Взаимодействие системы иммунитета и опухоли

Взаимодействие системы иммунитета и опухоли

Канцерогены 
В течение жизни на многих людей действуют канцерогены (химические, физические, вирусные), которые приводят к стойким изменениям нуклеотидной последовательности ДНК нормальных клеток.

В результате этих изменений возникает раковая клетка, которая приобретает новые свойства: 
1) способность к бесконечному количеству митозов;

2) способность к  метастазированию;

3) способность активно  противостоять системе иммунитета.

При опухолевой трансформации может нарушаться работа отдельных генов. 
Возможность возникновения опухоли зависит от 4-х условий:

1) дозы канцерогена;                                                     

2) времени воздействия канцерогены       

3) генетической  предрасположенности;

4) присутствия ускорителей (эстрогены, желчные кислоты, поваренная  соль, фенобарбитал и др.) и замедлителей опухолевого роста (витамины А, Е, С, аспирин и др.).

Основным элементом распознавания «своего» и «чужого» служат молекулы главного комплекса гистосовместимости (сокращённо MHC - от англ. major histocompatibility complex), у человека он обозначается HLA (human lymphocyte antigens) и кодируется в 6-ой хромосоме. Система HLA обладает широким полиморфизмом, представлена комплексом генов HLA – A, B, C, E, F, G, DR, DQ, DP, TAP1, TAP2, LMP-2, LMP-7 и другими. Часть собственных белков, синтезированных клеткой, сразу расщепляется мультикаталитическим протеасомным комплексом, субъединицами которого являются продукты генов LMP-2 и LMP-7. Функцией LMP-2 и LMP-7 является приведение размеров пептидов в соответствие со связывающими сайтами молекул HLA (Рис. 2 и Рис. 3).

Каждый человек имеет 2 набора HLA генов, один получен от отца, второй от матери. Существует большое разнообразие вариантов генов HLA – A, B, C, E, F, G, DR, DQ, DP. Эти варианты называются аллелями и обозначаются цифрами.

Например, по основным молекулам HLA класса I фенотип человека может выглядеть следующим образом: HLA-A3, 34; B14, 58; Cw6,3. От этого зависит, какие пептидные фрагменты опухолевого антигена будут представлены на поверхности опухолевой клетки в комплексе с молекулами HLA класса I, а какие – нет.

Так, у человека с HLA-A3 фенотипом фрагменты Human cancer associated surface antigen (использовано однобуквенное международное обозначение аминокислот):

maitqfrlfkfctclatvfsflkrlicrsgrgrklsgdqitlpttvdyssvpkq tdveewtswdeaptsvkiegdgngnvatqqnsleqlepdyfkdmtptirktqki vikkreplnfgipdgstgfssrlaatqdlpfihqsselgdldtwqentnaweee edaawqaeevlrqqkladrekraaeqqrkkmekeaqrlmkkeqnkigvkls

на поверхности опухолевой клетки будут представлены иначе, чем у человека с HLA-A1 фенотипом, как количественно, так и качественно. У человека с HLA-A3 фенотипом будет с наибольшей вероятностью представлено 35 наномерных фрагментов, а для человека с HLA-A1 фенотипом – только 11 наномерных фрагментов (Табл. 1, жирным шрифтом выделены якорные аминокислоты).

 

Опухолевые антигены

На поверхности всех клеток находятся антигены, выполняющие разнообразные функции, необходимые для обеспечения жизнедеятельности. Некоторые антигены имеют несколько названий.

Против каждого опухолевого антигена получено большое количество моноклональных антител (МКА). The International Society for Oncodevelopment Biology and Medicine – ISOBM (Международное Общество по Развитию Онкобиологии и Медицины) регулярно проводит совещания по тканевой дифференцировке (Tissue Differentiation (TD) Workshops) с целью характеристики МКА, направленных против молекул, которые могут быть потенциальными опухолевыми маркерами.

