1. Bevezetés

A 2018-as orvosi-élettani Nobel-díjat az amerikai James P. Allison és a japán Hondzso Taszuku megosztva kapták a rákkutatásban tett nagy felfedezésükért, “a negatív immunreguláció gátlására alapuló tumorterápia felfedezéséért”. Olyan immunológiai kutatási eredményeket kaptak, amelyek alkalmasak voltak új daganatterápiás módszerek kifejlesztésére azáltal, hogy erőteljesebb immunválaszra késztetik a szervezetet a tumorsejtekkel szemben. Ezzel a terápiával a már előrehaladott és kezelt betegek is gyógyíthatóak. Mivel a tumorsejtek észrevétlenek maradhatnak az immunrendszerrel szemben, zavartalanul tudnak szaporodni. Azonban a kifejlesztett gyógymóddal az immunrendszer “lefékezése” felszabadítható, így a szervezet fel tudja venni a harcot a rákkal.

2. Tumorsejtek és immunrendszer találkozása

Az immunrendszer a szervezet védekező mechanizmusa. Szervezetünkben számos sejttípus található, ezek összehangolt működése képes különbséget tenni a saját és nem saját anyagok között, és így a felismert struktúrákra toleranciával vagy immunválasszal reagálni. Így fennáll a folyamatos védekezés a különböző kórokozókkal, patogénekkel szemben. A kórosan működő saját sejtek elpusztítása is az immunrendszer feladatai közé tartozik, védve a szervezetet a tumor kialakulásától.

Szervezetünk védekező rendszere folyamatosan azonosít és eliminál veszélyes mutációkon átesett rákos sejteket. Azonban jól működő immunrendszer mellett is kialakulhat rosszindulatú daganat. Ezek a mutálódott sejtek (malignus transzformált) közvetlen vagy közvetve hatással vannak a védekező rendszerre, és képesek rejtve maradni az immunsejtek elől. Az immunsejtek 3 lehetséges módon reagálhatnak a tumorsejtekre: Immunfelügyelet: rákos sejtek sikeres elpusztítása, elimináció Perzisztáló tumor: egyensúlyi állapot kialakulása, a tumort nem sikerült teljesen elpusztítani, de növekedése szabályozva van Tumorprogresszió: immunrendszer elől rejtve maradó tumorsejt

2.1. Sikeres T-sejt válasz

A tumorspecifikus T-sejt-válasz sikeres, ha olyan antigéneket tud kifejezni, amik tumorossá fajult és egészséges sejteken egyaránt előfordulhatnak és tumorasszociáltak, vagy amik csak a tumorra jellemző mutáns génekről íródtak át, ezért tumorspecifikusak. (Pl.: melanómánál specifikus CD4 és CD8 antigének, T-sejt-válasz és ellenagyag-termelés indult be.)

A T-lymphocyták aktivációjának feltétele két szignál aktiválódása (1.ábra mutatja a folyamatot):

antigénspecifikus jel: T-sejt receptor (T-cell receptor = TCR) antigénhez történő kötést követően alakul ki

kostimulációs molekulák kapcsolódásával születő jel (naiv T-lymphocyták aktiválásához elengedhetetlen)

A kölcsönhatások együttesen felelősek az antigénspecifikus immunválasz aktiválódásáért.

1.ábra': a T-sejt receptor (TCR) felismerése és kötése egy antigénprezentáló sejt (APC) felületén lévő fő hisztokompatibilitási komplexben (MHC) megjelenő antigénhez. Ezzel egyidejűleg megtörténik a kostimulációs molekulák, CD28-B7 kapcsolódása, és megindul IL-2 citokin termelése.

