Молекулярные и клеточные механизмы формирования дендритными клетками противоопухолевого иммунного ответа

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ В настоящее время в терапии онкологических за- болеваний особое место занимают методы, основан- ные на активации иммунной системы. Среди множества подходов выделяется использование вакцин на основе дендритных клеток (ДК), способных запускать и поддерживать опухолеспецифический Т- и В-клеточный иммунный ответ [1]. ДК - это профессиональные антигенпредставляющие клетки (АПК), главная функция которых заключается в захвате чужеродных антигенов, их процессинге и презентации на клеточной поверхности в комплексах с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC) первого и второго типа наивным Т-клеткам. В результате такого взаимодействия происходят созревание и активация опухолеспецифических цитотоксических Т-лимфоцитов (ЦТЛ), способных проникать в места локализации опухоли, идентифицировать опухолевые клетки и уничтожать их. Помимо этого запускается ответ Т-хелперных клеток (Th-клеток) первого и второго типа, стимулирующий Т- и В-клеточные звенья противоопухолевого иммунного ответа. Дополнительная стимуляция секретируемыми ДК цитокинами способствует пролиферации клонов опухолеспецифических ЦТЛ. В на- стоящее время крайне актуальной представляется разработка вакцин на основе ДК, позволяющих эффективно лечить онкологические заболевания и преодолевать вызванные опухолью иммунодефицитные состояния. Известно, что микроокружение опухоли подавляет иммунную систему, за счет чего опухоль уходит от иммунного надзора. Опухоль и ее микроокружение продуцируют разнообразные цитокины и хемокины, препятствующие созреванию АПК и Т-лимфоцитов, что, в конечном итоге, приводит к подавлению функциональной активности Т-клеточного звена противоопухолевого иммунитета. Иммуносупрессия, обусловленная действием веществ, выделяемых опухолевым окружением, приводит к неэффективности стандартных подходов, применяемых при злокачественных новообразованиях. Поэтому в настоящее время актуальна разработка методов терапии опухолей, основанных на активации иммунной системы организма. Вакцины на основе дендритных клеток считаются одним из наиболее эффективных способов преодоления иммунодефицита с использованием собственных ресурсов организма. В обзоре рассмотрены происхождение ДК, их субпопуляции, молекулярные и клеточные механизмы активации дендритными клетками противоопухолевого иммунного ответа, а также противодействие опухоли и ее окружения способности дендритных клеток подавлять опухолевый рост. ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДК: СВЯЗЬ С ВРОЖДЕННЫМ И ПРИОБРЕТЕННЫМ ИММУНИТЕТОМ Основной задачей ДК, представленных во всех тканях организма, является опознавание чужеродных или собственных патогенных антигенов (АГ) и передача полученной информации клеткам приобретенного иммунитета (наивным Т-лимфоцитам) с помощью презентации АГ в комплексе с молекулами МНС на поверхности ДК. ДК - ключевые клетки, связывающие между собой древний низкоспецифичный врожденный и эволюционно новый высокоспецифичный приобретен- ный иммунитет. ДК происходят из костномозговых предшественников, общих для моноцитов, макрофагов и гранулоцитов - основных клеточных факторов врожденного иммунитета. ДК обладают общими с этими клетками свойствами, прежде всего способностью к фагоцитозу, т.е. к поглощению твердых частиц (клетки, апоптотические тельца, белки и др.). Действительно, практически все клетки врожденного иммунитета, за исключением эозинофилов и натуральных киллеров (NK), используют фагоцитоз в качестве одного из важных механизмов уничтожения мишеней (бактерий, чужеродных или собственных инфицированных или опухолевых клеток) [2]. ДК используют фагоцитоз наряду с пиноцитозом и рецептор-опосредованным эндоцитозом для поглощения АГ с целью последующего процессинга и презентации. Клетки врожденного иммунитета обладают неспецифическим механизмом распознавания своих мишеней при помощи рецепторов, идентифицирующих не отдельные молекулы (эпитопы АГ, как клетки приобретенного иммунитета Т-лимфоциты), а группы молекул, сигнализирующих о чужеродности или агрессивности их носителей [3]. Так, большинство клеток врожденного иммунитета содержат на своей поверхности лектины, распознающие концевые остатки сахаров протеогликанов. На клеточной поверхности ДК также представлено большое количество С-лектинов, прежде всего маннозных рецепторов (CD206), связывающих концевые остатки маннозы [4]. Маннозные рецепторы также широко экспрессируются макрофагами. Другое свойство, объединяющее ДК с клетками врожденного иммунитета, а именно, с фагоцитами (моноцитами и макрофагами), - их способность презентировать АГ в комплексах с молекулами МНС лимфоцитам. Однако ДК, будучи профессиональными АПК, в 10-100 раз более эффективно стимулируют Т-лимфоциты, чем другие АПК (моноциты, макрофаги, В-лимфоциты) [5-7]. Только ДК способны наиболее эффективно кросс-презентировать АГ, т.