CC BY
265
Игорь Юрьевич Малышев1
МАТРИЧНОЕ РЕПРОГРАММИРОВАНИЕ ИММУННЫХ КЛЕТОК И РОЛЬ ЕГО НАРУШЕНИЯ В ПАТОГЕНЕЗЕ ОПУХОЛЕЙ
1 Профессор, д. м. н., заведующий, кафедра патофизиологии лечебного факультета ГБОУ ВПО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А. И. Евдокимова (127473, РФ, г. Москва, ул. Делегатская, д. 20/1); заведующий, лаборатория стресса и адаптации НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН (125315, РФ, г. Москва, ул. Балтийская, д. 8)
Адрес для переписки: 127473, РФ, г. Москва, ул. Делегатская, д. 20/1,
ГБОУ ВПО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А. И. Евдокимова, кафедра патофизиологии лечебного факультета, Малышев Игорь Юрьевич; e-mail: [email protected]
В обзоре представлена концепция матричного репрограммирования клеток. Быстрая реакция им-муннитета основана на том, что при появлении патогена иммунные механизмы воспроизводятся с пред-существующей иммунной матрицы. В «ячейках» этой матрицы находятся иммунные клетки. В ходе иммунного ответа происходит взаимное репрограммирование фенотипа этих клеток — «матричное репрограммирование». Целью матричного репрограммирования иммунных клеток является восстановление гомеостаза, нарушенного патогеном. Структура иммунной матрицы соответствует структуре гомеостатического механизма. Нарушение в любом из звеньев этого механизма приводит к неспособности иммунитета восстанавливать гомеостаз. Именно это происходит при развитии опухоли. Опухоль трансформирует гомеостатический механизм матрицы в разные проопухолевые программы: ангиогенеза, выживания, инвазии и метастазирования. Отсюда важный для клиники вывод: терапия опухолей должна быть направлена на восстановление гомеостатического механизма иммунной матрицы. В настоящее время мы разрабатываем клеточную биотехнологию, основанную на этом подходе.
Ключевые слова: опухоль, макрофаги, иммунитет, репрограммирование.
Сокращения
АПК антигенпрезентирующая клетка
АФК активные формы кислорода
НК натуральный киллер
CTL (cytotoxic T lymphocytes) цитотоксические
лимфоциты EGF эпидермальный фактор роста
IFN-у интерферон у
IL интерлейкин
М1 и М2 фенотипы макрофагов
MDSC (myeloid-derived suppressor cells) супрессоры
миелоидного происхождения MHC (major histocompatibility complex) главный
комплекс гистосовместимости MMP матриксные металлопротеиназы
NO оксид азота
ТАМ (tumor-associated macrophages) опухоль-ассо-
циированный макрофаг TGF-P трансформирующий фактор роста в
TNF-a фактор некроза опухоли a
Treg регуляторная Т-клетка
© Малышев И. Ю., 2012 УДК 616-006-018:612.017.1
Каждый день на человека действуют разные патогенные факторы. Это микробы, канцерогены и переданные от родителей мутации. Для организма жизненно важно быстро восстанавливать нарушенный в этих случаях гомеостаз. Поэтому в ходе эволюции выработана иммунная система, которая обнаруживает и удаляет патогенный фактор. При этом эволюция пошла по пути определенной клеточной специализации. За обнаружение микробов отвечают макрофаги, которые для этой цели имеют распознающие рецепторы; за передачу антигенного сигнала эффекторным системам отвечают АПК, у которых для этого имеются молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС); за удаление микробов и опухолевых клеток отвечают главным образом НК, Т- и В-лимфоциты.
Быстрая реакция иммунной системы основана на том, что каждый раз при появлении нового патогена иммунные механизмы не создаются заново, а воспроизводятся, как бы считываются, с некой биологической матрицы. Другими словами, появление нового патогена инициирует выполнение вполне определенной программы последующих событий, нацеленных на эффективное удаление патогенного фактора. В этом случае поведение иммунной системы имеет некое сходство с матричным программи-
рованием электронных устройств, при котором нажатие одной кнопки может включать блоки различных функций. Это дает нам основание ввести понятие иммунной матрицы. Иммунную матрицу можно определить как шаблон биологического механизма взаимодействия иммунных клеток в ответ на появление патогенного фактора в целях удаления этого фактора и восстановления гомеостаза. В специализированных «ячейках» такой матрицы находятся разные иммунные клетки: макрофаги М0, М1 и М2, НК, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, АПК, Тгед, С1Ъ, ТЪ0-, ТЫ- и ТЬ2-клетки и В-лимфоциты (рис. 1). Понятие «иммунная матрица» может помочь конкретизировать клеточный состав и клеточные взаимосвязи при развитии адекватного и нарушенного иммунного ответа на самые разные патогенные факторы.
В ходе иммунного ответа клетки могут менять свой фенотип; например, макрофаги в начале воспаления имеют провоспалительный фенотип М1, а в конце — противовоспалительный фенотип М2. Процесс смены фенотипа клетки получил название «репрограммирование». В литературе для обозначения процесса смены фенотипа также часто используют термины «поляризация» и «альтернативный фенотип». Однако эти термины подразумевают выбор из двух состояний, и с самого начала исследователи чувствовали, что это не отражает истинного положения. Поэтому очень скоро появились обозначения для дополнительных фенотипов М2а, М2Ь, М2с и понятие «континуума» [1; 2], т. е. непрерывности изменений фенотипа. Ни в одной статье не описано истинно полярных фенотипов. Оказалось, что не существует ма-
Эозино-
фил
Базо-
фил
і
Патоген
любой
Нейтро-
фил
ПК
і
Патоген
- В-клетка «т
паразит \
М2
М0
макрофаг
М1
В, Б, ОК
Врожденный иммунный ответ
Тгед
АПК
008+
Т- клетка
-Ч—
011
Патоген
паразит
-Ч—
ТИ2
00 4+ ТИ0
ТИ 1
В, Б, ОК
Адаптивный иммунный ответ
^ - і ’=.0.0 -ОХс^
.0 I-ш ®
ф Ш
‘"Е® [
Ё < I- то £ I \о ■ сз 5 \
' §3
Рисунок 1. Иммунная матрица, шаблон биологического механизма взаимодействия иммунных клеток в ответ на появление патогенного фактора с целью удаления этого фактора и восстановления гомеостаза. Патогенные факторы: бактерии (Б), вирусы (В), опухолевые клетки (ОК) и внеклеточные паразиты.
крофагов, которые имели бы только маркеры фенотипа М1 и не имели бы маркеров фенотипа М2, и наоборот.
Термин «репрограммирование» дает более правильное представление о сути изменений фенотипа клетки в ходе развития иммунного ответа и может отражать процесс формирования любого реального фенотипа клетки, тогда как термины «поляризация» и «альтернативность» — только противоположных, которых, строго говоря, в природе не существует. Поэтому в этом обзоре мы будем пользоваться главным образом термином «репрограммирование».
Смена фенотипа одного типа клеток влияет на фенотип других клеток матрицы. Например, макрофаги М1 способствуют программированию клеток ТШ в фенотип ТЫ, а макрофаги М2 — в фенотип ТЬ2. После этого ци-токины ТЫ могут усиливать программирование М1, а цитокины ТЬ2 — фенотипов М2. Такой процесс поступательно-возвратного репрограммирования клеток иммунной матрицы мы обозначили термином «матричное репрограммирование». Понятие «матричное репрограммирование» позволяет лучше понять принципы работы иммунной системы и механизмы ее нарушения. Мы использовали такой подход применительно к опухолям.
МАТРИЧНОЕ РЕПРОГРАММИРОВАНИЕ МАКРОфАГОВ И Т-КЛЕТОК: ОСНОВА ПЛАСТИЧНОСТИ ИММУНИТЕТА И ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ защиты Клетки иммунной матрицы и их репрограммирование при адекватном врожденном и адаптивном ответе Сенсорными клетками, которые обнаруживают патогенные микробы или опухолевые клетки, являются макрофаги. При встрече с вирусами или бактериями макрофаги продуцируют провоспалительные цитокины ^-12, ^-15, ^-23, ^-1Р, 1Ь-6, ТОТ-а и разные хемокины [3] (рис. 2). Хемокины привлекают в фокус воспаления нейтрофилы, НК, Т-лимфоциты CD4+ (ТШ) и Т-лимфоциты CD8+ (Т-клетки) [4]. ^-12 и ТОТ-а, действуя на НК и макрофаги, увеличивают секрецию этими клетками Ш№у, который еще больше стимулирует продукцию ^-12 и TNF-а макрофагами и усиливает их фагоцитарные и бактерицидные свойства.
тм
Адагі тні ііііи огвчі СТІ.
I
і тли
тпо
1Ь4,1ыа л-50
М'І
М2
\ ВрОЖДенНЫЙ ответ * _ _
і , |Г * * гвиштогш«
V - п т-^-у г\
" жишима
НК НоЯгр&фцп ЭДэНчСфйЛ б№№фИЛ7
Рисунок 2. Функционально-клеточная организация врожденного и адаптивного (приобретенного) иммунных ответов. Объяснение в тексте.
Важная роль НК во врожденном иммунном ответе определяется их цитотоксичностью против опухолевых клеток. Цитотоксичность НК обусловлена выделением IFN-y, перфорина и гранзима [5]. Кроме того, благодаря выделению IFN-y НК могут стимулировать бактерицидную активность макрофагов. НК также участвуют в запуске адаптивного ответа. Они стимулируют созревание новых дендритных клеток и удаляют старые [6], продуцируют цитокины, которые влияют на Th-клетки CD4 + и T-клетки CD8+ [7; 8].
Когда макрофаги встречаются с внеклеточными паразитами — грибами или гельминтами, макрофаги се-кретируют преимущественно противовоспалительные цитокины, такие, как IL-10, IL-13 и TGF-ß [9] и разные хемокины [3]. Эти хемокины привлекают ThO-лимфоциты, эозинофилы и базофилы, продуцирующие IL-4 и IL-13 [10]. IL-4 и IL-13 еще больше стимулируют макрофаги к секреции IL-10 [10], который снижает продукцию про-воспалительных цитокинов [11], АФК и NO [12] и таким образом угнетает бактерицидные свойства макрофагов.
Реакции макрофагов, НК, нейтрофилов, базофилов и эозинофилов на патогенные микробы или опухолевые клетки знаменуют собой развитие врожденного иммунного ответа и первую волну программирования фенотипа макрофагов. При этом фенотип, формирующийся при действии внутриклеточных микробов и/или IFN-y, получил название M1, а фенотип, формирующийся при действии внеклеточных паразитов и/или IL-4 и IL-13, — M2 [13].
Для успешного уничтожения микроба или опухолевой клетки макрофаги и АПК запускают адаптивный иммунный ответ либо по клеточному типу, либо по гуморальному типу.