2.2. Sikertelen T-sejt válasz

A tumorprogresszió lehetséges okai :

· Felismerő mechanizmusok kisebb hatékonysága, tumorsejtek alacsony immunogenitása

· Rákos sejtek rezisztenssé válnak az immunrendszer effektor működésével szemben

· Tumor körüli mikrokörnyezet immunszupresszívvé válik

Kimutatták, hogy primer karcinomáknál az immundeficiens állatokban kialakuló tumor immunogén, ekkor a jól működő immunrendszer a rákos sejteket eliminálja. Viszont az egészséges egyénből immundefficiens betegbe ültetett kevésbé immunogén primer carcinoma el tudja kerülni az immunrendszer felismerését, és így ellenállóbbá válik a sejtöléssel szemben. Megtörtént az immunátszerkesztés. Pl.: HIV fertőzöttek, transzplantációt követően és az immunszupresszív kezeltek esetében nő az esélye a rosszindulatú tumoros megbetegedésnek.

3. Koinhibitor fehérjék az immunrendszer negatív regulátorai (checkpoint mechanizmus)

A koinhibitor fehérjék fontos szerepet játszanak az immunrendszer megfelelő működésében. Ellenőrző pontként -„checkpoint”- az immunrendszer negatív regulátorai. A checkpoint kifejezés alatt az immunrendszer azon negatív regulátor elemeit értjük, amelyek a T-sejtek végrehajtó funkcióit legátolják. Bizonyos molekulák és sejttípusok az immunválasz ellenőrző pontjaiként csökkentik az effektor T-lymhocyták sejt-, és szövetkárosító hatását komplex jelátviteli hálózatot képezve. Fiziológiásan az autoimmun folyamatokat gátolják. Ugyanakkor a tumorok mikrokörnyezetében az effektorsejtek tumorellenes hatását csökkentik. Ez lehetővé teszi a tumorok számára a túlélést és a proliferációt.

Mikor a T-sejt CD28 kostimulációs molekulája kapcsolódik az antigénprezentáló sejt expresszált B7 molekula családhoz, beindul IL-2 citokinek termelése. Ez eredményezi a naiv T-lymphocyták klonális osztódását és effektor T-sejtekké történő differenciálódását. A B7 receptor nemcsak kostimuláló molekulához kapcsolódhat, hanem gátló/koinhibitor CTLA-4 molekulához is. Ha ez a fehérje (CTLA-4 intracellulácisan tárolt) kijut a sejtfelszínre, akkor kompetitív módon gátolja a CD28-függő kostimulációt, ezzel pedig az effektor T-sejt-válasz gátlását eredményezi. (2.ábra)

2.ábra:' Az anitgénprezentáló sejt (APC) B7 receptorának kapcsolódása a T-sejt CD28 kostimulációs és gátló CTLA-4 molekulájához. Ezzel megszületik a kostimuláció kompetitív gátlása

A „checkpoint” mechanizmus ismeretében az onkológia jelentős figyelmet fordított az immunsejtekre, mint potenciális terápiás célpontokra.

Ha a kostimuláló szignálokat erősítjük (T-sejt kostimulációs molekulája: CD28) és a koinhibitor szignálokat blokkoljuk (T-sejt gátló hatású fehérjéi: CTLA-4, PD-1), akkor a tumorellenes effektor T-sejt-válasz sokszorosára fokozódhat. Ezt a mechanizmust használják ki tumorellenes terápiák során. A koinhibitor fehérjék működését specifikus antitestekkel bolokkolják.

A legintenzívebben kutatott negatív checkpoint regulátorok:

CTLA-4 / CD152 (cytotoxic T lymphocyte (CTL-) associated antigen-4)

PD-1 / CD279 (programmed cell death protein-1)

PD-L1 / CD274 / B7-H1 (programmed cell death protein-1 ligand)

3.1. CTLA-4

3.1..1. A CTLA-4 helyeződése, mechanizmusa, szerepe

A citotoxikus-T-lymphocyta-antigén-4 (CTLA-4) egy negatív immunszabályozó fehérje, mely nagy része intracelluláris endoszómákban foglaltan, kisebb része dimer formában konstitutívan expresszálódik a T-regulátor sejteken, az aktivált T-sejteken pedig upregulált molekulaként (megnövekedett denzitású receptor molekula) szerepel, illetve dendritikus sejtekben is megtalálható.

