Значение дендритных клеток. Представление антигенов дендритным клеткам
Обновлено: 16.05.2024
Дендритные клетки (ДК), названные так из-за их «древовидной», имеющей отростки (дендриты), формы, являются антигенпрепрезентирующими клетками (АПК) иммунной системы, то есть обрабатывают антигенный материал и представляют его на своей поверхности для Т-клеток иммунной системы. Они служат связующим звеном между врожденной и приобретенной иммунными системами.
Пауль Лангерганс впервые описал ДК, найденные в человеческой коже в 1868 году, но ошибочно принял их за нервные клетки. Ральф Штейнман и Занвил Кон открыли ДК в 1973 году, но идея о том, что ДК имеют уникальную роль в иммунной системе, десятки лет воспринималась скептически. В XXI веке стало понятно, как именно ДК инициируют приобретенные иммунные ответы. Сейчас все более очевидным становится их вклад в индукцию толерантности к аутоантигенам. Изучаются связи и сигнальные пути ДК с другими иммунными клетками, их роль в развитии различных патологий, разрабатываются лекарства и вакцины против некоторых патогенов, опухолей и аутоиммунных заболеваний. В знак признания важности открытия дендритных клеток Ральф Штайнман был удостоен нескольких престижных премий, в том числе международной премии Фонда Гарднера в 2003 году, премии Альберта Ласкера в 2007 году и Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2011 году.
ДК — это образующиеся в костном мозге лейкоциты, которые являются наиболее эффективным типом антигенпредставляющих клеток. ДК также могут быть получены in vitro из костного мозга и крови с использованием различных комбинаций факторов роста, таких как гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) и Flt3-лиганд. ДК специализированы для захвата и обработки антигенов, превращения белков в пептиды и их представления на основных комплексах гистосовместимости (MHC-II), распознаваемых Т-клетками. Они являются гетерогенной, т. е. разнородной по происхождению и составу, группой клеток, включающей в себя миелоидную (или классическую, открытую Штайнманом) и плазмоцитоидную субпопуляции. Отдельно в классической субпопуляции выделяют ДК лимфоидной и нелимфоидной ткани, а также те самые клетки Лангерганса кожи. Хотя все ДК способны поглощать, обрабатывать и представлять антигены наивным Т-клеткам, вышеперечисленные подвиды имеют свои четкие фенотипические маркеры и различаются по местоположению, миграционным путям, специфическим иммунологическим функциям, а также по наличию зависимости их образования от инфекций или воспалительных стимулов.
Рисунок 1 | Транскрипционный контроль дифференциации ДК. На иллюстрации изображена тепловая карта цитокинов, TLR и некоторых факторов транскрипции, которые экспрессируются в миелоидной линии, начиная от обычных миелоидных предшественников (CMP) до предшественников гранулоцитов макрофагов (GMP), предшественников макрофагов ДК (MDP), общих предшественников ДК (CDPs), циркулирующих кДК-предшественников (pre-cDCs), моноцитов, плазмоцитоидных ДК (pDCs) и клеток лимфоидной ткани CD8+ и CD11b+ ДК.
Плазмоцитоидные ДК (пДК) представляют собой небольшую субпопуляцию, происхождение которой сходно с классической, но их жизненный цикл протекает иначе. Они накапливаются преимущественно в крови и лимфоидных тканях и попадают в лимфатические узлы через кровоток, экспрессируют низкие уровни MHC-II, костимулирующих молекул и интегрина CD11c в неактивном состоянии, а также узкий диапазон паттерн-распознающих рецепторов (PRR), которые включают в себя Toll-подобные рецепторы (TLR) 7 и 9. При распознавании чужеродных нуклеиновых кислот пДК продуцируют интерфероны типа I и приобретают способность представлять чужеродные антигены.
Классические ДК (кДК) являются субпопуляцией тканевых гемопоэтических клеток, которые заполняют большинство лимфоидных и нелимфоидных тканей. Они более тонко ощущают тканевые повреждения, захватывая связанные с окружающей средой и чужеродными клетками антигены, обрабатывая и представляя их Т-лимфоцитам. Благодаря этому кДК индуцируют иммунитет к любым чужеродным антигенам, нарушающим целостность тканей, и обеспечивают толерантность к аутоантигенам. Они отлично подходят для выполнения этих функций из-за нескольких ключевых особенностей:
- они локализованы практически в любой нелимфоидной ткани и в маргинальной зоне селезенки, где они постоянно контактируют с антигенами;
- вырабатывают ферменты для обработки и представления антигенов;
- в ответ на взаимодействие с некоторыми хемокинами, такими как CCL19 и CCL21, они «проползают» через клетки тканей, пересекают эндотелий лимфатических сосудов и начинают перемещаться в лимфоузлы. Активированные ДК не захватывают новые антигены, синтезируют костимулирующие молекулы, такие как CD80, CD86 и C-C-рецептор хемокина 7 типа, а также провоспалительные цитокины TNF-α и IL-12;
- в лимфоузлах ДК мигрируют в Т-зону, где и вызывают ответ CD4 и CD8 T-лимфоцитов, при этом одна ДК вызывает ответ нескольких Т-клеток.
