Вакцины против рака
В основу профилактики рака должна быть заложена стратегия защиты генома от канцерогенных (мутагенных) факторов. Одним из подходов к развитию этой стратегии является создание антиканцерогенных вакцин.
3-.-0.2004

Автор: Романенко С.А., студентка IV курса НГУ

Введение
Принципы ракового иммунитета
Опухолевые антигены, узнаваемые иммунной системой
История
Вакцины против рака в России
Типы противораковых вакцин
Созданные на основе клеток раковые вакцины
Антиген-специфические раковые вакцины
Вакцины на основе дендритных клеток
Анти-идиотипические вакцины
Heat Shock белки как переносчики антигенов
Увеличение эффективности вакцины
Раковые вакцины у перекрестка
Литература

Введение

Повсеместный непрерывный рост онкологической заболеваемости и смертности вызывает все большую тревогу. Особенно актуальной эта проблема становится для промышленно развитых регионов. Например, в Кузбассе всего за 15 последних лет заболеваемость раком возросла на 38,3%, а смертность - на 39,0%. Четыре человека из 10 заболевших раком умирают в течение одного года от момента выявления опухоли. Очевидно, что существующие ныне методы лечения рака (хирургический, химиотерапевтический и лучевой) исчерпали свои потенциальные возможности или близки к этому. Именно поэтому в последнее время интенсивно развивается принципиально новая стратегия лечения рака, затрагивающая молекулярные основы канцерогенеза. Успехи в области молекулярной биологии и химии нуклеиновых кислот, открытие онкогенов и антионкогенов привели к созданию методов генотерапии рака. Некоторые из них уже проходят клинические испытания.

В основу профилактики рака должна быть заложена стратегия защиты генома от канцерогенных (мутагенных) факторов. Одним из подходов к развитию этой стратегии является создание антиканцерогенных вакцин.


Принципы ракового иммунитета

В отличие от большинства вакцин против инфекционных агентов, раковая вакцина является терапевтической, то есть пытается активировать иммунные ответы против антигенов в опухоли, действию которой иммунная система уже подвергалась. В противоположность исходным предположениям Гипотезы Иммунного Надзора, предполагающей, что иммунная система предотвращает развитие опухолей, эффективные иммунные ответы на опухолевые неоантигены наблюдаются редко. Образование антиген-утраченных опухолевых вариантов, утрата экспрессии МНС, подавление процессинга антигенов и экспрессии локальных молекул-ингибиторов, таких как ФНО и Fas лигандов, являются примерами приобретенной устойчивости, которая, вероятно, играет важную роль при некоторых раках. Однако, новые доказательства подтверждают более фундаментальный механизм возникновения иммунологического молчания при раке.

Результат столкновения антигена с иммунной системой определяется тем, как этот антиген представлен иммунной системе. Так, воспаление или повреждение тканей, которые происходят в течение вирусной или бактериальной инфекции (или, когда антиген смешан с соответствующим адъювантом), приводят к типичной активации. Если антиген экспрессирован эндогенно, то при отсутствии опасных сигналов, которые сопровождают разрушение тканей и воспаление, характерным результатом является иммунологическая толерантность.

В конце концов, это проявляется тем, что иммунный ответ на уровне Т-клеток остается зависимым от костимулирующих сигналов, представленных во время антигенного узнавания. В ответ на определенные возбужденные цитокины, антиген представляющие клетки (АПК) экспрессируют костимулирующие молекулы, которые способствуют Т-кл сточной активации. При отсутствии соответствующих костимулирующих сигналов соединение Т-клеточного рецептора само обычно приводит к апоптозу антиген специфических Т-клеток. Можно предположить, что отсутствие ассоциированного воспалительного или разрушающего ткани процесса на этих ранних стадиях приводит в результате к толерантности к этим неоантигенам.

Для того чтобы быть эффективными, раковые вакцины должны или сломить толерантность, или активировать скрытную популяцию Т-клеток, которые избежали толерантности путем преимущества их низкой аффинности для антигенов, экспрессируемых опухолью.

Одна из первых задач всех вакцин против рака - доставка иммунизированных антигенов к соответствующим АПК, полученным из костного мозга. В зависимости от типа вакцины, это может быть сделано несколькими различными путями. Одним из самых важных является экзогенный путь антигенного поглощения. Он является эффективным в случае целых клеток и белков субъединичных вакцин, но сильно зависит от помощника, с которым рецептированы клетки опухоли или антиген(ы). Второй путь для введения антигенов в соответствующие АПК, извлеченные из костного мозга, - прямая трансдукция. Этот путь, вероятно, эффективен в определенных рекомбинантах вирусных и бактериальных вакцинах. Третий путь таргетинга антигенов к АПК, как предполагают, действует в пептидных вакцинах. В этом случае, белки загружают пустые МНС молекулы на поверхности АПК, таким образом обходя этап процессинга. Для всех из этих путей, два, которые определяют иммунологический результат, взаимодействуют непостоянно - это плотность белка/МНС комплексов на АПК и специфические костимулирующие молекулы (мембранные и выделяемые), экспрессируемые АПК.