Mind a TCR-MHC, mind a CD28- B7-kapcsolódásból származó stimuláló jelek a CTLA-4 fehérjét tartalmazó vezikulák exocitózisához, és a CTLA-4 sejtfelszínen való kifejeződéséhez vezetnek. Ez a folyamat “feedback” mechanizmuson alapul, amely az erősebb TCR jel hatására több CTLA-4 sejtfelszínre való transzlokációját vonja maga után.

A CTLA-4 különböző szuppresszív funkciókkal gátolja a T-sejtek aktiválódását, beleértve a CD28-val való versenyt, a T-regulátor sejtek gátló funkciójának szabályozását, mint például a transzendocitózist, az adhézió és a motilitás szabályozását. A CTLA-4 által közvetített T-regulátor sejtek szuppressziója fontos szerepet játszik a perifériás tolerancia és az autoimmun betegségek megelőzésében.

A CTLA-4 egy CD28 homológnak tekinthető, azonban sokkal nagyobb kötési affinitással rendelkezik. A CD28-tól eltérően a CTLA-4 B7-hez való kötődése nem eredményez stimuláló jelet. Mint ilyen, ez a versenyképes kötés megakadályozhatja a CD28-B7-kötődés által létrehozott jel kialakulását. A CD28- B7/CTLA-4 - B7 kötődés egymáshoz viszonyított aránya határozza meg, hogy egy T-sejt aktiválódik-e vagy gátlódik. A B7-hez kötődő CTLA-4 gátló jeleket eredményez, amely ellensúlyozza a CD28-B7 és TCR- MHC kötődés stimuláló jeleit.

A gátló mechanizmus során megtörténhet a TCR-immunszinapszis közvetlen gátlása, a CD28 vagy e receptorfehérje jelátviteli útjának gátlása, illetve az APC-T-sejt kapcsolódásának akadályozása a megnövekedett T-sejt motilitás miatt.

Az alábbi 3., 4. ábra mutatja be a CTLA-4 fentebb leírt mechanizmusait.

A, része: T-sejtek CTLA-4 által közvetített gátlása. A T-sejtek akkor aktiválódnak, ha a TCR-MHC kapcsolódás és CD28-B7 kapcsolódás egyidejűleg történik. A gyenge TCR inger esetén a CD28- B7 kötődés dominál, ami pozitív aktiváló jelet eredményez és ez IL-2 termeléshez, a T-sejtek proliferációjához vezet, és nő a túlélési esély.

B, része: Erős TCR inger esetén a CTLA-4 expressziója kifejezettebbé válik a sejtfelszínen a celluláris endoszómákból. A CTLA-4 verseng a CD28-cal a B7 molekulákkal való kötődésért. A megnövekedett CTLA-4- B7 kapcsolódás negatív jelet eredményez, amely visszaszorítja az IL-2 termelést és a proliferációt, és korlátozza a T-sejt túlélését.

4.ábra: CTLA-4 mediált T-regulátor sejt gátlási mechanizmusa. A T-regulátor sejten expresszálódott CTLA-4 kapcsolódik az APC B7 molekulájához, ez B7 internalizálódást okoz az antigénprezentáló sejten. Emiatt a T-sejtek CD28-B7 kötődés mediálta kostimuláció hiánya csökkent T-sejt proliferációhoz és leredukált effektor funkcióhoz vezet.

3.1.2. A CTLA-4 gátlása tumoros megbetegedések kezelésében

A CTLA-4 általi szabályozás hozzájárul az immunszupresszív állapot fenntartásához és lehetőség nyílik tumor kialakulására. A molekula működésének gátlásával jelentősen befolyásolni lehet az immunválasz kimenetelét.