Несколько антигенов, связанных с человеческими опухолями, присутствуют в фетальных тканях, но отсутствуют в соответствующих тканях взрослого. Это онкофетальные антигены. Им принадлежит чрезвычайно важная роль в опухолевом росте. В фетальных тканях эти антигены присутствуют в виде полипептидов, чей синтез управляется генами, и обеспечивают клеткам эффективный метаболизм. После рождения участки генов, кодирующие эти полипептиды, утрачивают свою активность, и синтез фетальных антигенов прекращается.

В опухолевых клетках повторно активизируются гены, активные в фетальных тканях. Однако, в отличие от фетальных тканей, онкофетальные антигены являются гликопротеинами. Это происходит в результате посттрансляционного гликозилирования фетальных белков.

Онкофетальные антигены присутствуют в спонтанных, индуцированных химическими канцерогенами и вирусиндуцированных опухолях. Они обеспечивают опухолевым клеткам повышенный метаболизм. Так, AFP (ТD-2) - a-фетопротеин, антиген с молекулярной массой 70 кДа – является сывороточным маркером гепатоцеллюлярной карциномы. Рецептор к AFP обнаружен при ряде опухолей человека.

СЕА (TD-8), карциноэмбриональный антиген, является гликопротеином с молекулярной массой 200 кДа, экспрессированным на клеточной поверхности. Повышенный уровень СЕА обнаруживается в сыворотке 30% больных раком легких, печени, поджелудочной железы, молочной железы, толстой кишки, головы и шеи, мочевого пузыря, шейки матки и простаты. У больных с метастатическими опухолями повышенный сывороточный уровень антигена наблюдается в 60% случаях.

Онкофетальные антигены входят в группу так называемых опухольассоциированных антигенов, причём одни и те же опухольассоциированные антигены встречаются при различных заболеваниях. Все опухольассоциированные антигены были обнаружены в эмбриональных и нормальных тканях, но содержание этих антигенов в нормальных тканях незначительно.

Есть антигены, которые присутствуют только на опухолевых клетках. Они составляют группу опухольспецифичных антигенов. Среди опухольассоциированных или опухольспецифичных антигенов, применяемых для создания противораковых вакцин, можно выделить антигены, экспрессирующиеся в опухолевых, но не в нормальных клетках. К ним относятся антигены, кодируемые генами BAGE, GAGE, MAGE. Например, семейство MAGE включает 15 генов, расположенных в Х-хромосоме.

MAGE-1 антиген выявляют в 36% случаев меланом, в существенном количестве препаратов рака молочной железы, крупноклеточных карцином легкого и карциномах головы и шеи.

MAGE-3 антиген обнаружен у 65% меланом и 48% карцином головы и шеи. Два других семейства генов – GAGE и BAGE – кодируют синтез подобных опухольспецифичных антигенов.

СА 125 (TD-1) антиген является специфическим маркером рака яичника, этот гликопротеид с молекулярной массой 200 кДа экспрессирован на поверхности опухолевых клеток. При I стадии рака яичника повышенный уровень СА 125 обнаруживают в 50% случаев, при II стадии – в 90% случаев, при III стадии – в 92% случаев, при IV стадии – в 94% случаев. Хотя СА 125 антиген считается специфическим маркером рака яичника, повышенные уровни этого антигена выявляются и при многих других заболеваниях, например, в 15% случаев рака молочной железы, в 30% случаев рака легких, в 31% случаев рака желудка, в 67% случаев цирроза и в 100% случаев цирроза с асцитом.

PSA (ТD-3) – простатический специфический антиген с молекулярной массой 33 кДа – является специфическим маркером рака предстательной железы. Антиген экспрессирован и в ткани нормальной предстательной железы, а при раке сывороточный уровень PSA повышается. Определение уровня PSA в сыворотке крови используют для дифференциальной диагностики и мониторинга эффективности лечения рака простаты.