Дендритные клетки присутствуют в тканях, контактирующих с внешней средой — например, в коже (где имеется специализированный тип дендритных клеток — клетки Лангерганса), слизистых оболочках дыхательных путей, легких, желудка и кишечника. Также они могут быть обнаружены в незрелом состоянии в крови и соединительной ткани. Зрелые/активные формы ДК мигрируют в лимфоузлы.
Таблица 1 | Фенотипы мышиных кДК лимфоидной и нелимфоидной тканей.
Дефицит дендритных клеток у человека
У людей описано три генетических синдрома дефицита ДК. Первый — синдром дефицита DCML, вызван мутацией GATA-связывающего фактора 2 (GATA2), ведущей к полному отсутствию ДК, циркулирующих моноцитов, B- и NK-лимфоцитов, но не влияющей на гранулоциты и тромбоциты. Этот синдром также связан с отсутствием лимфоидных предшественников и уменьшением предшественников гранулоцит-макрофагов (GMP), что указывает на то, что дефицит GATA2 предотвращает дифференциацию этих предшественников в ДК. У пациентов с DCML значительно (примерно в 100 раз) был повышен уровень сывороточного FLT3L без признаков миелопролиферации.
Второй синдром связан с мутациями регуляторного фактора интерферона 8 (IRF8), который участвует в дифференциации общего миелоидного предшественника в ДК и моноциты. У одного пациента с ноль-мутацией IRF8 наблюдалось увеличенное количество гранулоцитов, полное отсутствие циркулирующих моноцитов, пДК, кДК и дермальных ДК, а также недостаточная продукция IL-12. Интересно, что эпидермальные клетки Лангерганса у этого пациента присутствовали в нормальном количестве, из чего можно сделать предположение, что эпидермальные клетки Лангерганса и кДК имеют различное происхождение. Другой вид мутации IRF8, наблюдаемой у двух пациентов, приводил к уменьшению количества CD1c+ кДК в крови и дефектам в продукции IL-12, но нарушения образования гранулоцитов, моноцитов или пДК не происходило.
Третий синдром связан с мутацией аденилаткиназы 2-фосфотрансферазы, необходимой для нуклеотидного гомеостаза. Эта мутация вызывает особую форму тяжелого комбинированного иммунодефицита, известную как ретикулярный дисгенез. Синдром характеризуется нарушением образования всех зародышевых клеток крови, включая нейтрофилы, лимфоциты, моноциты, кДК и клетки Лангерганса.
Иммунотерапия
Использование иммунорегуляторных возможностей дендритных клеток имеет большие перспективы в лечении онкозаболеваний, аутоиммунных заболеваний и профилактики отторжения трансплантата. Манипуляции с ДК могут превратить их в наиболее эффективный адъювант для усиления иммунной защиты хозяина. Было показано, что злокачественные новообразования подавляют ДК, выделяя противовоспалительные цитокины, такие как IL-10, чем обусловливают образование супрессивных Т-клеток. Для того, чтобы подорвать эти механизмы, можно создать нацеленные на опухолевые антигены ДК ex vivo и ввести их пациенту для повышения иммунитета к опухолевым клеткам. Дендритные клеточные вакцины, создаваемые таким образом, безопасны, имеют минимум побочных эффектов и в целом выглядят как выполнимый, перспективный и эффективный метод лечения.
Клеточные технологии в иммунотерапии злокачественных новообразований: дендритные клетки
Изучение механизмов иммунного ускользания опухоли показало, что рост, метастазирование и прогноз злокачественного новообразования зависят от функционирования иммунной системы пациента [1]. В настоящее время ведутся интенсивные работы по разработке и внедрению методов лечения, которые основаны на активации компонентов клеточного и гуморального противоопухолевого иммунитета. Одним из наиболее изученных и клинически эффективных методов является вакцинация с помощью дендритных клеток.
Дендритные клетки (ДК) — компонент клеточного звена врожденного иммунитета, выполняют антигенпрезентирующую и регуляторную функцию [2].
В организме человека ДК представлены гетерогенной популяцией, не имеющей одного общего антигенного маркера. Выделяют два основных типа ДК, которые в отечественной литературе называются миелоидными ДК (мДК) и плазмоцитоидными ДК (пДК), в зависимости от клетки-предшественницы (Рис. 1) [3].
Рисунок 1 | Образование и дифференцировка подтипов ДК (подробности в тексте) [3].
