«В лучших сценариях, таких как меланома, только от 20 до 30 процентов пациентов реагируют на ингибиторы иммунных контрольных точек, в то время как в других случаях, например, при раке простаты, показатель ответа выражается только однозначным числом», – сказал Роберт Блеллох, доктор медицины. Доктор философии, профессор урологии UCSF и старший автор нового исследования, опубликованного 4 апреля в Cell. "Это означает, что большинство пациентов не отвечают.
Мы хотели знать почему."
В злокачественной ткани белок PD-L1 действует как «плащ-невидимка»: отображая PD-L1 на своей поверхности, раковые клетки защищают себя от атак иммунной системы.
Некоторые из наиболее успешных иммунотерапевтических методов работают, воздействуя на PD-L1 или его рецептор, PD-1, который находится на иммунных клетках. Когда взаимодействие между PD-L1 и PD-1 блокируется, опухоли теряют способность прятаться от иммунной системы и становятся уязвимыми для противораковых иммунных атак.
Одна из причин, по которой некоторые опухоли могут быть устойчивыми к этому лечению, заключается в том, что они не продуцируют PD-L1, а это означает, что существующим ингибиторам контрольных точек негде действовать, то есть они могут избегать иммунной системы, используя другие белки контрольных точек, которые еще предстоит обнаруженный. Ученые ранее показали, что белок PD-L1 присутствует на низких уровнях или полностью отсутствует в опухолевых клетках пациентов с раком простаты, что потенциально объясняет их устойчивость к терапии.
Но в своей новой статье группа Блеллоха предлагает совершенно другой ответ на эту загадку: они обнаружили, что эти опухоли массово производят PD-L1, но вместо того, чтобы отображать белок на своей поверхности, раковые клетки экспортируют PD-L1 в молекулярном виде. грузовые суда, известные как экзосомы. Эти экзосомы, упакованные PD-L1, прорастают из раковых клеток и перемещаются через лимфатическую систему или кровоток в лимфатические узлы, места, где активируются иммунные клетки для защиты организма. Там белки PD-L1 действуют как странствующие молекулярные саботажники, дистанционно обезоруживая иммунные клетки и не позволяя им обнаруживать опухоли для проведения противоракового наступления.
Таким образом, вместо того, чтобы отключать иммунный ответ на поверхности опухоли, экзосомальный PD-L1 может подавлять иммунные клетки еще до того, как они туда попадут.
И в отличие от PD-L1, обнаруженного на поверхности опухоли, экзосомальный PD-L1 по неясным причинам устойчив к существующим ингибиторам контрольных точек.
«Стандартная модель говорит, что PD-L1 действует на иммунные клетки, которые перемещаются в опухолевую нишу, где они сталкиваются с этим иммуносупрессорным белком», – сказал Блеллох. "Наши данные показывают, что это не так для многих опухолей, устойчивых к иммунотерапии.
Эти опухоли ускользают от иммунной системы, доставляя экзосомальный PD-L1 в лимфатические узлы, где они удаленно подавляют активацию иммунных клеток. Эти результаты представляют собой отход от догмы."
Группа Блеллоха решила исследовать экзосомы, когда заметила нечто странное, свидетельствовавшее о том, что стандартная модель представления PD-L1 ошибочна. Как и предыдущие ученые, они обнаружили низкий уровень белка PD-L1 в устойчивых формах рака.
Но когда они посмотрели на матричную РНК (мРНК), молекулярный предшественник всех белков, они обнаружили странное несоответствие: было слишком много мРНК PD-L1 для скудного количества белка PD-L1, которое они измерили в клетках.
«Мы увидели разницу между уровнями мРНК и белка и хотели понять, что происходит», – сказал Блеллох. «Наши эксперименты также показали, что белок на самом деле производился в какой-то момент и не разлагался.
Именно тогда мы посмотрели на экзосомы и обнаружили пропавший PD-L1."
Экзосомный PD-L1 препятствует иммунному ответу, способствует росту рака
Чтобы показать, что экзосомальный PD-L1 отвечает за придание иммунной невидимости, исследователи обратились к модели рака простаты у мышей, устойчивой к ингибиторам контрольных точек. Когда они трансплантировали эти раковые клетки здоровым мышам, опухоли быстро прорастали.
Но когда ученые использовали инструмент редактирования генов CRISPR для удаления двух генов, необходимых для производства экзосом, отредактированные раковые клетки не смогли образовывать опухоли у генетически идентичных мышей. Хотя как отредактированные, так и неотредактированные клетки производили PD-L1, только те, которые не могли создавать экзосомы, были видимыми и уязвимыми для иммунной системы, когда PD-L1 был заблокирован.