е. представлять экзогенные АГ в комплексах с молекулами МНС I CD8+ Т-лимфоцитам, запуская специфичный к таким АГ ответ ЦТЛ [8]. Кроме того, только ДК способны представлять АГ наивным Т-лимфоцитам в лимфоидных органах [9]. Другой клеточный фактор врожденного иммунитета - NK, имеющие лимфоцитарное происхождение, но отличающиеся от лимфоцитов приобретенного иммунитета более примитивным механизмом распознавания и единственным способом уничтожения клеток-мишеней - перфорин-зависимым цитолизом с участием перфорина и гранзима [3]. Показано, что ДК тесно взаимодействуют с NK, способны стимулировать пролиферацию и продукцию цитокинов NK, а также усиливать их цитотоксичность. Активированные NK, в свою очередь, играют большую роль в элиминировании незрелых толерогенных ДК. С другой стороны, NK могут вызывать созревание ДК и влиять на поляризацию Т-клеточных ответов. При узнавании мишени NK выделяют фактор некроза опухолей α (ФНО-α) и интерферон-γ (ИФН-γ), способствующие созреванию ДК и поляризации Т-хелперного ответа первого типа (Th1-ответа). Более того, эти цитокины способствуют усилению кросс-презентации АГ дендритными клетками Т-лимфоцитам. Таким образом, взаимосвязь ДК с NK имеет большое значение для формирования эффективного опухолеспецифического приобретенного иммунного ответа [10]. Для формирования антигенспецифического приобретенного иммунного ответа незрелые ДК выходят из костного мозга и по кровотоку мигрируют в периферические ткани. Там ДК захватывают чужеродные или свои АГ, процессируют их и выставляют на своей поверхности в комплексах с молекулами MHC I и MHC II. В то же время в периферических тканях на ДК действуют патогенные агенты и/или воспалительные цитокины, которые приводят к их со- зреванию. Зрелые ДК, нагруженные АГ, мигрируют в лимфатические узлы через афферентные лимфатические сосуды, где взаимодействуют с наивными CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитами [11, 12] (рис. 1). При взаимодействии с ДК наивные Т-лимфоциты могут дифференцироваться в антигенспецифические эффекторные Т-клетки с различными функциями. Так CD4+ Т-лимфоциты могут стать Т-хелперными клетками типа 1, 2 и 17, а также регуляторными Т-клетками (Тreg). Их главные функции заключаются в стимуляции цитотоксических Т-лимфоцитов, активации В-лимфоцитов, продуцирующих под их действием антитела, регуляции аутоиммунных и провоспалительных ответов, а также в подавлении функции других лимфоцитов соответственно. Наивные CD8+ Т-лимфоциты дифференцируются в ЦТЛ, способные специфически узнавать и уничтожать опухолевые клетки [13]. Таким образом, ДК способны как прямо, так и опосредованно специфически запускать, программировать и регулировать Т- и В-клеточный противоопухолевый иммунный ответ. Происхождение и субпопуляции ДК ДК представляют собой гетерогенную популяцию клеток, берущую начало от отдельной от других лейкоцитов гемопоэтической линии костномозговых предшественников [14]. Существует несколько субпопуляций ДК, различающихся происхождением, фенотипом, локализацией, путям миграции и функциям и, как результат, влиянием на врожденный и приобретенный иммунитет [15]. Эти субпопуляции можно объединить в две главные группы: классические ДК (кДК) и плазмацитоидные ДК (пДК). Предшественники ДК (преДК) Считается, что преДК берут начало от костномозговых предшественников, теряющих по мере созревания потенциал к развитию в клетки других типов. Данный процесс называется коммитированием. Наиболее ранними коммитированными преДК являются клональные общие миелоидные предшественники (CMP), обнаруженные и у мыши, и у человека [16] (рис. 2), дающие начало эритроцитам, гранулоцитам, мегакариоцитам, моноцитам, макрофагам, ДК и пДК [17, 18]. Предшественники кДК (пре-кДК), имеющие фенотип Lin-CD11c+MHC II+, покидают костный мозг и по кровотоку попадают в лимфоидные органы, где дифференцируются в лимфоидно-резидентные CD8+ и CD11b+ кДК. Они попадают также в такие нелимфоидные органы, как печень, почки, легкие и кишечник, где дают начало CD103+ и CD11b+ кДК [19, 20]. Таким образом, пре-кДК являются непосредственными предшественниками кДК, которые постоянно мигрируют из костного мозга на периферию для дифференцировки в кДК периферических тканей и резидентные ДК лимфоидных органов. Клетки Лангерганса отличаются от других субпопуляций ДК, поскольку самообновляются вне зависимости от костного мозга и дифференцируются из предшественников, заселивших кожу еще в пренатальном периоде [21]. Однако в условиях воспаления, когда популяция клеток Лангерганса сильно истощается, эти клетки могут развиваться из моноцитов крови [22]. Субпопуляции ДК Плазмацитоидные ДК. пДК - немногочисленная субпопуляция ДК (0.3-0.5% клеток периферической крови человека или клеток лимфоидных органов мыши), которая имеет сходное с классическими ДК происхождение, но отличается от них жизненным циклом. пДК накапливаются в основном в крови и лимфоидных органах и проникают в лимфатические узлы по кровотоку [14]. В пДК выявлен низкий уровень экспрессии MHC II и костимулирующих молекул. Для пДК мыши характерен фенотип CD11clowCD11b-CD45R/B220+ [23, 24], для пДК человека - Lin-CD11c-CD123(IL-3 Rα)+ [25]. Большинство пДК развиваются из общих костномозговых преДК (CDP), обладающих как дендритно-клеточным, так и лимфоидным потенциалом [26]. пДК называют клетками, продуцирующими интерфероны типа I (ИФН-α/β), поскольку они секретируют большие количества ИФН-α/β при взаимодействии патогенных нуклеиновых кислот с толл-подобными рецепторами (TLR3, TLR7, TLR8 и/или TLR9), которые экспрессируются в пДК [27-29]. В этом случае индуцируется развитие защитного иммунитета, поскольку ИФН-α/β усиливают кросс-презентирующую способность классических ДК, а также активируют такие иммунные клетки, как В- и Т-лимфоциты, и NK-клетки. Таким образом, активированные пДК играют важную роль во врожденном и приобретенном иммунном ответе [30]. В норме пДК мыши локализуются в лимфоидных органах и крови, а также в печени, легких и коже. У человека пДК обнаруживаются не только в печени и крови, но и в лимфоидных органах. Они могут мигрировать из лимфоидных органов по кровотоку в Т-клеточные зоны вторичных лимфоидных тканей и маргинальную зону селезенки. При патологических состояниях пДК покидают костный мозг, органы или кровяное русло и инфильтрируют воспаленные ткани, где взаимодействуют с сигналами опасности (чужеродными АГ, патогенными агентами и т.д.) и высвобождают большие количества интерферонов типа I [31]. Классические ДК. Классическими ДК (кДК) называются все ДК за исключением плазмацитоидных ДК. Их можно обнаружить в большинстве лимфоидных и нелимфоидных тканей. кДК способны обнаруживать повреждение тканей, захватывать собственные или чужеродные АГ, процессировать их и высокоэффективно презентировать антигены Т-лимфоцитам. Таким образом, кДК способны индуцировать иммунитет к любым чужеродным АГ, проникающим в ткани, а также запускать толерантность к собственным АГ. кДК конститутивно экспрессируют гемопоэтические маркеры CD45, MHC II, Flt3 и CD11c, а линейно-специфические маркеры Т- и В-лимфоцитов, натуральных киллеров, гранулоцитов и эритроцитов в них отсутствуют [14]. Классические ДК можно классифицировать по месту локализации на мигрирующие нелимфоидные кДК и лимфоидно-резидент- ные кДК, не покидающие лимфоидные органы всю жизнь. Классические ДК мыши. кДК нелимфоидных тканей составляют 1-5% клеток в зависимости от конкретного органа и состоят из двух субпопуляций: CD103+CD11b- и CD11b+ кДК (рис. 3). CD103+CD11b-кДК заселяют большинство соединительных тканей. Это главные АПК, способные более эффективно кросс-презентировать АГ наивным Т-лимфоцитам, чем другие субпопуляции ДК [32] (рис. 3). Как нелимфоидные, так и лимфоидно-резидентные CD11b+ кДК играют главную роль в презентации АГ с помощью молекул MHC II [33] (рис. 3). В эпидермальном слое кожи представлена третья субпопуляция кДК - клетки Лангерганса. Они составляют 2-4% от общего количества эпидермальных клеток [34] и характеризуются МНС IIlowCD11cmidCD207high. Клетки Лангерганса способны запускать противовирусный CD8+ Т-клеточный ответ против разнообразных вирусных патогенов, за исключением цитолитических вирусов, таких, как вирусы простого герпеса и осповакцины, поскольку они обладают способностью индуцировать апоптоз ДК, в том числе и клеток Лангерганса [35]. Резидентные кДК лимфоидных органов в основном состоят из двух субпопуляций - CD8+ и CD11b+ кДК [36] (рис. 3). CD8α+ ДК составляют 20-40% от кДК се лезенки и лимфатических узлов. CD11b+ ДК преоб ладают среди лимфоидно-резидентных популяций кДК во всех лимфоидных тканях за исключением тимуса. Эти клетки продуцируют высокие уровни хемокинов CCL17 и CCL22, привлекающие CD4+ Т-клетки [14]. Классические ДК человека. Главное отличие кДК человека от кДК мыши заключается в спектре по верхностных маркеров. кДК человека подразделя ются на кДК крови и нелимфоидных тканей, а также резидентные кДК лимфоидных тканей (рис. 4). кДК крови человека имеют фенотип Lin-MHC II+CD11c+ и представлены двумя субпопуляциями, экспрес сирующими неперекрывающиеся маркеры CD1c (BDCA1) или CD141 (BDCA3). Доминирующая суб популяция ДК периферической крови представлена клетками CD1c+, тогда как CD141+ ДК формируют короткоживущую популяцию [14] (рис. 4). К кДК нелимфоидных тканей относятся CD1a+CD14- ДК, CD1a-CD14+ ДК [37], отдель ная субпопуляция CD141+Flt3high ДК, берущая на чало от CD141+ ДК периферической крови [38]. К кДК нелимфоидных тканей относят также клет ки Лангерганса, экспрессирующие маркеры CD45, MHC II, молекулы адгезии эпителиальных кле ток (EpCAM) и лангерина CD207, а также CD1a [14] (рис. 4). Резидентные кДК лимфоидных тканей состо ят из субпопуляций CD1c+ и CD141+ кДК, име ющих сходство с ДК крови [38]. Клетки лим фатических узлов также включают клетки MHC IIhighCD11cmidEpCAM+CD1a+, клетки EpCAM- CD1a+ и клетки CD206+, классифицированные как мигрирующие клетки Лангерганса, мигрирую щие кожные CD1a+ ДК и кожные CD14+ ДК соответ ственно [39] (рис. 4). Большинство кДК тимуса чело века имеют фенотип CD11c+CD11b-CD45ROlow, у них отсутствуют миелоидные маркеры, представленные на CD141+ ДК. ФУНКЦИИ ДК Презентация антигенов ДК с помощью молекул MHC II Профессиональные АПК, такие, как ДК, макрофа ги и В-лимфоциты, характеризуются прежде все го высоким уровнем экспрессии молекул МНС II на клеточной поверхности. Практически все субпопуляции ДК способны поглощать экзогенные АГ, процессировать и представлять их в комплексах с молекулами МНС II CD4+ Т-лимфоцитам и запу