Клеточный иммунитет опосредован Ш-клетками и CTL. АПК могут представлять на свою поверхность антигены микробов и опухолевых клеток с помощью молекул MHC. MHC-II представляет антиген для ThO-клеток CD4 + , а MHC-I — для Т-клеток CD8+ (см. рис. 2). Макрофаги М1 и их провоспалительные цитокины способствуют дифференцировке ThO-клеток CD4+ в Th1-клетки, а Т-клеток в CTL. ТЫ-клеточный ответ обезвреживает вирусы, бактерии и опухолевые клетки. CTL разрушают инфицированные клетки за счет выделения цитотоксических молекул и IFN-y. Известно, что CTL обладают наибольшей эффективностью в обнаружении и уничтожении опухолевых клеток.
Гуморальный иммунитет опосредован П2-клетшми и В-лимфоцитами. Антигены внеклеточных паразитов, макрофаги М2 и их противовоспалительные цитокины потенцируют развитие ThO-клеток в ^2-клетки [14]. ^2-гуморальный ответ обезвреживает внеклеточных паразитов и токсины за счет высвобождения IL-4, который способствует активации В-клеток и усилению продукции антител.
Таким образом, в ходе адаптивного ответа происходит зависимое от макрофагов программирование ThO-клеток в Th1 или Th2, а Т-клеток — в CTL.
ТЫ-клетки и CTL продуцируют провоспалительные цитокины, которые, действуя на макрофаги, еще больше поляризуют их в сторону фенотипа М1, а ^2-клетки продуцируют противовоспалительные цитокины, которые еще больше поляризуют макрофаги в сторону фенотипа
М2 [13]. Таким образом, происходит вторая возвратная волна программирования макрофагов (см. рис. 2).
Макрофаги М1 имеют округлую форму и продуцируют большое количество провоспалительных цитокинов, NO и АФК [3; 13], которые обусловливают бактерицидную активность макрофагов. Маркерами М1 являются рецептор IL-2 и рецептор МАРКО (MAcrophage Receptor with COllagenous structure), CD80, CD86, CCR7, CXCL10, TLR-2, TLR-4, CD16, CD32, CD62, IL-1R1, CD127, IL-15R, IL-17R [3]. Клетки M1 интегрированы в ответы Th1 и CTL, которые убивают бактерии, вирусы и опухолевые клетки [13].
Макрофаги М2 имеют фибробластоподобную форму и продуцируют много противовоспалительных цитокинов [3], но меньшее, чем М1, количество АФК и NO. Маркерами М2 являются маннозный рецептор, CD163, FceRII, дектин-1, CD209, DCIR, CLACSF13, FIZZ1, ST2, фагоцитарные рецепторы SR-A и M60, CXCR4, CD184, TRAIL, IL-1Ra [3]. Клетки M2 интегрированы в ^2-ответ, который убивает внеклеточных паразитов, регулируют воспаление, способствуют ремоделированию и репарации поврежденных тканей, а также ангиогенезу и опухолевому росту [3].
Макрофаги, Th-клетки и CTL имеют рецепторы для микробных и опухолевых антигенов. Однако у незначительной части Th-клеток и CTL могут иметься рецепторы и к антигенам нормальных клеток. Это может привести к аутоиммунным заболеваниям. Чтобы этого не происходило, Treg CD4+CD25+ при необходимости подавляют иммунные реакции на собственные антигены [15]. Treg могут ингибировать пролиферацию и функции Т-клеток CD4+ и CD8+ [15], НК [16], B-клеток [17], дендритных клеток [18] и макрофагов [19].
Treg могут ингибировать клетки благодаря прямому контакту [15; 20], секреции иммунносупрессивных цитокинов TGF-P и IL-10 [15], а также за счет цитотоксичности к аутологичным Т- [21] и B-клеткам [22], дендритным клеткам и моноцитам [21]. Цитотоксичность Treg обусловлена выделением перфорина и гранзима, которые индуцируют апоптоз не-Treg [21; 22]. Кроме того, Treg могут снижать антигенпрезентирующие свойства АПК посредством снижения экспрессии CD80 и CD86, необходимых для презентации антигена [20]. Treg контролируют все стадии иммунного ответа: 1) активность макрофагов и НК, и таким образом — врожденный ответ; 2) АПК, и таким образом — передачу сигналов на развитие адаптивного ответа; 3) В- и Т- клеточные ответы, и таким образом — сам адаптивный ответ. Благодаря этому Treg предупреждают аутоиммунные заболевания.
Другой важной популяцией клеток, которая контролирует развитие иммунного ответа, является морфологически и функционально гетерогенная популяция MDSC [23]. Активация этих клеток происходит в ответ на действие воспалительных медиаторов и проявляется увеличением их количества в крови, лимфатических узлах и костном мозге. MDSC контролируют развитие и врожденного, и адаптивного ответов [24].
В целом координированное и зависимое от патогена, регулируемое Treg и MDSC последовательно-возвратное программирование макрофагов, Th- и Т-клеток обеспечивает пластичность иммунного ответа, т. е. способность быстро менять направленность иммунных реакций.
Матричное программирование иммунных клеток, инициированное макрофагами М1 и лежащее в основе противоопухолевой защиты
Одна из важнейших функций иммунной системы состоит в том, чтобы удалять опухолевые клетки. Макрофаги организуют первую линию противоопухолевой защиты. Они быстро «заселяют» зону опухолевого роста и секретируют цитокины и хемокины, которые привлекают дендритные клетки и НК. Затем макрофаги и НК выделяют провоспалительные цитокины и, таким образом, инициируют врожденный ответ против опухолевых клеток. В дальнейшем успех уничтожения опухолевых клеток будет зависеть от того, какие сигналы макрофаги передадут на АПК и насколько эффективно АПК представят опухолевые антигены Th0- и Т-клеткам. Быстрая антигензависимая дифференцировка ThO-клеток в Th1, а Т-клеток в CTL в большинстве случаев обеспечивает подавление роста опухоли.
Антигены опухолевых клеток и их распознавание иммунными клетками. Активация противоопухолевого иммунитета основана на распознавании опухолевых антигенов. Опухолевые антигены можно разделить на опухолево-ассоциированные (tumor-associated antigens, TAA) и опухолево-специфические (tumor-specific antigens, TSA). К ТАА относятся антигены, которые обнаруживаются и в опухолевых, и в других клетках, а к TSA — антигены, которые присутствуют только в опухолевых клетках, но отсутствуют в нормальных. Опухолевые антигены можно также разделить по их происхождению и молекулярной структуре на следующие: 1) продукты онкогенов и опухолево-супрессорных генов, например р53 и ras; 2) продукты других мутированных генов; 3) избыточно- или аберрантно-экспрессируемые белки, например тирозиназа при меланоме или PSA при раке предстательной железы; 4) антигены, продуцируемые онкогенными вирусами, например EBV и HPV; 5) онкофетальные антигены, например а-фетопротеин при гепатоцеллюлярной карциноме; 6) измененные поверхностно-клеточные гликолипиды и гликопротеины, например антиген Томсена—Фриденрайха и карцино-эмбриональный антиген, который обнаруживается при многих опухолях; 7) дифференцирующие тип клеток антигены, например органоспецифический почечный антиген в клетках гепатоцеллюлярного рака.
В принципе любой белок, продуцируемый опухолевой клеткой, который имеет ненормальную структуру, может являться опухолевым антигеном.
Опухолевые антигены могут быть распознаны макрофагами благодаря механизму, который называется «зависимая от антител клеточно-опосредуемая цитотоксичность». Суть механизма в том, что макрофаги могут связывать на своей поверхности опухолево-специфические антитела и использовать их как поисковые рецепторы для обнаружения и связывания с опухолевыми антигенами. Благодаря этому иммунные клетки лучше распознают опухолевые клетки и более успешно их уничтожают. Другая возможность для макрофагов распознать опухолевые антигены связана с белками теплового шока HSP70. Показано, что при злокачественных опухолях интегрированные с мембранами HSP70 обнаруживаются почти в 70% случаев, тогда как нормальные клетки не не-
сут HSP70 на своей поверхности [25]. HSP70, высвобождаясь из опухолевой клетки во внеклеточное пространство и в кровоток, может захватывать с собой опухолевые антигены. В дальнейшем HSP70 с антигеном могут связываться с рецепторами на макрофагах и участвовать в презентации антигенов [26]. Эти механизмы облегчают развитие противоопухолевого адаптивного ответа.
Распознать опухолевую клетку могут также НК, Т-клетки памяти, хелперные CD4+ и цитотоксические CD8+ Т-клетки или самостоятельно, или после того, как АПК представят опухолевый антиген для этих клеток.
ТАМ инициируют матричное репрограммирование иммунных клеток. Рост опухоли сопровождается ремоделированием тканей и продукцией молекул, которые привлекают в зону опухоли макрофаги и НК. Макрофаги в зоне опухоли получили название ТАМ. При раке желудка количество ТАМ в зоне опухоли положительно коррелировало с апоптозом опухолевых клеток [27]. Это навело на мысль, что ТАМ вовлечены в уничтожение этих клеток. Теперь известно, что антиопухолевый эффект дает фенотип М1 ТАМ (ТАМ-М1). В основе этого эффекта лежат 4 механизма.
Первый механизм. антиопухолевого действия
ТАМ-М1 — секреция IFN-y. ТАМ реагируют на вызванное опухолью повреждение ткани индукцией локального воспаления и секрецией IFN-y и IL-12 [28]. Интенсивность продукции IFN-y обеспечивается положительной обратной связью, а именно: ТАМ секретирует IL-12, который стимулирует НК к продукции IFN-y, а IFN-y еще больше активирует ТАМ к продукции IL-12 [29]. Это приводит к быстрому увеличению концентрации IFN-y в области опухоли. IFN-y снижает чувствительность опухолевых клеток к апоптозу [30] и таким образом способствует их удалению. Кроме того, IFN-y содействует репрограммированию ТАМ на фенотип М1, который высвобождает продукты, уничтожающие опухоль, такие, как АФК, NO [31] и TNF-a [32].
Второй механизм. антиопухолевого действия ТАМ-М1 — активация НК. ТАМ-М1 активируют привлеченные в зону опухоли НК, которые за счет секреции IFN-y и перфорина могут способствовать уничтожению опухолевых клеток [30].
Третий механизм. антиопухолевого действия ТАМ-М1 — презентация антигена для эффекторных клеток. ТАМ-М1 захватывают опухолевые антигены и представляют для ТЪ0-клеток CD4+ и Т-клеток CD8 + . Таким образом ТАМ-М1 запускают программирование ТШ-клеток в Th1, а Т-клеток в CTL. Затем Th1 и CTL инфильтрируют опухоль и проявляют свои противоопухолевые функции [10].
Четвертый механизм, антиопухолевого действия ТАМ-М1 — секреция иммуностимулирующих цитокинов, таких, как IL-12. ТАМ-М1 высвобождают IL-12, который стимулирует цитотоксичность Th-клеток CD4 + , Т-клеток CD8+ и НК [33]. Действительно, коиньекция мышам клеток рака простаты и макрофагов с гиперпродукцией IL-12 [34] приводит к быстрому увеличению инфильтрации опухоли CTL и снижению роста опухоли и метастазов в легкие.
