Бактерии внутри опухоли могут помочь иммунитету распознать рак лёгкого

Учёные обнаружили неожиданный способ усилить малоизученную систему иммунного надзора MR1–MAIT

Опухоль долго представляли почти исключительно как скопление изменённых человеческих клеток. Но внутри некоторых опухолей живут бактерии — и постепенно выясняется, что они могут быть не просто случайными пассажирами.

Исследователи Johns Hopkins обнаружили особенно интересное взаимодействие. Некоторые Enterococcus, выделенные в контексте опухолевого микробиома лёгкого, сами не давали MAIT-клеткам необходимый бактериальный сигнал. Однако в присутствии метаболита, связанного с синтезом витамина B2, они резко усиливали способность иммунных клеток показать этот сигнал MAIT-клеткам.

Получается необычная система из трёх участников: бактерии, молекула MR1 и особый тип Т-клеток. И именно их взаимодействие, а не действие витамина B2 само по себе, составляет главный результат работы.

У иммунитета есть система распознавания, о которой говорят гораздо реже

Большинство современных разговоров об иммунотерапии рака связано с обычными Т-клетками адаптивного иммунитета. Например, ингибиторы контрольных точек PD-1 снимают один из молекулярных «тормозов», мешающих Т-клеткам атаковать опухоль.

MAIT-клетки устроены несколько иначе.

Название происходит от mucosal-associated invariant T cells. Это особая популяция Т-лимфоцитов с чертами как адаптивного, так и врождённого иммунитета. Особенно много таких клеток находится в слизистых оболочках, печени и крови, где они способны быстро реагировать на микробные сигналы и повреждение тканей.

Но чтобы MAIT-клетка увидела такой сигнал, нужен посредник — белок MR1.

Проще говоря, MR1 можно представить как молекулярную витрину на поверхности клетки. В неё загружается небольшая молекула, после чего содержимое «витрины» может быть распознано рецептором MAIT-клетки.

Одними из наиболее известных сигналов для этой системы являются продукты бактериального пути синтеза рибофлавина — витамина B2.

Именно здесь начинается самая интересная часть нового исследования.

Учёные ожидали одного, а обнаружили почти противоположное

Логичная гипотеза выглядела просто: бактерии, способные самостоятельно производить метаболиты рибофлавинового пути, должны активировать MAIT-клетки.

Исследователи сначала действительно подтвердили, что некоторые бактерии, синтезирующие соответствующие молекулы, могут запускать MR1-зависимое распознавание.

Но затем появился Enterococcus hirae.

Эта бактерия была рибофлавин-ауксотрофной — то есть не обладала полноценной способностью самостоятельно синтезировать рибофлавин. Следовательно, ожидать от неё сильной активации MAIT-клеток через классический рибофлавиновый путь было трудно.

Сама по себе она MAIT-клетки и не активировала.

Однако стоило исследователям добавить 5-OP-RU — мощный лиганд MR1, образующийся из промежуточных продуктов бактериального синтеза рибофлавина, — как присутствие E. hirae резко усиливало иммунный сигнал.

Подобный эффект наблюдался также для E. faecalis и E. faecium, но не для E. avium.

То есть речь шла не просто о любом энтерококке и не о любой бактерии.

Бактерия не производила сигнал — она помогала клетке его показать

Это и есть ключевой поворот исследования.

Enterococcus оказался не столько источником «антигена», сколько усилителем системы его презентации.

В присутствии 5-OP-RU некоторые виды Enterococcus увеличивали количество MR1 на поверхности антиген-презентирующих клеток — клеток иммунной системы, задача которых заключается в демонстрации потенциально значимых молекулярных сигналов Т-клеткам.

Эффект наблюдали, в частности, в дендритных клетках и В-клетках, а также в используемых исследователями клеточных моделях моноцитарного происхождения.

Чем больше подходящего MR1 оказывалось на поверхности некоторых таких клеток, тем сильнее активировался исследованный MAIT-рецептор.

Это принципиальное различие.

