На переднем крае науки

ИММУНОЛОГИЯ, БИОЛОГИЯ и РАК.

М.В.Филатов

Кандидат биологических наук,

Зав. Лабораторией Клеточной Биологии, ОМРБ, ПИЯФ.

Онкологические заболевания одна из серьезнейших угроз здоровью и жизни любого человека. Статистика развитых стран показывает, что примерно каждый третий человек сталкивается в течение жизни с этой проблемой, а каждого пятого это приводит к гибели. В менее благополучных странах доля людей, погибающих от злокачественных опухолей ниже, но вряд ли это может вселять оптимизм, просто в этих странах больше смертность от других причин, и многие не доживают до “своей” опухоли. Усилия, направленные на борьбу с этой напастью во всем мире, поистине беспрецедентны. Однако, несмотря на существенный прогресс в понимании природы этого явления, достигнутые практические результаты оставляют желать лучшего. Победить этот недуг, в просторечье обобщенно называемый раком, далеко не всегда оказывается возможным.

Основные инструменты сегодняшнего врача в этой области можно грубо определить как хирургию, химиотерапию и радиотерапию. Эффективность их применения весьма различна для разных видов опухолей, объединяет их то, что все они, как правило, весьма тяжело переносятся и мягко говоря, небезвредны для пациента. Трудно дать какие то количественные оценки, но нет сомнения, что во многих случаях сами эти средства лечения, могут существенно укорачивать срок пребывания человека на земле.

В случае некоторых опухолей арсенал дополняется более естественными биологическими подходами, позволяющими иногда решить проблему без катастрофических потерь. Так еще в 1953 году была присуждена Нобелевская премия за обнаружение факта зависимости опухолей простаты от мужских половых гормонов. Стоит, тем или иным способом, лишить опухоль возможности получать сигналы от этих гормонов, как ее клетки начнут самопроизвольно погибать. К сожалению такая ситуация реализуется, главным образом, для относительно ранних стадий прогрессии опухолей, когда еще не возникли варианты опухолевых клеток устойчивые к отсутствию гормонов. Сегодня, когда разработаны и получили распространение чувствительные тесты раннего выявления онкологических заболеваний простаты, (прежде всего это тест на наличие простат специфичного антигена – ПСА в крови) существенно улучшилась ситуация с лечением этой формы рака в мире.

Основной урок этой ситуации заключается в том, что поиск более естественных, менее жестких, я бы сказал более человеколюбивых средств терапии, оправдан и может привести к успеху. Постепенно начинает складываться новое направление в лечении рака, которое получило наименование биотерапии. В самом деле, если мы взглянем на мировую биологическую и медицинскую научную литературу, то без труда обнаружим множество такого рода подходов, которые весьма эффективны или могут быть эффективны в каких то отдельных случаях. Некоторые из них можно отнести к определенным направлениям, объединенным каким либо принципом.

Например, есть подходы, связанные с подавлением роста сосудов. Опухоли, как правило, не могут расти, если они не прорастают кровеносными сосудами, которые питают их клетки. Поскольку взрослому человеку рост новых сосудов в обычной ситуации не нужен, то можно подавить их рост и это остановит рост опухоли или даже вызовет ее распад. Сегодня существует уже значительное количество противоопухолевых препаратов с этим механизмом действия.

