Несмотря на значительные успехи, иммунотерапия приносит пользу лишь меньшинству людей, и причины этого остаются неясными.
Исследования иммунотерапии в основном сосредоточены на Т-клетках, типе иммунных клеток, которые учатся распознавать определенные белки и запускать атаку. Опухоли, однако, представляют собой сложную смесь многих различных типов клеток, включая другие иммунные клетки, известные под общим названием миелоидные клетки, инфильтрирующие опухоль. Эти клетки представляют собой альтернативные мишени для иммунотерапии, но их роль в опухолях все еще плохо изучена.
Чтобы пролить свет на это малоизученное семейство иммунных клеток, исследователи Гарвардской медицинской школы из Института Блаватника, Массачусетской больницы общего профиля, Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса и больницы Бригама и женщин использовали секвенирование отдельных клеток для картирования ландшафта миелоидных клеток в опухоли от больных раком легких.
Их исследование, опубликованное в Интернете в журнале «Иммунитет» 9 апреля, выявило 25 субпопуляций миелоидных клеток, многие из которых ранее не были описаны, с различными сигнатурами экспрессии генов, одинаковыми для всех пациентов. Большинство этих субпопуляций также были идентифицированы на мышиной модели рака легких, что указывает на высокую степень сходства миелоидных клеток у разных видов.
По словам авторов, полученные данные послужат основой для будущих исследований, чтобы объяснить точную роль миелоидных клеток в развитии рака и оценить их потенциал в качестве мишеней для новых или улучшенных иммунотерапевтических средств.
«Иммунотерапия – это явно трансформирующий подход к лечению рака, но есть много пациентов, которые не отвечают, и вопрос в том, почему», – сказал соавтор-корреспондент Аллон Кляйн, доцент кафедры системной биологии в HMS.
«Часть ответа, безусловно, может лежать на уровне миелоидных клеток, которые сильно взаимодействуют как с опухолевыми клетками, так и с Т-клетками», – продолжил Кляйн. «Выявив всю сложность состояний миелоидных клеток в опухолях, мы получили мощную отправную точку для лучшего понимания их функций и клинического применения."
По словам авторов, особое значение имело открытие того, что миелоидные субпопуляции могут быть надежно идентифицированы у разных пациентов-людей и у мышей – наблюдение, которое подчеркивает фундаментальное использование мышиных моделей в исследованиях иммунотерапии.
«Опухолевые клетки были разными у каждого проанализированного пациента, но идентичность инфильтрирующих опухоль миелоидных клеток значительно перекрывалась у одних и тех же пациентов.
Кроме того, многие миелоидные популяции были невероятно хорошо сохранены среди пациентов и мышей », – сказал соавтор-корреспондент Микаэль Питтет, доцент радиологии HMS в Mass General.
«Это захватывающе, потому что растущее количество доказательств, основанных на исследованиях на мышах, предполагает, что миелоидные клетки могут контролировать прогрессирование рака и влиять практически на все виды лечения рака, включая иммунотерапию», – добавил Питте.
Постоянная сложность
Миелоидные клетки, состоящие из иммунных клеток, включая моноциты, макрофаги, дендритные клетки и гранулоциты, являются частью врожденной иммунной системы, первой и широкой линии защиты организма от чужеродных патогенов. Они играют важную роль в активации адаптивной иммунной системы, включая Т-клетки, которые могут точно нацеливать и уничтожать патогены.
Чтобы лучше понять разнообразие миелоидных клеток в опухолях, Питте объединился с Кляйном, который руководил разработкой InDrops, ключевого метода анализа экспрессии одноклеточных генов.
В текущем исследовании Питтет, Кляйн и его коллеги применили этот метод к опухолям у небольшой группы пациентов и мышей с немелкоклеточным раком легкого. В общей сложности они собрали данные об экспрессии генов из более чем 56000 отдельных клеток, по одной за раз.
Их анализ выявил сигнатуры экспрессии генов миелоидных клеток, которые попали в 25 отдельных кластеров, что значительно увеличило количество известных состояний миелоидных клеток.
Они обнаружили, что, например, дендритные клетки, которые, как ранее обнаружили Питте и его коллеги, имеют решающее значение для успешной иммунотерапии против PD-1 у мышей, содержат четыре разных подтипа, которые в значительной степени совпадают между людьми и мышами. Подтипы моноцитов также хорошо совпадали у людей и мышей, в то время как макрофаги были консервативными и варьировались по видам.
Нейтрофилы, которые являются наиболее распространенными лейкоцитами у млекопитающих, сформировали спектр из пяти схожих подтипов у людей и мышей, причем один из них уникален для мышей. Питтет в предыдущем сотрудничестве с Кляйном обнаружил, что нейтрофилы, экспрессирующие высокие уровни гена Siglecf, обладают способствующими опухолям свойствами. Новые анализы подтвердили это открытие, показав, что эти нейтрофилы высоко обогащены в опухолях.
«Популяции миелоидных клеток сложны, но мы видим одну и ту же сложность у пациентов и видов, что дает нам уверенность в том, что идеи, полученные с помощью мышиных моделей, могут быть перенесены на людей», – сказал Питте, директор Программы иммунологии рака в Центре массового образования. для системной биологии.
«Теперь, когда у нас есть этот гранулярный ландшафт, мы можем лучше спланировать исследования для оценки роли уникальных субпопуляций в прогрессировании опухоли и искать способы манипулировать конкретными клетками в надежде сделать иммунотерапию более эффективной», – добавил Питте.
Например, с отображением ландшафта паттернов экспрессии генов миелоидных клеток ученые могут анализировать существующие наборы данных пациентов с известными клиническими исходами, чтобы искать наличие данной популяции миелоидных клеток и оценивать их связь с выживаемостью пациентов.
Кляйн, Питте и его коллеги изучили осуществимость этого подхода в своем исследовании и нашли многообещающих кандидатов, но для получения убедительных результатов потребуется более крупная выборка пациентов. Для этого они объединились с Рафаэлем Буэно, профессором хирургии HMS в Brigham and Women’s, и Еленой Левантини, инструктором HMS по медицине в Beth Israel Deaconess, которые изучали факторы, связанные с выживанием пациентов, в образцах рака легких.
"Рак легких остается распространенным смертельным заболеванием в США.S., и это важное совместное усилие дает новые подсказки и направления в разработке индивидуализированной терапии для пациентов с раком легких и никаких других хороших терапевтических вариантов », – сказал Буэно, руководитель отделения торакальной хирургии и Фредрик Дж. Левин заслуженный председатель торакальной хирургии и исследований рака легких в Brigham and Women’s.
Команда также изучила, можно ли определить поведение миелоидных клеток в опухолях, взяв образцы миелоидных клеток, циркулирующих в крови, и обнаружила плохую связь между ними.
В дополнение к непосредственным возможностям фундаментальных и трансляционных исследований, результаты исследования используются для работы таких инициатив, как Атлас опухолей человека, попытка составить карту ландшафта всех типов клеток в организме человека и Сеть Атласа опухолей человека, попытка создавать атласы самых разных типов рака в клеточных и молекулярных деталях.
«Эта работа вписывается в революцию единичных клеток, которая происходит во многих областях биомедицины, особенно в иммунологии», – сказал Кляйн. "Чтобы улучшить иммунотерапию, нам нужно знать как можно больше об участвующих клетках и процессах. Это требует настоящих командных усилий, и наше исследование не могло бы быть возможным без фантастического сотрудничества всей медицинской школы."