Th1 и CTL — иммунные клетки второй волны матричного репрограммирования. Зависимая от ТАМ-М1 диф-
ференцировка ТЪ0-клеток СD4+ в ТЫ знаменует собой вторую волну матричного репрограммирования в ответ на появление опухоли. ТЫ-клетки могут подавлять рост опухоли благодаря секреции цитокинов, таких, как INF-y и ТОТ-а [35]. При действии и ТОТ-а на ТЫ-клетки
эти клетки продуцируют антиангиогенные хемокины СХ^9 и СХ^10 и благодаря этому предупреждают рост новых сосудов [35]. Учитывая, что новые сосуды необходимы для роста опухоли [36], антиангиогенным эффектом ТЫ можно было бы объяснить противоопухолевое действие этих клеток [37]. ТАМ-М1 и дендритные клетки также могут продуцировать антиангиогенные факторы, усиливая антиопухолевый ТЫ-ответ. Кроме того, благодаря секреции и TNF-а ТЫ-клетки значительно
снижают пролиферацию опухолевых клеток [35].
Зависимое от ТАМ-М1 программирование клеток СD8 + T приводит к появлению С^ — другой популяции клеток адаптивного ответа. С^ связываются с антигенами на поверхности опухолевой клетки, а затем убивают ее за счет выделения гранзима В и перфоринов [38].
Таким образом, противоопухолевый иммунный ответ включает следующие события: 1) опухолевое ремоделирование ткани инициирует программирование ТАМ в фенотип М1; 2) ТАМ-М1 сам оказывает противоопухолевое действие, а также стимулирует НК и АПК. Вместе с ними ТАМ-М1 участвует в презентации опухолевого антигена и секреции цитокинов; 3) благодаря антиген-презентации и секреции цитокинов клетки врожденного иммунитета программируют ТШ-клетки в ТЫ, а Т-клетки — в С^; 4) ТЫ и С^ ограничивают рост опухоли. В целом эти события отражают матричное репрограммирование иммунных клеток при адекватной реакции организма на появление опухоли (рис. 3).
Иммунная матрица подчиняется законам гомеостаза
Основное физиологическое предназначение иммунной матрицы состоит в том, чтобы восстановить гомеостаз, нарушенный микробами или опухолевыми клетками. Поэтому неудивительно, что функционирование матрицы подчиняется законам гомеостаза.
Гомеостаз — постоянство внутренней среды организма и его основных физиологических констант, включая иммунологические. Гомеостаз обеспечивается механизмом отрицательной обратной связи, который состоит из 3 элементов: сенсора, регулятора и эффектора. Сенсор обнаруживает нарушение гомеостаза, генерирует сигналы тревоги и передает их на регулятор, который воспринимает сигналы от сенсора и регулирует ответ эффектора на нарушение. И наконец, эффектор устраняет нарушение, вызванное патогенным фактором, и таким образом восстанавливает гомеостаз.
Иммунная матрица, представленная на рис. 1, позволяет ясно увидеть заложенный в структуре матрицы гомеостатический механизм (рис. 4). Действительно, функцию сенсора могут выполнять макрофаги, которые благодаря рецепторам распознают патогенный микроб или с помощью ЖР70 — опухолевый антиген [25; 26]. Затем макрофаги-сенсоры генерируют специфические сигналы о нарушении гомеостаза и передают их на регулятор. Функцию таких сигналов выполняют цитокины и презентируемые антигены. Роль регулятора в матрице
ОК
ПК
М0
макрофаг
М1
ОК
АПК
008+ Т- клетка
ОН
00 4+ ТИ0
-ь-
ТИ 1
ОК
>5 - I ’5.0.0 -0 1с ■
І«« <
<»тн { <
^¿ьто і
і \о
То 5
.0 I-т ф ® со
Врожденный иммунный ответ
Адаптивный иммунный ответ
Рисунок 3. Матричное репрограммирование иммунных клеток при адекватной реакции организма на появление опухоли. ОК — опухолевые клетки.
выполняют АПК, Тгед и MDSC. АПК «оценивает» природу антигена и сигнальных цитокинов и выставляет антиген на свою поверхность с помощью МНС. Тгед и MDSC контролируют активность всех компонентов отрица-
( Л Ґ N ' \ ( 1
Эозино- 1 Патоген 1 1 Патоген
фил 1 В-клетка \|
паразит паразит
V V
Патоген любой 1 1 М0 макрофаг 1 1 1 ' АПК V У 1 1 00 4+ ТИ0 V
1 1 “1* 1 - 4
г Нейтро- фил 1 <Л-> \ М1 1 1 1 00 8+ Т- клетка 1 1 1 ( 1 ТИ 1
— - - ЭФФЕКТОР
г~ 1 / \ 1 Ґ т ч
ПК Г К О 1Д со 1 1 ОН -4> В, Б, ОК
V V 1 V і
1 ч 1
Тгед
РЕГУЛЯТОР
Ґ
■ - -?-
- 2-° |” Т И1В
>53л©“
2С1Сі£^-0
0)[0і.От
1 £
ТО С
Врожденный иммунный ответ
Адаптивный иммунный ответ
Рисунок 4. Гомеостатический механизм иммунной матрицы, состоящий из сенсора, регулятора и эффектора. Сенсор образуют макрофаги М0, М1 и М2, нейтрофилы, эозинофи-лы и базофилы, регулятор — АПК и Тгед, эффектор — НК, ОТЦ ТИ0-, ТИ1- и ТИ2-клетки, В-лимфоциты. Б — бактерии; В — вирусы; ОК — опухолевые клетки.
Базо-
М2
тельной обратной связи матрицы: сенсора (макрофагов), регулятора (АПК) и эффектора (ТЫ/Т-клетки). Комплекс MHC—антиген вместе с цитокинами передает сигнал на эффекторный блок матрицы: CD4 + Th- и CD8 + T-клетки. В результате эти клетки программируются в эффекторы Th1, Th2 и CTL, которые обезвреживают патогенный фактор и восстанавливают гомеостаз. Кроме того, макрофаги передают цитокиновый сигнал на НК, которые также участвуют в уничтожении патогенных клеток и таким образом также входят в эффекторный блок гомеостатического механизма иммунной матрицы.
Гомеостатический механизм иммунной матрицы имеет три особенности. Первая особенность состоит в том, что макрофаги, НК, Th1, Th2 и CTL сами имеют все элементы, которые могут формировать гомеостатический механизм на уровне отдельной клетки. «Сенсор» — распознающие рецепторы; «регулятор» — сигнальные пути от рецепторов на активацию генов; и, наконец, «эффектор» — цитокины, механизмы фагоцитоза (для макрофагов) и апоптоза (для CTL), которые могут самостоятельно уничтожать патогенную клетку. Такого рода многофункциональность иммунных клеток повышает эффективность всей матрицы в поддержании гомеостаза.
Вторая особенность — фенотипическая пластичность клеток гомеостатического механизма матрицы. Так, сенсор-макрофаг может менять свой фенотип от интактного М0 до провоспалительного М1 или противовоспалительного М2. Регулятор-АПК может быть представлен либо макрофагами, либо дендритными клетками. Эффектор также может быть представлен разными фенотипами лимфоцитов. В совокупности это позволяет быстро и адекватно менять направленность иммунного ответа для восстановления гомеостаза, нарушенного микробами или опухолью.
Третья особенность — поступательно-возвратное репрограммирование клеток матрицы: макрофаги программируют Th-клетки, а Th-клетки затем усиливают программирование макрофагов. Такой принцип программирования иммунных клеток позволяет быстро «закрепить» нужный тип иммунного ответа: про- или противовоспалительный, клеточный или гуморальный.
Нарушение в любом из элементов гомеостатического механизма матрицы — сенсоре, регуляторе или эффекторе — приводит к неспособности иммунитета восстанавливать гомеостаз. Именно это происходит при развитии наиболее агрессивных опухолей.
АНОМАЛЬНОЕ МАТРИЧНОЕ РЕПРОГРАММИРОВАНИЕ ИММУННЫХ КЛЕТОК В ОСНОВЕ ПАТОГЕНЕЗА ОПУХОЛЕЙ
Некоторые опухолевые клетки способны избегать распознавания и становиться «невидимыми» для иммунной системы. Такая своеобразная программа «Stealth»1 опухоли включает маскировку или потерю опухолевых ангигенов, которые могли бы быть распознаны иммунными клетками. Опухолевые клетки, которые все же были обнаружены, нарушают программирование иммунных клеток матрицы.
1 «Stealth» — программа Министерства обороны США, направленная на производство самолета, невидимого для радаров противника.
Первое, что делают опухолевые клетки, — начинают продуцировать IL-10 and TGF-P [39], которые ограничивают продукцию противоопухолевых цитокинов TNF-a и IFN-y макрофагами. Таким образом опухолевые клетки нарушают врожденный иммунитет и «искажают» передачу цитокиновых сигналов от «сенсора» к «регулятору» в гомеостатическом механизме матрицы.
Второе: опухолевые клетки нарушают презентацию антигенов для Th- и Т-клеток [40]. Таким образом опухолевые клетки нарушают функцию «регулятора» иммунной матрицы — АПК. Кроме того, опухолевые клетки привлекают и «вербуют» Treg [41], которые подавляют CTL [42]. Таким образом опухоль также действует на «регулятор» гомеостатического механизма матрицы — Treg.
И наконец, наибольшее «коварство» опухоли проявляется в перепрограммировании макрофагов. В результате макрофаги, пришедшие в зону опухоли, чтобы убивать опухолевые клетки, становятся «союзниками» опухоли. «Завербованные» макрофаги начинают подавлять противоопухолевые механизмы, способствовать росту и васкуляризации опухоли, инвазии и метастази-рованию. Действительно, установлено, что при многих типах опухолей количество инфильтрировавших опухоль макрофагов коррелирует с неблагоприятным прогнозом [43].
Таким образом, опухоль инвертирует сенсорную реакцию ТАМ, нарушает регуляторные функции АПК и Treg, препятствует созреванию эффекторных CTL и Th1 и в целом не допускает формирование гомеостатического механизма иммунной матрицы. Утрата способности матрицы восстанавливать гомеостаз играет ключевую роль в опухолевом росте.
ТАМ — сенсорное звено гомеостатического механизма иммунной матрицы и его нарушения при опухолевой прогрессии
ТАМ является самым значимым и противоречивым «героем» программы опухолевого репрограммирования иммунного ответа. Опухоль сама привлекает к себе макрофаги, которые должны были бы ее уничтожить. Оказалось, что такое парадоксальное поведение опухоли диктует ее собственная программа выживания, которая состоит в том, чтобы изменить фенотип макрофагов и использовать их для своего выживания, ангиогенеза и ме-тастазирования.