скать Т-хелперный иммунный ответ разного типа. Для эффективного запуска Т-хелперного ответа по мимо комплексов МНС II-АГ ДК необходимо при сутствие на поверхности клеток костимулирующих и адгезионных молекул (CD80, CD86, CD40 и др.), а также синтез таких цитокинов, как IL-12, ИФН-γ (Th1-ответ), IL-4 (Th2-ответ) или IL-23 (Th17-ответ) [40] (рис. 1, 5). На рис. 5 представлены события презентации экзогенных АГ ДК с помощью MHC II. Молекула МНС II представляет собой гетеродимер, состоящий из двух гомогенных пептидов, α- и β-цепей, кото рые собираются в эндоплазматическом ретикулу ме (ЭПР) и соединяются с инвариантной цепью (Ii) (рис. 5). Комплексы МНС II/Ii транспортируются в поздние эндосомы, называемые компартментами МНС II (MIIC). Транспорт регулируется двумя ди лейциновыми мотивами, расположенными на цито плазматическом конце инвариантной цепи, которые узнаются сортировочными адапторами АР1 (адаптор транс-комплекса Гольджи) и АР2 (адаптор плазма тической мембраны). АР2-зависимый эндоцитозный путь транспорта молекул МНС II с плазматической мембраны к MIIC преобладает у незрелых ДК, тогда как АР1-зависимый транспорт из транс-Гольджи ха рактерен для зрелых ДК [41]. В MIIC инвариантная цепь отщепляется от моле кулы МНС II с помощью протеаз катепсинов S и L, причем в пептидсвязывающей бороздке МНС II оста ется ассоциированный с классом II пептид Ii (CLIP). Для обмена CLIP на высокоаффинный антигенный пептид молекулам МНС II необходим белок-шаперон H2-DM у мыши или HLA-DM у человека. Следует отметить, что при презентации АГ с помощью моле кул МНС II ДК используют вакуолярный путь про цессинга АГ, где захваченные белки расщепляются на пептиды с помощью лизосомальных протеаз. Образующиеся комплексы МНС II/пептид транс портируются в везикулах к плазматической мембра не с помощью быстрого микротрубочкового транспор та с участием моторных белков динеина (входящий транспорт) и кинезина (исходящий транспорт), а так же медленного транспорта с участием актомиозино вых моторных белков. Эффективность презентации АГ с помощью моле кул МНС II находится в обратной зависимости от (1) чувствительности белковых АГ к деградации, а так же от (2) концентрации и активности протеолитиче ских ферментов в поздних эндосомах. ДК отличаются от других фагоцитирующих клеток (например, макро фагов) значительно более низким уровнем экспрессии лизосомальных протеаз, а также сниженным уровнем их протеолитической активности. Это связано с высо ким уровнем рН эндосомных компартментов, что об условлено низкой активностью V-АТР-азы и повы шенной активностью NADPH-оксидазы 2 [42]. Кросс-презентация АГ с помощью молекул MHC I Кросс-презентацией называют презентацию экзо генных АГ с помощью молекул МНС I, что необходи мо для запуска цитотоксического CD8+ Т-клеточного ответа (рис. 6). ДК - это уникальные АПК, поскольку только они способны кросс-презентировать АГ наи вным CD8+ Т-лимфоцитам [8]. Эта способность необ ходима для иммунного надзора и позволяет иммун ной системе идентифицировать опухоли и вирусы, не инфицирующие ДК. Следует отметить, что не все субпопуляции ДК обладают способностью к эффек тивной кросс-презентации. У мыши наиболее эффек тивными являются мигрирующие CD103+CD11b- ДК и резидентные CD8+CD11b- ДК лимфоидных органов [32], у человека - CD141+ ДК [14]. Молекулы МНС I экспрессируются всеми клет ками, содержащими ядро. Основная функция мо лекул MHC I в клетках - презентация собственных АГ клеткам иммунной системы с целью передачи сигнала о том, что это не чужеродная клетка, а соб ственная клетка организма. Молекула МНС I пред ставляет собой гетеродимерный белок, состоящий из полиморфной тяжелой цепи и легкой цепи, назы ваемой β2-микроглобулином. Полиморфизм тяжелой цепи обеспечивает разнообразие пептидсвязываю щих полостей на молекулах МНС I, что позволяет уз навать уникальные антигенные пептиды благодаря различиям в якорных остатках, к которым они при крепляются [41]. Молекулы МНС I собираются в ЭПР и перед при соединением пептидов удерживаются там благода ря взаимодействию с белками-шаперонами, такими, как кальнексин, кальретикулин, ERp57, PDI и та пазин. Гетеродимеры МНС I неустойчивы, и в от сутствие подходящего пептида легко диссоциируют в физиологических условиях. Антигенные пептиды для кросс-презентации, прошедшие процессинг, транспортируют ся ТАР-белками к молекулам МНС I в ЭПР. Пептидсвязывающая полость в MHC I вмещает в себя пептиды длиной от 8 до 10 аминокислотных остатков в зависимости от гаплотипа МНС. Пептиды прикрепляются к якорным последовательностям в молекуле МНС I преимущественно с помощью N- и C-концевых аминокислотных остатков, а так же с участием некоторых боковых цепей внутри молекулярных остатков [43]. Связывание пептида с молекулой МНС I приводит к стабилизации вза имодействия между тяжелыми и легкими цепями МНС I, высвобождению шаперонов, после чего пол ностью собранный комплекс MHC I/пептид может покинуть ЭПР для презентации на клеточной по верхности. Этот механизм не позволяет «пустым» молекулам MHC I транспортироваться на плазматическую мембрану и взаимодействовать там с эк зогенными АГ. Пептиды и молекулы MHC I, кото рые не связались в