Рак лёгкого может прятаться от иммунитета с помощью клеток, которые считались «каркасом»

Учёные обнаружили особую группу фибробластов, которая собирает вокруг опухоли клетки, подавляющие иммунный ответ

Опухоль — это не только раковые клетки. Внутри и вокруг неё живёт целая экосистема из иммунных клеток, кровеносных сосудов, соединительной ткани и клеток, которые эту ткань поддерживают.

Именно среди последних исследователи обнаружили неожиданного участника иммунной защиты опухоли.

Команда Оливии Рингем и Николаса Арпайи из Columbia University изучала фибробласты при аденокарциноме лёгкого. Фибробласты обычно известны как клетки, которые создают и поддерживают соединительную ткань. Но всё больше исследований показывает, что рядом с опухолью некоторые из них меняют свою функцию и становятся так называемыми cancer-associated fibroblasts — опухоль-ассоциированными фибробластами, или CAF.

Оказалось, что одна из таких групп может выполнять намного более сложную задачу, чем просто формировать «каркас» опухоли.

В опухоли нашли фибробласты, которых почти не было в здоровой ткани

Учёные начали с одно-клеточного секвенирования РНК — метода, который позволяет посмотреть, какие гены работают практически в каждой отдельной клетке.

В мышиной модели рака лёгкого исследователи проанализировали более 5 тысяч фибробластов и обнаружили семь различных клеточных групп.

Одна из них резко отличалась от остальных высокой активностью гена CHL1. Около 88% этих CHL1-положительных фибробластов происходили из опухолевой ткани, тогда как в неопухолевых участках лёгкого они встречались значительно реже.

Исследователи назвали эту популяцию imCAF — immunomodulatory cancer-associated fibroblasts, то есть иммуномодулирующие опухоль-ассоциированные фибробласты.

Это название оказалось не случайным. Их набор активных генов указывал на способность взаимодействовать с иммунной системой.

Главная находка оказалась не в самих клетках, а в том, кого они собирают вокруг себя

Когда исследователи нанесли расположение разных клеток на карту опухоли с помощью пространственной транскриптомики, обнаружилась характерная картина.

CHL1-положительные фибробласты концентрировались преимущественно по краям опухоли. Рядом с ними особенно часто находились регуляторные T-клетки — Treg.

Treg нужны здоровому организму. Их задача — не позволять иммунной системе атаковать слишком агрессивно.

Для лёгких это особенно важно. С каждым вдохом туда попадают частицы, белки и другие потенциальные антигены из окружающей среды. Если бы иммунная система каждый раз отвечала на них в полную силу, лёгочная ткань постоянно находилась бы в состоянии воспаления.

Регуляторные T-клетки помогают удерживать такую реакцию под контролем.

Но внутри опухоли та же способность становится преимуществом для рака.

Если Treg подавляют активность иммунной системы рядом с опухолевыми клетками, иммунным клеткам становится труднее атаковать рак.

CXCL9 работает как химический «адрес» для подавляющих иммунитет клеток

Следующим вопросом было: почему Treg собираются именно рядом с CHL1-положительными фибробластами?

Ключом оказался CXCL9 — небольшой сигнальный белок из группы хемокинов.

Хемокины можно представить как химические навигационные сигналы. Клетка выделяет молекулу, концентрация которой формирует своеобразный градиент. Иммунная клетка с подходящим рецептором чувствует этот сигнал и движется к его источнику.

CHL1-положительные фибробласты активно производили CXCL9.

А на поверхности определённой группы регуляторных T-клеток находился рецептор CXCR3, способный распознавать этот сигнал.

Получалась цепочка:

• imCAF выделяет CXCL9
• CXCL9 формирует химический сигнал
• CXCR3-положительные Treg реагируют на него
• Treg мигрируют в опухолевое микроокружение
• локальный иммунный ответ становится слабее

Но исследователи обнаружили ещё одну деталь, которая делает механизм особенно интересным.

Это были не обычные Treg, а особенно сильные подавители иммунитета

CXCR3-положительные регуляторные T-клетки отличались от CXCR3-отрицательных не только своим местоположением.

Они активнее делились и сильнее экспрессировали молекулы, связанные с подавлением иммунных реакций, включая CTLA-4, PD-1 и GITR.

В лабораторных экспериментах CXCR3-положительные Treg также эффективнее подавляли размножение других T-клеток.

Авторы называют эту популяцию hyper-suppressive — гиперсупрессивной.

Именно здесь происходит ключевой момент исследования.

CXCL9 сам по себе нельзя назвать «плохим» сигналом. Этот хемокин участвует и в привлечении клеток, способных бороться с опухолью. Его эффект зависит от того, какая клетка его производит, где она находится и какие иммунные клетки отвечают на сигнал.

В этой модели рака лёгкого опухоль, по сути, использовала нормальную систему навигации иммунных клеток в собственных интересах.

Когда исследователи разорвали эту цепочку, опухоль потеряла часть защиты

Чтобы проверить, действительно ли CXCL9–CXCR3 является функциональным механизмом, а не просто статистической связью, исследователи вмешались в эту систему генетически.