фенотипы ТАМ и опухолевые факторы репрограммирования. В зоне опухоли можно обнаружить макрофаги и М1, и М2. ТАМ-М1 настраивает иммунный ответ на уничтожение опухоли [33]. Однако во многих случаях опухоль за счет выделения IL-4, IL-10, PGE2 и TGF-P1 перепрограммирует ТАМ-М1 в ТАМ-М2 [44]. ТАМ-М2 плохо представляет антиген, продуцирует факторы, которые подавляют пролиферацию Т-клеток и их активность, активирует ангиогенез и таким образом способствует росту опухоли [45].
фенотип ТАМ-М2 стимулирует рост опухоли. Установлено, что степень инфильтрации TAM-M2 положительно коррелирует с пролиферацией и выживанием опухолевых клеток, например, при карциномах [46—48]. Показано также, что уменьшение количества ТАМ-М2 приводит к замедлению роста опухоли [43]. При анализе
проопухолевых эффектов ТАМ-М2 необходимо иметь в виду, что в разных областях опухоли ТАМ-М2 выполняют разные функции: 1) по всему объему опухоли способствуют делению и выживанию опухолевых клеток; 2) в области инвазии способствуют деградации базальной мембраны и движению опухолевых клеток в область стромы; 3) в областях, лишенных сосудов, стимулируют ангиогенез; 4) в стромальных и периваскулярных областях способствуют метастазированию.
ТАМ-М2 способствуют, выживанию опухолевых клеток. После того как опухоль перепрограммировала ТАМ в фенотип М2, TAM-M2 начинают секретировать факторы, которые стимулируют пролиферацию и выживание опухолевых клеток. К таким факторам относятся EGF [49], PDGF, HGF и bFGF [50]. При этом производимые опухолью IL-4, IL-6, IL-10, MDF, TGF-P1 и PGE2 ингибируют цитотоксическую активность TAM [7]. Роль ТАМ-М2 в выживании опухолевых клеток также связана с тем, что ТАМ-М2 подавляют противоопухолевый иммунитет за счет секреции противовоспалительных цитокинов. Эти цитокины перепрограммируют фенотип макрофагов М1 в М2, который не способен лизировать опухолевые клетки и стимулировать антиопухолевые функции Т-клеток и НК.
Гипоксия в микроокружении опухоли за счет стимулирования высвобождения супрессивных молекул PGE2 и IL-10 также подавляет антиопухолевую активность ТАМ [51]. Снижение цитотоксичности гипоксических ТАМ может быть обусловлено снижением образования АФК и способности к фагоцитозу. Таким образом, ТАМ-М2 сам и с помощью гипоксии снижает антиопухо-левую активность врожденного иммунитета.
Кроме того, ТАМ-М2 теряет способность представлять опухолевые антигены и, соответственно, устанавливать антиопухолевый адаптивный ответ. Это связано с тем, что ТАМ-М2 плохо захватывают антигены, и тем, что выделяемые опухолью TGF-pi, IL-10 и PGE2 подавляют в ТАМ-М2 экспрессию MHC-II, которые представляют антигены для клеток адаптивного иммунитета.
И наконец, если все же адаптивный ответ развивается, ТАМ-М2 начинает подавлять опосредованные CTL и Th1 ответы [52; 53]. Исследования показали, что ТАМ-М2, хотя и в меньших количествах, чем фенотип М1, выделяют АФК и пероксинитриты. Биологическая «несправедливость» состоит в том, что АФК и пероксинитриты, которые могли бы убить опухолевую клетку, действуют на CTL, приводя к нитрозотилированию тирозинов комплекса TCR—CD8 на CTL [54]. Это снижает способность CTL связываться с опухолевыми антигенами. TAM-M2 также продуцируют TGF-P, который снижает противоопухолевую активность CTL [48].
Другой важный аспект влияния ТАМ-М2 на противоопухолевую активность адаптивного ответа состоит в том, что выделяемые ТАМ-М2 цитокины, такие, как IL-4 и IL-10, нарушают программирование ThO-клеток в фенотип Th1 [14], который обладает противоопухолевой активностью.
Таким образом, репрограммированный опухолью макрофаг теряет свою антиопухолевую активность, снижает активность врожденного ответа и передает сигналы на аномальное программирование Th0- и T-клеток. Это при-
водит к угнетению потивоопухолевой активности адаптивного ответа.
ТАМ-М2 способствуют, деградации базальной мембраны. и инвазии опухолевых клеток. На мышиной модели рака молочной железы показано, что в местах прорыва базальной мембраны и инвазии опухолевых клеток находятся ТАМ-М2 [43], которые усиленно секретируют протеазы [55]. Эти данные навели на мысль, что макрофаги вовлечены в протеолитическое ремоделирование матрикса и инвазию опухолевых клеток. Действительно, Т. Надетапп и соавт. [56] обнаружили, что макрофаги усиливают инвазивные свойства опухолевых клеток и что этот эффект зависит от секреции протеаз, TNF-а и ММР.
Макрофаги выделяют TNF-a прежде всего для того, чтобы убить опухоль, однако опухолевая клетка каким-то образом переключает механизмы гибели, индуцируемые TNF-a, на механизмы инвазии. Так, показано, что TNF-a, действуя на опухолевые клетки, через активацию с-Лип-NH2-киназ и NF-кB увеличивает синтез проинвазив-ных белков М№ и EMMPRIN [57]. Эти белки действуют на макрофаги, усиливая продукцию ММР [57], которые способны разрушать белки внеклеточного матрикса всех типов и благодаря этому прокладывают дорогу опухолевой клетке. В других случаях, инвазию опухолевых клеток в матрикс усиливали макрофаги, продуцирующие EGF [49]. Действуя на опухолевые клетки, EGF приводил к индукции проинвазивных генов. Следует отметить, что секрецию EGF макрофагами усиливал продуцируемый опухолью CSF-1 [49].
Представленные данные служат примерами того, как опухоль способна «в свою пользу» перепрограммировать антиопухолевые функции макрофага.
ТАМ-М2 стимулируют, ангиогенез в гипоксических областях опухоли.
Для роста и распространения злокачественных опухолей необходим рост новых сосудов в зону растущей опухоли. Важную роль в опухолевом ангиогенезе играют ТАМ-М2. Так, показано, что уменьшение числа макрофагов угнетает ангиогенез, а увеличение — стимулирует [43]. Обнаружено, что высокое содержание ТАМ-М2 коррелирует с усиленным ангиогенезом при раке молочной железы, раке эндометрия [58] и аденокарциноме легких [59]. Выяснилось, что ТАМ-М2 продуцируют разные проангиогенные факторы роста, такие, как VEGF, TGF-P и bFGF, а также цитокины, такие, как TNF-а, ^-8, ^-17 и ^-23, хемокины, эндотелины и протеазы [60] и ферменты, модулирующие ангиогенез, такие, как ММР-2, ММР-7, ММР-9, ММР-12 и циклооксигеназа-2 [61]. Благодаря этим факторам ТАМ-М2 содействуют ангиогенезу на всех его стадиях [60].
Роль ТАМ-М2 на первой стадии ангиогенеза — индукции пролиферации эндотелиальных клеток определяется тем, что ТАМ-М2 выделяют факторы пролиферации эндотелиальных клеток, такие, как FGF-2 [62], VEGF [63], G-CSF, GM-CSF [64] и хемокины СХ^8 [65], ^-23 и ^-17 [66; 67].
Роль ТАМ-М2 на второй стадии ангиогенеза — деградации базальной мембраны сосудов в целях миграции эндотелиальных клеток в сторону опухоли — определяется тем, что ТАМ-М2 при действии на него С^2 и С^5 уси-
ливает секрецию ММР-9 и ММР-19 и uPAR [68; 69]. Эти ферменты деградируют базальную мембрану сосудов и внеклеточный матрикс [70] и таким образом способствуют миграции эндотелиальных клеток. Кроме того, оказалось, что ТАМ-М2 продуцируют ангиогенный фактор HAF [71] и ангиотропин [72], которые стимулируют миграцию эндотелиальных клеток.
Деградация внеклеточного матрикса, вызванная ТАМ-М2, имеет еще одно важное следствие — высвобождение ангиогенных молекул FGF-2, TGF-P, VEGF и GM-CSF, которые в нормальных условиях удерживаются матриксом [73].
Роль ТАМ-М2 на третьей стадии ангиогенеза — формирования сосудистой трубочки и созревания нового сосуда — определяется тем, что макрофаги выделяют факторы формирования сосудистых трубочек, прежде всего uPA [74]. Однако быстрая пролиферация опухолевых клеток, опережающая рост новых сосудов, способствует формированию гипоксии. При этом оказалось, что гипоксия играет значительную роль в привлечении [75] и программировании макрофагов на ангиогенный фенотип М2 [76]. Это было доказано на примере рака молочной железы, эндометрия, предстательной железы и яичников [77—80].
Как только стало известно, что гипоксия стимулирует ангиогенные свойства ТАМ-М2, сразу возник вопрос, почему это происходит. Ответ был найден при изучении ангиогенных генов в макрофагах. Оказалось, что гипоксия повышает экспрессию ангиогенных генов, таких, как CXCL8, CXCL12 и его рецептора, VEGF, FGF-2, PDGF-B и ангиопоэтина [81]. Гипоксические макрофаги также увеличивают синтез MMP-7 [82], который имеет много субстратов в базальной мембране и во внеклеточном матриксе. MMP-7 также стимулирует пролиферацию и миграцию эндотелиальных клеток, что способствует ангиогенезу [83].
Гипоксия отчетливо увеличивает в ТАМ содержание факторов транскрипции индуцируемого гипоксией фактора транскрипции 1-го типа (HIF-1) [84]. Показано, что, по крайней мере, в мышинных макрофагах HIF-1 вовлечен в индуцированный гипоксией синтез VEGF [85].
Гипоксия в области опухоли также создает низкий рН и повышенные уровни лактата, которые могут стимулировать проангиогенные гены в TAM [86].
Таким образом, ТАМ-М2 являются важными промоторами ангиогенеза. Они мигрируют в область опухоли, где васкуляризация необходима для выживания опухоли, и активируются гипоксическим микроокружением. В дальнейшем посредством секреции широкого спектра хемокинов, ферментов и факторов роста ТАМ-М2 содействуют ангиогенезу на следующих стадиях: 1) индукции пролиферации эндотелиальных клеток; 2) деградации базальной сосудистой мембраны; 3) формирования сосудистой трубочки. Это, безусловно, содействует росту и выживанию опухоли.