Опухолевые антигены, узнаваемые иммунной системой

Для дальнейшего совершенствования вакцин против рака необходимо было определить опухолевые антигены, способные являться мишенью для иммунной системы. Последние попытки по идентификации опухолевых антигенов переместились от узнавания антигенов антителами к их узнаванию Т-клетками.

Больше всего исследований по узнаванию опухолевых антигенов Т-клетками было сфокусировано на СD8+ Т-клетках и МНС класс 1-ограниченных антигенах. Однако, СD4+ Т-клеточные ответы, которые относятся к МНС II, являются в равной степени важными в противоопухолевом иммунитете. Фактически для всех противоопухолевых вакцин, СD4+ Т-клетки являются решающими при загрузке как цитотоксических Т лимфоцитов (СТLs), так и антиген неспецифического эффектора иммунных ответов, включающих генерацию реактивных кислородных интермедиатов макрофагами и Тh2 зависимую эозинофильную активацию.

Самое информативное приближение к идентификации опухолевых антигенов, узнаваемых Т клетками, началось с создания опухолево-специфических Т-клеточных линий или клонов, полученных от людей больных раком. Как для мышиных, так и для человеческих раков, антигены, идентифицированные из этой формы относят к трем категориям, основанным на их типе экспрессии: (1) уникальные опухолевые антигены, экспрессируемые исключительно в опухолях, с которыми они отождествляются; (2) делящиеся опухолево-специфические антигены, экспрессирующиеся во многих опухолях, но не в нормальных взрослых тканях; (3) ткане-специфичные дифференцированные антигены, экспрессируемые нормальными тканями, из которых возникла опухоль. Кроме того, онкогены, продукты гена - супрессора опухоли, и вирусные антигены, в связанных с вирусами опухолях, являются кандидатами в опухолевые антигены.

Потенциальные источники опухолевых антигенов Категория антигена Пример
Онкогенный продукт Мутации в Ras кодоне 12 (рак поджелудочной железы)
Эмбриональные белки Семейство MAGE (меланома, рак груди)
Вирусные белки Человеческий папилломавирус (рак шейки матки), вирус гепатита В (рак печени)
Ткане-специфичные антигены Тирозиназа (меланома)
Мутированные белки супрессоры опухолей р53 (многие раки)
Идиотипические эпитопы Идиотипический иммуноглобулин (В-клеточная лимфома), идиотипы Т-клеточных рецепторов (Т-клеточная лимфома)


Уникальные опухолевые антигены, узнаваемые Т клетками. Антигены, экспрессируемые исключительно в людских опухолях, являются обычно результатами мутации или перестройки. Хотя их нельзя отнести к обычным раковым вакцинам, они чрезвычайно важны для того, чтобы понять, какие компоненты противоопухолевого иммунитета направлены против уникальных антигенов в сравнении с делящимися опухолевыми антигенами. Если большинство опухолей вызывают ответы прямо против уникальных антигенов, вакцины против рака должны использовать собственные опухолевые клетки больного, чтобы быть удачными.

Многие МНС II-ограниченные антигены меланомы, полученные из продуктов мутированных генов, уже определены. Некоторые из них представляют собой трансформацию. Например, один пептид получен из мутации в гене циклин зависимой киназы 4, которая мешает связыванию р16. Другой, полученный при мутации в гене b-катенина, который вовлечен в производство опухолей, основанный на его измененном связывании с Е-кадгеринами. Недавно идентифицирован антиген уникальных плоских клеток карциномы, представляющий инактивирующую точковую мутацию в гене caspase-З, который является решающим регулятором апоптоза.

Делящиеся опухолево-специфические антигены. Большинство делящихся опухолевых антигенов, выделенных как из мышиных, так и из человеческих опухолей, представляют собой реактивированные гены, которые нормально не экспрессируются во взрослых тканях, но транскрипционно активны в некоторых опухолях.

У людей, самым характерным примером является семейство таgе генов. Члены этого семейства экспрессируются в меланоме и менее часто при других типах рака. Это семейство является прототипом для множества опухолевых антигенов с экспрессией, которая ограничена в опухолях и семенниках. МАGЕ-1 и МАGЕ-2 передают пептиды, узнаваемые меланомо-специфическими СD8+ Т клетками. Благодаря их типу деления и селективной экспрессии в опухолях, эти антигены являются перспективными кандидатами для антиген-специфических раковых вакцин.

Ткане-специфичные дифференцированные антигены. Удивительно то, что большинство Т клеток, полученных от больных меланомой, опознавали немутированные пептиды, полученные из меланомо-специфических дифференцированных антигенов. Это было несколько неожиданным потому, что ожидалось, что Т клетки, специфичные для собственных антигенов, будут удалены или приведут к функциональной толерантности. У меланомных больных, обычно самым узнаваемыми были ткане-специфичные антигены МНС I класса, полученные из белков меланосомов (пигментные гранулы в меланоцитах). НLА-А2 пептиды из двух этих меланосомальных антигенов, Mart - 1/melan -A и gp100, узнаются Т клетками большого числа больных и представляют собой доминантные реактивы внутри меланомо-специфических СТL линий. Другой меланосомальный белок, тирозиназа, также используемый МНС II антигеном человеческой меланомы, узнавался СD4+ Т клетками.