MDP — общий предшественник клеток миелопоэза; LMPP — общий предшественник лимфопоэза; pDC — пДК; conventional dendritic cells — мДК; monocyte derived cells — ДК, дифференцирующиеся из моноцитов.
Большинство ДК образуются из клетки-предшественника миелопоэза и представляют собой мДК, поэтому в зарубежной литературе для них введено понятие «конвенциональные ДК» (conventional DC). Часть ДК образуются из клетки-предшественницы лимфопоэза — это пДК [3]. Кроме того, было показано, что моноциты при определенных условиях могут трансформироваться в дендритные клетки [4], а также неопределенной остается классификационное положение резидуальных тканевых моноцитов (например, клеток Лангханса) [2].
После завершения дифференцировки ДК покидают костный мозг и с током крови достигают периферических органов и лимфатических узлов [3]. По некоторым данным, период полужизни ДК составляет от 5 до 7 дней в селезенке, лимфатических узлах, печени и почках, но может достигать и 25 дней (например, в легких) [5,6].
В отсутствие специфических медиаторов воспаления, фрагментов микробных клеток или других активаторов, дендритные клетки находятся в «спящем» состоянии (толерогенная форма), что выражается в продукции ими иммуносупрессорных молекул и индукции Treg лимфоцитов. В случае попадания в межклеточную среду активаторов ДК превращаются в зрелую форму и модулируют компоненты врожденного и адаптивного иммунитета, а также выполняют антигенпрезентирующую функцию (Рис. 2). При этом ДК мигрируют с периферии в регионарные лимфатические узлы [7].
Рисунок 2 | Две основных формы существования дендритных клеток: «спящая»/толерогенная и активная/зрелая форма (пояснения в тексте).
Зрелые ДК могут иметь разнообразный набор антигенов, но важнейшим является наличие молекул главного комплекса гистосовместимости II класса (MHC-II), с помощью которых ДК могут активировать CD8+ и CD4+ лимфоциты, запуская адаптивный иммунный ответ. Для модуляции работы клеток иммунной системы на поверхности ДК имеются различные рецепторы и костимуляторы, представленные на рисунке 3.
Рисунок 3 | Основные рецепторы зрелой ДК.
CD86, CD80 — костимуляторы передачи сигнала Т-лимфоцитам;
CD40 — стимулирует продукцию ИЛ-12 и ИФН-γ Т-хелперами;
А — молекулы межклеточной адгезии;
TLR — toll-like рецепторы, необходимы для захвата антигенов;
К — рецепторы к компонентам комплемента;
Кроме стандартного для антигенпрезентирующих клеток (АПК) представления антигена через MHC-II, ДК способны встраивать захваченный антиген в MHC-I, напрямую активируя CD8+ лимфоциты [7].
Рисунок 4 | Взаимодействие ДК с Т-лимфоцитами. Комплексы антиген+MHC-I и MHC-II распознаются рецепторами Т-лимфоцитов (TCR), при этом ДК выделяет медиаторы, способствующие дифференцировки CD4+ клеток либо в Th1, либо в Th2.
ДК участвуют во всех типах специфических иммунных реакций, в том числе и в противоопухолевом иммунитете [8]. Способность активировать клеточное звено иммунитета и высокая эффективность передачи антигена позволяет выделить ДК среди других АПК в качестве потенциальной мишени для противоопухолевой терапии.
Терапия с использованием ДК получила название «вакцинация дендритными клетками». Суть метода заключается в создании искусственного активного специфического иммунитета в отношении опухоли, однако для большей эффективности вводятся не сами антигены злокачественных клеток, а индуцированные ДК [9]. При этом ДК не просто выполняют роль АПК, а еще и выделяют ряд цитокинов (ИЛ-12, ИЛ-6, ИФН-γ, ФНО-α), которые потенцируют пролиферацию и созревание иммунокомпетентных клеток [8, 9]. Протокол иммунотерапии ДК включает следующие этапы: забор ДК или их предшественников у пациента; индукцию их превращения в незрелые ДК; стимуляцию «созревания ДК»; введение клеток в организм пациента (Рис. 5) [9, 10]
Рисунок 5 | Этапы иммунотерапии с использованием ДК (подробности в тексте) [9].
Небольшое количество ДК можно получить непосредственным выделением из периферической крови пациента, однако их количество и фенотип могут быть неподходящими для эффективной иммунотерапии [11, 12]. Кроме того, ДК могут быть получены из клеток-предшественников, экспрессирующих CD34+, которые изолируют из костного мозга, периферической или пуповинной крови [13, 14]. Однако стандартным и наиболее эффективным методом является получение ДК из моноцитов периферической крови пациента, в связи с простотой метода и большим количеством получаемых клеток [9, 10]. Ряд исследований показал высокую эффективность ДК, полученных из моноцитов при иммунотерапии злокачественных опухолей 17.