ЭПР, возвращаются в цитозоль для деградации [44]. Процессинг АГ и образование комплексов с МНС I Существует два основных механизма процессинга АГ при кросс-презентации - вакуолярный и цито зольный, которые могут действовать как по отдель ности, так и одновременно в зависимости от типа кросс-презентируемого АГ. Вакуолярный путь процессинга АГ. При вакуоляр ном пути процессинга АГ кросс-презентируемые АГ процессируются и связываются с молекулами МНС I внутри эндосом/фагосом. Одним из механизмов счи тается участие шаперона CD74 в транспортиров ке вновь синтезированных молекул МНС I из ЭПР в эндоцитозные компартменты в ДК [45]. В фагосоме в процессинге АГ для кросс-презентации участву ет цистеиновая протеаза катепсин S [46]. Кроме того, в синтез кросс-презентируемых пептидов в цито зольном пути процессинга АГ вовлечена регулиру емая инсулином аминопептидаза IRAP, родственная аминопептидазам ERAP1 и ERAP2 ЭПР [47, 48]. Цитозольный путь процессинга АГ. Цитозольный путь играет главную роль в процессинге АГ ДК [46]. Показано, что блокирование вакуолярного пути про цессинга АГ слабо ингибирует кросс-презентацию и даже может усиливать ее, тогда как ингибито ры протеасомы и транспорта белков в комплекс Гольджи (лактацистин и брефелдин А соответствен но) полностью подавляют способность ДК кросс презентировать АГ CD8+ Т-лимфоцитам [49]. При цитозольном пути АГ транспортируют ся из фагосом в цитозоль, где процессируются для кросс-презентации подобно эндогенным АГ пу тем протеасомного протеолиза. Механизм транспор та АГ из эндосом в цитозоль не до конца установ лен. Предполагается, что в нем может участвовать ЭПР-ассоциированная машина деградации (ERAD машина), в частности, входящие в ее состав белки SEC61 и р97 [50]. Транслокация АГ, захваченных ДК с помощью маннозных рецепторов, контролирует ся убиквитинированием цитозольных участков МР. Белок р97, являющийся АТР-азой, привлекается к мембране эндосом/фагосом взаимодействием с по лиубиквитинированными МР [51]. Альтернативным механизмом выхода АГ из эндосом в цитозоль может быть простая дестабилизация мембраны эндосомы активными формами кислорода, которые эффектив но продуцируются в эндоцитозных компартментах ДК [52]. После выхода в цитозоль АГ подвергаются про теасомному процессингу с участием как стандарт ной протеасомы, так и иммунопротеасомы [53, 54]. Антигенные пептиды, генерируемые протеасомой и/или иммунопротеасомой, транспортируются в просвет ЭПР с помощью белков ТАР, где гидро лизуются терминальной аминопептидазой ERAP1 до пептидов подходящей длины для нагрузки моле кул МНС I и дальнейшей кросс-презентации CD8+ Т-лимфоцитам. Кросс-дрессинг ДК Помимо прямой презентации и кросс-презентации экзогенных АГ, существует дополнительный ме ханизм презентации АГ, называемый кросс дрессингом, когда ДК захватывают готовые ком плексы МНС I/антигенный пептид из мертвых опухолевых клеток. Кросс-дрессинг опосредуется се кретируемыми экзосомами, а также трогоцитозом - процессом, в результате которого происходит обмен участками клеточных мембран и мембранных белков между клетками. Это позволяет ДК презентировать непосредственно захваченные АГ без дальнейшего процессинга. В отличие от кросс-презентации АГ, при которой активируются CD8+ ЦТЛ, направленные на пептиды, процессированные ДК, кросс-дрессинг способствует активации CD8+ Т-лимфоцитов, специфичных к пептидам, генерированным самой опухо левой клеткой, что может усиливать антигенную специфичность противоопухолевого иммунного от вета. В кросс-дрессинге способны принимать участие CD8α+/CD103+ ДК, активированные и наивные CD8+ Т-лимфоциты и CD8+ Т-клетки памяти [55-57]. Индукция функции кросс-презентации ДК Функция кросс-презентации приобретается на по следнем этапе созревания ДК при стимуляции ми кробными продуктами, например TLR-лигандами, или такими цитокинами, как гранулоцитарно-ма крофагальный колониестимулирующий фак тор (ГМ-КСФ). Поэтому эффективная кросс презентация характерна для субпопуляций периферических ДК при воспалении и инфекции. CD8+CD103- ДК, выделенные из селезенки нор мальной мыши, были малоэффективными в кросс презентации АГ с помощью молекул МНС I в среде в отсутствие лигандов TLR и цитокинов, но эффек тивно презентировали АГ с помощью молекул МНС II [58]. Для запуска кросс-презентации требовались до полнительные активационные факторы, что указыва ет на регулируемость этого свойства CD8+ ДК. TLR-лиганды не только активируют созревание CD8+ ДК, но и способствуют увеличению уровня ко стимулирующих и адгезионных молекул на их по-верхности, а также могут влиять на процессинг АГ CD8+ ДК и усиливать кросс-презентацию АГ [58]. Помимо таких микробных продуктов, как TLR лиганды, функция кросс-презентации у ранних предшественников CD8+ ДК может индуцироваться ГМ-КСФ. В нормальном состоянии ГМ-КСФ про дуцируется на низком уровне, но при инфекции или воспалении его продукция резко возрастает. Индукция функции кросс-презентации ДК под дей ствием ГМ-КСФ не сопровождается увеличением экспрессии стандартных маркеров активации ДК - МНС II, CD80, CD86 или CD40, однако повышается экспрессия ключевого маркера мигрирующих ДК - CD103. Механизм индукции кросс-презентации