Пути развития иммунотерапии колоректального рака

Полный текст

Введение

Согласно данным International Agency for Research on Cancer (https://gco.iarc.fr), в мире колоректальный рак (КРР) занимает третье место по распространённости среди всех злокачественных новообразований (ЗНО). Заболеваемость КРР на 2020 г. составила 24,8 на 100 000 населения. В Российской Федерации независимо от пола рак ободочной, прямой кишки, ректосигмоидного соединения и ануса составил 12,3% всех ЗНО [1]. В связи с этим актуальна разработка эффективных методов лечения КРР.

Одним из перспективных направлений может стать иммунотерапия, поскольку прогрессирование канцерогенеза обусловлено ускользанием от иммунного ответа за счёт активации негативных регуляторных путей, которые называют контрольными точками. Известны контрольные точки запрограммированной клеточной гибели (PD-1 — от англ. programmed cell death) и цитотоксического белка Т-лимфоцитов (CTLA4 — от англ. cytotoxic T-lymphocyte ­protein 4).

Рецептор поверхности клеток PD-1 экспрессируется Т-клетками при их активации и связывается с одним из двух лигандов на поверхности опухолевых клеток PD-L1 и PD-L2, что ведёт к подавлению активности Т-лимфоцитов. По этой причине антитела, блокирующие взаимодействие PD-L1 с PD-1, активируют иммунный противовирусный ответ на клетки ЗНО [2]. Поскольку лиганды PD-L1 и PD-L2 находятся также на поверхности нормальных клеток [2], не исключено провоцирование аутоиммунных реакций анти-PD-1/PD-L1 препаратами.

Кроме того, согласно проведённым метаанализам, анти-PD-1/PD-L1 вызывают токсическое поражение печени [3], иммунозависимый пневмонит [4] и дисфункцию щитовидной железы (особенно гипотиреоз) [5]. Совместный приём анти-PD-L1/PD-1 с ингибиторами BRAF и MEK значительно повышает риск развития лихорадки, астении, миалгии, артралгии, гипотиреоза, поражения печени с изменением уровня аспартатаминотрансферазы и аланинаминотранс­феразы [6].

Эффективность монотерапии анти-PD-L1/PD-1 невысока. У большинства больных КРР анти-PD-L1/PD-1 неэффективны, они оказывают воздействие лишь на опухоли с высокой ­микросателлитной нестабильностью (около 15% всех КРР) и общей мутационной нагрузкой. Объективный ответ отмечают лишь у 31% пациентов в течение 12 мес терапии [7].

Резистентность к анти-PD-L1/PD-1 развивается вследствие тяжёлого истощения Т-клеток, активации альтернативных иммунных контрольных точек, подавления молекул главного комплекса гистосовместимости класса I, выработки подавляющих Т-клеточный противоопухолевый ответ метаболитов (PEG2, ROS, IDO) клетками ЗНО и продукции различных иммуносупрессивных факторов (таких, как интерлейкины-6 и -10, трансформирующий фактор роста β, сосудистый эндотелиальный фактор роста, ROS) [8]. В связи с этим необходим поиск новых способов иммунотерапии ЗНО, нацеленных на более специфические мишени, вовле­чённые в канцерогенез, в качестве которых наиболее перспективно использовать входящие в состав генома человека ретроэлементы (РЭ), дисрегуляция которых характерна для КРР.

РЭ — мобильные генетические элементы, которые перемещаются в пределах генома хозяина с помощью обратной транскрипции собственных рибонуклеиновых кислот (РНК) и интеграции образованной комплементарной дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в новые локусы. Автономные РЭ кодируют обратную транскриптазу и интегразу. К ним относятся содержащие длинные диспергированные повторы (LTR) эндогенные ретровирусы (ERV) и не содержащие LTR длинные диспергированные повторы (LINE). Неавтономные РЭ включают короткие диспергированные повторы (SINE), в том числе наиболее распространённые Alu-­элементы, а также комплексные SVA (SINE-R, VNTR, Alu). Роль РЭ в канцерогенезе обусловлена инсерциями в гены онкосупрессоров с их ингибированием и активацией онкогенов [9].

Транспозоны и остатки их последовательностей занимают более 2/3 генома человека [10], играя важнейшую роль в управлении экспрессии генов за счёт цис-, транс-регуляции и воздействия на эпигенетические факторы, к которым относятся метилирование ДНК, модификации гистонов и РНК-интерференция с помощью некодирующих РНК [9]. LINE-1 (L1) занимают 17% всех последовательностей ДНК и, помимо ретротранспозиций своих копий, способствуют соматическим перемещениям неавтономных Alu-элементов, SVA и процессированных псевдогенов [11]. ERV составляют 8% генома человека [12].

