Imunitní systém ve zdraví a nemoci Imunitní systém ve zdraví a nemoci2 Nádorová imunita doc. RNDr. Milan Číž, Ph.D. Imunitní systém ve zdraví a nemoci3 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) Nádorové transformace • poruchy regulace buněčného dělení • nekontrolovatelná proliferace • nesmrtelnost nádorových buněk • diseminace do jiných tkání • mutace v protoonkogenech a antionkogenech Imunitní systém ve zdraví a nemoci4 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 % Imunitní systém ve zdraví a nemoci5 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci6 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci7 Antigeny asociované s nádory 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci8 Antigeny asociované s nádory 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci9 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci10 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci11 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 priming a aktivace T-lymfocytů 3 2 1prezentace nádorových antigenů uvolňování nádorových antigenů transport T-lymfocytů k nádoru infiltrace T-lymfocytů do nádoru 5 lymfatická uzlina krevní céva 4 nádor 6 7 rozpoznání nádorových b. T-lymfocyty eliminace nádorových b. T-lymfocyty (upraveno podle BioProbes 77, 2018) Imunitní systém ve zdraví a nemoci12 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) Imunitní systém ve zdraví a nemoci13 Efektorové mechanismy protinádorové imunity Přímá destrukce nádorových buněk cytotoxickými CD8+ lymfocyty peptid MHC DC kostimulační ligand kostimulační receptor T lymfocyt aktivovaný T lymfocyt nádorové antigeny vazba peptidů na MHC prezentace na povrchu b. TCR rozpoznán í nádorové b. eliminace nádorové b. Imunitní systém ve zdraví a nemoci14 Efektorové mechanismy protinádorové imunity Lyze nádorových buněk protilátkami ve spolupráci s komplementem 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci15 Efektorové mechanismy protinádorové imunity Destrukce nádorových buněk NK lymfocyty (zejména u nádorů neexprimujících MHC I antigeny) NK buňka aktivovaná NK buňka normální buňka nádorová buňka aktivační receptor inhibiční receptor MHC-Iligand perforin granzymy eliminace Imunitní systém ve zdraví a nemoci16 Efektorové mechanismy protinádorové imunity Opsonizace nádorových buněk a následná destrukce fagocyty nádorová b. makrofág fagocytovat fagocytovat nefagocytovat nefagocytovat fagocytózažádná fagocytóza Imunitní systém ve zdraví a nemoci17 Efektorové mechanismy protinádorové imunity Subpopulace neutrofilů – N1 a N2 neutrofily (podle: Frontiers in Immunology, 2018) TGF-bIFN-a/b Imunitní systém ve zdraví a nemoci18 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) Imunitní systém ve zdraví a nemoci19 Mechanismy, kterými nádory unikají rozpoznání IS • 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 Imunitní systém ve zdraví a nemoci20 Lymfomy • nádorová onemocnění lymfatického systému (mízních uzlin a lymfatické tkáně v okolí sleziny, jater, střev a velkých krevních cév) • příznaky: • dlouhotrvající zvětšení mízních uzlin na krku, v podpaždí, tříslech • horečka nad 38 °C • nechutenství a následný úbytek hmotnosti • silné noční pocení • únava a malátnost • svědění kůže • suchý kašel a dýchavičnost • hlavní typy: • Hodgkinův lymfom (90 %) • non-hodgkinské lymfomy (10 %) Imunitní systém ve zdraví a nemoci21 Hodgkinův lymfom • maligní lymfogranulom • neznámá etiologie (genetická predispozice, porucha imunity, EBV, HIV) • diagnostikován mezi 20. a 