MUC-1 (ТD-4) – муциноидный раковый антиген - является раково-ассоциированным муцином. Муцин содержится в цитоплазме нормальных железистых клеток молочной железы и яичников. Однако, MUC-1 антиген сильно экспрессирован на поверхностной мембране опухолевых клеток при раке молочной железы, яичников, щитовидной железы, легких. MUC-1 имеет молекулярную массу 300 - 450 кДа. Повышение содержания MUC-1 может развиваться и при некоторых доброкачественных процессах: доброкачественных опухолях молочной железы и яичников, эндометриозе, гепатите, циррозе печени, фиброзе легких. Беременность и лактация также могут приводить к повышению уровня MUC-1. Тест-системы для определения этого антигена имеют различные названия: BCM, CA15-3, CA153, CA27.29, CF15-3, MCA, M12, M20, M22 и другие.

Цитокератины (TD-5). В опухолевых клетках имеет место аберрантная экспрессия кератинов, которые выявляются МКА. Против эпитопов цитокератинов получено более 30 различных МКА.

СА-19-9 (ТD-6) – сиалированный Lewis A антиген (Sialyl Lewis A) - является опухольассоциированным углеводным антигеном. Сывороточный уровень CA19-9 повышается у некоторых больных раком легких, раком поджелудочной железы. Сиалированный Lewis A антиген обнаружили иммуногистологически с помощью МКА NS19-9 в 75,4% случаев первичной гепатоцеллюлярной карциномы и в 78,5% случаев метастазов в регионарные лимфатические узлы.

СА 195 похож на антиген СА 19-9. Его уровень повышен в сыворотках 50-70% больных опухолями желудочно-кишечного тракта.

DUPAN-2, предшественник CA19-9, является sialyllact-N-tetraose (LSTa, sialyl-Lewis(c)). Иммуногистологически антиген DUPAN-2 обнаружен во всех типах злокачественных эпителиальных опухолей легких, включая плоскоклеточную карциному, где он был локализован на клеточной поверхности. При аденокарциномах, крупноклеточных карциномах и мелкоклеточных карциномах антиген локализован как на клеточной поверхности, так и в цитоплазме. DUPAN-2 обнаруживают в Lewis-негативных сыворотках больных раком поджелудочной железы. Измененная экспрессия антигена группы крови Lewis Y (LeY), появляющаяся при злокачественной трансформации, также является опухолевым маркером. Антиген LeY экспрессирован на клеточной мембране и в цитоплазме опухолевых клеток при гепатоцеллюлярной карциноме.

Ещё одним антигеном, встречающимся на мембранах клеток многих опухолей, являетсячеловеческий хорионический гонадотропин (human chorionic gonadotrophin, hCG) (TD-7).

Антигеном, выявляемым в опухолях костей, является костная щелочная фосфатаза (TD-9).

Определение перечисленных выше и многих других опухольассоциированных антигенов широко используется для иммунодиагностики опухолей и создания новых противораковых вакцин.

 

 

Токсинвыводящие гликопротеины и множественная лекарственная устойчивость опухоли к химиопрепаратам

Жизнеспособность любого организма зависит от способности клеток выводить токсины, попадающие в них извне, а также образуемые в процессе функционирования. Для этой цели в плазматической мембране клетки предназначена целая группа АТФ-связанных кассетных транспортных белков (ATP-binding cassette transporter proteins). Чем больше токсинов поступает в клетку или образуется в ней, тем активней идёт транскрипция и трансляция генов, кодирующих эти белки. Лекарственные препараты могут менять активность этих генов. Так, химиотерапевтические противоопухолевые препараты: винкристин, доксорубицин, цисплатин, циклофосфамид и другие в 10 и более раз усиливают синтез опухолевыми клеткам токсинвыводящих белков, в то время как блокаторы кальциевых каналов – верапамил, фенигидин, блокатор натриевых каналов – хинидин, антибиотики – цефалоспорин, грамицидин, пуромицин, циклоспорин А, препараты раувольфии – резерпин в 2-5 раз подавляют активность генов, ответственных за синтез токсинвыводящих белков.