у CD8+ ДК под действием этих факторов не до конца ясен, по-видимому, он может заключаться в усилении про теасомной активности ДК, индукции транспорта бел ков ТАР к ранним эндосомам или усилении транс порта АГ из ранних эндосом в цитозоль [58]. При отсутствии «сигналов опасности» в нормаль ном состоянии кросс-презентация является важным механизмом индукции и поддержания толерантно сти, направленной на собственные АГ. Так, CD8+ ДК тимуса обладают способностью к кросс-презентации в нормальных условиях и участвуют в уничтожении развивающихся аутореактивных Т-клеток [58]. Презентация липидных антигенов ДК с помощью молекул CD1 Презентация липидных АГ с помощью молекул CD1 представляет путь стимуляции Т-лимфоцитов, не зависимый от МНС I и II. По своему строению бел ки СD1 похожи на МНС I, поскольку представляют собой гетеродимер, состоящий из тяжелой цепи CD1, нековалентно связанной с β2-микроглобулином. ДК человека экспрессируют пять белков CD1: CD1a, CD1b, CD1c, CD1d и CD1e, тогда как у мыши на ДК экспрессируется всего лишь один белок - CD1d. Строение и функции данных белков имеют неко торые отличия, однако их общая главная функ ция - презентировать антигены липидной природы Т-лимфоцитам [59]. С участием CD1а, CD1b, CD1c и, возможно, CD1d происходит презентация Т-лимфоцитам микроб ных липидных и липопептидных антигенов, таких, как миколовая кислота, фосфатидилинозитолман нозид, липоарабиноманнан, дидегидроксимико бактин и др. Кроме того, CD1d, а в некоторых слу чаях и CD1а, CD1b, CD1c способны представлять собственные липидные антигены. Т-лимфоциты опознают комплексы CD1-антиген с помощью Т-клеточных рецепторов (ТСR), практически не от личающихся по своему строению от ТCR, взаимодей ствующих с комплексами МНС-антиген. Отобранные с помощью CD1 ТСR, распознающие чужеродные антигены, способны различать даже небольшие из менения в структуре гидрофильной группы липид ного антигена [59]. Полученные таким образом Т-лимфоциты прини мают участие в иммунных реакциях против бакте риальных (Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa, Borrelia burgdorferi и др.), паразитарных (Leishmania major, Trypanosoma cruzi, Trypanosoma gondii и др.), вирусных (вирус простого герпеса типа 1 и 2, вирус Kоксаки В3, вирус гепатита В и др.) и гриб ковых (Cryptococcus neoformans) инфекций [59]. Уход опухоли от иммунного надзора путем подавления функций ДК Известно, что многие виды опухолей содержат функ ционально аномальные ДК [60-62]. Более того, пря мое подавление пролиферации и дифференцировки Т-лимфоцитов опухолью или опухолевым окруже нием и подавление дифференцировки ДК считают ся важным механизмом ухода опухоли от действия иммунной системы. В этой части обзора рассмотрено неблагоприятное действие опухоли и ее окружения на функциональную активность ДК, приводящее к подавлению специфической активации эффектор ных CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов. Опухолевая строма Важным компонентом, обеспечивающим сопротивле ние опухоли иммунной системе, является опухолевая строма. Строма состоит из фибробластов, эндотели альных клеток, а также компонентов внеклеточного матрикса и воспалительного инфильтрата, локали зующегося внутри опухолевой стромы, в состав ко торого входят, в частности, спинномозговые супрес сорные клетки миелоидного происхождения (MDSC) и опухолеспецифические макрофаги (TAM) [63, 64]. Клетки стромы продуцируют множество факто ров, включая цитокины, хемокины, факторы роста, гормоны, простагландины, соли молочной кислоты и ганглиозиды, способствующих подавлению опос редованного ДК ответа эффекторных CD4+ и CD8+ Т-клеток и индукции Тreg [65, 66]. Кроме того, опи саны прямые химические или ферментативные вза имодействия между продуктами лейкоцитов и кло нами опухолеспецифических Т-лимфоцитов, как, например, нитротирозилирование Т-клеточных ре цепторов и молекул CD8, что приводит к ослаблению противоопухолевых функций Т-лимфоцитов [67]. Механизмы подавления функций ДК опухолью Существует несколько механизмов подавления или даже «выключения» функций ДК опухолью. Во-вению (инфильтрации) ДК и преДК в опухолевую ткань. Однако, согласно некоторым данным, боль шинство опухолей инфильтрированы даже большим количеством ДК, чем нормальные ткани [68, 69]. Это объясняется тем, что опухолевые клетки могут про дуцировать такие хемокины, как MIP-3α, «выбороч но хемотаксичные» именно для незрелых ДК, экс прессирующих рецептор CCR6 к MIP-3α [69]. Во-вторых, опухоль может подавлять созрева ние инфильтрирующих незрелых ДК, что может привести к развитию Т-клеточной толерантности. Действительно, в лейкоцитарном инфильтрате опу холей определенного типа обнаружено повышение экспрессии костимулирующих молекул макрофага ми и ДК, однако способность таких ДК презентиро вать АГ значительно ослаблена [61, 70]. В-третьих, фагоцитоз и процессинг в ДК рас творимых опухолевых АГ могут быть подавлены или полностью блокированы. Так в ДК, полученных от больных раком почки, наблюдалось снижение эф фективности поглощения АГ [68]. Ингибирование фа гоцитоза ДК часто связывают с секрецией фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), одного из важней