Erre fejlesztették ki az anti-CTLA-4 impilimumab (Yervoy gyógyszer hatóanyaga) és a tremelimumab alkalmazásán alapuló immunterápiát. Mindkét hatóanyag áttétképző melanomás megbetegedéseknél tartós klinikai választ mutatott. Sajnos a tremelimumab nem tartotta statisztikailag szignifikánsan az általános túlélést.

Az impilimumab alkalmazását 2011-ben a Food and Drug Administration dacarbazinnal kezelt betegek számára jóváhagyta.

https://immunology.unideb.hu/sites/default/files/upload_documents/isz_2017_1_18_turk_mazlo.pdf

Az impilimumab alkalmazásának hatékonyságát alapvetően két tanulmány támasztotta alá. Az egyik olyan áttétes melanomában szenvedő betegcsoportokat vizsgált, amelyeknél az első vonalban alkalmazott kemoterápia nem csökkentette a tumor progresszióját. Azon betegek átlagos túlélési ideje 6,4 hónapról 10,4 hónapra emelkedett, akik a szokásos kemoterápiás vakcina mellé, vagy anélkül impilimumab kezelést kaptak. A másik jelentős vizsgálat azt az eredményt hozta, hogy azok a betegek, akik dacarbazin kezelés mellett impilimumabot kaptak, átlagosan 2,1 hónappal tovább éltek, mint azok, akik ebben nem részesültek.

Más rosszindulatú daganatok esetén - nem kissejtes tüdőrákos betegeknél, számos hasnyálmirigyrákban és prosztatarákban szenvedő betegnél-, a CTLA-4 antitestterápia bizonyos előnyöket mutatott.

Sajnos a sugárkezelés után az ipilimumab nem javította a teljes túlélést a placebóval összehasonlítva. Bár ez a vizsgálat negatívnak bizonyult, az ipilimumab előnyös lehetett a kedvező prognosztikai jellemzőkkel rendelkező betegek számára, de ez további tanulmányokat igényel.

A tremelimumab, másik CTLA-4 blokkoló antitest, válaszokat mutatott a rosszindulatú mellhártyadaganatokban (mesothelioma) szenvedő betegeknél, azonban ezek a vizsgálatok még nem zárultak le.

Összességében az elmúlt 10 év statisztikai adatai igazolták, hogy a CTLA-4 molekula blokkolásával a betegek 20%-ánál tartós remissziót sikerült elérni.

3.2. PD-1

3.2.1. A PD-1 helyeződése, mechanizmusa, szerepe

A PD-1 a kostimulátor receptorok B7/CD28 családjának tagja. Az immunglobulin szupercsaládba tartozó I-es típusú transzmembrán protein, amely a sejtfelszínen monomer formában jelenik meg.

A molekula, a CTLA-4-el ellentétben nem csak T-sejteken fejeződik ki, hanem a natural killer-, a T- és B-sejtek, a monocyták és dendritikus sejtek, valamit a follicularis segítő T-sejtek felszínén is.

A PD-1 mulekula két ismert liganduma a PD-L1 és a PD-L2. A PD-1 ligandumainak eloszlása szintén eltér a CTLA-4 ligandumaiétól, szélesebb körben expresszálódnak. A PD-L1-et leukociták, nem haemopoetikus sejtek nem morfoid szövetekben expresszálják, továbbá parenchimális sejteken indukálhatók gyulladásos citokinek vagy tumorigén jelátviteli útvonalak segítségével. A PD-L1 expressziója számos különböző tumor típuson is megtalálható. A PD-L2 elsősorban dendritikus sejteken és monocitákon expresszálódik, de számos más immunsejt és nem-immun sejtben is indukálható. Előbbi elsősorban a nem lymphoid, utóbbi a primer immunszervekben hat.

A PD-1/PD-L1 kötődés rosszindulatú tumorok kialakulásánál az effektor T-sejt aktivitás gátlásának kritikus komponense. A tumorspecifikus T-sejtek felszínén a PD-1 koinhibitorikus molekula kifejeződése jelentősen fokozódik. Az epithel- és vérsejtekből induló tumorok sejtfelszínén a PD-L1 molekulák száma emelkedik meg.

