Один белок помогает и раку, и иммунитету

Учёные обнаружили, что активация PPARδ ускоряет рост опухолевых клеток, но одновременно может усиливать иммунную защиту против них

Почему иммунитет не всегда способен уничтожить рак

Иммунная система постоянно обнаруживает и уничтожает клетки, которые могут представлять опасность для организма. Важнейшую роль в этом процессе играют CD8⁺ Т-лимфоциты — специализированные иммунные клетки, способные распознавать и уничтожать поражённые вирусами или злокачественно изменённые клетки.

Но внутри опухоли этим лимфоцитам приходится работать в необычайно сложных условиях.

Раковые клетки быстро размножаются, потребляют питательные вещества и изменяют окружающую среду. Они могут создавать условия, подавляющие иммунный ответ, и нарушать нормальную работу Т-лимфоцитов.

В результате даже иммунные клетки, способные распознать опухоль, не всегда могут эффективно с ней бороться.

Современная иммунотерапия пытается решить эту проблему. Например, ингибиторы иммунных контрольных точек блокируют молекулярные сигналы, ограничивающие активность Т-лимфоцитов.

Однако снятие таких ограничений не всегда приводит к уничтожению опухоли.

У иммунных клеток может просто не хватать функциональных возможностей для продолжительной борьбы в неблагоприятной среде.

Именно эту проблему исследовала группа учёных под руководством Семира Бейаза из Cold Spring Harbor Laboratory.

Исследователи предположили, что исход борьбы между опухолью и иммунитетом может зависеть не только от способности иммунных клеток распознавать врага, но и от их метаболической приспособленности — способности получать энергию, сохранять активность и выдерживать конкуренцию с раковыми клетками.

Белок PPARδ оказался по обе стороны борьбы

В центре исследования оказался PPARδ — белок, также обозначаемый PPARD.

Он относится к ядерным рецепторам и регулирует активность генов, участвующих в клеточном обмене веществ. В частности, PPARδ помогает управлять использованием жирных кислот для получения энергии.

Ранее было известно, что повышение активности этого белка в некоторых опухолевых клетках способствует их росту и выживанию.

Отсюда напрашивался понятный вывод: если PPARδ помогает раку, его активность следует подавлять.

Но у исследователей возник другой вопрос.

Что произойдёт, если активировать тот же механизм не в опухолевых, а в иммунных клетках?

Чтобы проверить это, учёные создали экспериментальные модели, позволяющие усиливать активность PPARδ отдельно в разных клеточных популяциях.

Результаты оказались противоположными.

Когда PPARδ активировали в раковых клетках, опухоли росли быстрее, а условия для иммунного ответа ухудшались.

Когда тот же механизм усиливали в иммунных клетках, рост опухолей замедлялся.

Более того, активация PPARδ в иммунной системе могла подавлять опухоли даже тогда, когда сам белок оставался активным в раковых клетках.

Почему опухоль и иммунные клетки конкурируют за энергию

На первый взгляд иммунная клетка и раковая клетка выполняют совершенно разные задачи.

Первая защищает организм. Вторая бесконтрольно размножается.

Но на уровне обмена веществ у них много общего.

Обеим нужны энергия, питательные вещества и способность быстро перестраивать свою работу при изменении окружающих условий.

Опухоль можно рассматривать как своеобразную экосистему, в которой разные клетки одновременно сотрудничают и конкурируют за ограниченные ресурсы.

В такой среде преимущество получает не обязательно клетка с наиболее эффективным механизмом распознавания противника, а та, которая способна дольше сохранять необходимые функции.

Исследователи обнаружили, что активация PPARδ усиливала у CD8⁺ Т-лимфоцитов программу окисления жирных кислот.

Это процесс, при котором жирные кислоты используются митохондриями для получения энергии.

Особую роль играл фермент CPT1A. Он участвует в переносе длинноцепочечных жирных кислот в митохондрии, где происходит их дальнейшее окисление.

После активации PPARδ иммунные клетки эффективнее использовали этот метаболический путь и демонстрировали увеличение резервных возможностей клеточного дыхания.

Одновременно в опухолях экспериментальных животных снижалось содержание ряда жирных кислот.

Это согласуется с предположением, что усиление метаболической активности иммунных клеток меняет распределение доступных питательных ресурсов.