Для превращения моноцитов в незрелые дендритные клетки их инкубируют со смесью цитокинов, которая содержит гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ) и один из цитокинов, ИЛ-4, ФНО-α или ИФН-α. ГМ-КСФ поддерживает пролиферацию и жизнеспособность клеток миелоидного ростка, а дополнительные цитокины способствуют дифференцировке в незрелые ДК. Незрелые ДК «нагружают» опухолевыми антигенами — инкубируют в среде, содержащей опухоль-специфичные пептиды, нуклеиновые кислоты, лизаты опухолевых клеток. В настоящее время вопрос оптимального варианта антигенной «нагрузки» ДК остается открытым. Активно изучается и показал хорошие результаты метод с использованием цельных опухолевых клеток и совместного культивирования ДК и опухоли [18, 19].После этого начинается «созревание» ДК. Этот этап необходим для экспрессии ДК рецепторов, необходимых для выполнения антигенпрезентирующей функции, кроме того, зрелые ДК начинают секретировать регуляторные цитокины. Для индукции созревания обычно используются различные комбинации ФНО-α с цитокинами, такими как ИЛ-1β, ИЛ-6, PGE2, ИЛ-18, интерфероны и лиганды TLR [9].
Зрелые ДК вводят в организм пациента внутрикожно, внутривенно, в лимфатические узлы или напрямую в опухолевый очаг [10].
Внедрение вакцин на основе ДК в клиническую практику началось в середине 90-х годов. Это были вакцины на основе ДК моноцитарного происхождения, культивированных со специфичными антигенами меланомы, такими как MART-1/Melan A и gp100 22. Кроме того, испытывались вакцины против В-клеточной лимфомы, миеломы, острого миелобластного лейкоза, рака предстательной железы и гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК) [20, 23-27]. Результаты исследований показали безопасность и иммуногенность вакцин на основе ДК. В случае ГЦК и меланомы удалось добиться активации CD8+-лимфоцитов не позднее 7 дня от начала терапии. В большинстве исследований принимали участие пациенты на поздних стадиях опухолевого процесса, однако у 10 % удалось добиться стойкой ремиссии заболевания. Кроме моноцитарных ДК, клинические испытания прошли вакцины на основе ДК, полученных из CD34+-клеток, а также плазмоцитоидные ДК. В обоих случаях вакцины обладали клинической эффективностью и были безопасны [28, 29].
В последнее время идет работа в области повышения эффективности доставки ДК в лимфатические узлы с помощью инъекций напрямую в лимфатические сосуды [30], а также в области сочетания вакцин из ДК и других вариантов иммунотерапии, например, блокады иммунологических контрольных «точек» (checkpoint blockade) [31].
IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012
РОЛЬ ДЕНДРИТНЫХ КЛЕТОК В АДАПТИВНОМ ИММУННОМ ОТВЕТЕ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В последнее десятилетие дендритные клетки (ДК) вызывают повышенный интерес исследователей благодаря лёгкости их получения из моноцитов периферической крови и способности эффективно представлять антиген Т-лимфоцитам. К настоящему времени проведено множество исследований по модуляции иммунного ответа у больных хроническими инфекционными и онкологическими заболеваниями с использованием праймированных антигеном дендритных клеток.
Дендритные клетки - самые активные клетки, запускающие адаптивную иммунную систему. Эти клетки иммунной системы обладают длиннымиотростками, захватывающими чужеродные объекты. ДК, описанные Ральфом Штейнманом (обладателем Нобелевской премии 2011 года), имеют большое значение, и их открытие, безусловно, внесло большой вклад в изучение иммунитета. Основной функцией дендритных клеток является презентация антигенов Т-клеткам. Дендритные клетки выполняют и другие иммунорегуляторные функции: контроль за дифференцировкой Т-лимфоцитов, а также регулирование активации и супрессии иммунного ответа. Важной особенностью дендритных клеток является способность захватывать из окружающей среды различные антигены при помощи фагоцитоза, пиноцитоза и рецептор-опосредованного эндоцитоза. Больше всего дендритных клеток находится в тканях, соприкасающихся с внешней средой, например в толще эпителиального слоя слизистой оболочки кишечника, в подслизистой респираторного, желудочно-кишечного и урогенитального трактов.