ших иммуносупрессорных цитокинов, продуциру емых опухолью [71]. В нескольких работах показа на взаимосвязь между повышенным уровнем VEGF в сыворотке онкологических больных и количеством и функциональностью циркулирующих ДК [72, 73]. Установлено, что блокада VEGF приводит к увели чению захвата АГ и миграционной способности опу холеспецифических ДК [71]. В-четвертых, может быть снижена миграционная активность ДК, что рассматривается как еще один механизм ухода опухоли от иммунного ответа [66]. Действительно, такие цитокины и ростовые факторы, как IL-10, TGF-β, VEGF [61], также хорошо сверх экспрессируются в опухолевой ткани, как факто ры-хемоаттрактанты MIP-3α/CCL20 [69]. С другой стороны, в опухолевой ткани представлены такие факторы, как например, ганглиозиды, ингибирую щие миграцию ДК. Оба механизма могут регулиро вать рекрутирование и миграцию ДК в опухолевое окружение. В-пятых, на подавление функций ДК и прогрессию опухоли влияет воспаление, часто сопровождающее злокачественные новообразования [74]. Медиаторы воспаления могут вырабатываться как самими опу холевыми клетками, так и клетками предопухолевой стромы, в состав которой входят различные популя ции лейкоцитов, в частности, супрессорные клетки миелоидного происхождения [63] и опухолеспецифи ческие макрофаги [64]. Медиаторы воспаления могут вызывать лейкопению и влиять на ангиогенез, а так же на выживаемость опухолевых клеток, их подвиж ность и хемотаксис [75]. Сверхэкспрессия белка STAT3 опухолевыми клетками влияет на экспрессию нескольких имму носупрессорных цитокинов, включая IL-10 и TGF-β, супрессирует Th1-ответ, снижает экспрессию кости мулирующих молекул и молекул MHC II, активиру ет экспрессию TGF-β в ДК. Опухолевая прогрессия также коррелирует с накоплением незрелых ДК, ко торые индуцируют пролиферацию Treg в инфиль трированных опухолью лимфоузлах. В-шестых, показана роль экзосом, секретиру емых опухолевыми клетками, с помощью которых опосредуются разнообразные эффекты на иммуно компетентные клетки, в том числе и на ДК [76, 77]. Экзосомы опухолевых клеток способны подавлять иммунную систему с помощью нескольких механиз мов, включая снижение количества ДК и подавление их функций, ослабление пролиферации и цитоток сичности натуральных киллеров и Т-лимфоцитов, а также увеличение количества иммуносупрессор ных клеток (MDSC и Тreg) [76, 77]. Воздействуя на ДК, опухолевые экзосомы способ ствуют усилению фосфорилирования STAT3 и экс прессии IL-6 и снижают таким образом как актив ность, так и количество ДК путем ингибирования дифференцировки CD14+ моноцитов в незрелые ДК. Более того, в этом случае CD14+ клетки дифферен цируются в HLA-DR-/low клетки, синтезирующие TGF-β, который ингибирует функции Т-лимфоцитов [76]. Роль опухолевого окружения в подавлении функций ДК Цитокины и ростовые факторы при опухолевой прогрессии. Макрофагальный колониестимулиру ющий фактор (М-КСФ) и IL-6 - важные факторы, вовлеченные в дифференцировку моноцитов [78, 79] и подавляющие дифференцировку ДК [80] путем увеличения экспрессии рецепторов к М-КСФ па раллельно со снижением количества α-рецепторов к ГМ-КСФ в преДК. Подобные явления характерны и для IL-10, продуцируемого клетками опухолей [81, 82]. In vitro IL-10 ингибирует дифференцировку, со зревание и функциональную активность ДК [83-85], переключая дифференцировку в макрофагальную сторону [86]. Другим фактором роста, секретируемым множе ством опухолей в условиях гипоксии, является VEGF. Уровень VEGF как в сыворотке крови, так и в опухо левой ткани коррелирует с опухолевой прогресси ей [87, 88]. Показано, что in vitro VEGF ингибирует развитие ДК из CD34+ предшественников [89]. Более того, после воздействия VEGF в ДК снижена продук ция IL-12, а также способность стимулировать ал логенные Т-клетки [90]. VEGF ингибирует развитие ДК, увеличивая количество незрелых миелоидных клеток [91]. Влияние гипоксии при опухолевой прогрессии на функции ДК. Для микроокружения опухоли ха рактерно низкое содержание кислорода (гипоксия), обусловленное сниженной микроциркуляцией крови в опухолевой ткани [92]. Гипоксия опухоли связа на с опухолевой прогрессией, устойчивостью к ра дио- и химиотерапии [93], а также c изменениями фенотипа макрофагов [94, 95]. В условиях гипоксии ДК имеют нормальный уровень экспрессии поверх ностных маркеров и цитокинов, но их миграцион ная активность подавлена [96, 97]. Физиологический ответ на гипоксию обусловлен действием фактора HIF (hypoxia induced factor), индуцируемый в клет ке в условиях гипоксии [98, 99]. К генам-мишеням HIF относятся гены, кодирующие VEGF-A, Glut-1 (переносчик глюкозы 1) и LDH (лактатдегидроге наза) [100]. Изоформа LDH-5 лактатдегидрогеназы, трансформирующая молочную кислоту в пируват с самой медленной скоростью среди ферментов сво его типа, не только сверхэкспрессируется во мно жестве опухолей, но также связана с агрессивным фенотипом опухолевых клеток [101]. Высокая экс прессия этого изофермента приводит к накоплению молочной кислоты в опухолевых клетках и микро окружении. Влияние измененного метаболизма опухолевых кле ток на функции ДК. Хорошо известно, что метабо лизм опухолевых клеток отличается от метаболизма