Есть направление, нацеленное на запуск, в клетках опухоли, так называемой запрограммированной гибели, или апоптоза. Дело в том, что любая клетка нашего тела несет в себе программу самоуничтожения, которая может быть включена, если, что-то в клетке не в порядке, или она попадает в ситуацию, когда она перестает получать от других клеток и тканей сигналы о том, что все нормально и можно продолжать жить и функционировать. Природа придумала эту программу для того, чтобы избежать чересчур независимого, сепаратистского поведения клеток. Если клетка перестает вести себя по правилам целого организма, играющего роль федерального центра, она самоуничтожается. Не будь этой программы большие многоклеточные организмы, которыми являемся мы с вами, просто не могли бы существовать. Для того, чтобы опухоль могла вырасти, в составляющих ее клетках должны возникнуть изменения, хотя бы частично освобождающие ее от контролирующего пресса этой губительной программы. Однако, полностью избавиться от ее действия опухолевым клеткам не удается и если найти условия, которые запустят ее в раковых клетках, то они начнут массово погибать. Именно это происходит, когда клетки опухолей простаты лишаются сигналов от мужских половых гормонов. С подбором таких, провоцирующих апоптоз опухолевых клеток, лекарственных препаратов сегодня связываются значительные надежды.

Еще один путь мягкой борьбы с опухолями направлен на индукцию дифференцировки опухолевых клеток. Любая зрелая клетка нашего организма настроена на выполнение определенного набора функций. По этому признаку клетки различаются, дифференцируются. Так клетка печени, принципиально отличается от клетки почки или прямой кишки. Дифференцировка клеток, то есть настроенность на выполнение определенных функций, как правило, существенно ограничивает ее способность к быстрому размножению, а многие дифференцированные клетки вообще теряют способность делиться. Злокачественно трансформированные, опухолевые клетки, как правило, частично или полностью уклоняются от реализации программы дифференцировки, отдавая приоритет делению. Однако существуют способы напомнить им их истинное предназначение. При обработке некоторыми простыми и вполне безобидными веществами многих, даже очень быстро растущих в искусственных лабораторных условиях (“в пробирке”) опухолевых культур клеток можно добиться их дифференцировки и остановки их безудержного роста. В мире тратятся значительные усилия на создание лекарственных препаратов работающих на этом принципе. Трудность заключается в том, что сложно угадать какая опухоль будет отвечать на используемый агент, а какая нет. Но эта же проблема стоит и перед жесткими способами традиционной химиотерапии. Есть значительная вероятность промахнуться, зато если повезло, то серьезный положительный эффект может быть достигнут без больших издержек. Одним из примеров такого рода являются препараты, являющиеся производными бутирата натрия, которые демонстрируют серьезные положительные эффекты при онкологических заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Их появление в нашем обиходе это дело ближайшего будущего.

Существуют множество других, более или менее частных приемов мягкой биологической терапии, которые в частных клинических случаях или в экспериментальных системах демонстрируют значительные позитивные результаты для целого ряда опухолей. Основная мораль сказанного здесь сводится к тому, что тот жесткий арсенал терапевтических воздействий, который предлагает сегодняшняя медицина, хотя и очень важен, но далеко не исчерпывает все существующие возможности борьбы с онкологическими заболеваниями. Существуют разнообразные подходы, которые в существенной степени могут дополнить традиционные, будучи легко переносимыми, и вполне сочетаемыми с обычными методами лечения.