Обычные найденные среди как МНС I, так и МНС II ткане-специфичные пептиды, узнаваемые Т клетками, имеют низкую МНС аффинность, поэтому предполагалось, что они неэффективно представлены. Эти низко реактивные Т клетки могут быть функциональной защитной популяцией, которая избегает иммунной толерантности, тогда как Т клеточная популяция, которая обладает высокой аффинностью к ткане-специфичным собственным пептидам, может быть активно приведена к толерантности in vivo и не может быть создана как долгосрочная клеточная линия или клоны in vitro.

Онкогены и продукты генов супрессоров опухолей как опухолевые антигены. Другой подход к изучению опухолевых антигенов включает анализ иммунных ответов против кандидатов в антигены, являющиеся продуктами генов, обычно ассоциированными с отдельными раками. Обычные измененные онкогены и продукты генов супрессоров опухолей вызывают как выработку антител, так и Т клеточные ответы.

Наиболее обычно перестроенный ген супрессор опухолей при раке, р53, интенсивно изучался как кандидат в опухолевый антигены. Вакцины против рака, стремящиеся конкретно к р53 мутациям, были отчасти непрактичны потому, что одиночная р53 мутация представлена в очень маленьких фракциях человеческих раков. Однако, многие из р53 мутаций, найденные при раке, дают в результате белок, который, несмотря на то, что неактивен, экспрессируется на существенно высшем уровне, чем в нормальных тканях. В самом деле, было показано, что СТLs, специфичные для дикого типа р53 белка, могут, в самом деле, создавать терапевтическое окно, когда адаптивно перенесены в животных, несущих опухоли, которые сверх экспрессируют р53.

Наиболее интенсивно изучаемым онкогеном с возможностями как у кандидата в опухолевые антигены, является Ras. Мутации в К-Ras менее сложны, чем в р53. В самом деле, антитела и Т клетки, специфичные для мутанта Паз, идентифицированы у пациентов с желудочно-кишечным раком. Одним из дополнительных онкогенов, который оценивается как мишень для антиопухолевого иммунитета, является her-2/her, рецептор мембранной тирозин киназы, который экспрессируется на низком уровне в грудном, яичниковом и других эпителиях. Хотя он не мутировал, его экспрессия существенно увеличена во многих карциномах, в частности груди и яичника. В дополнение к классическому клеточно-опосредованному иммунитету, мембранная локализация her-2/neu создает этот опухолево-ассоциированный антиген, против которого антитела, закладывающие иммунитет, могут обеспечить клинический успех.

Вирус-ассоциированные опухолевые антигены. Было показано, что многие раки, которые развиваются у иммуннокомпетентных больных, являются вирус-ассоциированными. Так, два самых обычных рака, распространенных по всему свету, гепатома и рак шейки матки, очевидно, связаны с вирусной инфекцией. В случае с гепатомой, вирус гепатита В вовлечен как возбудитель. Хотя экспрессия продуктов вирусных генов внутри гепатом различна и неустойчива, 80-90 % раков шейки матки экспрессируют Е6 и Е7 антигены из одного из четырех типов "высоко опасных" человеческих папиломавирусов (НРV): НРV-16, НРV-18, НРV-31 и НРV-45.

Для вирус-ассоциированных раков у иммуннокомпетентных больных НРV Е6 и Е7 антигены обеспечивают самые перспективные мишени, благодаря их повсеместной экспрессии при раках шейки матки. Основные вопросы, связанные с вирус ассоциированными раками у иммуннокомпетентных больных: как вирус избегает иммунологического уничтожения во время начальной инфекции и каков механизм иммунной толерантности к вирусным антигенам, которые постоянно экспрессируются в опухолях. Несмотря на генерацию СТL ответов in vitro против Е7, включающего специфические белки, представленные обычными НLА типами, такими как НLА-А2, в настоящее время неясно очистка ли вирусов или движение к раку коррелирует с активацией или индукцией толерантности среди НРV-специфических Т клеток, соответственно.Хотя, вирус-ассоциированные опухолевые антигены представляют собой мишени для терапевтических раковых вакцин, они также обеспечивают идеальную возможность для профилактических вакцин.

История

С позапрошлого века ученые изучали взаимодействие между иммунной системой и раковыми клетками с тем, чтобы антиопухолевый иммунитет мог быть использован как средство раковой терапии.

В 1890-ом, William Со1еу начал лечить раковых больных бактериальными экстрактами (токсином Колейна), чтобы активировать обычный системный иммунитет и направить его против опухоли. Тогда токсин Колейна был возведен в звание вакцин против рака с огромной эффективностью и специфичностью для опухолевых клеток, но его токсичность для нормальных тканей была значительно преуменьшена.