A PD-1/PD-L1 útvonal a gyulladásos folyamatok mérséklése céljából, ezáltal a túlzott szövetkárosodás elkerülése miatt alakult ki. Elsősorban olyan szövetekben fejti ki gátló hatást ahol éppen immunválasz zajlik, tehát az effektor fázis alatt, főként a perifériás szövetekben.

Amikor egy T-sejt felismeri az MHC-komplex által, a célsejten expresszált antigént, gyulladásos citokineket termel, amelyek megindítják a gyulladásos folyamatot. Ezek a citokinek PD-L1 expressziót eredményeznek a szövetben, aktiválva kapcsolódásukkal a T-sejten lévő PD-1 fehérjét, ami immuntoleranciát eredményez, ezáltal az immunrendszer elveszíti a kontrollt, hogy gyulladásos reakciót hozzon létre, még akkor is, ha hatásos antigének vannak jelen. (5.ábra mutatja be a folyamatot)

5.ábra: 'A T-sejtek PD-1 mediálta gátlása

A tumorantigéneket felismerni képes T-sejt aktiválható, és ennek következtében proliferációra, gyulladásos citokin termelésére és a sejthalál elkerülésre bírható. A 'hosszabb ideig fennálló TCR jel' egy éppen zajló immunválasz során megnövekedett PD-1 expressziót okozhat. A tumorsejtek PD-L1-et expresszálhatnak az emelkedett citokin koncentráció és/vagy egyéb onkogenikus jelátviteli útvonalak által. A PD-1/PD-L1 kötődés gátolja a TCR által kiváltott pozitív jel kialakulását, csökkent proliferációhoz, citokin termeléshez és túlélési esélyekhez vezetve.

PD-1 szabályozza a T-sejt aktiválódását a PD-L1 és PD-L2 ligandumok kötődésével. Az aktiválódott T-lymphocyták által termelt citokinek hatására a PD-1 ligandumai fokozottabban fejeződnek ki a dendritikus és az epithel sejteken, csökkentve az immunmediált szövetkárosodást, azáltal, hogy gátlódik az interferon-gamma, a tumor nekrózis faktor-alfa és az IL-2 citokintermelés és a T-lymphocyták proliferációja, illetve túlélése. Ha a T-sejt receptor és a PD-1 kötődik, a PD-1 által generált jelek megakadályozzák a kulcsfontosságú TCR jelátviteli intermedierek foszforilációját, amely megszakítja a korai TCR jelátvitelt és csökkenti a T-sejt aktiválódást.

Bizonyos tumorokban, leginkább a melanómákban, ez a védekező funkció kiesik a PD-L1 túlzott expressziója miatt, és ennek eredményeként a tumor megkerüli az immunrendszer támadását. A PD-L1 tumor expressziója ugyanakkor egy olyan daganatra utalhat, amely az immunválaszt kikerüli, és ennek eredményeként potenciális biomarkerként szolgálhat a klinikai vizsgálatok számára, azonban nem minden PD-L1 expresszáló daganat reagál a PD-1-re / PD-L1 inhibitorokra. Ezzel szemben megjegyezhetjük, hogy a PD-L1-negatív tumorok is reagálhatnak ezekre az ágensekre. A kérdéssel kapcsolatos további kutatások jelenleg is zajlanak.

3.2.2. A PD-1 gátlása tumoros megbetegedések kezelésében

A ligandumkötés gátlása hozzájárulhat az effektorsejtek tumorellenes aktivitásának hatékonyságához. A PD-1 blokád az effektor fázis alatt működik a perifériás T-sejtek immunfunkciójának helyreállítása érdekében. A klinikai vizsgálatok azt mutatják, hogy a PD-1-et és a PD-L1-et blokkoló antitestek megbízhatóan hatnak számos előrehaladott ráktípusra.

