Shutterstock
Sposób ich działania opiera się wyzwoleniu odpowiedzi limfocytów T o pełnej mocy, co stymuluje te komórki odpornościowe do niszczenia guzów.
Niektóre badania wykazały, że leki te działają lepiej u pacjentów, których guzy zawierają bardzo dużą liczbę zmutowanych białek. Naukowcy twierdzą, że jest tak, ponieważ białka tego typu swoją obecnością zapewniają limfocytom T liczne cele ataku.
Jednakże, u co najmniej 50 proc. pacjentów, których guzy charakteryzują się wysoką gęstością mutacji (ang. tumor mutational burden, TMB), inhibitory punktów kontrolnych w ogóle nie działają.
Nowe badanie MIT oferuje potencjalne wytłumaczenie, dlaczego tak jest. W badaniu na myszach, badacze odkryli, że pomiar różnorodności mutacji w obrębie guza przynosił dużo bardziej precyzyjne (niż przy pomiarze zbiorczej liczby mutacji) przewidywania na temat tego, czy leczenie okaże się skuteczne.
Informacja ta, jeśli zostanie potwierdzona w badaniach klinicznych, mogłaby pomóc lekarzom lepiej determinować, którzy pacjenci mogliby odnieść korzyści ze stosowania inhibitorów punktów kontrolnych.
"Mimo, że w odpowiednich warunkach są bardzo potężne, terapie inhibitorami punktów kontrolnych nie są efektywne u wszystkich pacjentów z rakiem. Praca ta objaśnia rolę genetycznej heterogeniczności raka w ustalaniu efektywności tych sposobów leczenia."
- Tyler Jacks, profesor w dziedzinie biologii, Centrum Leczenia Nowotworów Davida H. Kocha, członek Koch Institute for Cancer Research, MIT
Jacks, Peter Westcott, niegdysiejszy habilitant MIT w laboratorium Jacksa, będący dziś adiunktem w Cold Spring Harbor Laboratory, a także Isidro Cortes-Ciriano, lider grupy badawczej w EMBL's European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), są głównymi autorami artykułu, który pojawił się dziś w „Nature Genetics".
Różnorodność mutacji
Na przekroju wszystkich typów raka, niewielki procent guzów charakteryzuje wysoka wartość zwana gęstością mutacji (ang. tumor mutational burden, TMB), co oznacza, że zawierają one dużą liczbę mutacji w każdej komórce. Podgrupę tych guzów cechują defekty powiązane z odtwarzaniem uszkodzonego DNA, najczęściej w systemie naprawczym znanym jako system naprawy błędnie sparowanych zasad azotowych.
Jako że guzy te mają tak wiele zmutowanych białek, wierzy się, że są dobrymi kandydatami do leczenia immunoterapią, ponieważ stanowią dostatek potencjalnych celów ataku dla limfocytów T. W ciągu ostatnich kilku lat agencja FDA zatwierdziła inhibitor punktów kontrolnych o nazwie pembrolizumab, który aktywuje limfocyty T poprzez blokowanie białka zwanego PD-1, w celu wyleczenia kilku typów guza o wysokim TMB.
Późniejsze badania pacjentów otrzymujących ten lek ujawniły natomiast, że więcej niż połowa z nich nie zareagowała dobrze lub wykazała wyłącznie krótkotrwałą odpowiedź, mimo że ich guzy charakteryzowała wysoka wartość gęstości mutacji. Ekipa MIT rozpoczęła prace, których celem było odkrycie, dlaczego niektórzy pacjenci reagują na terapię lepiej niż inni, poprzez skomponowanie mysich modelów badawczych, które precyzyjnie odzwierciedliłyby ewolucję guzów z wysokim TMB.
Takie mysie modele noszą mutacje w genach odpowiedzialnych za rozwój raka w okrężnicy oraz płucach, a także mutację, która wyłącza w tych guzach system naprawy zasad azotowych, w miarę jak zaczynają się one rozwijać. Gdy badacze potraktowali myszy inhibitorami punktów kontrolnych, zdziwili się, odkrywszy, że żadna z nich nie zareagowała dobrze na leczenie.
„Zweryfikowaliśmy to, że wykonywaliśmy bardzo efektywną dezaktywację ścieżki naprawy DNA, co doprowadzało do wielu mutacji. Guzy wyglądały dokładnie tak jak ludzki rak, ale nie były bardziej penetrowane przez limfocyty T, i nie reagowały na immunoterapię" – mówi Westcott.