Было известно, что химические канцерогены, будучи низкомолекулярными соединениями, в отличие от высокомолекулярных бактериальных и вирусных антигенов, не способны сами по себе индуцировать иммунный ответ. В 1937 г. Creech H.J. и Franks W.R. (Univercity of Toronto, Canada) впервые синтезировали конъюгаты канцерогенов с высокомолекулярными носителями - белками сыворотки животных. Они установили, что иммунизация животных такими конъюгатами активирует синтез антител. Тогда же было обнаружено некоторое угнетение возникновения опухолей, индуцированных канцерогенами после предварительной иммунизации, и была впервые высказана идея о возможном применении такого подхода к предупреждению раковых заболеваний у человека.

Вновь к этой идее обратились Peck R.M.. и соавторами (Institute Cancer Research, Philadelphia, USA), которые описали более выраженное угнетение химического канцерогенеза путем иммунизации животных конъюгатом канцероген-белок.

Следующий шаг в разработке антиканцерогенных вакцин сделан Moolten F.L. и соавторами (Boston University, USA) в 1981 г. Они конъюгировали с белком не канцероген, а его структурный аналог, не обладающий способностью индуцировать опухоль. Иммунизация животных таким конъюгатом значительно угнетала возникновение опухолей, индуцированных явным канцерогеном.

Принципиально новый подход использовали Chagnaud J.L. и соавторами (Universite de Bordeaux II, France). В 1992 г. они сообщили о получении так называемый антиидиотипических антител к канцерогенам (вторых антител).

Вторые антитела несут в себе "внутренний образ" канцерогена и способны индуцировать синтез первых антител к канцерогену без использования конъюгатов канцероген-белок. В 1993 г. они описали ингибирующее действие вторых антител на возникновение опухолей, индуцированных канцерогенами у животных. В следующих сериях экспериментов (1994-1995) они достигли более выраженного антиканцерогенного эффекта с помощью тех же вторых антител.

Интересные исследования в этом направлении проводятся Silbart L.K. и соавторами (University of Connecticut, USA), начиная с середины 80-х г.г. Они сконцентрировали свои усилия на изучении индукции антител к канцерогенам в слизистых оболочках желудочно-кишечного тракта и бронхолегочной системы. Путем комбинации конъюгатов канцероген-белок с различными адъювантами они намерены создать барьер на пути канцерогенов из окружающей среды внутрь организма. В обзорной статье 1997 г. Silbart L.K. прямо ставит вопрос о будущем применении антиканцерогенных вакцин у человека. Главный недостаток этого подхода - препарат содержит молекулу канцерогена, то есть сам является, очевидно, опасным для человека.

Таким образом, в настоящее время над созданием антиканцерогенных вакцин за рубежом работают 2 лаборатории, во Франции и в США и перспективы создания антиканцерогенных вакцин там достаточно высоки. Вместе с тем, пока еще нет четких признаков того, что французские и американские ученые перешли от фазы экспериментальных исследований к клинической апробации своих препаратов. Общий недостаток зарубежных исследований - отсутствие системности, теоретической проработки проблемы. Основные закономерности образования антител к канцерогенам у человека не исследуются, не учитывается возможность стимуляции канцерогенеза под действием вакцин, и поэтому даже не ставится задача по разработке системы показаний/противопоказаний для применения вакцин.


Вакцины против рака в России

Разработкой данной проблемы в нашей стране занимается Институт клинической иммунологии Сибирского отделения РАМН, Отдел иммунологии рака Кемеровского научного центра СО РАН, в последнем случае научно-методическое руководство исследований осуществляется Новосибирским институтом биоорганической химии СО РАН.

Институт клинической иммунологии с 1980 г. проводит исследования возможностей человеческого организма самостоятельно бороться с заболеваниями, в том числе и с раком. Более 4 лет в институте ведутся клинические испытания препарата, уже доказавшие эффективность его применения в лечении меланомы и опухолевых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Аналогов вакцины в мире пока нет, в настоящее время исследуются препараты, содержащие опухолевые клетки человека или их производные. По сравнению с ними разработанная в Новосибирске вакцина более действенна, она способна улучшить состояние человека даже на поздних стадиях заболевания, так как в ее состав входят чужеродные клетки (клетки мышей после соответствующей обработки), которые вызывают более сильный противоопухолевый ответ организма.

Большие надежды в борьбе с раковыми заболеваниями российские ученые, как и их зарубежные коллеги, связывают с иммуномодулирующими молекулярными веществами - цитокинами.

Институт клинической иммунологии намерен практиковать для определенных видов рака и методику трансплантации "стволовых клеток", отвечающих за регенерацию органов. После выделения клеток проводится химиотерапия, а затем клетки возвращаются обратно в организм пациента. Ученые полагают, что при этом будут активироваться лимфоциты, работающие против опухолевых клеток и тех клеток, которые в силу различных причин становятся "агрессорами" в собственном организме. Такие эксперименты в институте были успешно проведены еще лет 10 назад.