Но для того чтобы воспользоваться этими подходами нужно, во-первых, быть осведомленным об этих достаточно разнообразных и часто еще не вошедших в широкую практику возможностях, а во-вторых, иметь возможность фактически подбирать подходящие к данному случаю средства. Это крайне непростая задача и вряд ли она по плечу большей части больных. Конечно, было бы гораздо привлекательнее, чтобы, организм сам справился с возникшей проблемой, как говорят, “само все прошло”. Именно по этой причине взоры людей работающих в области онкологии в течение уже более, чем 100 лет постоянно обращались к иммунной системе, способной эффективно защищать наш организм от разнообразных патогенов. Уже давно стало понятно, что в некоторых случаях, при определенных обстоятельствах можно спровоцировать иммунную систему к атаке на опухолевую ткань. Более того, для некоторых видов рака хорошо документированы случаи самопроизвольного излечения, связанного с активацией иммунной системы. Однако справедливости ради нужно сказать, что случаи эти весьма редки, а механизмы, заставляющие иммунную систему атаковать опухоль, все еще весьма туманны. Тем не менее человечество, не жалеет усилий на попытки реализовать эту потенциальную возможность. По мере накопления наших знаний о механизмах функционирования и регуляции иммунного ответа, появляются все новые попытки создать технологию активации противоопухолевого иммунитета. Если оглянуться назад, то можно обнаружить, что примерно каждые 20-25 лет, то есть каждый раз с приходом нового активного поколения исследователей, возникали обнадеживающие подвижки в этой области. К сожалению, каждый раз оказывалось, что связываемые с ними ожидания были заметно преувеличены, и наступало охлаждение и разочарование. Обычно, это было время оживления скептических взглядов на саму возможность иммунотерапии злокачественных опухолей. Однако нужно отметить, что каждый такой раунд не проходил бесследно, оставляя за собой определенные успехи в виде, признания некоторых достижений в лечении отдельных видов опухолей, в виде препаратов являющихся потенциальными активаторами противоопухолевого иммунитета, и, наконец, самое главное в виде более глубокого понимания механизмов функционирования иммунной системы. Сейчас, когда мы вошли в очередной период оптимизма и появились реальные надежды на успех, связанный с новыми технологиями в этой области, хочется обратить внимание читателя на некоторые существенные с точки зрения обще образованного человека и потенциального пациента вопросы, касающиеся этой темы.

Вопрос первый.

Может ли иммунная система отличить опухолевую ткань от нормальной, ведь первая происходит из второй и существенно ее напоминает?

Это принципиальнейший вопрос, для возможности реализации иммунотерапевтических подходов. Может быть, наиболее ярко и ядовито скепсис по этому поводу был сформулирован во фразе “это все равно, что заставить иммунную систему атаковать левое ухо и не трогать правое”. Последнее действительно не возможно, так как молекулярная структура обеих ушей сходна. Однако так ли это в случае опухолей? Ответ на этот вопрос на самом деле отрицательный. Для того, чтобы нормальная клетка превратилась в опухолевую нужно, чтобы в ней произошли как минимум 5 – 7 мутационных изменений в генах, которые могут способствовать злокачественному росту, без этого никак. Значит, отличия от нормы уже есть. Далее, эти злокачественные изменения – мутации происходят абсолютно случайно. А случайный процесс не может поражать только заданную цель. Допустим перед вами великое множество мишеней, вам нужно поразить те самые 5 – 7, но вы стреляете не целясь. Ясно, что к тому моменту, когда, наконец, в результате вашей беспорядочной стрельбы вы поразите нужные мишени, пораженными окажутся и множество других. Точно также и с опухолевыми клетками, к тому времени, когда, в результате случайных изменений в нужных генах, произойдет превращение клетки в злокачественную, в других ее генах накопится значительно большее число изменений. Каждое из этих изменений копируется клеткой в процессе размножения и передается всем своим потомкам. Так что в конечном итоге опухолевые клетки имеют значительные отличия от нормальных, и иммунной системе есть за что зацепиться. В дополнение к этому, довольно часто клетки, по крайней мере, некоторых видов опухолей, несут вирусы, способствующие их превращению в раковые. В этих случаях иммунной системе должно быть все понятно, так как борьба с чужеродными инфекционными агентами это ее основное назначение. Но это еще не все, в процессе превращения клетки в опухолевую, меняется набор генов, которые находятся во включенном, то есть рабочем состоянии. В этой связи, принято говорить об экспрессии новых генов. Так вот в опухолях часто экспрессируются гены, которые обычно включены лишь в эмбриональном состоянии, или при образовании половых клеток. Поскольку в силу разных причин иммунная система не обучена считать продукты этих генов своими и игнорировать их, то у нее появляется дополнительная мишень для атаки. Раз отличия есть, то иммунная система, в принципе, может работать. Но хорошо известно, что может и будет это не одно и то же.

Вопрос второй.

