Взаимодействие системы иммунитета и опухоли

В хромосомном локусе 16p13.1-p11.2 расположен ген, кодирующий лёгочный протеин, связанный с устойчивостью (MAJOR VAULT PROTEIN, RAT, HOMOLOG OF; MVP; LUNG RESISTANCE-RELATED PROTEIN; LRP). Его молекулярная масса 110000 Да. С ним также связана множественная лекарственная устойчивость к противоопухолевым химиопрепаратам.

Учитывая такое количество генов и соответственно белков, ответственных за множественную лекарственную устойчивость опухолевых клеток к химиотерапевтическим препаратам становится понятным, почему почти вековое использование и совершенствование химиотерапевтических препаратов не принесло желаемого результата от такого метода лечения рака. Чтобы подвергать организм воздействию небезопасных химиотерапевтических препаратов необходимо проводить генодиагностику и лишь после этого решать вопрос о целесообразности применения того или иного химиотерапевтического препарата. После первого успешного применения химиотерапевтического препарата необходимо обязательно проводить его замену, на другой, по той причине, что первый препарат обычно в 10 и более раз усиливает синтез опухолевыми клеткам токсинвыводящих белков, удаляющих из клетки этот препарат. Новый химиопрепарат, также необходимо назначать после повторной генодиагностики, если в организме остались опухолевые клетки, и выбирать только тот препарат, который слабо выводится опухолевыми клетками. В противном случае химиотерапевтический препарат подавляет работу системы иммунитета, оказывает токсической действие на различные органы и системы, практически не влияя на рост опухоли, что ускоряет гибель больного.

Т-лимфоциты

Главным элементом активной противоопухолевой защиты в организме являются цитотоксические Т-лимфоциты, или Т-киллеры (от англ. killer - убийца). На поверхности опухолевой клетки антигены представлены не только в виде единой молекулы, как показано на Рис. 5, но и в виде фрагментов в комплексе с молекулами HLA (Табл. 1, Рис. 2 и Рис. 3).

Распознавание опухоли Т-киллерами зависит от наличия на опухолевой клетке различных антигенов, причем для Т-лимфоцитов важна последовательность аминокислот полипептидной цепи, а не то, каким образом она уложена в пространстве. Чтобы Т-лимфоцит ответил на антиген, он должен быть представлен антигенпредставляющей клеткой (APC, от англ. antigen presenting cell). К APC относятся В-лимфоциты, макрофаги, дендритные клетки, которые специализируются на переработке чужеродного и собственного дефектного материала. Антигенный белок поглощается APC. Внутри клетки белок расщепляется на пептидные фрагменты длиной до 10-20 аминокислот. Эти пептидные фрагменты перемещаются на плазматическую мембрану APC и вместе с молекулами HLA образуют рецепторы, распознаваемые Т-лимфоцитами. Для этого у Т-лимфоцитов имеется собственный Т-клеточный рецептор (TCR, от англ. T-cell receptor). TCR состоит из комплекса пептидов – a, b, e, g, d, z, h, каждый из которых кодируется отдельным геном. Связывания TCR с опухолевым пептидом, представленным молекулой HLA, обычно недостаточно для действия Т-киллера. Необходимо связывание ещё одной молекулы Т-киллера – CD8-корецептора – с молекулой HLA клетки-мишени. TCR у Т-киллеров и Т-хелперов (от англ. help - помощь) кодируются одинаковыми генами, но корецептор у хелперов представлен другим белком – CD4. Корецептор-CD4 связывается с HLA класса II, корецептор CD8 – с молекулами HLA класса I. Если незрелой Т-клетке антиген представляет макрофаг с белком HLA класса I, то возникает клон Т-киллеров. Если антиген представляет макрофаг с белком HLA класса II, то возникает клон Т-хелперов. В популяции человека существует много белков HLA, но у каждого индивида имеется лишь по два гена для молекул HLA каждого типа.

Способность Т-киллеров отвечать на опухолевые клетки также зависит от молекул MHC опухолевой клетки. Молекулы MHC класса I кодируются в опухолевых клетках мыши генами H-2K и H-2D, а у человека – генами HLA-A, HLA-B, HLA-C. Ген HLA-A человека соответствует гену H-2K мыши. CD8-корецептор Т-киллера эффективно связывается с молекулой H-2K и не связывается с молекулой H-2D. Чем больше молекулы H-2K преобладают на плазматической мембране над молекулами H-2D, тем более заметными для Т-киллеров становятся опухолевые клетки. Чем выше экспрессия гена H-2D, тем чаще опухолевые клетки ускользают от иммунного ответа Т-киллеров в кровеносном русле и дают метастазы.

Экспрессия генов H-2K и H-2D изменчива. Интерфероны a и b, введённые вместе, индуцируют экспрессию гена H-2D, а g-интерферон усиливает экспрессию гена H-2K. Таким образом, экспрессию генов H-2K и H-2D можно регулировать, усиливая тем самым ответ Т-киллеров на опухоль. Кроме этого, γ-интерферон подавляет ангиогенез.