Отделом иммунологии рака Кемеровского научного центра СО РАН на сегодняшний день разработана новая научная концепция иммунохимического дисбаланса при канцерогенезе. Впервые в мире у здоровых людей и больных раком обнаружены антитела классов М и С к химическим канцерогенам; описан феномен изотипического ограничения синтеза антител к канцерогенам при опухолях; обнаружены естественные антиидиотипические антитела к канцерогенам; выявлена взаимосвязь иммуногенности канцерогенов и опухолевых антигенов; обнаружены естественные антитела к рецепторам гуморальных факторов роста и естественные антитела к молекулам клеточной адгезии; описан феномен избирательного наследования генов иммунного ответа.

Выполнены первые этапы получения антиканцерогенных вакцин. Разработаны новые методы синтеза конъюгатов белков и олигонуклеотидов с различными канцерогенами. Разработан новый метод очистки антител, высокоспецифичных к канцерогенам. Подготовлены материалы для получения активных компонентов искомых вакцин и разработаны модельные системы оценки их канцерогенной специфичности.


Типы противораковых вакцин

Созданные на основе клеток раковые вакцины

Пригодность созданных на основе клеток раковых вакцин зависит от их способности вызывать более сильный иммунитет против опухолево-специфических или опухолево-селективных антигенов, чем против повсеместно экспрессирующихся собственных антигенов внутри опухоли. Ранние виды созданных на основе клеток раковых вакцин содержали убитые раковые клетки или лизаты опухолевых клеток, смешанные с помощниками, такими как Bacillus Calmette Guerin (BCG) Corynebacterium parvum в попытках увеличить опухолево-специфические иммунные ответы.

Потом, генетически измененные вакцины против опухолей начали пополнять комплекс и несовместимые смеси опухолевыми клетками и бактериями. Предшественником этих исследований была работа Линдермана и Клейна, которые показали, что вакцинация с лизатами опухолевых клеток, пораженных вирусом гриппа, вызывала усиленные системные иммунные ответы. Совсем недавняя версия этого приближения - трансдукция опухолевых клеток со специфическими вирусными генами и аллогенными МНС-генами в порядке усиления их иммунногенности. В экспериментах на животных показано, что иммунизация таким образом обработанными опухолевыми клетками в ряде случаев повышала иммунитет к интактным опухолевым клеткам.

Лучшие результаты получали, если в опухоли включали гены, кодирующие цитокины, или костимулирующие молекулы. Важный принцип, которому придают особое значение все эти исследования, то, что длительное местное высвобождение цитокинов вызывает эффективное местное воспаление без каких бы то ни было системных эффектов или токсичности.

В стадии клинических испытаний находятся генетически модифицированные вакцины, содержащих целые опухолевые клетки, трансфецированные генами костимулирующих молекул В7, а также генами цитокинов. Чтобы цитокины не продуцировались самой опухолью, опухолевые клетки смешивают с генетически преобразованной клеткой наблюдателем, содержащей цитокины. Этот подход избегает необходимости культивирования или трансдукции каждой опухолевой клетки больного.

Другой подход сейчас проходит клинические исследования, он использует в качестве вакцины линии стандартизованных опухолевых клеток с преобразованными генами. Эта стратегия основана на идеи о том, что некоторые отсортированные опухолевые антигены делятся реже, чем уникальные. Этот тип вакцины часто называют аллогенетическими вакцинами потому, что вакцинирующие клеточные линии экспрессируют МНС аллели чужеродные (аллогенетические) к вакцинированным больным. Поскольку сейчас установлено, что опухолевые антигены представляются АПК скорее, чем вакцинирующие себя опухоли, МНС совместимость между пациентом и опухолью не является необходимой для этого типа вакцины. Смешивание аутологической опухоли с трансдуцированными генами цитокина кл. свидетелей
Преимущества Недостатки
Совпадают антигены вакцины и опухоли Требуется большое количество клеток
Простой процессинг Индивидуализированы
Не требуют интенсивной работы


Аутологические опухолевые вакцины, трансдуцированные генами цитокина
Преимущества Недостатки
Лучшие гарантии того, что совпадут антигены вакцины и опухоли Индивидуализированы
Дороговизна
Интенсивный труд


Аллогенетические опухолевые вакцины, трансдуцированные генами цитокинов
Преимущества Недостатки
Общая вакцина Требует наличия делящихся антигенов между вакциной и опухолью





Антиген-специфические раковые вакцины

Хотя, в настоящее время существуют основанные на клетках вакцины, более важной формой противораковых вакцин считают антиген-специфические вакцины, которые уже протестированы клинически. Способность к активации иммунных ответов против отобранных иммунодоминантных опухолевых антигенов обеспечивает лучшую степень контроля при таргетинге антиопухолевых иммунных ответов. Имеется уже несколько человеческих опухолей, таких как меланома и вирус ассоциированные раки, в которых опухоль-связанные антигены идентифицированы, и кандидаты в антиген-специфические вакцины тестируются клинически. Их более успешное развитие требует идентификации самой мощной отсортировки антигенов опухоли и соответствующего пути или адъюванта, с помощью которого антиген представляется иммунной системе.