нормальных клеток. Опухолевые клетки производят энергию преимущественно с помощью очень актив ного гликолиза с последующим образованием молоч ной кислоты, а не посредством медленного гликолиза и окисления пирувата в митохондриях с использо ванием кислорода как в большинстве нормальных клеток. Этот феномен, названный «аэробным глико лизом», или «эффектом Варбурга» (впервые описан Отто Варбургом), ведет к увеличению продукции мо лочной кислоты [102]. В опухолях с высоким уровнем молочной кислоты уровень лактатдегидрогеназы повышен по сравне нию с нормальной тканью [103], в некоторых опухо лях детектируется даже изофермент LDH-5 [101, 104]. При немелкоклеточном раке легкого или аде нокарциноме кишечника подобную сверхэкспрессию связывают с неблагоприятным прогнозом [101, 104]. В 60-75% случаев рака кишечника высокая экспрес сия LDH-5 строго коррелирует с высокой экспрес сией VEGF-R2 (KDR/Flk-1) [105]. Молочная кислота является важным фактором, влияющим на ДК, кото рый может способствовать уходу опухоли от иммун ного ответа. Молочная кислота оказывает как негативное, так и положительное влияние на формирование Т-клеточного иммунного ответа [106, 107]. Натриевая соль молочной кислоты и метаболиты глюкозы по давляют фенотипическое и функциональное созре вание ДК, что коррелирует с подавлением активации NF-κB [108]. Под действием молочной кислоты из меняется экспрессия АГ в человеческих ДК моно цитарного происхождения и снижается секретор ный потенциал ДК [109]. Молочная кислота может также прямо ингибировать CD8+ Т-клетки [110]. Внеклеточный ацидоз приводит к накоплению мо лочной кислоты в опухолевой ткани. В нескольких работах описано неблагоприятное воздействие кис лых значений рН на функции Т-лимфоцитов и нату ральных киллеров [111-113]. Хотя некоторые иссле дователи отмечали улучшение захвата АГ ДК мыши при ацидозе, а также повышение эффективности ин дукции специфических ЦТЛ [114]. Помимо молочной кислоты на функции ДК способ ны влиять и другие метаболиты опухолевых клеток. Синтез метаболитов арахидоновой кислоты (проста ноидов), включая простагландин и тромбоксан, ка тализируется циклооксогеназами-1 и -2 (COX-1/2) [115]. Экспрессия циклооксигеназ изменена во мно гих видах опухолей, таких, как рак толстой кишки, молочной железы, легкого и яичников, а также ме ланома [116-118]. Экспрессия COX-2 обнаружена в опухолевых клетках и в клетках опухолевой стро мы [115]. Помимо прямого влияния на рост опухоли, апоптоз, межклеточные взаимодействия и ангиоге нез, простаноиды подавляют противоопухолевый им мунный ответ организма [118], в частности, за счет ингибирования дифференцировки и функции ДК. Так Sombroek C.C. и соавт. обнаружили ингибиру ющий эффект простаноидов и IL-6 на дифференци ровку ДК из CD34+ предшественников и моноцитов [119]. Ганглиозиды - производные липидов, синтези руемые опухолевыми клетками, также подавляют противоопухолевый иммунный ответ [120-122], ин гибируя дифференцировку гемопоэтических клеток [120]. Некоторые типы опухолей (нейробластома, ре тинобластома, меланома, рак печени и толстого ки шечника), а также лимфомы характеризуются ано мальным составом ганглиозидов [123, 124], что может быть связано с гипоксией [125]. Ганглиозиды ухудша ют созревание и миграционную активность клеток Лангерганса [126], ингибируют дифференцировку, созревание и функции ДК [127]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Накопленные за последние десятилетия знания о происхождении и функционировании дендритных клеток позволили разработать принципы онкоимму нологии, основанные на привлечении собственных иммунных клеток организма для противостояния злокачественным заболеваниям. Однако при мно гих видах опухолей наблюдали подавление самого важного звена иммунной системы, инициирующего развитие специфического противоопухолевого отве та, - дендритных клеток. Подобное избегание иммун ного надзора приводило к ослаблению компонентов как врожденного иммунитета, таких, как макрофаги, так и специфического иммунитета - Т-клеточных звеньев. В связи с этим становится очевидным, что при разработке противоопухолевых вакцин на основе дендритных клеток большое внимание следует уделять их активации/созреванию; типу опухолеспецифического антигена, используемого для нагрузки дендритных клеток; дополнительным конструкциям, кодирующим костимулирующие молекулы, для повышения эффективности пре зентации опухолевого антигена; методам доставки антигена в дендритные клетки, обеспечивающим максимальный уровень процессинга и презентации антигена в комплексах с MHC I и MHC II. Решение этих задач поможет создать протоколы получения дендритно-клеточных вакцин для эффективного ле чения пациентов с опухолями различного происхождения.

Об авторах

O. В. Марков

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: markov_oleg@list.ru
Россия

Н. Л. Миронова

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: mironova@niboch.nsc.ru
Россия

В. В. Власов

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: markov_oleg@list.ru
Россия

M. A. Зенкова

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: markov_oleg@list.ru
Россия

Список литературы

Дополнительные файлы