Т-киллер, связавшись своими рецепторами с опухолевой клеткой, вступает с ней в плотный контакт, для чего необходим Mg++, и выбрасывает белки перфорины. Перфорины встраиваются в мембрану опухолевой клетки и в присутствии Ca++ полимеризуются, образуя каналы, через которые в клетку входит избыточное количество воды, и опухолевая клетка разрывается. Т-киллер уничтожает лишь несколько опухолевых клеток, после чего в нём истощаются запасы энергии и перфоринов, и он погибает сам.

NK-клетки

Важным элементом противоопухолевой защиты являются естественные клетки-убийцы, сокращённо – NK-клетки (от англ. nature kller). У здорового человека в норме количество NK-клеток должно быть не менее 170 в одном микролитре. Эти клетки принимают активное участие в противовирусной и противоопухолевой защите. Особенностью действия NK-клеток является то, что они уничтожают клетки, на которых снижена экспрессия молекул HLA I класса.

На поверхности натурального киллера имеются несколько важных молекул, от которых зависит, быть или не быть цитотоксическому ответу. Одной из таких молекул является CD16(низкоаффинный рецептор к иммуноглобулину G (IgG)). Если на поверхности опухолевой клетки имеются антитела G класса, то именно через эти антитела натуральный киллер, с участием CD16 молекулы, присоединяется к опухолевой клетке. Другой важной группой молекул, присутствующей на поверхности натуральных киллеров, являются CD158 молекулы, которые имеют ещё два названия: иммуноглобулинподобный рецептор киллерных клеток (KIR) или ингибирующий рецептор киллерной клетки (KIR). KIR семейство включает в себя 12 генов. Различные KIR молекулы взаимодействуют с различными HLA-молекулами I класса. KIR-молекулы NK-клеток исполняют роль рецепторов для молекул HLA I класса нормальных клеток нашего организма (Табл. 2).

Табл. 2. Лиганд-рецепторное взаимодействие NK-клеток

Ингибиторную функцию у NK-клеток также осуществляет молекула CD94/NKG2, которая специфична для HLA-E молекул. В отличие от KIR молекула CD94/NKG2 относится к лектинподобным молекулам. В норме на всех ядросодержащих клетках нашего организма присутствуют молекулы HLA I класса. При заражении клеток организма вирусами или при опухолевой трансформации клеток может изменяться экспрессия этих HLA молекул. Уменьшение экспрессии молекул HLA I класса отменяет ингибирующее действие KIR молекул NK-клеток и неполноценная клетка уничтожается натуральными киллерами.

Таким образом, натуральные киллеры защищают наш организм от опухолевых клеток с низкой экспрессией HLA молекул. После плотного контакта натурального киллера с опухолевой клеткой осуществляется выброс NK-клеткой белков - перфоринов, которые встраиваются в мембрану опухолевой клетки и образуют пору. После этого натуральный киллер отходит от опухолевой клетки, а через образованные перфоринами поры в опухолевую клетку начинает поступать межклеточная жидкость, опухолевая клетка набухает и разрушается. На поверхности NK-клеток имеется большое количество активационных молекул. Это рецепторы к IFN-g, IL-2, IL-12, IL-15, IL-18. На поверхности всех натуральных киллеров имеется молекула, называемая FAS-лиганд (CD178), вызывающая программируемую гибель клетки-мишени. Активация NK-клеток интерлейкином-2, интерлейкином-12 приводит к усилению экспрессии (CD 178) на NK-клетках. Взаимодействие CD16 с IgG оказывает аналогичное действие. Таким образом, уничтожение опухолевой клетки может происходить и через взаимодействие CD178 с рецепторами апоптоза на опухолевых клетках. У людей, имеющих малое количество и/или низкую функциональную активность NK-клеток, значительно чаще развиваются онкологические заболевания.

LAK-клетки

Уничтожать опухолевые клетки могут и активированные лимфоциты, называемые LAK-клетками (от англ. lymphokine activated killer - лимфокином активированные киллеры), которые происходят из "нулевой" популяции лимфоцитов. Как и NK-клетки, они уничтожают опухолевые клетки без предварительного распознавания определённого антигена. Противоопухолевая активность LAK-клеток усиливается, если вводить их вместе с интерлейкином-2. Однако большие дозы интерлейкина-2 вызывают токсическое действие, проявляющееся в выраженном отёке органов и тканей.

Макрофаги

Опухолевые клетки синтезируют фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (МИФ), который является необходимым элементом опухолевого роста. МИФ в опухолевом росте выполняет одновременно две важные функции. Под действием МИФ макрофаги, пришедшие к опухоли, теряют свою подвижность, но сохраняют способность синтезировать биологически активные вещества. МИФ лишает макрофаги возможности передать информацию об обнаруженной опухоли другим иммунокомпетентным клеткам, позволяет опухоли использовать обездвиженный макрофаг как фабрику по производству большого количества активатора плазминогена. Благодаря активатору плазминогена, синтезируемому макрофагами, опухолевые клетки приобретают способность проникать в кровеносное русло и распространяться по организму.