Бактерия в данном случае не обязательно приносит иммунитету сообщение. Она, вероятно, меняет работу клеточной «витрины», на которой это сообщение демонстрируется.

Самый неожиданный механизм оказался внутри клетки

Можно было предположить, что бактерия просто заставляет клетку производить больше MR1. Тогда должен был увеличиться уровень матричной РНК гена MR1 — инструкции, по которой клетка синтезирует белок.

Но этого не произошло.

RNA-секвенирование показало: увеличение MR1 на поверхности не сопровождалось соответствующим ростом транскрипции MR1.

Значит, Enterococcus, вероятно, действует уже после считывания гена.

Исследователи обнаружили изменения путей, связанных с обработкой белков в эндоплазматическом ретикулуме, эндоцитозом и внутриклеточным транспортом. Фармакологические эксперименты также указали на участие эндолизосомальной системы и, возможно, аутофагии.

Иными словами, клетка, вероятно, не начинает производить намного больше MR1. Вместо этого меняется судьба уже существующих молекул MR1 — их обработка, перемещение внутри клетки или доставка к мембране.

Именно поэтому авторы называют механизм посттранскрипционным.

Точный участок этого внутриклеточного маршрута исследователи пока не установили.

Это оказалось не обычной реакцией иммунитета на бактерию

Следующий вопрос очевиден: может быть, клетка просто распознаёт Enterococcus как микроб и включает стандартную воспалительную реакцию?

Авторы проверили и эту возможность.

Эффект не удалось воспроизвести обычными лигандами Toll-подобных рецепторов — одной из основных систем распознавания микробов. Он сохранялся и в клетках без MyD88, ключевого посредника многих таких врождённых иммунных сигналов.

Не воспроизводили эффект и выделенные бактериальные мембранные везикулы.

Более того, синергия зависела от вида бактерии. E. hirae, E. faecalis и E. faecium работали, E. avium — нет. Другая рибофлавин-ауксотрофная бактерия, Bifidobacterium longum, аналогичного результата также не давала.

Поэтому авторы считают маловероятным объяснение через обычную неспецифическую реакцию на бактериальные структуры.

Но какой именно компонент Enterococcus запускает изменение транспорта MR1, исследование пока не установило.

Почему вообще начали искать MAIT-клетки в раке лёгкого

История началась с анализа опухолей пациентов с немелкоклеточным раком лёгкого, ранее получавших неоадъювантную блокаду PD-1 — то есть иммунотерапию до основного хирургического лечения.

Исследователи повторно проанализировали данные секвенирования отдельных клеток и Т-клеточных рецепторов.

MAIT-клетки составляли заметную часть Т-клеточной популяции лёгкого. Особенно заинтересовал один пациент с полным ответом на терапию: у него наблюдалось выраженное клональное расширение определённого типа MAIT-клеток.

Это наблюдение стало одной из отправных точек работы.

Но здесь особенно важно не перепутать интересную подсказку с доказательством.

Исследование не было спланировано так, чтобы определить, улучшают ли MAIT-клетки или Enterococcus результаты лечения ингибиторами PD-1. Число пациентов было слишком небольшим для такого вывода, а выраженное расширение MAIT-клона во многом определялось одним пациентом.

Авторы прямо подчёркивают: имеющиеся данные не позволяют утверждать ни пользу, ни вред этого механизма для пациентов.

Бактерии опухоли оказались сложнее, чем список видов

Для анализа микробиома исследователи использовали опухолевую ткань лишь четырёх пациентов.

В этих образцах они искали бактерии и оценивали, какие из них теоретически способны синтезировать предшественники лигандов MR1. В среднем около 11% обнаруженных бактерий соответствовали минимальному набору генов, необходимому для образования 5-A-RU — одного из предшественников рибофлавиновых антигенов.

Но наличие нужных генов плохо предсказывало реальную активацию MAIT-клеток.

Даже бактерии, известные способностью синтезировать рибофлавин, в некоторых экспериментах не активировали исследованный MAIT-рецептор.