Однако здесь важно ограничение: исследование не доказало непосредственно, что Т-лимфоциты отбирают конкретные молекулы жирных кислот у раковых клеток. Для такого вывода необходимы дополнительные эксперименты, позволяющие проследить движение веществ между отдельными клеточными популяциями.

Дело оказалось не только в энергии

Следующий результат помогает понять, почему простое усиление клеточного метаболизма не всегда достаточно для борьбы с опухолью.

Учёные установили, что PPARδ влияет не только на использование жирных кислот, но и на организацию хроматина.

Хроматин — это комплекс ДНК и белков, определяющий, насколько доступны отдельные участки генома для считывания.

Условно говоря, клетка может иметь все необходимые гены, но не использовать их в нужный момент.

После активации PPARδ у Т-лимфоцитов повышалась доступность участков хроматина, связанных с противоопухолевой активностью.

Одновременно усиливалась экспрессия генов, отвечающих за способность иммунных клеток перемещаться к опухоли, вырабатывать сигнальные молекулы и уничтожать злокачественные клетки.

В опухолях увеличивалось количество CD8⁺ Т-лимфоцитов, вырабатывающих интерферон-гамма, фактор некроза опухоли и гранзимы — вещества, участвующие в иммунном ответе и уничтожении клеток-мишеней.

При этом исследователи провели важный контрольный эксперимент.

Они отдельно усилили активность CPT1A, не активируя всю программу PPARδ.

Окисление жирных кислот действительно увеличилось. Появились изменения, характерные для формирования иммунологической памяти.

Но полноценного усиления противоопухолевой активности добиться не удалось.

Это означает, что повышение энергетических возможностей клетки само по себе не воспроизводит эффект PPARδ.

Для эффективной борьбы с опухолью необходима согласованная перестройка метаболизма и регуляции генов.

Устойчивый к иммунотерапии рак оказался чувствительнее к лечению

Наиболее интересную возможность исследователи проверили на моделях колоректального рака — злокачественных опухолей толстой и прямой кишки.

Особое внимание уделили микросателлитно-стабильному колоректальному раку (MSS).

Этот термин характеризует определённые молекулярные свойства опухоли, связанные с системой исправления ошибок при копировании ДНК.

В отличие от опухолей с высокой микросателлитной нестабильностью, MSS-опухоли обычно значительно хуже отвечают на лечение ингибиторами иммунных контрольных точек.

Причин несколько. Среди них — особенности распознавания опухоли иммунной системой, недостаточное проникновение активных Т-лимфоцитов в опухолевую ткань и подавляющее влияние опухолевого микроокружения.

Учёные проверили, можно ли повысить эффективность такой терапии, предварительно усилив PPARδ в CD8⁺ Т-лимфоцитах.

В одной из экспериментальных моделей мышам с уже сформировавшимися опухолями пересаживали Т-лимфоциты, а затем проводили лечение антителами против PD-1 — одной из иммунных контрольных точек.

Результат был заметным.

В группе, получившей Т-лимфоциты с усиленной активностью PPARδ, полное исчезновение опухолей к установленному сроку наблюдалось у 6 из 12 животных.

В контрольной группе — у 1 из 10.

Таким образом, в эксперименте частота полного отторжения опухоли составила 50% против 10%.

Однако численность групп была небольшой, а достоверного увеличения общей продолжительности жизни при использовании только анти-PD-1 исследователи не обнаружили.

Когда учёные применили комбинированную блокаду двух иммунных контрольных точек — PD-1 и CTLA-4 — вместе с усиленными Т-лимфоцитами, преимущество по выживаемости животных стало статистически значимым.

Это не означает, что найден способ лечения устойчивого колоректального рака у людей.

Но результаты показывают, что повышение функциональных возможностей иммунных клеток может менять ответ опухоли на терапию, ранее обладавшую ограниченной эффективностью.

Можно ли усилить уже существующую CAR-T-терапию

Исследователи проверили ещё одно направление применения PPARδ — клеточную иммунотерапию CAR-T.

При таком лечении Т-лимфоциты модифицируют, чтобы они могли распознавать определённые молекулы на поверхности опухолевых клеток.

После этого подготовленные иммунные клетки вводят пациенту.

CAR-T-терапия уже применяется при некоторых злокачественных заболеваниях крови. Однако при солидных опухолях, то есть опухолях, формирующих плотные тканевые образования, её эффективность значительно ограничена.

Одна из проблем заключается в том, что модифицированные Т-лимфоциты не всегда способны долго сохранять активность внутри опухоли.