«Важность этого открытия стала очевидной», – сказал научный сотрудник Мауро Поджио, доктор философии, ведущий автор нового исследования. «В настоящее время в клинике нет доступных лекарств, способных противодействовать разрушительной силе экзосомального PD-L1, поэтому понимание биологии экзосомального PD-L1 является первым фундаментальным шагом, который может привести к новым терапевтическим подходам для пациентов."
В дополнительном эксперименте те же самые CRISPR-отредактированные раковые клетки были трансплантированы здоровым мышам, сразу после чего последовала серия инъекций экзосом, несущих PD-L1.
Будучи неспособными производить экзосомы, раковые клетки, отредактированные CRISPR, должны были стать жертвой иммунной системы. Вместо этого введенные экзосомы смогли нейтрализовать иммунный ответ от имени рака, что позволило раковым клеткам с дефицитом экзосом образовывать опухоли.
Чтобы выяснить, как экзосомный PD-L1 влияет на иммунную систему, исследователи исследовали лимфатические узлы мышей, которые получили отредактированные CRISPR или чистые раковые клетки.
Мыши, получившие отредактированные клетки, показали повышенную пролиферацию иммунных клеток и имели большее количество активированных иммунных клеток в их лимфатических узлах, центральных командных узлах иммунной системы.
В отдельной модели мышей – колоректального рака, который лишь частично реагирует на иммунотерапию – исследователи идентифицировали два различных пула PD-L1: один на поверхности опухолевых клеток, чувствительных к ингибиторам PD-L1, а другой – в экзосомах, устойчивых к действию. Когда они лечили рак с помощью комбинированной терапии, которая включала как предотвращение образования экзосом, так и введение ингибиторов PD-L1, мыши выживали дольше, чем те, которые лечились одним из подходов.
«Эти данные двух очень разных моделей рака предлагают новый терапевтический подход, при котором подавление высвобождения PD-L1 в экзосомах, либо отдельно, либо в сочетании с текущими ингибиторами контрольных точек, может преодолеть резистентность у значительной части пациентов, в настоящее время резистентных к лечению с помощью только ингибиторы контрольно-пропускных пунктов ", – сказал Блеллох.
Опухолевые клетки с дефицитом экзосом могут действовать как «вакцина» против иммунной резистентности
В результате неожиданного результата из новой статьи исследователи обнаружили, что они могут использовать отредактированные CRISPR, дефицитные по экзосомам раковые клетки, чтобы вызвать противораковый иммунный ответ, нацеленный на опухоли, которые обычно сопротивляются иммунной атаке.
Исследователи сначала трансплантировали CRISPR-отредактированные раковые клетки, неспособные производить экзосомы, нормальным мышам и ждали 90 дней. Затем они трансплантировали неотредактированные – и предположительно иммунные – раковые клетки тем же мышам.
После того, как иммунная система подверглась действию CRISPR-отредактированных раковых клеток с дефицитом экзосом, неотредактированные клетки перестали быть невидимыми. Вместо того, чтобы игнорировать эти клетки, иммунная система вызвала энергичный ответ, направленный на эти ранее ускользающие от иммунитета раковые клетки и предотвращающий их размножение.
"Иммунная система развивает противоопухолевую память после воздействия раковых клеток, которые не могут продуцировать экзосомальный PD-L1. Как только иммунная система развивает память, она перестает быть чувствительной к этой форме PD-L1 и, таким образом, нацелена также на экзосомные раковые клетки, продуцирующие PD-L1 », – сказал Блеллох.
Другой удивительный результат был достигнут, когда как неотредактированные, так и отредактированные CRISPR раковые клетки с дефицитом экзосом были одновременно трансплантированы в противоположные стороны одной и той же мыши. Хотя они были введены в одно время, клетки, отредактированные CRISPR, оказались доминирующими – они смогли активировать иммунную систему, которая затем начала атаку, уничтожившую неотредактированные, предположительно иммунно-устойчивые опухоли, растущие на другой стороне.
Эти результаты предполагают, что даже временное ингибирование высвобождения PD-L1 в экзосомах может привести к долгосрочному подавлению роста опухоли на всем теле. Кроме того, они намекают на возможность нового вида иммунотерапии, при которой раковые клетки пациента могут быть отредактированы и повторно введены, чтобы активировать иммунную систему и побудить ее к атаке на устойчивые к иммунной системе раковые образования.
Подавление высвобождения PD-L1 в экзосомах или введение «вакцины из опухолевых клеток», разработанной командой Blelloch, может однажды дать надежду пациентам, чьи опухоли не реагируют на сегодняшние варианты лечения.
«Еще многое предстоит узнать о функции PD-L1 при раке», – сказал Поджио. "Мы просто касаемся того, что может быть новым механизмом, который, если его заблокировать, может подавить многие агрессивные опухоли, которые в настоящее время не поддаются лечению."