Это важное напоминание о сложности микробиома: обнаружить определённый вид бактерии или даже набор её генов ещё не означает знать, что именно она делает внутри конкретной опухоли.

Экспрессия бактериальных генов зависит от среды, а другие метаболиты способны конкурировать за MR1 и изменять иммунный ответ.

Витамин B2 здесь легко понять неправильно

Из заголовка исследования может возникнуть привлекательная, но неверная интерпретация: раз механизм связан с витамином B2, значит дополнительный рибофлавин способен усилить противоопухолевый иммунитет.

Исследование этого не показывает.

В экспериментах использовали 5-OP-RU — высокоактивный лиганд MR1, связанный с бактериальным путём биосинтеза рибофлавина. Это не равнозначно приёму обычного витамина B2 с пищей или в составе витаминной добавки.

Авторы не исследовали добавки рибофлавина у пациентов, не показали уменьшения опухолей после его приёма и не предлагают витамин B2 как лечение рака лёгкого.

Поэтому практического основания самостоятельно принимать рибофлавин ради усиления противоопухолевого иммунитета эта работа не даёт.

Почему MR1 особенно интересует разработчиков иммунотерапии

У современной клеточной терапии есть фундаментальная проблема: многие опухолевые мишени сильно различаются между пациентами.

Из-за этого некоторые виды Т-клеточной терапии приходится персонализировать — находить подходящую мишень, получать клетки пациента, модифицировать их и производить индивидуальный препарат.

MR1 интересен по другой причине.

В отличие от чрезвычайно разнообразных классических молекул HLA, MR1 значительно менее вариабелен между людьми. Теоретически это создаёт возможность разработать Т-клеточную терапию, распознающую MR1-зависимые опухолевые сигналы у гораздо более широкой группы пациентов.

Отсюда появляется гораздо более амбициозная идея: не индивидуальный продукт для каждого человека, а потенциально готовая MR1-направленная клеточная терапия.

Исследователи уже начали доклинические эксперименты, в которых изучают введение метаболита непосредственно в опухоли лёгких у мышей. Другое направление — создание адаптивных Т-клеток, способных распознавать MR1.

Но между клеточным экспериментом и готовой универсальной иммунотерапией находится огромная дистанция.

Самые важные вопросы исследование пока оставляет открытыми

Работа прежде всего раскрывает механизм, а не доказывает эффективность лечения.

Микробиом опухолей исследовали только у четырёх пациентов. Собственные бактериальные штаммы из этих опухолей выделить не удалось, поэтому функциональные эксперименты проводились с доступными клиническими и лабораторными штаммами соответствующих видов.

Не установлено и то, должны ли Enterococcus проникать внутрь антиген-презентирующих клеток или способны менять MR1, оставаясь снаружи.

Механизм внутриклеточного транспорта MR1 также пока описан лишь частично. Значительная часть доказательств получена с помощью фармакологических ингибиторов, которые воздействуют сразу на целые клеточные процессы, а не на единственную молекулярную мишень.

Наконец, самое существенное ограничение: исследование не доказывает, что усиление MR1 и MAIT-клеток уменьшает опухоль или улучшает выживаемость.

Для этого потребуются дальнейшие доклинические эксперименты, а затем — если концепция подтвердится — исследования на людях.

Новая роль микробиома может находиться прямо внутри опухоли

Последние годы микробиом активно изучают как возможный фактор эффективности иммунотерапии, но чаще внимание сосредоточено на кишечнике.

Эта работа показывает другой уровень взаимодействия.

Бактерия может находиться непосредственно в опухолевой микросреде и потенциально менять локальную систему иммунного распознавания. Причём не обязательно посредством классического воспаления.

Если результаты подтвердятся, микроб опухоли можно будет рассматривать не просто как присутствующий микроорганизм, а как один из факторов, способных менять то, какие молекулярные сигналы человеческая клетка показывает иммунной системе.

И это существенно расширяет представление о том, из чего на самом деле состоит опухолевая микросреда.