Достаточно ли отличий опухолевой ткани от нормальной, чтобы заставить иммунную систему реагировать?

Наше понимание принципов работы иммунной системы недостаточно, чтобы можно было ответить на этот вопрос теоретически. Ответ может быть получен лишь из прямых экспериментальных наблюдений. Приведем некоторые из них.

* Иммунная система может являться естественным барьером на пути возникновения злокачественных новообразований, так как иммунодефицитные состояния могут приводить к повышению частоты возникновения опухолей.

* На модельных животных системах часто удается развить противоопухолевый иммунитет.

* Хорошо установленный факт, что многие опухоли вырабатывают тот или иной механизм подавления иммунитета для того, чтобы преодолеть ограничения, накладываемые на их рост иммунной системой. Безусловно, это существенный аргумент. Зачем было бы сопротивляться тому, чего нет.

* Описаны достоверные, хотя и достаточно редкие случаи спонтанной регрессии различных опухолей.

* При патологоанатомических исследованиях выявляется больше опухолей, чем по клиническим проявлениям и, следовательно, можно предполагать, что иммунная система сдерживает их рост.

* Часто наблюдается инфильтрация опухолей лимфоцитами и другими клетками иммунной системы, и это обычно связано с относительно благоприятным прогнозом.

* Хочется сослаться на наши собственные наблюдения на нескольких сотнях биопсий, полученных в результате хирургических операций солидных опухолей различной локализации. В ходе этих наблюдений было обнаружено, что подавляющее большинство опухолей, по крайней мере, на поздних стадиях, содержит связанные с опухолевым материалом антитела. Эти результаты дополняют имеющиеся в литературе разрозненные данные, свидетельствующие о том же.

Значит, иммунная система способна видеть опухоль и, в принципе, даже атаковать ее.

Вопрос третий.

Почему же это происходит далеко не всегда?

Ответ на этот вопрос неоднозначен, возможно, причин этого много и в каждом конкретном случае заболевания, для каждой опухоли доминирующей может быть та или другая. Некоторые из них мы знаем.

* Не всякий иммунный ответ против опухоли эффективен. Анализ всей совокупности накопленных данных о взаимодействии опухолей и иммунной системы позволяет прийти к заключению, что, знание факторов, влияющих на их преимущественную продукцию клетками иммунной системы, позволяет направленно влиять на характер противоопухолевого иммунного ответа. Это может сделать последний более действенным.

*Отличия между нормальной и опухолевой тканью, с точки зрения иммунной системы, не носят принципиального характера. Иммунная система, может выявить эти относительно небольшие отличия, но этого мало. Необходимо еще принять решение, что обнаруженные различия достаточны для того, чтобы можно было атаковать данную мишень без большого риска причинить вред нормальным тканям. В случае инфекционных агентов эту функцию помогают выполнить компоненты врожденного иммунитета. При обнаружении таких молекул данный объект однозначно рассматривается как враг и атакуется всеми возможными средствами. В случае с опухолями такая ситуация отсутствует. Даже после выявления отличий опухолевых клеток от нормы иммунной системе требуются дополнительные условия, чтобы идентифицировать данный антиген как врага и начать на него атаку. Далеко не всегда это происходит само по себе, но при определенных обстоятельствах такую реакцию, возможно спровоцировать. Крайнее проявление такой ситуации – аутоиммунные заболевания, при которых иммунная система демонстрирует способность поражать даже совершенно неизмененные собственные ткани. Так, например, оказалось, что такая распространенная неприятность как инсулин – зависимый диабет является аутоиммунным заболеванием, при котором иммунная система выбивает свои собственные бета – клетки, продуцирующие инсулин. Однако для того, чтобы искусственно вызвать такую реакцию на опухоль требуется детальное понимание процессов, принимающих участие в запуске и регуляции иммунного ответа. Значительный прогресс, наблюдающийся в последнее время в понимании факторов, обуславливающих формирование и регуляцию иммунного ответа, позволяет говорить о появлении новых подходов и даже новых технологий в области противоопухолевой иммунотерапии. Насколько оправданны эти надежды, и насколько достаточны современные представления о функционировании иммунной системы, может показать лишь практика. В любом случае предлагаемые сегодня подходы к иммунотерапии опухолей это существенный шаг на пути к достижению желаемой цели. Многочисленные модельные эксперименты на животных показывают, что она вполне в состоянии справиться даже с опухолями значительного размера в том, однако, случае если они будут ею выявлены в качестве мишени достойной внимания. Многочисленные исследования последних лет показали, что для генерации полноценного иммунного ответа, требуется, чтобы представление антигена сопровождалось наличием специальных вспомогательных сигналов. Наиболее существенными для противоопухолевого иммунитета клетками такого рода являются специальные дендритные клетки, которые располагаются в нашей коже, слизистых и других местах, где ожидается появление инфекционных агентов. Однако в норме дендритные клетки вовсе не обязаны находиться в местах возникновения опухолей, а сигналы, привлекающие их к опухоли, как правило, отсутствуют. Поэтому технология искусственного получения дендритных клеток в культуре и искусственной нагрузки их опухолевыми антигенами оказывается крайне существенной для индукции противоопухолевого иммунитета.

