Protinádorová imunita doc. RNDr. Milan Číž, Ph.D. ÚEB PřF MU Oddělení fyziologie a imunologie živočichů (OFIŽ) milan.ciz@sci.muni.cz Bi6727 Imunopatologie Credit: Steve Gschmeissner (Frontiers in Oncology, 2021) Úvod Organismus se za normálních okolností brání proti proliferaci nádorových buněk a tvorbě nádorů různými mechanismy specifické i nespecifické imunity. • spontánní regrese nádorů • regrese metastází po odstranění primárního nádoru • infiltrace nádorů lymfocyty a makrofágy • proliferace lymfocytů v mízních uzlinách • zvýšená incidence nádorů při imunosupresi, u imunodeficiencí, při stárnutí Nádorové buňky jsou rozpoznávány na základě antigenů (antigeny specifické pro nádory a antigeny asociované s nádory), které vyvolávají indukci protinádorové imunitní odpovědi. Protinádorová imunita Typy nádorů • karcinom – epiteliální tkáně (žlázy s vnitřní sekrecí, prsa, kůže, urogenitální trakt, trávicí soustava, dýchací systém) - ~ 90 % • lymfom, myelom – onemocnění lymfatických uzlin a sleziny, nadměrná produkce lymfocytů - ~ 5 % • leukémie – onemocnění kostní dřeně, nadměrná produkce leukocytů - ~ 3 % • sarkom – nádory pevných tkání (svaly, kosti, chrupavka), embryonální mezodermální původ - ~ 2 % Protinádorová imunita Etiologie nádorů • transformace zárodečných buněk (dědičné nádory) - < 10 % • transformace somatických buněk (nedědičné nádory) - > 90 % Environmentální faktory • UV záření (nádory kůže) • chemické látky (nádory plic) • patogeny (rakovina děložního krčku, nádory žaludku) Protinádorová imunita Nádorové transformace • poruchy regulace buněčného dělení • nekontrolovatelná proliferace • nesmrtelnost nádorových buněk • diseminace do jiných tkání • mutace v protoonkogenech a antionkogenech Protinádorová imunita Antigeny specifické pro nádory (Tumor-specifické antigeny, TSA) • exprimovány pouze nádorovými buňkami • vznikají: • nádorově specifickými mutacemi • abnormálními post-translačními modifikacemi proteinů • změna struktury proteinů mění jejich antigenní vlastnosti • abnormální formy glykoproteinů (např. snížená glykosylace mucinů produkovaných nádorovými buňkami u nádorů prsu a pankreatu) • jako antigeny kódované virovými onkogeny • proteiny kódované genomy virů indukujících nádorovou transformaci • klíčové pro deregulaci proliferace infikovaných buněk • lokalizovány v jádře a málo exprimované na povrchu buněk MHC receptory • klonální amplifikací • nekontrolovaná amplifikace určitého klonu T nebo B lymfocytů v případě lymfomů • vznik extrémního množství daného idiotypu TCR nebo BCR, případně cirkulujících monoklonálních protilátek Protinádorová imunita Antigeny specifické pro nádory (Tumor-specifické antigeny, TSA) Bodové mutace vedoucí ke vzniku nádorů Protinádorová imunita normální b. nádorová b. nádorová b. prezentace vlastních peptidů na MHC vznik nových epitopů rozpoznatelných T lymfocyty vazba nových peptidů na MHC Antigeny asociované s nádory (Tumor-asociované antigeny, TAA) • běžnější • prezentovány nádorovými i normálními buňkami • exprese v různém časovém období, různá síla exprese • onkofetální antigeny • α-fetoprotein (AFP) • karcinoembryonální antigen (CEA) • lidský choriogonadotropin (hCG) • nadměrná exprese fyziologicky exprimovaných molekul • MelanA • Her2Neu Protinádorová imunita Antigeny asociované s nádory (Tumor-asociované antigeny, TAA) abnormální exprese antigenů nádorovými buňkami Protinádorová imunita normální b. nádorová b. nádorová