Роль ретроэлементов в патогенезе ­колоректального рака

КРР характеризуется обильной экспрессией РЭ [13] под влиянием эпигенетической дисрегуляции. В 2012 г. исследование тканей КРР позволило выявить инсерции РЭ в 69 из 107 образцов [14]. Полногеномное секвенирование образцов КРР показало наличие множества ретротранспозиций L1 в одной опухоли (от 14 до 15) с новыми инсерциями (25 событий) в субклонах, что свидетельствует о роли РЭ в клональной эволюции КРР [15]. Более того, экспрессия РЭ под влиянием противоопухолевых препаратов (этопозида) способствует развитию химиорезистентности КРР, что было продемонстрировано в отношении активации HERV-WE1, HERV-FRD1, HERV-31 и HERV-V1 [16].

В 2019 г. при исследовании 7769 образцов различных ЗНО были выявлены инсерции РЭ в 70% образцов КРР с активацией протоонкогенов под влиянием интегрированных промоторов HERV и LINE-1 [17]. Выраженность экспрессии РЭ влияет на выживаемость пациентов с ЗНО, что свидетельствует о значимости РЭ в механизмах прогрессирования опухолей [18].

Инсерционный мутагенез под влиянием РЭ при КРР приводит к инактивации онкосупрессорных генов BRAF, TP53, APC, что способствует прогрессированию канцерогенеза [19]. Более того, ген АРС (герминальная мутация вызывает наследственный аденоматозный полипоз ободочной кишки — синдром Гарднера) содержит горячие точки мутагенеза для инсерций L1, которые становятся инициирующими событиями для развития КРР [20].

Для наследственного КРР (синдром Линча — 3% всех случаев КРР) были выявлены горячие точки мутагенеза для инсерций AluYa5 [21]. Проведённое в 2020 г. исследование соматических ретротранспозиций в проекте PCAWG (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes) показало наличие данных событий в 70% образцов КРР [11].

Исследования метастатического КРР у пациентов продемонстрировали повышенные уровни ERV (вследствие усиленной экспрессии гена ДНК-деметилазы TET2), которые сопровождались иммунным и противовирусным ответом [12]. РЭ взаиморегулируются с длинными некодирующими РНК, что может быть использовано для эпигенетической терапии КРР. Так, в 53% образцов КРР были выявлены высокие уровни экспрессии длинной некодирующей РНК EDAVR (Endogenous Retroviral-Associated Adenocarcinoma RNA), ассоциированной с ERV MER48, промотор которого служит драйвером транскрипции EDAVR [22].

Перспективы ингибирования ­ретроэлементов в лечении опухолей

Поскольку в патогенезе КРР важную роль играют гиперактивированные РЭ, перспективным направлением в лечении данного ЗНО могло бы стать использование нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы, которые обычно применяют в терапии вирусных инфекций. В клинических исследованиях использование нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы показало достоверную эффективность при КРР. Помимо устранения геномной нестабильности, вызванной РЭ, они индуцируют повреждение ДНК и интерфероновый ответ против опухоли [13].

Кроме того, экспериментальные исследования, проведённые в 2015 г., показали эффективность противовирусных препаратов (амантадина, рибавирина, плеконарила) в преодолении химиорезистентности КРР, обусловленной активацией HERV под влиянием противоопухолевых препаратов [16]. Ингибиторы обратной транскриптазы могут потенцировать также действие ингибиторов иммунных контрольных точек за счёт подавления экспрессии обратной транскриптазы теломеразы [23].

Помимо КРР, противоопухолевая эффективность нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы определена в отношении гормон-резистентного рака предстательной железы [24]. На линии клеток рака молочной железы использование нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы абакавира и ставудина показало значительное увеличение количества и скорости гибели клеток, ингибирование их миграционной способности, особенно в комбинации с паклитакселом [25]. Проведённые метаанализы показали также снижение риска гепатоцеллюлярной карциномы у принимающих нуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы тенофовир больных хроническим вирусным гепатитом В [26].

К ненуклеозидным ингибиторам обратной транскриптазы относится эфавиренз, который показал свою противоопухолевую эффективность на клетках рака поджелудочной железы [27]. Этравирин, вызывающий деградацию AGR2 (белок эндоплазматической сети, секретируемый опухолевым микроокружением), in vitro подавляет пролиферацию, миграцию и инвазию опухолевых клеток. На моделях мышей комбинация паклитаксела с этраверином более эффективно ингибировала прогрессирование рака яичника [28].

Для подавления активности РЭ при КРР перспективно также использовать ингибиторы деметилазы гистонов, которые способствуют сайленсингу РЭ. Примером служит KDM1A, которая подавляет экспрессию HERV и гены, содержащие LTR в своих промоторах, за счёт деметилирования H3K9 и усиления ацетилирования H3K27 и метилирования H3K4 [29].