ТАМ-М2 способствует, метастазированию опухолевых клеток. Показано, что количество ТАМ в опухоли положительно коррелирует с образованием метастазов [43; 87], а количество опухолевых клеток, входящих в кровеносное русло, резко снижается при уменьшении числа макрофагов вдоль сосудов [78]. Это наводило на мысль,
что ТАМ играют важную роль в метастазировании. В лаборатории J. Condeelis [88] показано, что TAM накапливаются в контакте с кровяными сосудами и опухолевые клетки, находившиеся на расстоянии не менее 20 мкм от TAM, мигрировали со скоростью около 4 мкм/мин по направлению к периваскулярным TAM. Здесь опухолевые клетки прикреплялись к сосуду и проникали в кровеносное русло. При этом проникновение опухолевых клеток в лимфатические или кровеносные сосуды часто происходило в кластерах макрофагов, прикрепленных с наружной стороны сосудов [49]. Оказалось, что в процессе метастазирования между ТАМ и опухолевыми клетками формируется паракринная связь [88]. Эта связь вовлекает рецепторы EGF на опухолевых клетках, которые связывают EGF, продуцируемый TAM, и рецепторы CSF-1 на TAM, которые связывают CSF, продуцируемый опухолевыми клетками. Большое значение этой связи было подтверждено тем, что введение ингибитора рецепторов как EGF-, так и CSF-1 снижало количество метастазов [88; 89].
Когда перенесенная по сосудам опухолевая клетка попадала в отдаленный орган, резидентные макрофаги обеспечивали приживание метастаза. Так, выживание метастаза в легких обеспечивали индуцированная VEGF экспрессия ММР-9 альвеолярными макрофагами и эндотелиальными клетками [90], а также рост новых сосудов, который стимулировали ТАМ.
Таким образом, аномально репрограммированные опухолью и гипоксией макрофаги активно способствуют метастазированию опухоли на всех стадиях: (1) инвазии за счет продукции TNF-a, ММР и EGF; (2) интраваза-ции за счет прямых контактов с опухолевой клеткой и «EGF—CSF»-паракринного взаимодействия, формирующегося между ТАМ и опухолевой клеткой; (3) выживания метастаза на новом месте за счет продукции ММР и стимуляции ангиогенеза.
Понятно, что ТАМ стали привлекать пристальное внимание в качестве терапевтической мишени. При этом, однако, важно помнить, что в результате аномального репрограммирования макрофагов опухолью появляются пять разных по локализации и свойствам проопухолевых подфенотипов ТАМ-М2: атрактантный, иммунносупрессивный, проинвазивный, ангиогенный и прометастати-ческий.
Аттрактантная субпопуляция ТАМ-М2 привлекается опухолевыми клетками уже на самых ранних стадиях за счет высвобождения хемокинов.
Иммуносупрессивную субпопуляцию ТАМ-М2 выделяют до некоторой степени условно, потому что практически все субпопуляции ТАМ-М2 обладают способностью подавлять противоопухолевый иммунитет.
Проинвазивная субпопуляция ТАМ-М2 обнаруживается в области разрыва базальной мембраны. Эта субпопуляция обладает способностью секретировать протеазы и металлопротеиназы, которые деградируют матрикс. Благодаря этому опухолевые клетки выходят за границы базальной мембраны и мигрируют в окружающую ткань, где они вместе с макрофагами стимулируют ангиогенез.
Ангиогенная субпопуляция ТАМ-М2 усиленно стимулирует рост новых сосудов в опухоль. Новые сосуды обеспечивают опухоль питательными веществами и кисло-
родом, а также формируют множественные выходы для метастазирующих клеток.
Прометастатическая субпопуляция ТАМ-М2 выстраивается вдоль пути миграции опухолевых клеток и вдоль сосудов и выделяет хемотаксические сигналы, которые способствуют миграции и интравазации опухолевых клеток в кровеносные и лимфатические сосуды.
Разные опухоли имеют разный набор этих субпопуляций, и, соответственно, при подборе терапии, направленной на ТАМ, необходимо учитывать эти особенности.
Клетки Treg и MDSC — регуляторное звено гомеостатического механизма иммунной матрицы, его нарушение и опухолевый рост
Мы рассмотрели, каким образом опухоль перепрограммирует макрофаги — сенсорное звено гомеостатического механизма и к каким негативным последствиям это приводит. Опухоль также перепрограммирует регуляторное звено гомеостатического механизма иммунной матрицы, а именно регуляторные Тгед с супрессорной активностью [91] и MDSC.
Опухоль за счет продукции С^22 привлекает Тгед, имеющие рецепторы к этому хемокину [92], а за счет продукции TGF-P активирует эти клетки [93]. Проблема в том, что опухоль наряду с опухолевыми антигенами экспрессирует нормальные антигены. Поэтому опухолевые клетки распознаются Тгед как собственные. И именно поэтому аутореактивные Тгед подавляют иммунный ответ на опухолевые клетки, несущие опухолевые и нормальные антигены [91]. В этом случае Тгед ведут себя в соответствии со своей иммунной миссией — предупреждают аутоиммунные реакции, не «замечая» под нормальными антигенами опухолевую клетку. Однако еще более интересным было обнаружение популяции Тгед, специфичных к опухолевым антигенам [94].
Таким образом, для аномального перепрограммирования Тгед опухоль использует четыре вида молекулярноклеточных инструмента: 1) хемокин ССТ22 для привлечения Тгед; 2) ТСБ-Р — для активации привлеченных Тгед; 3) нормальные антигены на поверхности опухолевых клеток — для стимуляции супрессорной активности Тгед против иммунных клеток; 4) опухолево-специфичные Тгед — для подавления противоопухолевого иммунного ответа.
Показано, что у больных со злокачественными опухолями в разных органах содержание Тгед увеличивается как в крови, так и в опухолевой ткани [91; 95]. При этом увеличенная инфильтрация опухоли Тгед, как правило, сочеталась с неблагоприятным прогнозом [96]. Поэтому во многих случаях увеличение численности Тгед рассматривают как одну из причин неэффективности иммунной защиты при опухолевом росте. Действительно, в экспериментах на мышах установлено, что удаление Тгед приводило к угнетению роста опухоли [97].
Каковы же последствия аномального программирования Тгед и какова их роль в неспособности иммунной системы восстановить нарушенный гомеостаз при канцерогенезе? Ранее мы показали, что при развитии адекватного иммунного ответа Тгед конролируют и сенсорное (макрофаги), и эффекторное звено (ТЫ и Т-клетки) противоопухолевой иммунной матрицы. Соответственно, можно предположить, что аномальное
репрограммирование Treg (регуляторного звена) опухолью неизбежно отразится на способности макрофагов и Т-клеток выполнять свои противоопухолевые функции.
Действительно, эксперименты in vitro показали, что Treg могут сдвигать фенотип ТАМ в сторону иммуносу-прессивного фенотипа M2 [98], который активно способствует опухолевой прогрессии.
Угнетающее действие Treg на CTL зависит от TGF-P-сигнального пути в CTL [99]. Следует отметить, что CTL, находящиеся под влиянием Treg, не утрачивают способности к пролиферации, синтезу цитотоксических молекул, формированию секреторных гранул и антиген-за-висимых контактов с клетками-мишенями. Однако при этом резко снижается их способность к высвобождению цитотоксических гранул, необходимых для уничтожения опухолевой клетки.
Таким образом, увеличение количества Treg в зоне опухоли, положительная корреляция накопления Treg с неблагоприятным прогнозом, наличие специфичных к опухолевым антигенам Treg и угнетающее действие Treg на макрофаги и CTL указывают на участие Treg в патогенезе опухолей.
Недавние исследования показали, что изменение активности гетерогенной популяции MDSC также может способствовать опухолевой прогрессии [23; 24]. Две субпопуляции MDSC играют особенно важную роль в канцерогенезе. Это моноцитарная субпопуляция, характеризующаяся экспрессией CD14, и гранулоцитарная субпопуляция, характеризующаяся экспрессией CD15. MDSC активно подавляют противоопухолевый иммунитет за счет продукции свободных радикалов, активации аргиназы 1 и iNOS, прямой или опосредованной активации Treg, продукции TGF-P и угнетения Thl-клеток CD4+ и T-клеток CD8 + . MDSC также способствуют опухолевому росту за счет содействия ангиогенезу и ме-тастазированию [100].
Активация проопухолевых MDSC возможна с помощью воспалительных цитокинов, продуцируемых как самой опухолевой тканью, так и воспалительными иммунными клетками [24]. Этот момент является чрезвычайно важным для понимания аномальной трансформации регуляторного звена иммунной матрицы (MDSC) и выяснения, каким образом хроническое воспаление может провоцировать опухолевый рост. Более 140 лет назад немецкий исследователь Рудольф Вирхов выдвинул гипотезу о том, что хроническое воспаление может инициировать опухолевый рост [101]. Однако только теперь мы понимаем, что это может быть связано с аномальным программированием MDSC воспалительными цитокина-ми в проопухолевый иммунносупрессивный фенотип.
Эффекторное звено CTL и Th1 гомеостатического механизма иммунной матрицы, его нарушение и опухолевая прогрессия
CTL наиболее эффективно убивают опухолевые клетки с распознаваемыми антигенами [102]. CTL могли бы гарантировать ограничение злокачественного роста и метастазирования, однако при многих опухолях скорость, с которой CTL убивает одну опухолевую клетку in vivo, оказалась очень низкой. Замедленная киносъемка [103] показала, что при обнаружении антигена на по-
верхности опухолевой клетки некоторые CTL связываются с опухолевой клеткой на длительное время (более 30 мин), тогда как другие CTL — лишь на короткий период. Исследования в лаборатории Р. Bousso с использованием мультифотонной микроскопии позволили обнаружить, что высвобождение цитотоксических гранул из CTL и апоптоз опухолевой клетки возможны только при длительных контактах [102] — от 6 ч и более. Поэтому если деление опухолевых клеток происходит быстрее скорости, с которой CTL уничтожает их, то опухоль продолжает расти. В отсутствие опухолевого микроокружения CTL убивает клетку с распознаваемым антигеном примерно за 15 мин [104].
Помимо замедления скорости, с которой CTL способна убивать опухолевую клетку, у CTL, попавших в зону опухоли, нарушается способность к высвобождению ци-тотоксических гранул и цитокинов, которые могли бы индуцировать смерть опухолевой клетки [105]. Это сразу навело на мысль, о том, что опухолевое микроокружение подавляет активность CTL. К настоящему времени доказано, что снижение противоопухолевой активности CTL обусловлено тем, что в зоне опухоли накапливаются репрограммированные опухолью Treg (см. выше) и ТАМ (см. выше) [41; 52] выраженного проопухолевого действия [42].
Аномально репрограммированная опухолью иммунная матрица не подчиняется принципам гомеостаза
Внимательный анализ сути аномальной перестройки структуры и характера межклеточных связей в иммунной матрице при канцерогенезе неизбежно приводит к двум важным выводам.
Первое, опухоль может влиять на любой компонент гомеостатического механизма иммунной матрицы: сенсор (макрофаги), регулятор (АПК, Treg и MDSC) и эффектор (Th- и T-клетки). Второе, опухолевая интервенция в иммунную матрицу не просто угнетает то или иное звено гомеостатического механизма, опухоль трансформирует механизм отрицательной обратной связи гомеостаза в механизм положительной обратной связи порочного круга канцерогенеза, используя те же самые клеточные компоненты иммунной матрицы. В результате аномально модифицированная иммунная матрица не способна восстанавливать гомеостаз, нарушенный ростом опухоли.