В коже ДК обнаруживаются как в эпидермисе - клетки Лангерганса, так и в дерме. Клетки Лангерганса имеют характерные включения (гранулы Бирбека), являющиеся, возможно, эндосомами, участвующими в захвате антигена. После захвата антигена в коже и в ответ на выделение воспалительных цитокинов ДК созревают и перемещаются в Т-клеточную область лимфоузла, где активируют антиген-специфические Т-лимфоциты. Зрелые моноциты способны к дифференцировке в интерстициальные дендритные клетки в различных органах, причём ключевым моментом в этом процессе является взаимодействие с адгезионными молекулами и хемокинами эндотелиальных клеток. Дендритные клетки, образовавшиеся из моноцитов, и интерстициальные ДК перемещаются преимущественно в зародышевые центры лимфоузлов, где могут активировать Т- и В-лимфоциты. Таким образом, полученные в последние годы знания о роли дендритных клеток в адаптивном иммунитете дают возможность использовать их для создания ДК-вакцин, применяемых при лечении инфекционных и онкологических заболеваний.
Дендритные клетки: профессиональные разведчики в «Опухолевой войне»
Обзор
коллаж автора статьи
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: «Рак» — как много тревожных мыслей вызывает это слово! Около 7 миллионов человек в год умирают от рака. Трудно переоценить опасность подобных заболеваний, именно поэтому ученые заняты поисками действенного метода лечения различных типов злокачественных опухолей. Существуют некоторые виды терапии онкологических заболеваний, но достаточно ли они эффективны?
Конкурс «био/мол/текст»-2017
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.
Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».
Что не так с этими опухолевыми клетками?
В человеческом организме происходит постоянное обновление клеточной структуры, старые клетки умирают, новые рождаются. Но наряду со здоровыми клетками, в результате мутаций (то есть изменений набора наследственной информации под действием внешних или внутренних сил) образуются нетипичные клетки. Такие «эксцентрики» чаще всего не могут правильно выполнять свои функции, и при неблагоприятном сценарии их появление приводит к образованию злокачественной опухоли.
В норме такие атипичные клетки уничтожает иммунная система, которая является своеобразной армией, противостоящей врагам организма. Но особенность злокачественных клеток в их способности «ускользать» от иммунного контроля. Делают это они очень изощренно и крайне эффективно, так, что иммунные молекулы-разведчики часто не могут обнаружить их (рис. 1), а клетки-киллеры деактивируются из-за экспрессии опухолевыми клетками блокирующих факторов.
Рисунок 1. Умелая маскировка опухолевых клеток.
Дополнительным фоном для развития опухолевых клеток является ослабление иммунитета в результате болезней, стрессов, неправильного образа жизни. В результате опухолевые клетки становятся «особенными» в организме, они игнорируют «антиростовые» стимулы, сигналы запуска клеточной гибели и т.п. Особенности опухолевых клеток можно соотнести с поведением психопата-эгоиста, эти клетки мало того, что не выполняют надлежащих им функций, так еще и бесконтрольно делятся и распространяются по всему организму, в сумасшедших количествах потребляют питательные вещества, которые потом тратят на создание таких же «психопатов» (рис. 2) [1]. Следовательно, нарушается метаболизм и функционирование тканей организма, что чаще всего приводит к плачевным последствиям.
Рисунок 2. Что умеют раковые клетки.
Почему же так трудно лечить рак?
Заранее стоит заметить, что под понятием «рак» скрывается целая совокупность огромного количества типов злокачественных опухолей. Некоторые из них настолько сильно различаются, что найти что-то общее у них крайне трудно. Более того, не все типы опухолевых заболеваний корректно называть раковыми: рак — лишь частный случай онкологии, изучающей как злокачественные, так и доброкачественные опухоли. Именно поэтому, скорее всего, мы не увидим на полках аптек универсального лекарства от рака. Вследствие такого разнообразия онкологических заболеваний каждый пациент нуждается в персональном подходе к лечению. Но даже это персональное лечение в нынешней практике часто не эффективно. Самыми распространенными методами являются химиотерапия, хирургический метод (когда это возможно) и лучевая терапия. Но, к сожалению, эти методы тоже не всегда результативны и зачастую несут с собой колоссальные побочные эффекты, иногда не совместимые с жизнью.
В настоящий момент множество групп ученых работает над повышением эффективности традиционных методов лечения опухолевых заболеваний. Все же существенно повысить выживаемость онкобольных, применяя только стандартную терапию, становится уже практически нереальным, особенно на последних стадиях, а своевременная диагностика зачастую невозможна из-за позднего обращения пациентов за помощью. Так или иначе, рано вешать нос.
Иммунотерапия
Достижения в иммунологии за последние несколько десятков лет привели к созданию совершенно новых подходов к лечению онкологических заболеваний. Результаты исследований уже дали право на существование многим иммунологическим методам [2]. Ведь хорошая же идея — заставить сам организм бороться с опухолью! Иммунотерапия заключается в воздействии на иммунную систему для повышения эффективности ее противостояния раковым клеткам [3]. Для этого в кровь пациента вводят вещества, в той или иной степени представляющие собой опухолевые антигены (молекулы, которые организм рассматривает как чужеродные и опасные и запускает против них иммунный ответ), способствующие размножению специальных иммунных клеток-убийц, которые будут препятствовать развитию опухоли и разрушать ее.
