszóma 14-es kromoszóma c-myc CH VH VH CH c-myc

9 Daganatsejtek felismerésének és elpusztításának elvi lehetőségei

10 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

11 A fő hisztokompatibilitási génkomplex (MHC) szerepe az antigén bemutatásban Antigén felvétel Antigén feldolgozás MHC szintézis Antigén- MHC kapcsolat Extracellularis fehérje endocitózisa Invariáns lánc MHC II MHC II bemutatás Citoplazmikus peptidek Citoplazmikus fehérje proteoszóma MHC I MHC I bemutatás

12 Tumorantigének kialakulása és megjelenése

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

14 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

15 Szerzett (adaptív) immunválasz a daganatok elleni védekezésben Sejtközvetített (celluláris) immunitás Ellenanyag-közvetített (humorális) immunitás Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

16 A tumor elleni sejtközvetített immunválasz perforin granzim citokinek Aktivált T-sejt Nyugvó T-sejt TUMOR T-sejtek klonális expanziója TCR CD28 Tumorantigén NYIROK- CSOMÓ MHC B7 Antigénprezentáló sejt Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

17 Antigénbemutatás, T-sejt-aktiváció Tumorantigének felvétele antigénprezentáló sejt által Antigénbemutatás specifikus T-sejtnek T-sejt aktivációja, klonális proliferáció Ag Tumorsejt 1 MHC II Ag TCR APC MHC I TCR 1 B7 2 killer T-sejt CD28 helper T-sejt CD28 1. jel: antigén-t-sejt-receptor 2. jel: kostimuláció (B7-CD28) CTLA-4: gátló B7-receptor - 2. jel hiányzik T-sejt válaszképtelen -B7 CTLA-4 T-sejt válaszképtelen Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

18 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.

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

20 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).

21 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

22 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)

23 Az immunválasz elkerülésének lehetőségei a daganatsejtek esetében

24 A gyulladás szerepe a daganat fennmaradásában Kötőszövet átalakítása (FGF, PDGF, TGF, CCL2, MMP, fibrin) Angiogenesis (VEGF, FGF, TGF, CXC kemokinek) 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) , alapján

25 Immundiagnosztikai lehetőségek daganatos betegségekben

26 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

27 Tumor-vakcinák elpusztított tumorsejt tisztított tumor antigén tumor antigént kódoló DNS vektor tumor antigénnel kezelt dendritikus sejtek pl: HPV vakcinák (rek.prot) - Gardasil=Silgard/Merck - Cervarix/GlaxoSmithKline Dendritikus sejtek, amelyeket tumor antigént expresszáló vektorral transzfektáltak Plazmid DNS vakcina

28 Citokinek, ko-stimulátorok a tumor ellenes immunválasz erősítésében tumor sejt A tumor nem stimulálja a specifikus T sejteket Tumor sejt, amely B7 kostimulátort expresszál B7 expresszáló tumor sejt stimulálja a tumor specifikus T sejteket A tumor specifikus T sejtek aktiválása Tumor sejt, amely IL-2 gént expresszál IL-2 fokozza a tumor specifikus T sejtek sejtosztódását és differenciálódását A tumor specifikus T sejtek aktiválása

29 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

30 Tumor antigének elleni monoklonális ellenanyagok mágikus lövedék Ellenanyag Toxin Tumor antigén Tumor sejt Normál sejt Tumor sejt elpusztítása

31 Monoklonális ellenanyagokon alapuló tumorterápiás lehetőségek

32 Ellenanyagok és belőlük előállítható molekulák Holliger & Hudson 2005 Nature Biotech Magic bullets hit the target Gura 2002 Nature

33 A különböző ellenanyag formák alkalmazása a tumor lokalizációs vizsgálatban Holliger & Hudson 2005 Nature Biotech

34 A human terápiás ellenanyagok evolúciója és klinikai alkalmazásuk Lonberg 2005 Nature Biotech

35 Tumor elleni monoklonális ellenanyagok: Rituximab (Rituxan)

36 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 2. Avastin is a therapeutic antibody that specifically binds to the VEGF protein a potent source of angiogenesis 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 4. Studies have shown that targeting the VEGF protein with Avastin may interfere with a tumor's ability to grow

37 Tumor elleni monoklonális ellenanyagok: Trastuzumab (Herceptin) Trastuzumab (Herceptin) kezelés költsége kb Ft

38 Tumor antigének elleni monoklonális ellenanyagok detektálás

39 Breakthrough of the Year 2013 Yervoy (ipilimumab): anti-ctla-4

40 A T-sejtaktivációt szabályozó receptor-ligandum kölcsönhatások ( immunellenőrző pontok immune checkpoints ) APC B7-1, B7-2 B7-1, B7-2 CD28 CTLA-4 T-sejt + PD-L1, PD-L2 PD-1 B7-H3? B7-H4? MHC-Ag peptid TCR + B7-H2 ICOS + OX40L OX40 + CD137L CD137 + Gal-9 TIM-3 HVEM BTLA Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

41 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

42 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

43 Előrehaladott daganatos betegek kezelése PD-1-gátlóval A tumor méretének változása a kezelés után az egyes betegekben melanóma tüdőrák fej-nyaki rák hólyagrák gyomorrák emlőrák (tripla-neg.) Hodgkin-l. Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

44 Áttétes melanómás betegek túlélése: ipilimumab, nivolumab vs. kemoterápia túlélők aránya PD-1-gátló (nivolumab) CTLA-4-gátló (ipilimumab) ab CENSORED kemoterápia hónap Hodi S 2013 European Cancer Congress, Schadendorf D J Clin Oncol 2015 Topalian SL J Clin Oncol 2014 Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

45 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 mellékhatások ár (Schadendorf D et al, JCO 2014) (Topalian SL et al, JCO 2014) Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

46 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 Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

47 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) Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

48 Terápiás lehetőségek a T-sejtaktivációt szabályozó receptor-ligandum kölcsönhatások befolyásolására Aktiváló receptorok Gátló receptorok T-sejt stimuláló antitestek T-sejtaktiváció gátló antitestek Mellman I Nature 2011 Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

49 Egyéb, T-sejt-alapú immunterápiás lehetőségek vakcináció CTLA-4 PD-1 IL-2 IFN IL-15 IL-21 CD40 OX40 CD137 Kombinációk? Ribas A. T-sejt-bevitel génmódosított T-sejtek bevitele Dr. Ladányi Andrea, Immunológia Napja 2016

50 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;

51 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.