Белковые вакцины. Первые антиген специфические раковые вакцины, протестированные клинически, содержали белки, представленные обычными НLА аллелями. Почти все основанные на белках вакцины до сих пор использовали антигенные белки МНС I класса. Защитные СТL ответы вызывались путем вакцинации белками, связанными с МНС I. Вакцинация несущих опухоли мышей с МНС I класса, связывающего иммуногенные белки, привела в результате к индукции защитного иммунитета.

Белковая вакцинация зависит от загрузки пустых МНС молекул на АПК in vivo. Однако, простое управление белками, которое не подразумевает таргетинговой активации, может потенциально привести к загрузке молекул МНС I класса на непрофессиональные АПК, что может приводить в результате к толерантности. В самом деле, внутрибрюшинное введение больших доз некоторых белков индуцировало иммунологическую толерантность быстрее, чем защитный иммунитет. Было предположено, что определенные белки вакцин вызывают толерантность путем "утечки" адъювантов в сыворотку и связывания с АПК, которые не экспрессируют костимулирующие сигналы.

Первая фаза испытания белковых вакцин, использующих НLА-А2-ограниченные МАGЕ-3 белки неполных адъювантов Фрейнда, предоставила многообещающие предварительные клинические результаты на больных с развитой меланомой.

Рекомбинантные вирусные вакцины. Развитие стандартных техник по инженерии рекомбинантных вирусов привело к попытке создания рекомбинантных вирусных вакцин. Самыми популярными компонентами таких раковых вакцин были рекомбинантная оспа коров и другие поксвирусы. Недавно, для раковой иммунотерапии были отобраны аденовирус и другие вирусные векторы. Общим для всех рекомбинантных вакцин является введение гена (генов), кодирующих антигены в вирусном геноме, используя стандартную рекомбинацию и селекцию направленную на адаптирование к интересу вируса.

Два механизма лежат в основе свойства рекомбинантных вакцин вызывать иммунный ответ. Первое, клеточное повреждение, вызванное вирусной инфекцией, вызывает опасные сигналы, которые привлекают и активируют полученные из костного мозга АПК, которые представляют антигены в связи с костимулирующими молекулами. Второй механизм для некоторых рекомбинантных вирусных вакцин вызывает инфекцию прямо АПК, полученных из костного мозга, и учитывает эффективный процессинг эндогенно синтезированных антигенов в пути МНС I класса.

Свойство некоторых вирусов прямо поражать АПК принимает во внимание модификации рекомбинантных раковых вакцин, чтобы усилить процессинг и представление кодируемых антигенов, и объединение генов, кодирующих костимулирующие молекулы. Например, заражение с рекомбинантной вакциной, вирус которой экспрессирует гены, кодирующие минимум белков МНС I класса, приводит в результате к усилению представления антигена МНС I класса in vivo. Введение генов для В7 костимулирующего белка и для цитокинов в рекомбинантные поксвирусы также усиливает эффективность вакцины.

Предварительные результаты клинических исследований с рекомбинантными вирусными раковыми вакцинами только сейчас начинают оцениваться. Один из главных барьеров на пути эффективной вакцинации с вирусами, такими как коровья оспа и аденовиус, является ингибирование захвата коровьей оспой заранее нейтрализованных антител. Эти антитела являются результатом преждевременного выставления противоположно реагирующих, вирусов (аденовирусов) или преждевременной иммунизации (коровья оспа). В конце концов, для дальнейшего успешного развития рекомбинантных вирусных вакцин требуется развитие методов, которые позволят временно исключать нейтрализованные антитела и/или проектировать вирусный вектор, действию которого большинство индивидуумов не подвергалось.

Основная проблема, связанная с рекомбинантными вирусами, кодирующими опухолевые антигены, - у больных развиваются ответы против рекомбинантных вирусов, что приводит в результате к неэффективной или низкой активности инфекции.

Рекомбинантные бактериальные вакцины. Одни из самых интересных рекомбинантных вакцин пытаются использовать инженерных бактерий. Бактериальные штаммы, включающие Salmonella, ВСG и Listeria monocytogenes, обнаруживает два преимущества. Первое, они обладают кишечным путем инфицирования, что обеспечивая возможность принятия вакцины через рот. Второе, они поражают моноциты и макрофаги и могут, поэтому, намечать цель антигенам к профессиональным АПК.