Когда у регуляторных T-клеток отключали CXCR3, им становилось труднее накапливаться внутри опухолевого микроокружения. У мышей при этом уменьшалась опухолевая нагрузка, а CD8-положительные T-клетки — один из основных компонентов противоопухолевого иммунитета — демонстрировали признаки большей активности.

Затем исследователи отдельно проверили роль CXCL9.

Особенно показателен оказался источник сигнала.

Когда CXCL9 отсутствовал именно в стромальных клетках, к которым относятся фибробласты, количество Treg в опухолях снижалось и опухолевая нагрузка уменьшалась.

А потеря CXCL9 только в клетках кроветворного происхождения не дала такого же эффекта.

Это указывает на то, что важно не просто присутствие CXCL9 в опухоли, а то, какие клетки его производят.

Похожую систему нашли и в опухолях человека

Следующий вопрос принципиален для любой работы на животных: существует ли такой механизм у людей?

Авторы проанализировали большой одно-клеточный атлас немелкоклеточного рака лёгкого, включавший фибробласты 43 пациентов из шести исследований.

В человеческих опухолях обнаружилась группа фибробластов с характеристиками, похожими на мышиные imCAF. Эти клетки также экспрессировали CHL1, CXCL9 и CXCL10.

Исследователи дополнительно изучили образцы аденокарциномы лёгкого человека. В пяти пригодных для анализа опухолях они обнаружили пространственное соседство CHL1-положительных клеток и регуляторных T-клеток.

А анализ базы TCGA показал ещё одну ассоциацию: у пациентов с высокой экспрессией CHL1 в опухоли период без прогрессирования заболевания был в среднем хуже, чем у пациентов с низкой экспрессией этого гена.

Высокая экспрессия CHL1 также сочеталась с признаками более богатого фибробластами и менее цитотоксичного опухолевого микроокружения.

Но здесь особенно важно не перейти границу, которую сами данные пока не позволяют перейти.

Это наблюдательная связь. Она не доказывает, что именно CHL1-положительные фибробласты ухудшают течение заболевания у человека.

Почему фибробласты становятся возможной новой мишенью для иммунотерапии

Современная иммунотерапия рака во многом пытается снять тормоза с противоопухолевых T-клеток. Например, ингибиторы иммунных контрольных точек позволяют иммунной системе активнее атаковать опухоль.

Но эффективность такой терапии сильно зависит от самого микроокружения опухоли.

Если вокруг раковых клеток сформирована зона, богатая иммуноподавляющими клетками, одной разблокировки T-клеток может оказаться недостаточно.

Новое исследование предлагает другой подход к проблеме: не обязательно уничтожать все регуляторные T-клетки организма. Те необходимы для защиты от аутоиммунных реакций и чрезмерного воспаления.

Теоретически можно попытаться нарушить конкретную систему, которая направляет особенно подавляющие CXCR3-положительные Treg именно к опухоли.

Авторы рассматривают ось imCAF–CXCL9–CXCR3 как потенциальную терапевтическую мишень. Ещё одной возможностью может стать воздействие непосредственно на CHL1-положительные фибробласты.

Но пока это именно научная гипотеза, а не готовая терапия.

До лекарства здесь ещё несколько больших шагов

Исследование подробно показывает механизм в нескольких мышиных моделях и находит его аналоги в человеческих опухолях. Но основная причинно-следственная часть работы всё же выполнена на животных.

Человеческая часть исследования включает анализ ранее собранных одно-клеточных данных, базы TCGA и небольшого количества опухолевых образцов для пространственного анализа.

Кроме того, CHL1 нельзя пока считать абсолютно специфическим маркером именно этих фибробластов у человека: авторы обнаруживали его экспрессию также в части эндотелиальных и опухолевых клеток.

Неясно и происхождение самих imCAF.

Авторы прямо ставят один из главных следующих вопросов: из каких клеток они возникают и какие сигналы заставляют нормальный фибробласт перейти в такое состояние?

Есть и ещё одна интрига. Когда исследователи удаляли CXCR3 у Treg, клеток в опухоли становилось меньше, но те, которые всё же попадали туда, продолжали находиться рядом с CHL1-положительными фибробластами.

Значит, CXCL9–CXCR3 отвечает прежде всего за прибытие этих клеток в опухолевое микроокружение. А удерживать их рядом с фибробластами могут уже другие, пока неизвестные механизмы.

Именно их теперь предстоит найти.

Рак использует не только мутации, но и организацию пространства вокруг себя

Одна из наиболее интересных идей этой работы выходит далеко за пределы одного типа рака.

Опухоль способна использовать нормальные физиологические механизмы организма.

Регуляторные T-клетки нужны лёгким для защиты от хронического воспаления. CXCL9 помогает иммунным клеткам ориентироваться в тканях. Фибробласты участвуют в организации структуры органов.

Каждый из этих элементов сам по себе нормален.

Проблема возникает тогда, когда опухоль объединяет их в новую систему: фибробласты создают химический маршрут, по которому особенно сильные иммуноподавляющие клетки приходят туда, где раку требуется защита.

Это меняет представление о фибробластах. Они оказываются не пассивной оболочкой опухоли, а потенциальными организаторами её иммунного микроокружения.