В различных типах опухолей определяют также повышенные уровни представителей подсемейств деметилазы гистонов KDM5A/B/C/D семейства JARID1, которые деметилируют H3K4me2 и H3K4me3. К их селективным ингибиторам относятся CPI-455 и 1,7-нафтиридины, эффективные в отношении устойчивых к химиотерапии ЗНО [30].

Однако не всегда сайленсинг РЭ приводит к противоопухолевому эффекту. Так, ДНК-метилтрансфераза SETDB1 (синонимы KMT1E, ESET), которая образует репрессивные метки на H3K9, подавляет экспрессию РЭ, но является онкогеном, поскольку одновременно ингибирует ген TP53. По этой причине экспрессия SETDB1 играет решающую роль в выживании большинства типов ЗНО, в том числе КРР [31]. Подобные свойства мишеней для эпигенетической терапии ЗНО необходимо учитывать во избежание эффекта стимулирования роста опухоли.

Эпигенетическая активация ретроэлементов в лечении колоректального рака

Несмотря на важную роль активации РЭ в опухолевой прогрессии и эффекты от ингибирования РЭ в лечении КРР и других ЗНО, в иммунотерапии КРР существует диаметрально противоположный подход, направленный на стимуляцию противовирусного иммунитета, направленного на образованные из транскриптов РЭ двухцепочечные РНК. Данный метод назван вирусной мимикрией и связан с воздействием на искусственную эпигенетическую активацию РЭ за счёт ингибирования ДНК-метилтрансферазы (ДМТ) и метилтрансферазы гистонов [32].

В ответ на усиленную экспрессию РЭ и образование двухцепочечных РНК активируется интерфероновый ответ, запускающий апоптоз клеток ЗНО. В качестве сенсоров двухцепочечных РНК могут служить митохондриальные антивирусные сигнальные белки MAVS и Toll-подобные рецепторы TLR3 [33]. Продукты транскрипции HERV распознаются также Т-киллерами, которые уничтожают клетки ЗНО [34], что можно применять для ДНК-вакцинации на основе вирусных векторов [35].

Для вирусной мимикрии могут быть использованы ингибиторы ДМТ 5-аза-2-деоксицитидин и 5-азацитидин (5АС), которые впервые в клинике были использованы ещё в 1979 г. при лечении миелолейкоза [36]. В 2015 г. в доклинических исследованиях на клетках КРР [37] и рака молочной железы [38] был описан феномен вирусной мимикрии под влиянием 5-аза-2-деоксицитидина [37, 38].

Клинические исследования, проведённые в 2017 г., показали эффективность ненуклеозидного ингибитора ДМТ гуадецитабина (SGI-110) у больных острым миелобластным лейкозом [39]. Таземостат ингибирует метилтрансферазу гистонов EZH, которая устанавливает метки метилирования лизина 27 гистона Н3 (Н3K27me) в локусах РЭ. Эффективность таземостата в клинических исследованиях при лечении мезотелиомы, эпителиоидной саркомы и крупноклеточной В-клеточной лимфомы [40] стала основой для применения ингибиторов EZH2 в лечении резистентного к химиотерапии рака молочной железы [41], а также рака предстательной железы (в комбинации с анти-PD-1) [42]. Ингибиторы метилтрансферазы гистонов G9a оказались эффективными в отношении рака яичника [43].

Мишенью для вирусной мимикрии в противоопухолевой терапии может стать метилтрансфераза гистонов SUV39H1, которая рекрутируется с помощью FBXO44 в локусы РЭ в геноме [44]. Однако, помимо стимуляции противовирусного ответа, РЭ обладают иммуносупрессивным действием, что объясняет их ключевую роль в канцерогенезе. Так, инъекции эмбрионам рыбки данио метастатических клеток КРР с активированной экспрессией HERV способствовали значительному снижению уровней интерлейкина-1 и миелопероксидазы [45]. Это свидетельствует в пользу того, что для вирусной мимикрии наиболее приемлемо применение селективного подхода, направленного на стимуляцию специфических РЭ, обладающих стимулирующим противовирусный ответ действием и не участвующих в патогенезе КРР.

Кроме того, перспективен поиск препаратов, обладающих дополнительными противо­опухолевыми свойствами. К примеру, ингибитор ДМТ прокаин активирует ген PAX9, что способствует дифференцировке клеток карциномы полости рта с их последующим апо­птозом [46].

Ингибиторы ДМТ могут деметилировать промоторные области генов-супрессоров опухолей, которые гиперметилированы (MGMT, MLH1, RASSF1A), что также оказывает дополнительное противоопухолевое действие [47].