В хромосомном локусе 7q21.1 человека расположены 3 гена MDR1, MDR2 и MDR3 кодирующие токсинвыводящие гликопротеины. В иммунологии очень часто один и тот же белок имеет несколько названий. Так продукт гена MDR1 - гликопротеин P имеет следующие названия и символы (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY B, MEMBER 1; ABCB1; P-GLYCOPROTEIN 1; PGY1; MULTIDRUG RESISTANCE 1; MDR1; GP170; DOXORUBICIN RESISTANCE). Гликопротеин P (от англ. permeability - проницаемость) находится в плазматической мембране и служит для удаления из клеток метаболических токсинов. Его молекулярная масса 170000 Да. Благодаря значительному количеству этого гликопротеина у опухолевых клеток развивается феномен множественной лекарственной устойчивости. Опухолевые клетки быстро и эффективно выводят применяемые для их уничтожения химиотерапевтические средства. С повышенной активностью MDR1 гена связана с устойчивость опухолевых клеток к доксорубицину (адриамицину).

Продукт гена MDR3 – P-гликопротеин 3 имеет следующие названия и символы (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY B, MEMBER 4; ABCB4; P-GLYCOPROTEIN 3; PGY3; MULTIDRUG RESISTANCE 3; MDR3).

В том же хромосомном локусе 7q21.1 расположен ген, кодирующий белок сорсин (SORCIN; SRI; MULTIDRUG-RESISTANCE COMPLEX, CLASS 4; MDR COMPLEX, CLASS 4), подобный гликопротеинам P. Сорсин является кальций связывающим протеином, обеспечивающим работу кальциевых каналов. Повышенная активность этого белка обеспечивает устойчивость опухолевых клеток к винкристину.

В хромосомном локусе 3q27 расположен ген, кодирующий пятый протеин множественной лекарственной устойчивости (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 5; ABCC5; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 5; MRP5; MOATC). С ним связана устойчивость к химиотерапевтическим препаратам, содержащим платину.

В хромосомном локусе 16p13.1 расположен ген, кодирующий первый протеин, ассоциированный с множественной лекарственной устойчивостью. (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 1; ABCC1; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 1; MRP1; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN; MRP). Он осуществляет транспорт лейкотриенов и обеспечивает защиту от оксианионов тяжёлых металлов. Функция этого белка блокируется ингибиторами 5-липоксигеназы.

В хромосомном локусе 10q24 расположен ген, кодирующий второй протеин, ассоциированный с множественной лекарственной устойчивостью. (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 2; ABCC2; MULTISPECIFIC ORGANIC ANION TRANSPORTER, CANALICULAR; CMOAT; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 2; MRP2). Он осуществляет транспорт органических анионов и обеспечивает устойчивость к нуклеозид-содержацимпротивоопухолевым химиопрепаратам.

В хромосомном локусе 17q22 расположен ген, кодирующий третий протеин, ассоциированный с множественной лекарственной устойчивостью. (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 3; ABCC3; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 3; MRP3; CANALICULAR MULTISPECIFIC ORGANIC ANION TRANSPORTER 2; CMOAT2). Он также осуществляет транспорт органических анионов и обеспечивает устойчивость к нуклеозид-содержацимпротивоопухолевым химиопрепаратам.

В хромосомном локусе 13q32 расположен ген, кодирующий четвёртый протеин, ассоциированный с множественной лекарственной устойчивостью. (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 4; ABCC4; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 4; MRP4; MULTISPECIFIC ORGANIC ANION TRANSPORTER B; MOATB). Он тоже осуществляет транспорт органических анионов и также обеспечивает устойчивость к нуклеозид-содержащим противоопухолевым химиопрепаратам.

В хромосомном локусе 3q27 расположен ген, кодирующий пятый протеин, ассоциированный с множественной лекарственной устойчивостью. (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 5; ABCC5; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 5; MRP5; MULTISPECIFIC ORGANIC ANION TRANSPORTER C; MOATC). Он тоже осуществляет транспорт органических анионов, а также обеспечивает устойчивость к химиотерапевтическим препаратам, содержащимплатину.

В хромосомном локусе 16q12.1 расположены ещё 2 гена, кодирующие восьмой и девятый протеины, ассоциированныее с множественной лекарственной устойчивостью. (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 11; ABCC11; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 8; MRP8), (ATP-BINDING CASSETTE, SUBFAMILY C, MEMBER 12; ABCC12; MULTIDRUG RESISTANCE-ASSOCIATED PROTEIN 9; MRP9).