A monoklonális antitestek (mAb-ok) a checkpoint-gátló gyógyszerek egy csoportját alkotják. Az anti-PD-1 és PD-L1 mAb-k közül több kimagasló eredményeket mutat a klinikai vizsgálatokban. Jelentősen csökkenthetik a toxicitást a tolerálható határokon belül és közben képesek a szilárd tumorok zsugorítására illetve a fejlett tumorok és metasztázisok elnyomásra, összességében javítva a betegek túlélési esélyeit.

Jelenleg nem tisztázott, hogy a PD-1, vagy a PD-L1 inhibitorok hatékonyabbak-e, a hatékonyság függ a beteg paramétereitől, mint például annak neme, életkora és a megbetegedés típusa.

Az FDA 2014-ben hagyta jóvá az erre a célra kifejlesztett, anti-PD-1 ellenanyagot tartalmazó nivolumab (Opdivo gyógyszer hatóanyaga) alkalmazását. Ezen szerek nagyon ígéretes eredményeket mutattak nem kissejtes tüdőrákkal, előrehaladott melanomával, vese-sejtes karcinomával és más szilárd jellegű tumorokkal szemben, minimális mellékhatások jelentkezésével. A nivolumab alkalmazása legfőképp megelőzően ipilimumabot kapott melanomás betegek kezelésében bizonyult sikeresnek. A melanoma az egyik legnehezebben gyógyítható daganat típus, a legtöbb hagyományos citotoxikus gyógyszerrel való kezelés nem hoz kielégítő eredményt. Az egyéves túlélést alapul véve 30,8%-al nőtt a nivolumabot kapott betegek túlélési aránya a csak dacarbazinnal kezeltekhez képest. A kezelés továbbá fej- és nyaki laphámsejtes karcinóma, nem kissejtes tüdőrák, vesét érintő tumorok valamit Hodgkin –lymphoma esetén is sikeresnek bizonyult.

A pembrolizumabot (Keytruda gyógyszer hatóanyaga) az FDA 2016-ban hagyta jóvá visszatérő vagy áttétes fej- és nyaki laphámsejtes megbetegedések kezelésére. A Keytruda- kezelésre a vizsgált betegek 23%-a reagált pozitívan 6 hónapig, vagy annál hosszabb ideig.

A PD-1 inhibitorokat sikerrel alkalmazzák kombinált terápiában is. Kombinálható más checkpoint-inhibitorokkal, például a CTLA-4 gátló impilimumabbal, kináz-inhibitorokkal, mint a mitogén-aktivált protein-kináz, amely a BRAF mutáció hatékony szabályozója, amely felelős a bőr melanoma metasztázis kialakulásáért, továbbá alkalmazzák kemoterápiás szerekkel egyetemben is.

4. Tumorterápiák mellékhatásai és kombinált terápiák

4.1. Mellékhatások

Bár az checkpoint blokád jelentős tumorellenes előnyöket okozhat, mivel nemcsak a tumorspecifikus immunválaszokat fokozza, így egyedi nemkívánatos hatások is előfordulhatnak nem specifikus immunológiai aktiválással. Ezek bár eltérnek a hagyományos kemoterápia vagy a célzott terápia által okozott mellékhatásoktól, a 3. vagy 4. fokozatú toxicitás aránya az immun-ellenőrző pont blokáddal (kb. 10-20%) nem nagyobb, mint sok standard kemoterápia vagy célzott terápia esetén.

Ezek közé tartozik a dermatológiai, máj, endokrin és egyéb, kevésbé gyakori gyulladásos események. Valószínűleg általános immunológiai fokozódásból erednek, a kortikoszteroidokkal, a tumor nekrózis faktor α antagonistákkal, a mikofenolát-mofetillel vagy más szerekkel való ideiglenes immunszuppresszió gyakran szükséges. A korai felismerést és a kezelést fontosnak tartják a súlyosság csökkentésében.