30. rokem života, incidence znovu stoupá po 50. roce života • vzniká v lymfatických uzlinách, šíří se do sousedních uzlin a do systémové cirkulace • dobrá prognóza, asi 70–80 % pacientů se vyléčí • systémová léčba ve formě kombinované chemoterapie : ABVD (adriamycin, bleomycin, vinblastin, dekarbazin), BEACOPP (bleomycin, etoposid, adriamycin, cyclofosfamid, vinkristin, prokarbazin, prednison) • buňky Reedové-Sternberga (vzniklé mutací z B-lymfocytů) • velké dvojjaderné b. s eozinofilní cytoplazmou • CD30+, CD15+ (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) Imunitní systém ve zdraví a nemoci22 Hodgkinův lymfom • stádium I • postižení jedné lymfatické oblasti, nebo jednoho extralymfatického orgánu • stádium II • postižení dvou nebo více oblastí na jedné straně bránice • stádium III • postižení lymfatických uzlin na obou stranách bránice, i s extralymfatickým orgánem, nebo slezinou • stádium IV • diseminované postižení extralymfatických orgánů nezávisle na postižení uzlin (https://www.health-panel.com/) Imunitní systém ve zdraví a nemoci23 Non-hodgkinské lymfomy • 4 % nádorových onemocnění v ČR • 30 % primárně extranodální • incidence roste s věkem • časté postižení CNS • etiologie ve většině případů neznámá • germinální mutace • infekce (EBV, HIV, Helicobacter pylori, Borrelia burgdorferi) • chemické látky (organická rozpouštědla, barvy na vlasy, chemoterapeutika) • imunosuprese (transplantace orgánů) • autoimunitní onemocnění (SLE, Sjögrenův syndrom) Imunitní systém ve zdraví a nemoci24 Non-hodgkinské lymfomy • difúzní velkobuněčný B lymfom (DLBCL) • folikulární lymfom (FL) • lymfom z buněk plášťové zóny (MCL, Mantle Cell Lymphoma) PLÁŠŤOVÁ ZÓNA GERMINÁLNÍ CENTRUM (světlá zóna) mutace proliferace selekce B lymfocyt germinálního centra (tmavá zóna) MARGINÁLNÍ ZÓNA naivní B lymfocyt post-GCB paměťový B lymfocyt plazmatická buňka B lymfocyt naivní B lymfocyt (Frontiers in Genetics, 2019) Imunitní systém ve zdraví a nemoci25 Non-hodgkinské lymfomy • chromosomální translokace – např. t(14;18) u FL chromosom 14 chromosom 18 Bcl-2 Bcl-2 (https://intergenetics.eu/) Imunitní systém ve zdraví a nemoci26 Mnohočetný myelom • ~ maligní non-hodgkinský lymfom • způsoben proliferací plazmatických buněk a jejich akumulací v kostní dřeni v důsledku genetických mutací • 3-4 jedinci / 100 000 obyvatel / rok Zdravá kostní dřeň Mnohočetný myelom plazmatické buňky a normální Ab nekontrolovaná proliferace buněk myelomu, abnormální Ab neoplastická tranasformace Imunitní systém ve zdraví a nemoci27 Leukémie • zhoubná nádorová onemocnění krvetvorby (kmenové buňky začnou produkovat velké množství jednoho typu krvinek) • zmnožení nezralých bílých krvinek, které neplní svou normální funkci • vyskytují se v kostní dřeni, v krvi a někdy také v dalších orgánech • u většiny typů leukemií není známa příčina vzniku • rizikové faktory: kouření, radioaktivní záření, kontakt s některými chemickými látkami abnormální leukocyty normální krev leukemie leukocyty erytrocyty (https://www.gleneagles.com.sg/) Imunitní systém ve zdraví a nemoci28 Leukémie • Akutní lymfoblastická leukemie (ALL) • nejběžnější typ leukemie u malých dětí • Akutní myelogenní leukemie (AML). • vyskytuje se u dospělých i u dětí • nejběžnější typ akutní leukemie u dospělých • Chronická lymfocytární leukemie (CLL) • nejběžnější typ chronické leukemie u dospělých • Chronická myelogenní leukemie (CML) • vyskytuje se hlavně u dospělých • může být dlouhé bezsymptomatické období • Ostatní, vzácnější typy leukemií • vlasatobuněčná