ЗАКЛюЧЕНИЕ: КОНцЕПцИЯ МАТРИЧНОГО РЕПРОГРАММИРОВАНИЯ И ЧТО МЕШАЕТ
успешному лечению больных с опухолями
Концепция иммунной матрицы с встроенным гомеостатическим механизмом отрицательной обратной связи позволяет структурировать иммунную составляющую канцерогенеза конкретных онкологических заболеваний с пониманием поступательно-возвратного репрограммирования иммунных клеток. Понятно, что одни виды опухолей могут затрагивать преимущественно сенсорное, другие регуляторное, а третьи эффекторное звено гомеостатического механизма матрицы. Это важно учитывать при разработке эффективных «персонифицированных» по отношению к виду опухоли иммунологических подходов к лечению. Таким образом, можно будет избежать
использования заведомо неэффективных технологий, например, повышать количество эффекторных клеток (например, CTL) в условиях, когда и опухолевые клетки, и аномально запрограммированные сенсорные и регуляторные клетки иммунной матрицы все равно будут перепрограммировать эффекторные клетки.
Основное положение концепции матричного репрограммирования иммунитета при канцерогенезе состоит в том, что опухоль трансформирует механизм отрицательной обратной связи, который поддерживает иммунный гомеостаз, в различные виды проопухолевых программ. Отсюда следует важный для клиники вывод: терапия опухолей должна быть направлена на восстановление механизма гомеостатической отрицательной обратной связи в иммунной матрице. Интуитивно исследователи уже идут в этом направлении. Так, в качестве терапевтических мишеней рассматриваются и сенсор гомеостатического механизма (макрофаги), и регулятор (АПК, Treg и MDSC), и эффектор (Th- и Т-клетки). Однако без понимания того, что каждая иммунная клетка играет свою роль в гомеостатическом механизме, и без знания механизмов поступательно-возвратного аномального репрограммирования клеток матрицы при развитии опухоли невозможно добиться стойкого терапевтического эффекта.
Даже беглый обзор существующих биотехнологий иммунного подавления опухоли позволяет увидеть, что многие из них основаны на «компенсаторном» принципе — введении дополнительного количества эффекторных клеток или провоспалительных цитокинов или угнетении иммунносупрессивных клеток. Все эти подходы до какой-то степени препятствуют росту опухоли, но, как правило, временно. Причина, думается, в том, что ни один из них не затрагивает фундаментальной основы канцерогенеза — аномального матричного репрограммирования иммунных клеток и трансформации гомеостатического механизма матрицы в проопухолевые программы.
В нашей лаборатории мы начали разработку клеточной биотехнологии, направленной на восстановление гомеостатического механизма в структуре иммунной матрицы. Имея в виду ключевую проопухолевую роль аномального репрограммирования макрофагов в фенотип М2, мы разработали несколько способов репрограммирования in vitro макрофагов на устойчивый противоопухолевый фенотип М1. При этом мы ожидаем, что противоопухолевый эффект таких макрофагов будет обусловлен их способностью предупреждать аномальное матричное репрограммирование иммунных клеток опухолью.
Работа поддержана грантом. ГК 16.740.11.0007в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры, инновационной России» на 2009—2013 гг.
ЛИТЕРАТУРА
1. Грачев А. Н. Гетерогенность и функциональная пластичность макрофагов второго типа активации: Автореф. дис... д-ра мед. наук. — М., 2008. — 25 с.
2. Sica A., Mantovani A. Macrophage plasticity and polarization: in vivo veritas // J. Clin. Invest. — 2012. — Vol. 1, N 122. — P. 787—795.
3. Mantovani A., Sica A., Locatti A. New vistas on macrophage differentiation and activation // Eur. J. Immunol. — 2006. — Vol. 37, N 1. — P. 14—16.
4. Sharma M. Chemokines and their receptors: orchestrating a fine balance between health and disease // Critical Rev. Biotechnol. — 2009. — Vol. 1. — P. 22.
5. Carayannopoulos L. N., Lanier L. L. Recognition of infected cells by natural killer cells // Curr. Opin. Immunol. — 2004. — Vol. 26. — P. 33.
6. Degli-Esposti M. A., Smyth M. J. Close encounters of different kinds: dendritic cells and NK cells take center stage // Nat. Rev. Immunol. — 2005. — Vol. 5, N 2. — P. 112—124.
7. NK cells stimulate proliferation of T and NK cells through 2B4/ CD48 interactions / Assarsson E., Kambayashi T., Schatzle J. D., Cramer S. O., von Bonin A., Jensen P. E., Ljunggren H. G., Chambers B.J . // J. Immunol. — 2004. — Vol. 173. — P. 174—180.
8. Induced recruitment of NK cells to lymph nodes provides IFN-y for TH1 priming / Martin-Fontecha A., Thomsen L. L., Brett S., Gerard C., Lipp M., Lanzavecchia A., Sallusto F. // Nat. Immunol. — 2004. — Vol. 5, N 12. — P. 1260—1265.
9. Transcriptional Profiling of the Human Monocyte-to-Macrophage Differentiation and Polarization: New Molecules and Patterns of Gene Expression / Martinez F. O., Gordon S., Locati A., Mantovani A. // J. Immunol. — 2006. — Vol. 177. — P. 7303—7311.
10. Falcone F. H., Haas H., Gibbs B. F. The human basophil: a new appreciation of its role in immune responses // Blood. — 2000. — Vol. 96, N 13. — P. 4028—4038.
11. Interleukin 10 (IL-10) inhibits human lymphocyte interferon gamma-production by suppressing natural killer cell stimulatory factor/IL-12 synthesis in accessory cells / D'Andrea A., Aste-Amezaga M., Valiante N. M., Ma X., Kubin M., Trinchieri G. // J. Exp. Med. — 1993. — Vol. 178, N 3. — P. 1041—1048.
12. Differential regulation by cytokines of production of nitric oxide by human astrocytes / Hu S., Sheng W. S., Peterson P. K., Chao C. C. // Glia. — 1995. — Vol. 15. — P. 491—494.
13. Sica A., Mantovani A., Locati M. Macrophage activation and polarization // Front. Biosci. — 2008. — Vol. 1, N 13. — P. 453—61.
14. Immunosuppressive roles for IL-10 and IL-4 in human infection. In vitro modulation of T cell responses in leprosy / Sieling P. A., Abrams J. S., Yamamura M., Salgame P., Bloom B. R., Rea T. H., Modlin R. L. // J. Immunol. — 1993. — Vol. 150, N 12. — P. 5501—5510.
15. Wing K., Suri-Prayer E., Rudin A. CD4 + CD25+ regulatory T cells from mouse to man Scand // J. Immunol. — 2005. — Vol. 62, N 1. — P. 15.
16. Human CD4 + CD25+ regulatory T cells suppress NKT cell functions / Azuma T., Takahashi T., Kunisato A., Kitamura T., Hirai H. // Cancer Res. — 2003. — Vol. 63. — P. 4516—4520.
17. Cutting edge: direct suppression of B cells by CD4 + CD25+ regulatory T cells / Lim H. W., Hillsamer P., Banham A. H., Kim C. H. // J. Immunol. — 2005. — Vol. 175. — P. 4180—4183.
18. Modulation of tryptophan catabolism by regulatory T cells / Fallar-ino F., Grohmann U., Hwang K. W., Orabona C., Vacca C., Bianchi R., Belladonna M. L., Fioretti M. C., Alegre M. L., Puccetti P. // Nat. Immunol. — 2003. — Vol. 4, N 12. — P. 1206—1212.
19. Modulation of monocyte/macrophage function by human CD4 + CD25+ regulatory T cells / Taams L. S., van Amelsfort J. M., Tiemes-sen M. M., Jacobs K. M., de Jong E. C., Akbar A. N., Bijlsma J. W., Lafe-ber F. P. // Hum. Immunol. — 2005. — Vol. 66. — P. 222—230.
20. Sakaguchi S. Naturally arising CD4+ regulatory T cells for immunologic self-tolerance and negative control of immune responses // Ann. Rev. Immunol. — 2004. — Vol. 22. — P. 531—562.
21. Human regulatory T cells can use the perforin pathway to cause autologous target cell death / Grossman W. J., Verbsky J. W., Barchet W., Colonna M., Atkinson J. P., Ley T. J. // Immunity. — 2004. — Vol. 21. — P. 589—601.
22. Activated CD4 + CD25+ T cells selectively kill B lymphocytes / Zhao D. M., Thornton A. M., DiPaolo R. J., Shevach E. M. // Blood. — 2006. — Vol. 107. — P. 3925—3932.
23. Filipazzi P., Huber V., Rivoltini L. Phenotype, function and clinical implications of myeloid-derived suppressor cells in cancer patients // Cancer Immunol. Immunother. — 2012. — Vol. 61, N 2. — P. 255—263.
24. Ostrand-Rosenberg S., Sinha P. Myeloid-derived suppressor cells: linking inflammation and cancer // J. Immunol. — 2009. — Vol. 182, N 8. — P. 4499—4506.
25. Multhoff G. A stress-inducible 72 kDa heat shock protein (Hsp72) is expressed on the surface of human tumor cells, but not on normal cells // Int. J. Cancer. — 1995. — Vol. 61. — P. 272—279.
26. Srivastava P. Interaction of heat shock proteins with peptides and
antigen presenting cells: chaperoning of the innate and adaptive immune responses // Ann. Rev. Immunol. — 2002. — Vol. 20. — P. 395—425.
27. The degree of macrophage infiltration into the cancer cell nest is a significant predictor of survival in gastric cancer patients / Ohno S., Ina-gawa H., Dhar D. K., Fujii T., Ueda S., Tachibana M., Suzuki N., Inoue M., Soma G., Nagasue N. // Anticancer Res. — 2003. — Vol. 23. — P. 5015— 5022.
28. Macrophages as effector cells in interleukin 12-induced T cell-dependent tumor rejection / Tsung K., Dolan J. P., Tsung Y. L., Norton J. A. // Cancer Res. — 2002. — Vol. 62. — P. 5069—5075.
29. Bancroft G. J., Schreiber R. D., Unanue E. R. Natural immunity: a T cell-independent pathway of macrophage activation, defined in the scid mouse // Immunol. Rev. — 1991. — Vol. 124. — P. 5—24.
30. Street S. E., Cretney E., Smyth M. J. Perforin and interferon-y activities independently control tumor initiation, growth, and metastasis // Blood. — 2001. — Vol. 97. — P. 192—197.
31. Nathan C. F. Secretory products of macrophages. // J. Clin. Invest. — 1987. — Vol. 79. — P. 319—326.
32. McBride W. H. Phenotype and functions of intratumoral macrophages // Biochim. Biophys. Acta. — 1986. — Vol. 865. — P. 27—41.