Перспективы таргетной иммунотерапии колоректального рака

Оптимального противоопухолевого эффекта в лечении КРР можно достичь за счёт ингибирования специфических РЭ, вовлечённых в канцерогенез, и стимуляции экспрессии наиболее иммуногенных РЭ, не играющих роли в патогенезе КРР. Поиск таких РЭ в качестве мишеней возможен путём анализа их взаимодействий с микроРНК, которые играют ключевую роль в развитии ЗНО [48].

Это обусловлено эволюционным родством микроРНК с мобильными генетическими элементами, которые оказались источниками их генов, поэтому характер экспрессии (повышенная или сниженная) специфических микроРНК в опухоли может отражать участие РЭ в развитии ЗНО. Эволюционное родство подразумевает также наличие комплементарных нуклеотидных последовательностей и возможность использования микроРНК в качестве гидов для рекрутирования ДМТ в область расположения РЭ для их ингибирования. В отношении произошедших от транспозонов микроРНК, обладающих онкогенными свойствами, перспективно использование антисмысловых олигонуклеотидов — последовательностей РНК длиной 12–25 нуклеотидов, которые подавляют экспрессию генов [49].

В ряде публикаций, начиная с 2008 г., были представлены данные о происхождении генов микроРНК от РЭ [50–55]. Существует также онлайн-ресурс OncoMIR, в котором хранятся данные об участвующих в патогенезе специфических ЗНО микроРНК [48]. Анализ этого ресурса и данных научной литературы позволил выявить 28 происходящих от РЭ ­микроРНК (табл. 1), экспрессия которых изменяется при КРР. Из них 14 (miR-1249, -1266, -1271, -1296, -28, -320b, -320c, -326, -342, -378a, -502, -652, -769 и -942) проявляют онкосупрессивную активность и могли бы служить в качестве гидов для сайленсинга вовлечённых в канцерогенез КРР РЭ благодаря феномену РНК-направленного метилирования ДНК [56]. Поскольку 14 из этих микроРНК (miR-151a, -192, 197b, -2355, -335, -340, -374a, -374b, -450b, -495, -577, -582, -708 и -95) онкогенные (повышается экспрессия в КРР), в качестве инструментов для их ингибирования в лечении КРР могут быть использованы антисмысловые олигонуклеотиды.

Таблица 1. Характер изменения экспрессии происходящих от транспозонов микроРНК при колоректальной ­аденокарциноме

Примечание: РНК — рибонуклеиновая кислота.

Помимо микроРНК, в качестве гидов в иммунотерапии КРР можно использовать длинные некодирующие РНК, гены которых в эволюции произошли от РЭ [57] и участвуют в канцерогенезе. Так, возникшая в эволюции от HERV длинная некодирующая РНК TROJAN используется в механизмах прогрессирования тройного негативного рака молочной железы [58]. HERV оказались источниками участвующих в канцерогенезе длинных некодирующих РНК HCP5 [59], PRLH1 [60] и lncMER52A [61]. Более того, специфические длинные некодирующие РНК являются гидами для модификации гистонов (ANRASSF1, ANRIL, BORDERLINE, Kcnq1ot1, NeST, PINT) и метилирования ДНК (Airn, ecCEBP, H19, Kcnq1ot1, PAPAS, pRNA, PTENpa1-AS, TARID, Xist) [62], что позволяет предположить возможность их использования для эпигенетического воздействия на активность РЭ в противоопухолевой терапии КРР.

Заключение

Поскольку ингибиторы контрольной точки обладают низкой эффективностью в лечении КРР и опасны развитием побочных эффектов, перспективен поиск новых способов иммунотерапии. В качестве мишеней для этого могут быть использованы РЭ, двухцепочечные продукты транскрипции которых стимулируют синтез интерферонов и апоптоз клеток опухоли. Данный метод вирусной мимикрии показал клиническую эффективность при КРР и других ЗНО.

Поскольку активация РЭ играет важную роль в развитии КРР, наиболее безопасно воздействие на специфические РЭ, обладающие выраженной иммуногенностью и не вовлечённые в патогенез КРР, поскольку активация РЭ — драйвер опухолевого процесса при КРР, способствующий клональной эволюции и химиорезистентности. В связи с этим в комплексной терапии вместе с вирусной мимикрией перспективно селективное ингибирование во­влечённых в канцерогенез КРР РЭ.

Для предотвращения инсерций РЭ в комплексном лечении возможно использование ингибиторов обратной транскриптазы. В качестве гидов для воздействия на специфические РЭ можно предложить вовлечённые в канцерогенез микроРНК, произошедшие от РЭ в ­эволюции.

Источник финансирования. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

Об авторах

Рустам Наилевич Мустафин

Автор, ответственный за переписку.
Email: ruji79@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4091-382X
SPIN-код: 4810-2534
Scopus Author ID: 56603137500
ResearcherId: S-2194-2018

канд. биол. наук, доц., каф. медицинской генетики и фундаментальной медицины

Список литературы

Дополнительные файлы