leukemie • myelodysplastický syndrom • ostatní myeloproliferativní onemocnění Imunitní systém ve zdraví a nemoci29 Protinádorová imunoterapie Cytokiny • IFN-a se využívá v terapii neuroendokrinních nádorů • růstové faktory se využívají pro podporu tvorby bílých a červených krvinek • prevence a léčba nežádoucích účinků onkologické léčby Imunitní systém ve zdraví a nemoci30 Protinádorová imunoterapie Monoklonální protilátky • početná skupina léků schopná vázat se na signální a regulační bílkoviny na povrchu nádorových buněk, čímž blokují signály pro růst a dělení, obnovují signály pro zánik nádorové buňky a aktivují imunitní reakci (Antibodies, 2020) ADCC cytotoxická granula NK blokáda receptorů blokáda ligandů apoptóza lýze makrofág komplement fagocytóza Imunitní systém ve zdraví a nemoci31 Protinádorová imunoterapie Inhibitory kontrolních bodů • monoklonální protilátky, které různými mechanizmy obnovují protinádorovou imunitu • reaktivace schopnosti imunitního systému rozpoznat a zlikvidovat nádorové buňky • terapie maligního melanomu, nemalobuněčného karcinomu plic, některých typů karcinomu ledviny či močového měchýře T-lymfocyt PD-1 anti-PD-1 anti-PD-1-L PD-1-Lantigen TCR PD-1-L PD-1 T-lymfocyt nádorová b. usmrcená nádorová b. AUTOIMUNITA nízká exprese RAKOVINA vysoká exprese růst nádoru zánět (Clinical Research and Trials, 2022) Imunitní systém ve zdraví a nemoci32 Protinádorová imunoterapie Profylaktické (preventivní) vakcíny • některé typy rakoviny, jako je rakovina děložního čípku a rakovina jater, jsou způsobeny viry (onkoviry) • vakcíny proti papilomavirům (virus HPV způsobuje vznik velkého procenta nádoru děložního čípku) • očkování proti hepatitidě významně snižuje riziko vzniku hepatocelulárního karcinomu Imunitní systém ve zdraví a nemoci33 Protinádorová imunoterapie Nádorové (terapeutické) vakcíny • terapeutické vakcíny se zaměřují na zabíjení existujících nádorů • BCG vakcína, která se při nádorovém postižení aplikuje přímo do močového měchýře • vakcína T-VEC se aplikuje přímo do nádorového ložiska u maligního melanomu vakcíny na bázi nukleových kyselinbuněčné vakcíny virové vakcíny peptidové vakcíny dendritické buňky nádorové buňky mRNA vakcíny DNA vakcínyviry jako vektory (Frontiers in Immunology, 2022) Imunitní systém ve zdraví a nemoci34 Protinádorová imunoterapie Využití TIL (tumor infiltrating lymphocytes) • lymfocyty izolované z nádoru pacienta • in vitro stimulace • cílem je aktivace utlumených cytotoxických buněk proti nádorovým antigenům vakcíny na bázi nukleových kyselin fragmentace nádoru izolace TIL aktivace expanse geneticky upravené nádorově specifické T-lymfocyty (https://www.illustratedcuriosity.com/health/) transfuze příjemci Imunitní systém ve zdraví a nemoci35 Protinádorová imunoterapie CAR-T lymfocyty • T buňky jsou modifikovány tak, aby rozpoznaly rakovinné buňky a zničily je vakcíny na bázi nukleových kyselin 1. Odběr a izolace T-lymfocytů z krve pacienta 2. Příprava CAR-T lymfocytů (inzerce genu pro CAR)3. Chemoterapie 4. Infuze CAR-T lymfocytů pacientovi (https://lymphoma-action.org.uk/) Imunitní systém ve zdraví a nemoci36 Protinádorová imunoterapie CAR-T lymfocyty • Chimerní antigenní receptory (CAR) • receptorové proteiny, které byly navrženy tak, aby T buňkám poskytly novou schopnost zaměřit se na specifický antigen • kombinují funkce vázající antigen a funkce aktivující T buňky TCR protilátka CAR transmembránová doména intracelulární doména (IJMS, 2020) Imunitní systém ve zdraví a nemoci37 Děkuji za pozornost