Исследователи предположили, что усиление PPARδ может помочь решить эту проблему.

Для проверки использовали человеческие CAR-T-клетки и органоиды колоректального рака — небольшие трёхмерные клеточные структуры, выращенные из опухолевых тканей пациентов.

После фармакологической активации PPARδ с помощью экспериментального вещества GW501516 CAR-T-клетки эффективнее повреждали опухолевые органоиды.

Затем учёные создали генетически модифицированные CAR-T-клетки с усиленной активностью PPARδ.

Такие клетки демонстрировали более выраженную противоопухолевую активность в лабораторных экспериментах.

Дополнительно человеческие CAR-T-клетки проверили на мышах с имплантированными человеческими опухолями.

В этих моделях клетки с активированным PPARδ лучше сдерживали рост опухоли по сравнению с обычными CAR-T-клетками.

Таким образом, исследователи получили подтверждение принципа не только на обычных иммунных клетках мышей, но и на человеческих клетках, предназначенных для экспериментальной клеточной терапии.

Однако клинических испытаний такого подхода у пациентов пока не проводили.

Почему нельзя просто создать препарат, активирующий PPARδ

На первый взгляд решение выглядит относительно простым.

Если активация PPARδ повышает эффективность иммунных клеток, можно попробовать разработать лекарство, стимулирующее этот белок.

Но именно здесь возникает главное противоречие исследования.

PPARδ присутствует не только в иммунных, но и в других клетках организма, включая опухолевые.

Поэтому вещество, которое активирует рецептор одновременно во многих тканях, теоретически может усиливать не только противоопухолевую защиту, но и механизмы выживания злокачественных клеток.

Кроме того, в значительной части экспериментов использовали искусственно созданные варианты PPARδ с постоянно повышенной транскрипционной активностью.

Их действие не полностью соответствует работе естественного рецептора, активируемого обычным лекарственным веществом.

Исследователи также отмечают, что в научной литературе существуют противоречивые результаты относительно влияния PPARδ на иммунные клетки.

Вероятно, многое зависит от конкретного типа клеток, способа активации, продолжительности воздействия и состояния окружающей ткани.

Поэтому перенос полученных результатов на обычные препараты, активирующие PPARδ, требует отдельного доказательства.

В экспериментальных моделях усиление PPARδ в иммунной системе не сопровождалось выраженными признаками системного воспаления или аутоиммунных нарушений в течение периода наблюдения.

Однако это не гарантирует долгосрочной безопасности такого вмешательства у человека.

Возможным решением может стать избирательная активация PPARδ в иммунных клетках вне организма с последующим введением этих клеток пациенту.

Именно такой подход позволяет потенциально использовать полезную сторону механизма, ограничивая его нежелательное действие в других тканях.

Что меняет это исследование в понимании иммунотерапии

Традиционно разработка противоопухолевых препаратов часто строится вокруг поиска молекул, необходимых раковым клеткам для роста.

Если определённый белок способствует развитию опухоли, возникает задача подавить его активность.

Исследование PPARδ показывает ограниченность такого подхода.

Один и тот же биологический механизм может поддерживать совершенно противоположные процессы в зависимости от того, в каких клетках он работает.

Поэтому недостаточно установить, способствует ли определённый белок развитию рака.

Необходимо выяснить, как он влияет на разные клеточные популяции, участвующие в развитии заболевания.

Для онкологии это особенно важно.

Опухоль существует не изолированно. Она развивается внутри сложной системы взаимодействий между раковыми, иммунными и другими клетками.

Изменение одного молекулярного механизма может одновременно затрагивать несколько участников этой системы.

Исследование также расширяет представление о причинах устойчивости к иммунотерапии.

Проблема может заключаться не только в том, что иммунные клетки плохо распознают опухоль или получают подавляющие сигналы.

Даже правильно распознающие цель Т-лимфоциты могут оказаться недостаточно приспособленными к длительной работе в неблагоприятной метаболической среде.

Поэтому повышение их функциональной устойчивости становится самостоятельным направлением разработки новых методов лечения.

Следующий этап — определить, каким образом можно безопасно и избирательно усиливать соответствующие программы в человеческих иммунных клетках.

Необходимо проверить продолжительность эффекта, возможные нежелательные последствия и способность модифицированных клеток улучшать результаты лечения реальных пациентов.

До получения таких данных речь остаётся о перспективном экспериментальном подходе, а не о новой доступной терапии.