Противораковые препараты, называемые ингибиторами блокады контрольных точек, доказали свою эффективность у некоторых онкологических больных. Эти препараты подавляют реакцию Т-клеток организма и стимулируют иммунные клетки разрушать опухоли. Некоторые исследования показали, что эти препараты работают лучше у пациентов, опухоли которых содержат большое количество мутировавших белков, что, по мнению ученых, связано с тем, что эти белки предоставляют Т-клеткам большое количество мишеней для атаки. Однако по крайней мере для 50% пациентов, опухоли которых имеют высокую мутационную нагрузку, ингибиторы блокады контрольных точек вообще не работают.

В этой опухоли толстой кишки, в которой из-за мутаций наблюдается сильный дефицит репарации несоответствий ДНК, Т-клетки (помеченные черным, зеленым и красным) в основном накапливаются в поддерживающей ткани (розовая область), и лишь некоторые из них инфильтрируются в опухолевые клетки (островки, окруженные поддерживающей тканью). Источник изображения: предоставлено исследователями.

Новое исследование Массачусетского технологического института открывает возможное объяснение. В ходе исследования на мышах исследователи обнаружили, что измерение разнообразия мутаций в опухоли является более точным предиктором успеха лечения, чем измерение общего количества мутаций.

Если эта информация будет проверена в клинических испытаниях, эта информация может помочь врачам лучше определить, каким пациентам будут полезны ингибиторы блокады контрольных точек.

«Терапия иммунных контрольных точек, хотя и очень эффективна при определенных обстоятельствах, не эффективна у всех больных раком. Это исследование ясно демонстрирует роль генетической гетерогенности рака в определении эффективности этих методов лечения», — сказал Тайлер Джекс, профессор биологии Дэвида Коха и член Института исследований рака Коха Массачусетского технологического института.

Джекс, Питер Уэсткотт, бывший постдок Массачусетского технологического института в лаборатории Джекса, а теперь доцент в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, и Исидро Кортес-Сириано, руководитель исследовательской группы в Европейском институте биоинформатики EMBL (EMBL-EBI), являются старшими авторами статьи, которая была опубликована в журнале Nature Genetics 14 сентября.

мутационное разнообразие

При всех типах рака небольшая группа опухолей имеет так называемую высокую мутационную нагрузку опухоли (TMB), что означает очень большое количество мутаций в каждой клетке. Некоторые из этих опухолей имеют дефекты репарации ДНК, чаще всего репарацию несоответствия ДНК.

Поскольку эти опухоли содержат так много мутировавших белков, они считаются идеальными кандидатами для лечения иммунотерапией, поскольку предоставляют Т-клеткам большое количество потенциальных мишеней для атаки. За последние несколько лет FDA одобрило ингибитор блокады контрольных точек под названием пембролизумаб, который активирует Т-клетки, блокируя белок PD-1, для лечения нескольких опухолей с высоким уровнем TMB.

Однако последующие исследования пациентов, получавших этот препарат, показали, что более половины из них реагировали плохо или демонстрировали только временные ответы, несмотря на то, что их опухоли имели высокую мутационную нагрузку. Команда Массачусетского технологического института разработала модели на мышах, которые точно имитируют развитие опухолей с высокой мутационной нагрузкой, чтобы начать изучать, почему некоторые пациенты реагируют лучше, чем другие.

Эти мышиные модели несут генетические мутации, которые приводят к развитию рака толстой кишки и легких, а также мутацию, которая отключает систему восстановления несоответствий ДНК, когда эти опухоли начинают развиваться. Это приводит к развитию в опухоли множества дополнительных мутаций. Когда исследователи лечили этих мышей ингибиторами блокады контрольных точек, они были удивлены, обнаружив, что ни одна из мышей не отреагировала хорошо на лечение.

«Мы подтвердили, что очень эффективно инактивируем пути восстановления ДНК, что приводит к большому количеству мутаций», — сказал Уэсткотт. «Эти опухоли выглядели так же, как рак человека, но они не были более инфильтрированы Т-клетками и не реагировали на иммунотерапию».

внутриопухолевая гетерогенность

Исследователи обнаружили, что отсутствие ответа, по-видимому, связано с явлением, называемым внутриопухолевой гетерогенностью. Это означает, что, хотя в опухолях много мутаций, каждая клетка опухоли имеет тенденцию иметь мутации, отличные от мутаций большинства других клеток. Следовательно, каждая раковая мутация является «субклональной», то есть экспрессируется в небольшом количестве клеток. (Клональная «мутация» означает экспрессию во всех клетках).

В дальнейших экспериментах исследователи изучили условия, которые изменили гетерогенность опухоли легких у мышей. Они обнаружили, что ингибиторы блокады контрольных точек были очень эффективны при опухолях с клональными мутациями. Однако когда они увеличили гетерогенность, смешав опухолевые клетки с разными мутациями, они обнаружили, что лечение стало менее эффективным.

«Это показывает нам, что внутриопухолевая гетерогенность фактически мешает иммунному ответу, и только в клональных опухолях вы действительно получаете надежную реакцию блокады иммунных контрольных точек», — сказал Уэсткотт.

Не удалось активировать

Слабый ответ Т-клеток, по-видимому, возникает потому, что Т-клетки просто не видят достаточного количества специфического ракового белка или антигена, чтобы активироваться, говорят исследователи. Когда исследователи имплантировали мышам опухоли, содержащие белки субклонального уровня, эти белки часто вызывали сильные иммунные реакции, но Т-клетки не могли стать достаточно сильными, чтобы атаковать опухоли.

«У вас могут быть эти высокоиммуногенные опухолевые клетки, которые должны вызывать глубокую реакцию Т-клеток, но на этом низком клональном уровне они становятся совершенно невидимыми, и иммунная система не может их распознать», — сказал Уэсткотт. «Т-клетки недостаточно распознают антиген, поэтому они недостаточно подготовлены, чтобы приобрести способность убивать опухолевые клетки».

Чтобы увидеть, можно ли распространить эти результаты на пациентов-людей, исследователи проанализировали данные двух небольших клинических исследований на пациентах с колоректальным раком или раком желудка, которых лечили ингибиторами блокады контрольных точек. Проанализировав последовательность опухолей пациентов, они обнаружили, что пациенты, у которых опухоли были более однородными, лучше реагировали на лечение.

Заключение и Просвещение

«Наше понимание рака продолжает улучшаться, что приводит к улучшению результатов лечения пациентов», — сказал Кортес-Сириано. «Благодаря передовым исследованиям и клиническим исследованиям показатели выживаемости после постановки диагноза рака значительно улучшились за последние 20 лет. Мы знаем, что рак у каждого пациента индивидуален и требует индивидуального подхода. Персонализированная медицина должна учитывать новые исследования, которые помогают нам понять, почему лечение рака работает для некоторых пациентов, но не для всех».

Исследователи говорят, что результаты также показывают, что лечение пациентов препаратами, которые блокируют пути восстановления несоответствий ДНК, в надежде создать больше мутаций, на которые смогут нацеливаться Т-клетки, может не помочь, а вместо этого может быть вредным. Один из препаратов сейчас проходит клинические испытания.

«Если вы попытаетесь мутировать существующий рак, в котором уже есть много раковых клеток в первичном очаге, а также другие, которые могут распространиться по всему организму, то вы создадите супергетерогенную коллекцию раковых геномов. Наши результаты показывают, что из-за высокой внутриопухолевой гетерогенности ответы Т-клеток дезорганизованы и совершенно не реагируют на терапию иммунных контрольных точек».