Badacze odkryli, że ów brak reakcji zdaje się być wynikiem fenomenu znanego jako heterogeniczność komórek wewnątrz guza. Termin ten oznacza, że, mimo iż w guzach jest wiele mutacji, to każda komórka w guzie ma tendencję do posiadania mutacji odmiennych niż te obecne w w większości innych komórek. W rezultacie, każda indywidualna mutacja rakowa jest subklonalna, co oznacza, że jej ekspresja następuje w niewielkiej części komórek. (Mutacja „klonalna" to taka, której ekspresja zachodzi we wszystkich komórkach.)
W dalszych eksperymentach badacze eksplorowali zmienianie heterogeniczności guzów płuc u myszy. Odkryli, iż przy guzach o mutacjach klonalnych, inhibitory punktów kontrolnych były bardzo efektywne. Jednakże, wraz ze zwiększaniem heterogeniczności poprzez wymieszanie komórek guza z różnymi mutacjami, odkrywali, że leczenie stawało się mniej efektywne.
„To pokazuje nam, że heterogeniczność komórek wewnątrz guza zakłóca odpowiedź immunologiczną, a naprawdę silne odpowiedzi na inhibitory punktów kontrolnych pojawiają się wtedy, gdy ma się do czynienia z guzem klonalnym" – mówi Westcott.
Nieudana aktywacja
Zdaje się, że ta słaba odpowiedź limfocytów T ma miejsce, ponieważ limfocyty T zwyczajnie nie widzą wystarczająco dużo żadnego typu konkretnego rakowego białka – antygenu – by doszło do ich aktywacji, mówią badacze. Gdy badacze wszczepili myszom guzy zawierające subklonalne poziomy białek, które normalnie powodują silną odpowiedź immunologiczną, limfocytom T nie udało się osiągnąć wystarczającej siły, by zaatakować guz.
„Mogą zatem istnieć te potężnie immunogenne komórki guza i w innych warunkach powinno to prowadzić do zaawansowanej reakcji limfocytów T, ale przy tym niskim, klonalnym odsetku pozostają one całkowicie w ukryciu, a układowi odpornościowemu nie udaje się ich rozpoznać" – mówi Westcott. „Nie ma wystarczająco antygenu, który miałyby rozpoznać limfocyty T, nie są więc one wystarczająco wstępnie przygotowane i nie nabywają zdolności zabijania komórek guza".
By zobaczyć, czy odkrycia te można przełożyć na przypadki ludzkich pacjentów, badacze przeanalizowali dane z dwóch niewielkich badań klinicznych osób, które leczono inhibitorami punktów kontrolnych przy raku jelita grubego bądź żołądka. Po analizie sekwencji guzów pacjentów, odkryli oni, iż pacjenci, których guzy były bardziej homogeniczne, lepiej reagowali na leczenie.
„Nasza wiedza na temat raka cały czas się wzmacnia, a to przekłada się na lepsze rezultaty u pacjentów" – mówi Cortes-Ciriano. „Wskaźniki przeżywalności u pacjentów, u których zdiagnozowano raka, znacznie poprawiły się w ostatnich 20 latach, dzięki zaawansowanym badaniom i analizom klinicznym. Wiemy, że rak każdego pacjenta jest inny i będzie wymagał dostosowanego podejścia. Personalizowana medycyna musi uwzględniać nowe badania, które pomagają nam zrozumieć, dlaczego terapie antynowotworowe działają w przypadku niektórych pacjentów, a nie wszystkich".
Odkrycia wskazują również na to, że leczenie pacjentów lekami, które blokują system naprawy błędnie sparowanych zasad azotowych, z nadzieją wygenerowania zróżnicowanych mutacji, które mogłyby być atakowane przez limfocyty T, może nie pomagać i może być szkodliwe, mówią badacze. Jeden lek tego typu przechodzi teraz testy kliniczne.
"Jeśli chce się wywołać mutacje istniejącego już raka, gdzie mamy już liczne komórki rakowe w pierwotnym ognisku oraz inne, które mogły rozproszyć się po całym ciele, może dojść do stworzenia superheterogenicznego zbioru genomów rakowych. My wykazaliśmy, że przy tak znacznej heterogeniczności komórek wewnątrz guza, odpowiedź limfocytów T charakteryzuje się tym, że są one zdezorientowane i ciało w ogóle nie reaguje na terapię inhibitorami punktów kontrolnych" - mówi Westcott.
Badanie zostało ufundowane dzięki (głównemu) Grantowi Wsparcia Instytutu Kocha z US National Cancer Institute, the Howard Hughes Medical Institute oraz dzięki Damon Runyon Fellowship Award.