При активации Т-лимфоцитами макрофаги превращают аргинин в окись азота и с помощью этого токсичного свободнорадикального соединения убивают опухолевые клетки. Это происходит следующим образом. Активированный Т-лимфоцит выделяет γ-интерферон. Он подаёт сигнал, мишенью которого является ядро макрофага. Этот сигнал вызывает образование синтазы окиси азота, превращающей аргинин в окись азота, которая разрушает опухолевые клетки, подавляя энергообразование в цикле Кребса и при транспорте электронов в митохондриях. Окись азота подавляет синтез ДНК. Без синтазы окиси азота и аргинина защитная активность у макрофага отсутствует. Производные аргинина, особенно метильные, блокируют как образование нитратов в макрофагах, так и способность макрофагов разрушать опухолевые клетки.

В-лимфоциты

При взаимодействии опухолевого антигена и В-лимфоцита, рецептор которого соответствует данному антигену, происходит отбор реагирующих В-лимфоцитов. Они перерабатывают опухолевые антигены и активируются. У активированных В-лимфоцитов процессированный антиген представлен на плазматической мембране в комплексе с белком MHC класса II. Зрелая Т-хелперная клетка, прошедшая антигенспецифичную активацию макрофагом с белком MHC класса II, связывается с активированным В-лимфоцитом. Это приводит к выделению Т-хелпером интерлейкина-2, под действием которого В-клетка делится и дифференцируется, превращаясь в плазматическую клетку. Зрелая плазматическая клетка секретирует антигенспецифичные иммуноглобулины (антитела).

Опухольспецифичные антитела связываются с антигенами опухоли. Но опухолевая клетка имеет интересную особенность: она может терять свои поверхностные антигены, как ящерица отбрасывает хвост, когда за него её поймают.

Фоновый уровень комплемента у человека недостаточен для развития антителозависимого лизиса опухолевой клетки. Комплекс антиген-антитело покидает опухолевую клетку раньше, чем происходит активация и полимеризация комплемента.

Образующиеся противоопухолевые антитела и циркулирующие иммунные комплексы усугубляют развитие болезни. Они блокируют антигены опухолевых клеток и рецепторы Т-киллеров, защищая опухолевую клетку от цитолитического удара.

Углеводы

В структуре углеводов, как и в структуре нуклеиновых кислот и белков, заложена важная биологическая информация. Углеводы обладают самой высокой информационной ёмкостью, поскольку они характеризуются наибольшим потенциально возможным структурным разнообразием. Из двух идентичных моносахаридов могут образоваться одиннадцать различных дисахаридов, тогда как две аминокислоты могут давать лишь один дипептид. Считывание углеводных "слов" основано на вариабельности субъединиц сахаров, различиях в связях между ними, наличии или отсутствии точек ветвления. Так, набор углеводов раковых клеток резко отличается от такового нормальных клеток, и может служить маркёром опухоли. Поверхностные углеводы опухолевых клеток помогают метастазированию. Проникнув в кровеносное русло, опухолевая клетка путешествует по кровеносной системе, покинуть которую может только через стенку венулы. В венулах опухолевые клетки связываются с Е-селектинами (особыми поверхностными молекулами адгезии, которые взаимодействуют с поверхностными углеводами других клеток) эндотелиальных клеток, и между клетками эндотелия выходят из кровеносного русла. Таким путём опухолевая клетка попадает в другие органы и ткани, давая метастазы. Чтобы опухолевая клетка покинула кровоток, ей требуется 8-24 часа. Лишь 1 из 10000 клеток, оставивших первичную опухоль, выживает и даёт начало новой колонии. На своей поверхности опухолевые клетки имеют клеточные адгезивные молекулы (CAM, от англ. cell-adhesion molecules), при метастазировании прикрепляющиеся к CAM тех органов и тканей, с которыми они имеют наибольшее сходство. Чем больше в органе развита капиллярная сеть, тем чаще там бывают метастазы. Этим объясняется типичное метастазирование опухолей в определённые органы и ткани. CAM и иммуноглобулины имеют структурную гомологию (в процессе эволюции молекулы иммуноглобулинов произошли от CAM).

Некоторое значение при опухолевом росте имеют лектины (класс белков, способных быстро, избирательно и обратимо связываться с сахарами). Они, связавшись с поверхностными углеводами опухолевых клеток, являются фактором защиты опухоли от системы иммунитета. Если клетки меланомы обработать соединениями, содержащими лактозу, то их метастазирование ослабляется почти вдвое.

Вторичные опухоли метастазируют более легко, так как их сосудистая сеть, возникшая в результате самоиндуцированного ангиогенеза, легко проницаема.

Выяснение механизмов взаимодействия углеводных компонентов опухоли и системы иммунитета позволяет разрабатывать новые, эффективные средства предупреждения и лечения онкологических заболеваний.