b. prezentace vlastních peptidů na MHC reaktivace genů zárodečných buněk v nádorové buňce – prezentace nových antigenů pro imunitní systém nadměrná exprese vlastních proteinů v nádorové buňce – změna prezentace antigenů T lymfocyty Antigeny asociované s nádory (Tumor-asociované antigeny, TAA) Onkofetální antigeny • normálně exprimovány v časných etapách ontogeneze (fetální období) • produkovány samotným plodem nebo placentou • v postnatálním období exprimovány zpravidla v souvislosti s nádorovým onemocněním • charakteristické pro méně diferenciované (malignější) nádory Protinádorová imunita Antigeny asociované s nádory (Tumor-asociované antigeny, TAA) Onkofetální antigeny α-fetoprotein (AFP) • glykoprotein (α1-globulin) • produkován fetálními játry a žloutkovým váčkem • hlavní protein fetálního séra, difunduje do fetální moči, vylučován do amniotické tekutiny • typický marker hepatocelulárního karcinomu Protinádorová imunita HCC (upraveno podle Cancers, 2021) 3 000 000 [ng/ml] fetální sérum mateřské sérum Hladiny AFP v těhotenství [týdny gestace] porod (upraveno podle Cancers, 2021) Antigeny asociované s nádory (Tumor-asociované antigeny, TAA) Onkofetální antigeny Karcinoembryonální antigen (CEA) • rodina asi 36 glykoproteinů na povrchu membrán buněk orgánů ektodermálního původu • běžně produkován v epiteliálních buňkách během fetálního vývoje • ovlivňuje buněčnou adhezi • nepřímý imunosupresivní vliv na T-lymfocyty • karcinom tlustého střeva Protinádorová imunita extracelulární intracelulární buněčná membrána (upraveno podle www.semanticscholar.org) Imunoeditace nádorů • imunitní systém interaguje s buňkami nádoru • složky adaptivní i vrozené imunity • eliminovány klony nádorových buněk rozpoznávané imunitním dozorem • selektovány klony, které jsou rezistentnější k imunitnímu systému • nádorové buňky se poté dají hůře eliminovat a jsou méně imunogenní • imunoeditace se dělí na tři fáze: • eliminace • imunitní systém zabíjí nádorové buňky, potlačení nádoru • nádorové buňky mutují a získávají schopnost vyhnout se imunitnímu dozoru • rovnováha • imunitní systém sice neničí veškeré nádorové buňky, ale nádor zatím neroste • únik • hromadění dalších mutací • nádor získává převahu nad imunitním dozorem, začne růst a ustanoví imunosupresivní prostředí Protinádorová imunita Imunoeditace nádorů Protinádorová imunita eliminace rovnováha únik imunitní reakce ochrana genetická nestabilita karcinogeny UV záření patogeny  p53  Ras IFNg perforin TRAIL (upraveno podle Immunity, 2004) Nádorové mikroprostředí • nádorové b. produkují TGF-β > konverze CD4+ T-lymfocytů do Treg (navození imunosupresivního mikroprostředí) • nádorové b. produkují specifické cytokiny (např. CSF) > tvorba myeloidních supresorových buněk (MDSC) • heterogenní populace (prekursory dendritických b., monocytů, neutrofilů) • imunosupresivní účinky na T-lymfocyty, dendritické b., makrofágy • produkce imunosupresivních TGF-β a IL-10 • produkce TGF-β and IL-10 tumor-asociovanými mákrofágy • fenotyp alternativně aktivovaných M2 makrofágů • aktivace prostřednictvím TH2 cytokinů (IL-4 a IL-13) • imunosuprese, podpora nádorového růstu, angiogeneze • exprese neklasických MHC-I na povrchu nádorových b. • HLA-G indukuje tvorbu Treg, MDSC, polarizaci makrofágů do alternativně aktivovaných M2 makrofágů Protinádorová imunita Imunitní dozor (immune surveillance) • imunitní systém identifikuje a eliminuje nádory • nádorové b. exprimují