Рекомбинантные listeria monocytogenes вакцины были протестированы на животных моделях макроскопического рака с многообещающими результатами. Этот организм имеет фазный внутриклеточный цикл и потому дает интересующие векторы. На пораженных моноцитах или макрофагах, 1лз1:епа занимает фаголизосомы и тогда выделяет листеролизин О, который дестабилизирует фаголизосомальную мембрану и позволяет проникать бактерии в цитоплазму. Двойной фаголизосомально-цитоплазматический жизненный цикл Listeria monocytogenes делает эффективным процессинг секретируемых антигенов МНС класса II, включая цитозольную фазу. В дополнение к антиген-специфическим Т клеткам, активация компонентов природного иммунного ответа путем рекомбинантной L. monocytogenes, вероятно, способствует эффективному доступу антиген-специфических Т-клеток к опухолевому слою.

Вакцины на основе нуклеиновых кислот. Вакцины, состоящие из незащищенной ДНК, всегда вызывали огромный интерес с первоначального сообщения Лиу и коллег, что незащищенная ДНК, кодирующая нуклеопротеин гриппа, может защищать животных от возникновения гриппа. В дополнение к инфекционным болезням, незащищенные ДНК вакцины, кодирующие модель опухолевых антигенов, обеспечивают некоторую степень систематической опухолевой защиты.

В общем, эффективность незащищенных ДНК вакцин меньше, чем у рекомбинантных вирусных вакцин. Эта связано вероятно с тем, что незащищенная ДНК не подвергается репликативной амплификации как происходит с рекомбинантными вирусными и бактериальными вакцинами, таким образом, ограничивается количество антигенов, представляемых иммунной системе. Также, незащищенные ДНК вакцины вызывают меньшее воспаление или опасный ответ, чем живая вирусная инфекция. Однако, введение нуклеиновых кислот вызывает местное воспаление и некоторую активацию АПК, полученных из костного мозга.

Важной особенностью вакцин на основе нуклеиновых кислот является то, что неметилированные СрG участки, найденные в ДНК бактериальных векторов, активируют и макрофаги, и другие АПК, полученные из костного мозга. Неметилированные СрG участки прямо стимулируют макрофаги к выработке цитокинов, относящиеся к опухоли, таких как IL-12. Это, вероятно, является решающим для возможности неметилированных СрG участков индуцировать иммунитет.

Вакцины на основе дендритных клеток (ДК)

ДК являются сильными АПК. Они обладают уникальными способностями для активации Т клеток. Они экспрессируют в 50 раз высший уровень МНС молекул на своей поверхности, чем макрофаги, обеспечивая большинство белок/МНС лигандов для занятия Т-клеточного рецептора. Также, они экспрессируют очень высокие уровни важных адгезивных и костимулирующих молекул, решающих для Т-клеточной активации. Другие ДК-специфические гены, такие как кодирующие Т-клеточные специфические хемокины, увеличивают этот список свойств, которые дают ДК их уникальную способность инициировать Т-клеточные ответы.

Вообще, для того, чтобы использовать ДК как вакцину, их берут у пациента с опухолью и in vitro инкубируют с экстрактом опухолевых клеток этого же пациента или с РНК, выделенной из опухоли. Затем ДК возвращают пациенту. Такие вакцины испытаны не только в эксперименте, но и в клинике онкологических заболеваний человека. Но, хотя эти ранние результаты смотрятся многообещающе, все же необходимо внимательное сравнение исследований, чтобы определить, какое увеличенное и нагруженное состояние будет в конце концов вызывать максимальный системный противоопухолевый иммунитет.

Как для вакцин, основанных на ДК, так и для белковых вакцин показана длительная регрессия опухолей, хотя число излеченных пациентов в каждом случае мало.

Анти-идиотипические вакцины

Иммунизация анти-идиотипическими (ИД) антителами представляет новый подход в активной иммунотерапии. Интенсивные исследования на животных моделях показали эффективность анти-ИД вакцин в предотвращении опухолевого роста и излечения мышей с основанными опухолями. Было разработано и охарактеризовано несколько мышиных моноклональных анти-ИД антител (Аb2), которые имитируют человеческие опухоль-ассоциированные антигены (ТАА) и могут быть использованы как заместители антигенов для запуска активного противо-опухолевого иммунитета у больных раком. Были получены благоприятные результаты клинических исследований.

Преимущества анти-ИД антител перед обычными антигенными вакцинами. Так называемые анти-ИД вакцины или внутренние антигенные вакцины получили преимущество за счет того, что совокупность внутренних или условных антигенов, похожи ИД структурами на иммуноглобулины и, возможно, на рецепторы и продукты Т клеток тоже. При этом ИД-основанные вакцины не содержат условных антигенов или их фрагментов. Это исключает возможность того, что ИД вакцины будут иметь подобные нежелательные побочные эффекты, которые иногда ассоциируются с обычными антигенными вакцинами. Анти-ИД вакцины индуцируют более сильные иммунные ответы, чем антигенные вакцины, они более практичны, экономичны и биологически выгодны. ИД вакцины не зависят от наличия больших количеств чистых антигенов, которые часто являются лимитирующим экономическим фактором при производстве вакцины. ИД вакцины проще получать: возможно получать полностью синтетические ИД вакцины, используя необходимую информацию, полученную из ИД гибридомов антигенов. Внутренний образ анти-ИД имитирует трехмерную форму антигенов и, так, неограниченно и эффективно проникает через межвидовой барьер.