33. Regulation of Antitumor Immune Responses by the IL-12 Family Cytokines, IL-12, IL-23, and IL-27 / Xu M., Mizoguchi I., Morishima N., Chiba Y., Mizuguchi J., Yoshimoto T. // Clin. Dev. Immunol. — 2010. — pii: 832454. — Epub 14.09.2010.
34. Macrophages transduced with an adenoviral vector expressing interleukin 12 suppress tumor growth and metastasis in a preclinical metastatic prostate cancer model / Satoh T., Saika T., Ebara S., Kusaka N., Timme T. L., Yang G., Wang J., Mouraviev V., Cao G., Fattah el M. A., Thompson T. C. // Cancer Res. — 2003. — Vol. 63. — P. 7853—7860.
35. T cell-mediated help against tumors / Wieder T., Braumuller H., Kneilling M., Pichler B., Rocken M. // Cell Cycle. — 2008. — Vol. 7, N 19. — P. 2974—2977.
36. Biomarkers of angiogenesis for the development of antiangiogenic therapies in oncology: tools or decorations? / Sessa C., Guibal A., Del Conte G., Ruegg C. // Nat. Clin. Pract. Oncol. — 2008. — Vol. 5. — P. 378—391.
37. Blankenstein T., Qin Z. The role of IFNgamma in tumor transplantation immunity and inhibition of chemical carcinogenesis // Curr. Opin. Immunol. — 2003. — Vol. 15. — P. 148—154.
38. Augmentation of effector CD8+ T cell generation with enhanced granzyme B expression by IL-27 / Morishima N., Owaki T., Asakawa M., Kamiya S., Mizuguchi J., Yoshimoto T. // J. Immunol. — 2005. — Vol. 175, N 3. — P. 1686—1693.
39. Zou W. Regulatory T cells, tumor immunity and immunotherapy // Nat. Rev. Immunol. — 2006. — Vol. 6, N 4. — P. 295—307.
40. Gabrilovich D. Mechanisms and functional significance of tumor-induced dendritic-cell defects // Nat. Rev. Immunol. — 2004. — Vol. 4, N 12. — P. 941—952.
41. Specific recruitment of regulatory T cells in ovarian carcinoma fosters immune privilege and predicts reduced survival / Curiel T. J., Couk-os G., Zou L., Alvarez X., Cheng P., Mottram P., Evdemon-Hogan M., Conejo-Garcia J. R., Zhang L., Burow M., Zhu Y., Wei S., Kryczek I., Daniel B., Gordon A., Myers L., Lackner A., Disis M. L., Knutson K. L., Chen L., Zou W. // Nat. Med. — 2004. — Vol. 10. — P. 942—949.
42. Regulatory T cells suppress tumor-specific CD8 T cell cytotoxicity through TGF-beta signals in vivo / Chen M. L., Pittet M. J., Gorelik L., Fla-vell R. A., Weissleder R., von Boehmer H., Khazaie K. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2005. — Vol. 102. — P. 419—424.
43. Colony-stimulating factor 1 promotes progression of mammary tumors to malignancy / Lin E. Y., Nguyen A. V., Russell R. G., Pollard J. W. // J. Exp. Med. — 2001. — Vol. 193. — P. 727—740.
44. Stout R. D., Watkins S. K., Suttles J. Functional plasticity of macrophages: in situ reprogramming of tumor-associated macrophages // J. Leukoc. Biol. — 2009. — Vol. 86, N 5. — P. 1105—1109.
45. Tumor-associated macrophages are a distinct M2 polarized population promoting tumor progression: potential targets of anti-cancer therapy / Sica A., Schioppa T., Mantovani A., Allavena P. // Eur. J. Cancer. —
2006. — Vol. 42. — P. 717—727.
46. Macrophage infiltration and its prognostic implications in breast cancer: the relationship with VEGF expression and microvessel density / Tsutsui S., Yasuda K., Suzuki K., Tahara K., Higashi H., Era S. // Oncol. Rep. — 2005. — Vol. 14. — P. 425—431.
47. Clinical effects of tumor-associated macrophages and dendritic cells on renal cell carcinoma / Hamada I., Kato M., Yamasaki T., Iwabu-
chi K., Watanabe T., Yamada T., Itoyama S., Ito H., Okada K. // Anticancer Res. — 2002. — Vol. 22. — P. 4281—4284.
48. Macrophage polarization: tumor-associated macrophages as a paradigm for polarized M2 mononuclear phagocytes / Mantovani A., Sozzani S., Locati M., Allavena P., Sica A. // Trends Immunol. — 2002. — Vol. 23. — P. 549—555.
49. Macrophages promote the invasion of breast carcinoma cells via a colony-stimulating factor-1/epidermal growth factor paracrine loop / Goswami S., Sahai E., Wyckoff J. B., Cammer M., Cox D., Pixley F. J., Stanley E. R., Segall J. E., Condeelis J. S. // Cancer Res. — 2005. — Vol. 65. — P. 5278—5283.
50. Macrophage-tumor cell associations in breast cancer / van Netten J. P., George E. J., Ashmead B. J., Fletcher C., Thornton I. G., Coy P. // Lancet. — 1993. — Vol. 342. — P. 872—873.
51. Wojtowicz-Praga S. Reversal of tumor-induced immunosuppression: a new approach to cancer therapy // J. Immunother. — 1997. — Vol. 20. — P. 165—177.
52. Cancer-related inflammation / Mantovani A., Allavena P., Sica A., Balkwill F. // Nature. — 2008. — Vol. 454. — P. 436—444.
53. Random migration precedes stable target cell interactions of tumor-infiltrating T cells / Mrass P., Takano H., Ng L. G., Daxini S., Lasaro M. O., Iparraguirre A., Cavanagh L. L., von Andrian U. H., Ertl H. C., Haydon P. G., Weninger W. // J. Exp. Med. — 2006. — Vol. 203. — P. 2749—2761.
54. Altered recognition of antigen is a mechanism of CD8+ T cell tolerance in cancer / Nagaraj S., Gupta K., Pisarev V., Kinarsky L., Sherman S., Kang L., Herber D. L., Schneck J., Gabrilovich D. I. // Nat. Med. — 2007. — Vol. 13. — P. 828—835
55. Cathepsin D in invasive ductal NOS breast carcinoma as defined by immunohistochemistry. No correlation with survival at 5 years / Domagala W., Striker G., Szadowska A., Dukowicz A., Weber K., Osborn M. // Am. J. Pathol. — 1992. — Vol. 141. — P. 1003—1012.
56. Enhanced invasiveness of breast cancer cell lines upon co-cultivation with macrophages is due to TNF-a dependent up-regulation of matrix me-talloproteases / Hagemann T., Robinson S. C., Schulz M., Trümper L., Balk-will F. R., Binder C. // Carcinogenesis. — 2004. — Vol. 25. — P. 1543—1549.
57. Macrophages induce invasiveness of epithelial cancer cells via NF-kB and JNK / Hagemann T., Wilson J., Kulbe H., Li N. F., Leinster D. A., Charles K., Klemm F., Pukrop T., Binder C., Balkwill F. R. // J. Immunol. — 2005. — Vol. 175. — P. 1197—1205.
58. Salvesen H. B., Akslen L. A. Significance of tumor-associated macrophages, vascular endothelial growth factor and thrombospondin-1 expression for tumor angiogenesis and prognosis in endometrial carcinomas // Int. J. Cancer. — 1999. — Vol. 84. — P. 538—543.
59. Takanami I., Takeuchi K., Kodaira S. Tumor-associated macrophage infiltration in pulmonary adenocarcinoma: association with angiogenesis and poor prognosis // Oncology. — 1999. — Vol. 57. — P. 138—142.
60. Cytokine regulation of angiogenesis in breast cancer: the role of tumor-associated macrophages / Lewis C. E., Leek R., Harris A., McGee J. O. // J. Leukoc. Biol. — 1995. — Vol. 57. — P. 747—751.
61. Macrophage-derived angiogenesis factors / Sunderkötter C., Goe-beler M., Schulze-Osthoff K., Bhardwaj R., Sorg C. // Pharmacol. Ther. — 1991. — Vol. 51. — P. 195—216.
62. In situ detection of basic fibroblast growth factor by highly specific antibodies / Schulze-Osthoff K., Risau W., Vollmer E., Sorg C. // Am. J. Pathol. — 1990. — Vol. 137. — P. 85—92.
63. Vascular permeability factor (vascular endothelial growth factor) gene is expressed differentially in normal tissues, macrophages, and tumors / Berse B., Brown L. F., Van de Water L., Dvorak H. F., Senger D. R. // Mol. Biol. Cell. — 1992. — Vol. 3, N 2. — P. 211—220.
64. Chervenick P. A., LoBuglio A. F. Human blood monocytes: stimulators of granulocyte and mononuclear colony formation in vitro // Science. — 1972. — Vol. 178. — P. 164—166.
65. Monocyte/macrophage recruitment, activation and differentiation modulate interleukin-8 production: a paracrine role of tumor-associated macrophages in tumor angiogenesis / Varney M. L., Olsen K. J., Mosley R. L., Bucana C. D., Talmadge J. E., Singh R. K. // In Vivo. — 2002. — Vol. 16. — P. 471—477.
66. IL-23 promotes tumor incidence and growth / Langowski J. L., Zhang X., Wu L., Mattson J. D., Chen T., Smith K., Basham B., McClana-han T., Kastelein R. A., Oft M. // Nature. — 2006. — Vol. 442, N 7101. — P. 461—465.
67. Interleukin-17 promotes angiogenesis and tumor growth / Nu-masaki M., Fukushi J., Ono M., Narula S. K., Zavodny P. J., Kudo T.,
Robbins P. D., Tahara H., Lotze M. T. // Blood. — 2003. — Vol. 101. — P. 2620—2627.
68. Giraudo E., Inoue M., Hanahan D. An amino-bisphosphonate targets MMP-9-expressing macrophages and angiogenesis to impair cervical carcinogenesis // J. Clin. Invest. — 2004. — Vol. 114. — P. 623—633.
69. Robinson S. C., Scott K. A., Balkwil F. R. Chemokine stimulation of monocyte matrix metalloproteinase-9 requires endogenous TNF-a // Eur. J. Immunol. — 2002. — Vol. 32. — P. 404—412.
70. Ingber D. E. Extracellular matrix as a solid-state regulator in angiogenesis: identification of new targets for anti-cancer therapy Semin. // Cancer Biol. — 1992. — Vol. 3, N 2. — P. 57—63.
71. Immunolocalization of an angiogenic factor (HAF) in normal, inflammatory and tumor tissues / Frühbeis B., Zwadlo G., Bröcker E. B., Osthoff K. S., Hagemeier H. H., Topoll H., Sorg C. // Int. J. Cancer. — 1998. — Vol. 42. — P. 207—212.