Важным преимуществом иммунотерапии является то, что, в силу своей специфической направленности, она почти не повреждает здоровые ткани. Данный метод более эффективен для лечения последних стадий онкологических заболеваний по сравнению с традиционными подходами. Кроме того, иммунотерапию можно использовать для снижения побочных эффектов лучевой терапии и химиотерапии.
Однако все не так радужно, как могло показаться. Иммунотерапия была крайне неэффективна при лечении некоторых типов опухолевых заболеваний, например предстательной железы [4]. Проблема, опять же, заключалась в недостаточной направленности препаратов.
Но я, мечту свою лелея, решил проблему гениально.
Благодаря интенсивным исследованиям в области иммунологии открыто множество факторов, влияющих на осуществление иммунного ответа [5]. Стало ясно, что одну из ключевых ролей в спектакле «Иммунный ответ» играют особые отростчатые клетки — дендритные (ДК). Открыл их в 1868 году немецкий ученый Пауль Лангерганс, который ошибочно принял эти клетки за нервные окончания с подобными отростками. ДК вновь описал в 1973 году Ральф Стайнман, он же установил их принадлежность к иммунной системе [6]. Лишь через 38 лет он был посмертно удостоен Нобелевской премии за проделанную работу.
В последние десятилетия развивалась тенденция по внедрению дендритных клеток в качестве вспомогательных средств для лечения различных типов рака. По мнению ученых, их систематическое применение в иммунотерапии позволит добиться от нее максимального эффекта.
Дендритные клетки — популяция особых клеток, функция которых заключается в презентации «вражеских» антигенов другим клеткам иммунной системы. Таким способом они активируют адаптивный иммунитет [6]. По научному, такие клетки-посредники называются антигенпрезентирующими (АПК). Свое название ДК получили благодаря разветвленным отросткам мембраны, напоминающим дендриты нервных клеток, которые вырастают у них на определенных этапах развития. ДК располагаются, в основном, в крови и тканях, которые соприкасаются с внешней средой. Эти клетки обладают специальными механизмами распознания «врагов». В периферических тканях ДК захватывают антигены через несколько дополнительных механизмов [7]. Проще говоря, они способны к поглощению инородцев, то есть фагоцитозу и пиноцитозу антигенов, выпячивая клеточную мембрану и захватывая вражескую частицу.
После «трапезы» с током крови или по лимфатическим сосудам они перемещаются в лимфатические узлы [8]. Между тем, в ДК происходит преобразование (процессинг) белковых антигенов и расщепление их на кусочки-пептиды, которые в конечном итоге связываются с молекулами главного комплекса гистосовместимости (major histocompatibility complex, MHC), расположенными на поверхности ДК [9]. После этого ДК достигает полной зрелости и при помощи молекул MHC презентует вражеский антиген другим клеткам иммунной системы.
В качестве этих «других клеток» выступают «армейские новобранцы», еще не обученные Т-клетки, ранее не сталкивавшиеся с противником-антигеном. После столкновения Т-клетки начинают активно делиться и дифференцироваться в войска спецназа, или антиген-специфические эффекторные Т-клетки. Особые подразделения спецназа — CD4+ T-клетки — становятся незаменимыми помощниками или T-хелперами (рис. 3). Они стимулируют солдат химических войск — В-лимфоцитов, которые производят антитела. Это специальные белковые молекулы, которые, как противоядия, идут на борьбу с конкретными чужеродными частицами [10]. Такая химическая защита или иммунный ответ с участием антител относится к гуморальному иммунитету.
Рисунок 3. Иммунная армия.
Кроме того, необученные T-клетки и Т-хелперы посредством выделения активирующего вещества интерлейкина-2 (IL-2), привлекают на помощь снайперов Т-киллеров, которые в дальнейшем уничтожают зараженные клетки, ведя обстрел ядовитыми цитотоксинами. Таким образом работает клеточный иммунитет.
Некоторая часть «обученных» Т-клеток становится клетками памяти, они живут в организме годами. Всякий раз, когда они встречают старого знакомого врага, то очень быстро запускают иммунный ответ.
Дендритные клетки в иммунотерапии
Поскольку опухолевые клетки великолепно владеют искусством маскировки, иммунной системе очень сложно распознать антигены на их поверхности. Встает вопрос о том, как можно создать действительно мощный иммунный ответ, направленный на их уничтожение.
На мышиных моделях показано, что ДК могут захватывать антигены, которые высвобождаются из опухолевых клеток, и представлять их Т-клеткам в лимфоузлах. Это приводит к активации опухолеспецифических Т-клеток и последующему отторжению опухоли [12], [13]. По сравнению с другими АПК, такими как макрофаги, дендритные клетки чрезвычайно эффективны при представлении антигена, тем самым объясняя свое прозвище «профессиональных АПК». Это говорит о том, что ДК можно использовать для терапевтических вмешательств при онкопатологии.