antigeny, které imunitní systém rozpoznává jako nevlastní > imunitní odpověď a eliminace nádorových b. • nádorové b. využívají různé strategie, jak uniknout imunitnímu dohledu a aby se vyhnuly reakci imunitního systému Protinádorová imunita priming a aktivace T-lymfocytů 3 2 1prezentace nádorových antigenů uvolňování nádorových antigenů transport T-lymfocytů k nádoru infiltrace T-lymfocytů do nádoru 5lymfatická uzlina krevní céva 4 nádor 6 7 rozpoznání nádorových b. T-lymfocyty eliminace nádorových b. T-lymfocyty (upraveno podle BioProbes 77, 2018) Efektorové mechanismy protinádorové imunity • lyze nádorových buněk protilátkami ve spolupráci s komplementem • opsonizace nádorových buněk a následná destrukce fagocyty • produkce cytokinů (INF-γ a TNF-α) indukující zvýšení MHC I a MHC II a aktivaci imunokompetentních buněk • protilátkami zprostředkovaná ztráta adheze mezi nádorovými buňkami • přímá destrukce nádorových buněk cytotoxickými CD8+ lymfocyty • protilátkami zprostředkovaná buněčná cytotoxicita • destrukce nádorových buněk NK lymfocyty (zejména u nádorů neexprimujících MHC I antigeny) Protinádorová imunita Efektorové mechanismy protinádorové imunity Přímá destrukce nádorových buněk cytotoxickými CD8+ lymfocyty Protinádorová imunita peptid MHC DC kostimulační ligand kostimulační receptor T lymfocyt aktivovaný T lymfocyt nádorové antigeny vazba peptidů na MHC prezentace na povrchu b. TCR rozpoznání nádorové b. eliminace nádorové b. Efektorové mechanismy protinádorové imunity Lyze nádorových buněk protilátkami ve spolupráci s komplementem Protinádorová imunita B1 B2přirozené IgM adaptivní IgM aktivace komplementuneutralizace eliminace nádoru fagocytóza NK buňky Breg lymfocyty T lymfocyty prezentace antigenů neutralizující B lymfocyty angiogeneze rozvoj nádoru IgM IgG Efektorové mechanismy protinádorové imunity • Destrukce nádorových buněk NK lymfocyty (zejména u nádorů neexprimujících MHC I antigeny) Protinádorová imunita NK buňka aktivovaná NK buňka normální buňka nádorová buňka aktivační receptor inhibiční receptor MHC-I ligand perforin granzymy eliminace Efektorové mechanismy protinádorové imunity Opsonizace nádorových buněk a následná destrukce fagocyty Protinádorová imunita nádorová b. makrofág fagocytovat fagocytovat nefagocytovat nefagocytovat fagocytózažádná fagocytóza Efektorové mechanismy protinádorové imunity Subpopulace neutrofilů – N1 a N2 neutrofily Protinádorová imunita (podle: Frontiers in Immunology, 2018) Efektorové mechanismy protinádorové imunity Subpopulace neutrofilů – N1 a N2 neutrofily • normální zralé neutrofily z periferie vcestovávají do nádorové tkáně – N1 fenotyp (protinádorová aktivita) • nezralé neutrofily uvolňované z kostní dřeně (G-MDSC) vcestovávají do nádorové tkáně – N2 fenotyp (pronádorová aktivita) Protinádorová imunita Mechanismy, kterými nádory unikají rozpoznání imunitním systémem • nízká imunogenicita - snížená exprese klasických MHC-I, adhezivních molekul, pomocných receptorů • navození tolerance - prezentace nádorových antigenů bez přítomnosti kostimulačních receptorů • snížená exprese nádorových antigenů - protilátky proti nádorovým antigenům indukují jejich endocytózu a degradaci • indukce imunosuprese - produkce imunosupresivních cytokinů (TGF-β, IL-10) a jiných imunosupresivních látek nádorovými buňkami • mechanická bariéra - faktory sekretované nádorovými buňkami vytváří fyzickou bariéru Protinádorová imunita Děkuji za pozornost