72. Hockel M., Sasse J., Wissler J. H. Purified monocyte-derived angiogenic substance (angiotropin) stimulates migration, phenotypic changes, and "tube formation” but not proliferation of capillary endothelial cells in vitro // J. Cell. Physiol. — 1986. — Vol. 133. — P. 1—13.
73. Taipale J., Keski-Oja J. Growth factors in the extracellular matrix // FASEB J. — 1997. — Vol. 11. — P. 51—59.
74. Polyoma middle T-induced vascular tumor formation: the role of the plasminogen activator/plasmin system / Sabapathy K. T., Pepper M. S., Kiefer F., Möhle-Steinlein U., Tacchini-Cottier F., Fetka I., Breier G., Risau W., Carmeliet P., Montesano R., Wagner E. F. // J. Cell Biol. — 1997. — Vol. 137. — P. 953—963.
75. Murdoch C., Giannoudis A., Lewis C. E. Mechanisms regulating the recruitment of macrophages into hypoxic areas of tumors and other ischemic tissues // Blood. — 2004. — Vol. 104. — P. 2224—2234.
76. Necrosis correlates with high vascular density and focal macrophage infiltration in invasive carcinoma of the breast / Leek R. D., Landers R. J., Harris A. L., Lewis C. E. // Br. J. Cancer. — 1999. — Vol. 79. — P. 991—995.
77. Quantitative assessment of the leukocyte infiltrate in ovarian cancer and its relationship to the expression of C-C chemokines / Negus R. P., Stamp G. W., Hadley J., Balkwill F. R. // Am. J. Pathol. 1997. — Vol. 150. — P. 1723—1734.
78. Correlation of histological localization of tumor-associated macrophages with clinicopathological features in endometrial cancer / Ohno S., Ohno Y., Suzuki N., Kamei T., Koike K., Inagawa H., Kohchi C., Soma G., Inoue M. // Anticancer Res. — 2004. — Vol. 24. — P. 3335—3342.
79. Necrosis correlates with high vascular density and focal macrophage infiltration in invasive carcinoma of the breast / Leek R. D., Landers R. J., Harris A. L, Lewis C. E. // Br. J. Cancer. — 1999. — Vol. 79. — P. 991—995.
80. Macrophages accumulate in avascular, hypoxic areas of prostate tumors: implications for the targeted therapeutic gene delivery to such sites / Burton J. L., Wells J. M., Corke K. P., Maitland N., Hamdy F. C., Lewis C. E. // J. Pathol. — 2000. — Vol. 192. — P. 8A.
81. Genetic amplification of the transcriptional response to hypoxia as a novel means of identifying regulators of angiogenesis / White J. R., Harris R. A., Lee S. R., Craigon M. H., Binley K., Price T., Beard G. L., Mun-dy C. R., Naylor S. // Genomics. — 2004. — Vol. 83. — P. 1—8.
82. Hypoxia-induced gene expression in human macrophages: implications for ischemic tissues and hypoxia-regulated gene therapy / Burke B., Giannoudis A., Corke K. P., Gill D., Wells M., Ziegler-Heitbrock L., Lewis C. E. // Am. J. Pathol. — 2003. — Vol. 163. — P. 1233—1243.
83. Matrilysin stimulates DNA synthesis of cultured vascular endothelial cells and induces angiogenesis in vivo / Nishizuka I., Ichikawa Y., Ishi-kawa T., Kamiyama M., Hasegawa S., Momiyama N., Miyazaki K., Shima-da H. // Cancer Lett. — 2001. — Vol. 173. — P. 175—182.
84. Pugh C. W., Ratcliffe P. J. Regulation of angiogenesis by hypoxia: role of the HIF system // Nat. Med. — 2003. — Vol. 9. — P. 677—684.
85. HIF-1a is essential for myeloid cell-mediated inflammation / Cramer T., Yamanishi Y., Clausen B. E., Förster I., Pawlinski R., Mackman N., Haase V. H., Jaenisch R., Corr M., Nizet V., Firestein G. S., Gerber H. P., Ferrara N., Johnson R. S. // Cell. — 2003. — Vol. 112. — P. 645—457.
86. Production of vascular endothelial growth factor by murine macrophages: regulation by hypoxia, lactate, and the inducible nitric oxide synthase pathway / Xiong M., Elson G., Legarda D., Leibovich S. J. // Am. J. Pathol. — 1998. — Vol. 153. — P. 587—598.
87. Coussens L. M., Werb Z. Matrix metalloproteinases and the development of cancer // Chem. Biol. — 1996. — Vol. 3, N 11. — P. 895—904.
88. Direct visualization of macrophage-assisted tumor cell intravasa-tion in mammary tumors / Wyckoff J. B., Wang Y., Lin E. Y., Li J. F., Goswa-mi S., Stanley E. R., Segall J. E., Pollard J. W., Condeelis J. // Cancer Res. —
2007. — Vol. 67. — P. 2649—2656.
89. Condeelis J., Pollard J. W. Macrophages: obligate partners for tumor cell migration, invasion, and metastasis // Cell. — 2006. — Vol. 124. — P. 263—266.
90. MMP9 induction by vascular endothelial growth factor receptor-1 is involved in lung-specific metastasis / Hiratsuka S., Nakamura K., Iwai S., Murakami M., Itoh T., Kijima H., Shipley J. M., Senior R. M., Shibuya M. // Cancer Cell. — 2002. — Vol. 2. — P. 289—300.
91. Juang C. M., Hung C. F., Yeh J. Y. Regulatory T cells: potential target in anticancer immunotherapy // Taiwan J. Obstet. Gynecol. — 2007. — Vol. 46, N 3. — P. 215—221.
92. Curiel T. J. Tregs and rethinking cancer immunotherapy // J. Clin. Invest. — 2007. — Vol. 117, N 5. — P. 1167—1174.
93. Baecher-Allan C., Anderson D. E. Immune regulation in tumorbear-ing hosts // Curr. Opin. Immunol. — 2006. — Vol. 18. — P. 214—219.
94. CD122 + CD8+ Treg suppress vaccine-induced antitumor immune responses in lymphodepleted mice / Wang L. X., Li Y., Yang G., Pang P. Y., Haley D., Walker E. B., Urba W. J., Hu H. M. // Eur. J. Immunol. — 2010. — Vol. 40, N 5. — P. 1375—1385.
95. Increased frequency and suppression by regulatory T cells in patients with acute myelogenous leukemia / Szczepanski M. J., Szajnik M., Czystowska M., Mandapathil M., Strauss L., Welsh A., Foon K. A., Whiteside T. L., Boyiadzis M. // Clin. Cancer Res. — 2009. — Vol. 15, N 10. — P. 3325—3332.
96. Scanlan M. J., Simpson A. J., Old L. J. The cancer/testis genes: review, standardization, and commentary // Cancer Immunol. — 2004. — Vol. 4. — P. 1.
97. Synergism of cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 blockade and depletion of CD25( + ) regulatory T cells in antitumor therapy reveals alternative pathways for suppression of autoreactive cytotoxic T lymphocyte responses / Sutmuller R. P., van Duivenvoorde L. M., van Elsas A.,
Schumacher T. N., Wildenberg M. E., Allison J. P., Toes R. E., Offringa R., Melief C. J. // J. Exp. Med. — 2001. — Vol. 194. — P. 823—832.
98. CD4 + CD25 + Foxp3+ regulatory T cells induce alternative activation of human monocytes/macrophages / Tiemessen M. M., Jagger A. L., Evans H. G., van Herwijnen M. J., John S., Taams L. S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2007. — Vol. 104. — P. 19 446—19 451.
99. Pittet M., Mempel T. Regulation of T-cell migration and effector functions: insights from in vivo imaging studies // Immunol. Rev. — 2008. — Vol. 221. — P. 107—129.
100. Youn J. I., Gabrilovich D. I. The biology of myeloid-derived suppressor cells: The blessing and the curse of morphological and functional heterogeneity // Eur. J. Immunol. — 2010. — Vol. 40, N 11. — P. 2969— 2975.
101. Balkwill F., Mantovani A. Inflammation and cancer: back to Virchow? // Lancet. — 2001. — Vol. 357— P. 539—545.
102. Two-photon imaging of intratumoral CD8+ T cell cytotoxic activity during adoptive T cell therapy in mice / Breart B., Lemaitre F., Celli S., Bousso P. // J. Clin. Invest. — 2008. — Vol. 118. — P. 1390—1397.
103. In vivo imaging of T cell delivery to tumors after adoptive transfer therapy / Pittet M. J., Grimm J., Berger C. R., Tamura T., Wojtkiewicz G., Nahrendorf M., Romero P., Swirski F. K., Weissleder R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2007. — Vol. 104. — P. 12 457—12 461.
104. Regulatory T cells reversibly suppress cytotoxic T cell function independent of effector differentiation / Mempel T. R., Pittet M. J., Khazaie K., Weninger W., Weissleder R., von Boehmer H., von Andrian U. H. // Immunity. — 2006. — Vol. 25. — P. 129—141.
105. Characterization of circulating T cells specific for tumor-associated antigens in melanoma patients / Lee P. P., Yee C., Savage P. A., Fong L., Brockstedt D., Weber J. S., Johnson D., Swetter S., Thompson J., Greenberg P. D., Roederer M., Davis M. M. // Nat. Med. — 1999. — Vol. 5. — P. 677—685.
Поступила 27.02.2012
Igor Yurievich Malyshev1
IMMUNITY CELL MATRIX REPROGRAMMING AND DAMAGE ROLE IN TUMOR PATHOGENESIS
1 MD, PhD, DSc, Professor, Head, Chair of Pathophysiology,
A. I. Evdokimov Moscow State Medical Dentistry University (20/1, Delegatskaya, Mosow, RF, 127473); Head, Stress and Adaptation Laboratory,
General Pathology and Pathophysiology Research Institute, RAMS (8, Baltiyskaya ul., Moscow, RF, 125315)
Address for correspondence: Malyshev Igor Yurievich, Chair of Pathophysiology,
A. I. Evdokimov Moscow State Medical Dentistry University,
20/1, Delegatskaya ul., Moscow, RF, 127473; e-mail: [email protected]
The review describes a concept of cell matrix reprogramming. Rapid immune reaction is based on reproduction of immune mechanisms from a preexisting immune matrix in response to a pathogen. The matrix points contain immune cells. Mutual reprogramming of the cell phenotypes or matrix reprogramming occurs during immune response. The purpose of this matrix reprogramming is to restore homeostasis impaired by the pathogen. The immune matrix structure corresponds to the structure of the homeostatic mechanism. A defect in any segment of this mechanism results in immun incapability to restore homeostasis. It is just happens when a tumor develops. The tumor transforms homeostatic mechanism of the matrix into various carcinogenetic programs including angiogenesis, survival, invasion and metastasis. The important clinical conclusion may therefore be made: tumor therapy should be aimed to restore homeostatic mechanism of the immune matrix. We are currently developing a cell biotechnology based on this approach.
Key words: tumor, macrophage, immunity, reprogramming.