Анти-ИД антитела и рак человека. Анти-ИД ответы замешаны в индукции противоопухолевого иммунитета при раке. Анти-ИД подход менее хорош, чтобы индуцировать аутоиммунитет, если эпитопы антигенов не экспрессируются в нормальных тканях. Иммунная толерантность может быть просто побеждена соответствующей анти-ИД вакциной. Интересно то, что анти-ИД вакцины эффективно вызывали иммунные ответы, несмотря на отсутствие сильного адъюванта. Анти-ИД подход является более безопасной и менее токсичной формой лечения и может улучшить качества жизни раковых пациентов.

Heat shock белки как переносчики антигенов

Heat shock белки являются природными биологическими адъювантами: gp96 (в ЭПР) и hsp70 (в цитозоле) действуют как иммунологические адъюванты. Эти heat shock белки, или шаперонины, обладают способностью связывать множество диких пептидов. Иммунизация или с природным gp96 или с hsp70, очищенными от опухолевых клеток (которые несут множество опухолево-специфичных пептидов), вызывает системный противоопухолевый иммунитет. Совсем недавно было показано, что вакцинация с рекомбинантными hsp70, привязанными к модели пептидных антигенов, вызывает антиген-специфические СD8+ Т-клеточные ответы.

Способность определенных heat shock белков действовать как адъюванты основана на двух особенностях. Первая, пептид-загруженные gp96, как показано in vitro, эффективно вводят антигены в МНС I класса пути процессинга. Так, gp96 и возможно другие heat shock белки могут выполнять роль важных молекулярных кандидатов для антигенов и в МНС I и в II путях АПК. Вторая особенность, имеются доказательства того, что связывание gp96 с макрофагами стимулирует выделение ими противовоспалительных цитокинов. Так, heat shock белки могут увеличивать функционирование клеток, для которых они являются таргетинг пептидами.

Увеличение эффективности вакцины

Много изучено о молекулярной регуляции иммунных ответов, исследуются дополнительные стратегии, чтобы блокировать ингибирование активации Т клеток in vivo. Одним из самых многообещающих примеров является блокада СTLA-4 и пути ингибирования. СТLА-4 связывает В7 с приблизительно в 10 раз большей аффинностью, чем СD28. Занимаемость СТLА-4 приводит к прямо противоположным действиям СD28 на активацию Т клеток и индукции лимфокинов. Важность СТLА-4 в Т-клеточном гомеостазисе in vivo является самой эффектной в приведенном примере с СТLА-4 нокаутированными мышами, у которых развивается несколько лимфопролиферативных заболеваний с иммунным разрушением органов. Однако, если СТLА-4 может быть временно блокирована in vivo, это может способствовать усилению эффективности вакцины пока ограничение второстепенного повреждения видно в постоянном генетическом нокауте. Так, блокада СТLА-4, поддерживаемая во время вакцинации, обеспечивает средства, чтобы селективно усилить иммунный ответ против вакцинированных антигенов пока ограничена индукция нежелательных иммунных ответов.

Раковые вакцины у перекрестка

Существенный научный прогресс, осуществленный в развитии раковых вакцин за последнюю декаду, на лицо. Оптимистично то, что эти новые вакцины будут использоваться как средство раковой терапии. Сравнение новых видов молекулярных раковых вакцин с другими вакцинами ясно демонстрируют превосходство первых на животных моделях рака. Трудности состоят в трансляции этих успехов в воспроизводимый клинический успех. Для этого необходимы внимательные клинические исследования.

Литература

"Cancer vaccines" Drew M. Pardoll, Nature medicine vaccine supplement, volume 4, number 5, may 1998.
"Anti-idiotype vaccine against cancer" Malaya Bhattacharya-Chatterjee, Immonology Letters 74 (2000) 51-58.
"Human tumor antigens: implications for cancer vaccine development" Rong-Fu Wang, J Mol Med (1999) 77:640-655.
"Autologous, allogrneic tumor cells or genetically engineered cells as cancer vaccine against melanoma" Dirk Schadendorf, Immonology Letters 74 (2000) 67-74.
"Development of cancer vaccine: peptides, proteins, and DNA" Hiroshi Shiku, Cancer Chemother Pharmacol (2000) 46 (Suppl): S77-S82.
"Cancer Vaccine Week, an international symposium 5-9 October 1998, New York, NY" Graham Pawelec, Cancer Immunol Immunother (1999) 47:352-356.
"Наука в Сибири", "Вакцина против рака" "Перспективы создания антиканцерогенных вакцин в России и за рубежом", А.Глушков, д.м.н. отдел иммунологии рака КемНЦ СО РАН.
"Медицинский вестник", "Внутри человека есть набор лекарств от всех болезней", №22, сентябрь 2001; www.medi.ru.
http://image.websib.ru