В настоящее время развивают две темы исследований: как опухолевые клетки изменяют физиологию ДК, и как мы можем опираться на мощные свойства ДК при создании новых методов иммунотерапии рака.
Опухолевые клетки так просто не сдаются!
Дендритные клетки обнаруживают в большинстве опухолей. ДК отбирают образцы опухолевых антигенов путем захвата умирающих клеток или буквальным откусыванием частей живых [14]. В свою очередь опухоли могут препятствовать представлению и созданию иммунных реакций с помощью различных механизмов. В пример можно привести такие антигены опухолей, как раково-эмбриональный антиген (РЭА) и муцин-1, которые, попав в ДК, могут быть ограничены ранними эндосомами, то есть плазматической мембраной, что предотвращает эффективную обработку и презентацию антигена Т-клеткам [15].
Также опухоли могут мешать созреванию ДК. Во-первых, они могут блокировать, то есть ингибировать, созревание ДК путем выделения особого белка IL-10, который приводит к полному отсутствию реакции (антиген-специфической анергии) [16], [17]. Во-вторых, факторы, выделяемые опухолью, могут изменять созревание ДК, вызывая образование клеток-предателей, которые косвенно способствуют росту этой опухоли («проопухолевые» дендритные клетки) [18]. Поэтому понимание функций ДК в онкологических процессах представляет собой обширную область для исследований. В конечном счете, «перевоспитание» проопухолевых ДК в противоопухолевые может вести к зарождению нового подхода в иммунотерапии.
Вакцина на основе дендритных клеток
ДК могут быть получены из кровяных клеток-предков (моноцитов) пациента, которые загружают антигенами ex vivo, то есть знакомят с врагом вне организма в стерильных лабораторных условиях. Затем эти моноциты надлежащим образом созревают и вводятся обратно пациенту при вакцинации. Теоретически это должно давать целый набор дендритных клеток, запускающих иммунные войны.
В последнее десятилетие значительные экспериментальные и клинические ресурсы были отданы на разработку противораковых вакцин на основе ДК [19], [20]. Это привело к созданию многочисленных типов вакцин, которые различаются протоколами загрузки ДК антигенами или биохимическим манипулированием клетками. Например, один из типов вакцин подразумевает введение антигенов опухоли и их прямую доставку в ДК непосредственно в организме пациента.
Еще одна стратегия вакцинации, которая совсем недавно начала привлекать внимание, связана с естественными подмножествами дендритных клеток, которые могут быть выделены с помощью высокоэффективных магнитных гранул, покрытых антителами [21], [22]. Накопленные клинические данные говорят о том, что такие вакцины достигают многообещающей эффективности у пациентов с меланомой — долгосрочной выживаемости без прогрессирования (1-3 года) у 28% пациентов [22]. Те или иные разновидности вакцин применяют в зависимости от типа опухолевого заболевания и его стадии.
В целом эффективность вакцинации на основе ДК зависит от множества различных факторов, включая характер и источники антигенов, иммунологический статус пациента, тип вовлеченных рецепторов на ДК и подмножества специфических ДК, на которые осуществляется воздействие 26.
Важно отметить факт, что на май 2017 года только одна клеточная терапия с участием ДК лицензирована для лечения людей, а именно Sipulteucel-T (Provenge, США). C 2010 года Sipulteucel-T одобрен для лечения бессимптомного и минимально-симптоматического метастатического рака, а также рака предстательной железы 31.
Безопасность — наше все!
Безопасность противоопухолевых вакцин на основе ДК подтверждена и хорошо документирована во многих клинических исследованиях [32]. Местные реакции в виде зуда, сыпи или боли обычно мягкие и самоограничивающиеся. Они характерны и для других лечебных процедур. Случаются и системные побочные эффекты, связанные с заболеванием гриппом или другими инфекциями вследствие переброса защитных сил на опухолевый фронт.
Одной из особых проблем иммунотерапии является возможность развития аутоиммунитета. Это состояние, при котором иммунная система принимает собственные здоровые клетки организма за чужеродные и атакует их [33]. Однако стратегии противоопухолевой вакцинации дендритными клетками редко ассоциируются с тяжелой иммунной токсичностью. Ожидается, что иммунотерапия на основе ДК сохранит качество жизни пациентов с онкозаболеваниями на более высоком уровне.
Качество жизни является важным показателем при оценке новых противоопухолевых средств. Например, в работе Николая Леонарцбергера у всех 55 пациентов с таким типом рака, как карцинома почек, при иммунотерапии на основе ДК не было выявлено отрицательного влияния на качество жизни. Это выгодно отличается от других существующих методов лечения, вызывающих существенное токсическое действие [34].