Дендритные клетки рассматриваются как уникальные адьюванты, способные провоцировать противоопухолевый иммунный ответ, когда они представляют полученные из опухолей пептиды. Многократно, на разных моделях продемонстрировано, что они способны стимулировать размножение антиген – специфических лимфоцитов и вызывать противоопухолевый эффект. Сейчас становится все возрастающее ясно, что раки различного происхождения и этиологии могут быть чувствительны к терапии, основанной на использовании дендритных клеток. Развитие и использование вариантов иммунотерапии опухолей на основе дендритных клеток представляется, несомненно, перспективным. Появление технологии получения дендритных клеток в культуре из моноцитов периферической крови позволяет развить новые приемы противоопухолевой иммунизации.

* Различные опухоли видимо могут вырабатывать различную тактику уклонения от атаки иммунной системой. Далеко не все способы такой злокачественной самозащиты известны. Однако даже то, что мы знаем сегодня, показывает, что возможности опухолей в этом направлении достаточно велики (описано не менее десятка приемов, с помощью которых опухоль может уклоняться от контроля иммунной системы). Таким образом, для реализации эффективной иммунотерапии злокачественных новообразований необходимо разрабатывать методы нейтрализации этих защитных механизмов.

Основываясь на выше изложенных представлениях нами совместно с Российским Нейрохирургическим Институтом им. А.Л. Поленова (Санкт-Петербург) разработана оригинальная методика иммунотерапии (Патент “Способ лечения злокачественных опухолей головного мозга” от 17.08.2000, № 023265).

На базе этой разработки в РНХИ им. А.Л. Поленовабыла проведена терапия больных, у которых возможности иного рода терапии (химио- и радиотерапия) были исчерпаны.

Аналогичные работы начаты в содружестве с Институтом Мозга РАН. Работы по исследованию взаимодействий иммунной системы со злокачественными опухолями и иммунотерапии опухолей разных локализаций проводятся совместно с Кафедрой Военно-полевой терапии Военно-медицинской Академии и Онкологическим отделеним Института Скорой Помощи им. Джанилидзе. Наши результаты по разработке и практическому применению иммунологических подходов в терапии злокачественных новообразований опубликованы в ряде статей. Полученные результаты позволили сделать заключение о том, что у пациентов, получающих специфическую противоопухолевую иммунотерапию, продолжительность жизни существенно превысила по сравнению с контрольной группой. Таким образом, специфическая иммунотерапия имеет лечебный потенциал, при этом максимальную степень ее эффективности еще предстоит выяснить.