Вместе с тем, отчетов о результатах изменения качества жизни пациентов после дендритной клеточной иммунотерапии недостаточно, что требует дальнейших исследований.
Перспективы
Разработка вакцин на основе дендритных клеток — весьма «горячая тема». Большинство исследователей используют ДК, подверженные воздействию опухолевой РНК, лизатов и антигенов опухолевых клеток. При этом многие научные работы проверяют введение вакцин на основе ДК в сочетании со стандартной химиотерапией или лучевой терапией [35]. В некоторых испытаниях тестируют комбинации вакцин и противовоспалительных препаратов.
Это позволяет надеяться на скорейшее внедрение новых эффективных методик иммунотерапии онкозаболеваний, которые позволят успешно бороться с различными типами рака.
Заключение
Ученые все чаще приходят к выводу о том, что иммунотерапия на основе дендритных клеток является достойным, безопасным и хорошо переносимым иммунотерапевтическим методом, который может вызывать иммунные реакции даже у пациентов с раком последней стадии. В последнее время разработано множество стратегий использования противоопухолевой активности ДК. Существует реальная необходимость в клинических исследованиях, демонстрирующих, что вакцины на основе дендритных клеток могут вызывать долговременные объективные ответы и улучшать долгосрочную выживаемость пациентов.
Общее развитие вакцин с ДК постоянно сталкивается со множеством препятствий. Помимо проблем с эффективностью вакцин, разработка терапии для клинического применения является финансово затратной, требует хорошо оснащенных современных лабораторий и наличия высококвалифицированных научных кадров, что позволило бы проводить многоцентровые клинические испытания последних фаз с участием большого количества пациентов.
В заключение хочется сказать, что иммунотерапия весьма перспективна и требует дальнейшего раскрытия своего потенциала. Речь идет не только о вакцинах на основе ДК, но и о многочисленных специфичных антителах и т.п. Онкология не обойдется без комбинирования различных методов терапии, традиционных и инновационных. С другой стороны, встает вопрос о доступности этих инновационных методик конкретно на местах лечения онкобольных.
В России сегодня иммунотерапия слабо развита, она не преобладает над стратегиями лучевой терапии и химиотерапии. В то же время в США и Израиле иммунотерапия развивается быстрее и уже активно используется в онкоцентрах как в качестве профилактических вакцин, так и для продления жизни тяжелобольных пациентов [37]. Иммунотерапия на основе дендритных клеток только начинает свою историю, в которую еще предстоит вписать лучшие страницы.
IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017
Антиген представляющие клетки (или антиген-презентирующие клетки - АПК; англ. antigen-presenting cells - APC) - это клетки, способные фагоцитировать, процессировать и представлять антигены и активировать специфичные к этим антигенам Т-лимфоциты, делая тем самым возможным последующее развитие иммунного ответа. Главными антигенпредставляющими клетками являются зрелые дендритные клетки и макрофаги [2, 4].
Затем дендритные клетки включают эпитоп в состав собственных молекул главного комплекса гистосовместимости (ГКГ, англ. - МНС) I-го и/или II-го классов и выносят образующиеся комплексы антигенных пептидов вместе с МНС на свою поверхность, потому что только в такой форме Т-лимфоциты могут распознать антиген. В лимфатических узлах происходит взаимодействие дендритных клеток с клонами Т-лимфоцитов, распознающих антигенные пептиды в комплексе с MHC, которые несет дендритная клетка [2, 4].
Процесс представления антигенного пептида Т-клеткам в составе молекул МНС называют презентаций антигена. Cреди Т-лимфоцитов обязательно находится клетка с соответствующим рецептором к данному антигену. В дальнейшем именно она будет проходить этап антигензависимой дифференцировки, пролиферировать и участвовать в иммунном ответе [3].
Таким образом, антигенпредставляющая функция дендритных клеток очень важна, потому что именно они обеспечивают активацию определенного Т-лимфоцита, тем самым запуская его антигензависимую дифференцировку и участие в специфической иммунной реакции.
Динамика фагоцитарной активности дендритных клеток, генерированных из клеток-предшественников костного мозга мышей / Ахматова Н.К., Лебединская О.В., Киселевский М.В. и др. // Современные наукоемкие технологии. - 2006. - № 6. - С. 65-66.
Общая и частная гистология: курс лекций / Четвертных В.А., Березина Е.А., Гуляева Н.И., Лебединская О.В.; ПГМУ им. Ак. Е.А. Вагнера; под редакцией проф. В.А. Четвертных; издание 3-е, исправленное и дополненное с учетом гистологической номенклатуры, Пермь. - 2017 - С. 60-69.
Читайте также: