CC BY
94
31. Martino P., Gastalcli R., Raccah R., Girmenia C. IIJ. Inl'cct.—
1994, — Vol. 28. Suppl. 1, —P. 7—15.
32. Martino P., Girmenia C. II Support Care Canccr. — 1993. — N 1. — P. 240—244.
33. Meunier F. II Am. J. Med. — 1995. — Vol. 99, Suppl. 6A. — P. 6A— 60S—67S.
34. Meunier F., Aoun M., Bitar N. //Clin, infect. Dis. — 1992. — Vol. 14, Suppl. 1, — P. SI20—SI25.
35. Mills W., Chopra R., Linch D. C., Goldstone A. H. II Bril. J. Haematol. — 1994. — Vol. 86. — P. 754—760.
36. Morrison V. A. McGIave P. B. II Bone Marrow Transpl. — 1993. — Vol. 11, N 5.—P. 385—388.
37. Nadler J. P. II Rev. infect. Dis. — 1990. — Vol. 12, N 1. — P. 162.
38. Ness M. J., Vaughon W. P., Woods G. L. Hi. infect. Dis. — 1989. — Vol. 159, N 3, —P. 495—502.
39. Novacova I. R. O. II PhD thesis, Katholikc Univcrsitcit Nijmegen. — 1992.— P. 119—134.
40. Nucci M., Silveira M. /., Velasco E. cl al. // Intern. Sympos. of Infections in the immunocompromised host. 9-th, 23—26 June. —Assisi, 1996.
41. Pauw B. E., Raemaekers J. M., Donelly J. P. et al. // Ann. Hcmatol. —
1995.— Vol. 70.—P. 83—87.
42. Pechere J. C. II Support Care Canccr. — 1993. — N 1. — P. 124—129.
© Коллектив авторов, 1998 УДК 616-006-085.373
Ф. В. Доненко, А. Ю. Топтыгин, Ю. С. Лебедин,
Л. П. Алексеев, В. Ю. Селъчук
ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ ВАКЦИНЫ
НИИ клинической онкологии. Институт иммунологии Минздрава РФ, Научно-производственная фирма «ХЕМА»
История создания противораковых вакцин насчитывает уже более 90 лет — срок относительно небольшой для научного направления, но вполне достаточный, чтобы оценить его перспективность. Прежде всего необходимо отметить, что, хотя в настоящее время пока не существует ни одной официально признанной противораковой вакцины, в клинике активно проводятся испытания различных вариантов вакцин и эффективность их применения при меланоме ША и IV стадии уже не вызывает сомнения. Использование этого метода лечения (а в будущем и профилактики) привлекает не-травматичностью (по сравнению с хирургическими методами лечения) и низкой токсичностью (по сравнению с химиотерапией). Но разработка этого метода лечения онкологических заболеваний сталкивается с большими сложностями. Для того чтобы лучше понять проблемы создания подобного рода вакцин, необходимо кратко рассмотреть историю данного вопроса.
Более 90 лет назад в 1907 г. 8. Р1ехпег и .1. ,1оЬПгщ [20], используя убитые прогреванием при 56 °С опухолевые клетки саркомы крыс для иммунизации животных, получили парадоксальный результат — иммунизация привела к увеличению частоты прививаемости опухоли у иммунных животных по сравнению с контрольной группой. Явление получило название «феномен иммунологического усиления» или — из-за своей таинственности — «феномен ХУ2». Было показано, что это явление связано с появлением в сыворотке крови иммунизированных животных (и у животных с опу-
43. Pizzo P. A. II J. Hosp. Infcct. — 1990. — Vol. 15, Suppl. A.— P. 41—48.
44. Richardson S. E., Bannalyne R. M., Summerbell R. C. et al. //Rev. infect. Dis. — 1988. — Vol. 10, N 6.—P. 1171—1181.
45. Sahin B„ Paydas S. II Meeting of the International Society of Haematology, 13-th, 3—8 September. — Istanbyl, 1995.
46. Saxena K., Guleri A. S. II Intern. Sympos. of infections in the immunocompromised host, 9-th, 23—26 June. — Assisi, 1996.
47. Scevola D., Michelone G., Cavanna C., Gilmimetti R. II Ibid.
48. Schimpff S. C. II Support Care Canccr. — 1993. — N 1. — P.
in—221.
49. Tashiro 7’., Nagai H., Kamberi P. ct al. // Eur. J. clin. Microbiol, infect. Dis.— 1994.—Vol. 13, N 13.—P. 218—224.
50. Thaler M., Pastakia B., Shawcer T. H. et al. // Ann. intern. Med. — 1988, —Vol. 108.—P. 88—100.
51. Venditti M., Micozzi A., Gentile G. et al.//Rev. infect. Dis.— 1988, — Vol. 10, N 3. — P. 653—660.
52. Walsh T. J., Dizon D. M. II Eur. J. Epidemiol. — 1989. — Vol.
5, N 2.—P. 131—142.
53. Wilson C. M„ O’Rourke E. J., McGinnis M. R„ Salkin I. F. II J. infcct Dis.— 1990.— Vol. 161, N 1, —P. 102—107.
Поступила 13.10.97/Submitted 13.10.97
F. V. Donenko, A. Yu. Toptygin, Yu. S. Lebedin,
L. P. Alexeyev, V. Yu. Selchuk
ANTITUMOR VACCINES
Research Institute of Clinical Oncology, Immunology Institute of RF Health Ministry, XEMA Science and Production Company
The history of developing anticancer vaccines runs to more than 90 years. This time is not too long for a scientific development but is enough to evaluate its prospects. It should be noted that though there are no recognized antricancer vaccines so far a number of clinical trials of anticancer vaccines are currently in progress, and their efficiency in stage III A and IV melanoma is a proven fact. This modality of cancer treatment (and probably prevention) is attractive due to no traumatism and low toxicity as compared to chemotherapy. However, the development of this modality is associated with many problems. Let us consider the history of this issue to better understand the problems encountered in the path of developing anticancer vaccines.
More than 90 years ago, in 1907, S. Flexner and J. Jobling [20] heated rat sarcoma cells at 56°C to be used in animal immunization. This treatment gave a paradoxical result: better tumor transplantability in immune animals. This phenomenon was termed “immunological augmentation” or “XYZ phenomenon” due to its mysterious nature. It was shown to be related to generation of specific serum antibody in immune (as well as tumor-bearing) animals that blocked antitumor cytotoxic reactions of the organism. This antibody was called blocking antibody, while the field of research (in spite of marked biological effects confirmed by many investigators) was considered of no scientific value because neither mechanisms of the phenomenon nor approaches to its study were clear. We shall not go into
холью) специфических антител, которые блокируют ци-тотоксические реакции организма против опухоли. Эти антитела получили название «блокирующих», а направление, изучающее их, несмотря на ярко выраженные биологические эффекты, подтвержденные многими группами исследователей, было признано неперспективным, так как остались непонятными ни механизмы этого явления, ни подходы к его изучению. Не вникая в детальный разбор работ по данному вопросу, отметим, что сам факт отсутствия заметного прогресса в этой области за прошедшие 90 лет говорит о сложности проблемы [1, 2, 16, 18, 20, 36]. С другой стороны, такой подход к иммунизации организма против опухоли является несколько искусственным и полностью копирует классические подходы в иммунологии при вакцинации людей и животных против инфекционных заболеваний. В то же время иммунология онкологических заболеваний резко отличается от иммунологии большинства инфекционных заболеваний.
Таким образом, первые попытки создать вакцину против рака оказались неудачными. Однако за прошедшее время наши знания о механизмах иммунного ответа значительно расширились, и попытки создания противораковых вакцин возобновились. Все современные противораковые вакцины можно условно разделить на четыре основные группы:
I — поливалентные цельноклеточные вакцины [10, 12, 26, 40];
II — моновалентные вакцины [19];
III — генно-инженерные вакцины [45];
IV — вакцины второго поколения [30, 41].
Поливалентные вакцины
Поливалентные вакцины создаются на основе цельных линейных опухолевых клеток, поэтому содержат много различных антигенных детерминант. Эти детерминанты способны усиливать иммунный ответ, так как иммунный ответ может развиваться сразу против нескольких опухольассоциированных антигенов. Поэтому в случае поливалентных вакцин иммунный ответ может развиваться даже тогда, когда на отдельные опухо-льассоциированные антигены в силу генетических особенностей организма больного ответ будет отсутствовать. Среди отрицательных свойств поливалентных вакцин отметим повышенный риск внесения чужеродного генетического материала и развития перекрестных иммунологических реакций между антигенами вакцины и нормальными тканями организма. D. Morton считает, что критерием иммунного ответа на вакцинацию является уровень lgM против антигенов вакцины и в несколько меньшей мере уровень специфических IgG. Информативность активизации клеточного иммунитета ему представляется сомнительной. Почти 30-летний опыт работы в этой области и обилие клинического материала делают эту точку зрения весьма весомой [35]. Учитывая исторический опыт, приведенный выше, можно предположить, что более высокая информативность гуморального иммунного ответа также указывает на возможность существования в сыворотке крови онкологических больных блокирующих антител, которые способны подавлять активный клеточный иммунный ответ организма-опухоленосителя на опухоль даже при существовании в этом организме активных Т-киллеров,
detail in this matter but just note that the very fact of no progress in this field over the last 90 years is evidence of its difficulty [1, 2, 16, 18, 20, 36]. On the other hand such approach to immunization against tumors is somewhat artificial and fully copies the classical immunology approaches of human and animal immunization against infections. While cancer immunology is evidently different from infection immunology.
Thus, the first attempts to develop anticancer vaccines ended in failure. However, our knowledge of mechanisms of immune response was increasing and research in anticancer vaccine development was started again. All to-day anticancer vaccines may be conventionally divided into four basic categories:
I, polyvalent full-cell vaccines [10, 12, 26, 40];
II, monovalent vaccines [19];
III, genetically engineered vaccines [45];
IV, second generation vaccines [30, 41].
Polyvalent vaccines
Polyvalent vaccines are produced from full linear tumor cells and therefore contain many different antigenic determinants. These determinants may enhance immune response because the reaction may be directed against several tumor-associated antigens. Therefore immune response to polyvalent vaccines may occur even in the absence of response to individual tumor-associated antigens due to specific genetic characteristics oof the patient, negative features of the polyvalent vaccines include increased risk of introduction of foreign genetic material and development of immunological cross reactions between vaccine antigens and normal body tissues. D. Morton believes content of IgM against vaccine antigens and to a lower degree of specific IgG to be measure of immune response to vaccination. He doubts whether activization of cell-mediated immunity is of informative value. The next to 30-year experience in this fiels and the large amount of clinical evidence make this opinion quite substantial [35]. Basing on the above-mentioned experience the supposition may be made that the higher informative value of humoral immune response is also suggestive of generation in cancer patients of serum blocking antibody able to inhibit active cell-mediated antitumor immune response of the tumor-bear-ing body even in the presence of activated T-killers as demonstrated in vitro [24]. However, this view is not commonly recognized, and many laboratories measure cell immune response to vaccination as well.
Vaccine CancerVax developed by Dr D. Morton from John Wayne Institute is the best studied polyvalent anticancer vaccine. It is a mixture of three different human melanoma cell lines Ml01, M24 and M10 which are administered to patients after exposure to freezing and irradiation. Although the administered cells differ by major histocompatibility complex (MHC) molecules of both classes I and II from the patient’s cells the immune response occurs in 20% of cases only. Prognosis in responders is significantly better than in non-responders to the vaccine. Five-year survival in stage III melanoma increases from 39 to 53% and in stage IV from 4 to 13%. Unfortunately a 10 to 20% immune response is a threshold for most polyvalent vaccines. To increase response rate to vaccination Newcastle fever virus and
как это наблюдается в системе in vitro [24]. Но эта точка зрения не является общепринятой, и во многих лабораториях используется также измерение реакции клеточного звена иммунитета на вакцинацию, о чем будет сказано ниже.
Среди поливалентных вакцин наиболее изученной является вакцина CancerVax, разработанная в Онкологическом институте John Wayne под руководством д-ра D. Morton. Она состоит из смеси трех различных линий клеток меланомы человека М101, М24 и Ml О, которые после замораживания и облучения вводят больным. Несмотря на то что вводимые клетки отличаются по главному комплексу гистосовместимости молекул как I, так и II класса от клеток больного, иммунный ответ удается зарегистрировать только в 20% случаев. Прогноз ответивших больных достоверно лучше, чем у больных, у которых реакция на вакцину не регистрируется. При меланоме III стадии 5-летняя выживаемость увеличивается с 39 до 53%, а при IV стадии — с 4 до 13%. Таким образом, 10—20% иммунный ответ — это тот порог, который, к сожалению, не удается преодолеть, используя большинство поливалентных вакцин. Для увеличения вероятности ответа на вакцинацию применяют совместно с аутологичными клетками вирус Ньюкастлской лихорадки и биспецифические антитела к гемагглютининнейраминидазе. Иммуногенность такой вакцины у мышей достигает 50% и хорошо коррелирует с отсутствием метастазирования опухолей. Такой высокий процент иммунного ответа, по мнению авторов, не достигается даже при увеличении экспрессии на поверхности белков главного комплекса гистосовместимости I и II классов [23]. Повышает иммуногенность клеточной вакцины использование гаптенов, в частности динитрофенила. Введение такой вакцины вызывает ярко выраженный воспалительный процесс во всех метастазах меланомы у больных. Однако, несмотря на воспалительный процесс, не наблюдается значительной регрессии опухоли, что исследователи объясняют продуцированием меланомой интерлейкина-10, который подавляет иммунные реакции [38].
Моновалентные вакцины
Важным фактором, способствующим развитию этого направления, было выделение и описание структур, против которых развивается иммунный ответ опухольас-социированных антигенов. Каким должен быть идеальный опухольассоциированный антиген для иммунотерапии опухолей? Этот антиген должен быть широко представлен на поверхности опухолевых клеток и отсутствовать на нормальных клетках, должен быть достаточно иммуногенным для любого вида иммунного ответа, распознаваться непосредственно Т-клетками независимо от главного комплекса гистосовместимости, быть одинаково иммуногенным для всех больных независимо от HLA-гаплотипа. Основным препятствием на пути создания специфических противораковых вакцин является низкая иммуногенность опухольассоции-рованных антигенов. Для повышения их иммуноген-ности пытаются либо модифицировать сами антигены, либо вводить их совместно с адъювантами или другими сильноиммуногенными антигенами.
Все известные опухольассоциированные антигены
bispecific antibody to hemagglutinin neuroaminase are used together with relevant cells. Immunogenic activity of such vaccines in mice reaches 50% and correlates well with no tumor metastasis. Such a high immune response cannot be achieved even in cases with increased expression of class I and II MHC [23]. Haptens in particular dinitrophanyl may increase cell vaccine im-munogenicity. Administration of such vaccines induces marked inflammation in all melanoma metastasis sites. However, the inflammation fails to result in considerable tumor regression which in the opinion of some authors is due to production by melanoma of interleukine 10, a factor inhibiting immune response [38].
Monovalent vaccines
Identification and description of tumor-associated antigens, i. e. structures against which immune response is directed, was an important milestone of the research. What is an ideal tumor-associated antigen for immunotherapy? This antigen is well present on tumor cell surface and absent on normal cells, immunogenic enough for any immune response type, is recognizable by T-cells without being presented by MHC antigens and is equally immunogenic in all patients irrespective of HLA haplo-type. Low immunogenicity of tumor-associated antigens is the main obstacle for development of anticancer vaccines. To increase the immunogenicity the antigens are modified or administered together with adjuvants or with high-immunigenicity antigens.
All tumor-associated antigens may divided into three categories: a) protooncogene products; b) mucins; c) carbohydrate antigens.
Protooncogene Products. Development of anticancer vaccines derived from protooncogene products is a prospective field, there were no clinical trials of such vaccines so far [44]. There are four protooncogenes theoretically applicable for patient immunization:
1) HER2/neu, whose products are increasingly expressed in breast, ovary, prostate, lung and colon cancers [42];
2) Ras, whose products are ensountered in 90% of pancreatic carcinoma, 50% of colonic adenocarcinoma, 40% of lung carcinomas, 60% of thyroid follicular cancer [4,11];
3) p53 products play an important part in cell cycle regulation. This gene mutations are frequently present in breast, colon, lung, ovary, stomach and brain tumors [25];
4) bcr/abl, which is produced as a result of chromosome 9 translocaion and present in chronic myelogenic leukemia [22].
All these protooncogene products have a common feature: they mutate in a large fraction*-of tumors and the mutations are recognized by T-cells which makes them (though yet theoretically) a potential target for anticancer immunotherapy.
Mucins. Mucins are high molecular-weight glycoproteins present on cytoplasmic membrane surface and contributiong to intercellular effects and cell mitosis. Thes molecules are evolutionally conservative. For instance, there is a 1-2% difference in genome of polymorphous epithelial mucine MUC-1 between the shim-panzee and man [7]. The use of the polymorphous epithelial mucine in anticancer vaccines is only planned in future while carcinoembryonic antigen (CEA) is actively employed to study immune response in cancer
условно можно разделить на 3 группы: а) продукты протоонкогенов; б) муцины; в) карбогидратные антигены.
Продукты протоонкогенов. Разработка противоопухолевых вакцин на основе продуктов протоонкогенов является потенциальным направлением, в клинике их испытания пока не проводились [44]. Таких протоонкогенов, которые теоретически можно использовать для иммунизации больных, известно в настоящее время всего четыре:
1) протоонкоген НЕК.2/пеи, продукты которого повышенно экспрессируются при раке молочной железы, яичников, простаты, легкого и толстой кишки [42];
2) протоонкоген Кае, частота встречаемости продуктов которого составляет: до 90% случаев карциномы поджелудочной железы, 50% случаев аденокарциномы толстой кишки, 40% карцином легкого, 60% фолликулярного рака щитовидной железы [4, 11];
3) продукты протоонкогена р53 играют важную роль в регуляции клеточного цикла клеток. Мутации этого гена с высокой частотой встречаются при опухолях молочной железы, толстой кишки, легкого, яичников, желудка и головного мозга [25];
4) протоонкоген Ьсг/аЫ, образующийся в результате хромосомной транслокации в хромосоме 9, встречается при хронических миелогенных лейкозах [22].
Все эти продукты протоонкогенов объединяют две особенности: при опухолях в большом проценте случаев наблюдаются мутации в этих генах и все эти мутации узнаются Т-клеточным звеном иммунитета, что делает их (пока еще только теоретически) потенциальными мишенями для противоопухолевой иммунотерапии.
Муцины. Муцины — высокомолекулярные гликопротеины, расположенные на поверхности цитоплазматических мембран и участвующие в межклеточных взаимодействиях и прохождении клеток по клеточному циклу. Это очень консервативные в эволюции молекулы. Например, для гена полиморфного эпителиального муцина МиС-1 расхождения в геноме шимпанзе и человека составляют всего 1—2% [7]. Если использование полиморфного эпителиального муцина в противораковых вакцинах только планируется, то раково-эмбриональный антиген (РЭА) уже активно используется для изучения особенностей иммунного ответа у онкологических больных [30]. Он является одним из наиболее перспективных опухолевых антигенов, который можно использовать для разработки противораковой вакцины. Перспективность этого антигена связана прежде всего с его экспрессией в большинстве опухолей желудоч-но-кишечного тракта, карцином поджелудочной железы, в 50% опухолей молочной железы и в 70% случаев немелкоклеточного рака легкого. Такая широкая распространенность встречаемости РЭА при различных онкологических заболеваниях связана, вероятно, с участием этой молекулы в межклеточном взаимодействии. Предполагают, что взаимодействие между двумя молекулами РЭА на поверхности разных контактирующих клеток может запускать процессы, приводящие к блокировке дифференциации нормальных клеток. Локализация этого антигена на поверхности опухолевых клеток также делает его перспективным для разработки противораковой вакцины. Однако результаты исследования иммуногенности РЭА довольно противоречивы,
patients [30]. The agent is considered a most promising tumor antigen to be used for development of anticancer vaccines. This is mainly because the antigen is expressed in most gastrointestinal tumors, pancreatic carcinomas, 50% of breast tumors and 70% of non-small cell lung carcinoma. This large prevalence of CEA in various cancer types is probably due to its participation in intercellular activities. Interaction of two CEA molecules on different contacting cells is though to be able to trigger processes resulting in block of normal cell differentiation. The antigen presence on tumor cell surface makes it usable for anticancer vaccine development. However, results of CEA immunogenicity study are equivocal, and some authors doubt the existance of antibody to this antigen [39]. Two clinical studies in breast and colorectal cancer patinets demonstrated immune response to recombinant CEA occurring in CEA-dependent lymphproliferative processes. In these studies colorectal cancer patients received recombinant CEA with hydroxialuminium adjuvant and colony stimulating factors [14, 17]. The existance of immune response to CEA is indicative of the fact that the original glycoprotein is an immunogenic molecule and may be used in anticancer vaccines.
Antiidiotypic antibodies, vaccines containing recombinant virus and CEA polynucleotide are used to induce immune response to CEA. Preclinical study of these vaccines is carried out on mice and non-human primates. However, human CEA gene is foreign for these animals and a good immune response to the vaccine is not enough evidence of the vaccine effect in humans. Of note that the use of recombinant CEA vaccine and immune response to CEA in rhesus monkeys was not accompanied by any side effects against granulocytes that like human granulocytes express NCA, a protein cross reacting with CEA.
The following CEA vaccines have passed or are in process of phase I clinical trial.
Antiidiotypic antibodies, vaccines containing recombinant virus with human CEA gene or polynucleotide CEA, recombinant CEA, CAP-1 peptides and second generation vaccines. Phase I clinical trials of the vaccines gave encouraging results: there were no toxic reactions in parallel with immune response to CEA (except local reactions in injection site). There is a vast literature on CEA-based vaccines.
Synthetic peptides and their conjugates are also widely used in development of anticancer vaccines. Today production of synthetic peptides is a rutine process. The problem is that even if a needed linear amino anid sequence is generated the peptide tertiary sytructure may be different from the initial antigen which may lead to production of antibody well reacting with the peptide while neglecting the initial antigen, of which we are going to enlarge further [3].
Carbohydrate Antigens. Carbohydrate antigens are expressed on different tumor cells GM2, GD2 and GD3 (Gangliosides), Lewis- and globo-H (neutral glycolipids and glycoproteins), Tn TF, sTn (glycoproteins). Antibodies to some of these antigens are discovered in sera
of patients receiving anticancer vaccine which correlates with a better prognosis [31].
и некоторые авторы [39] подвергают сомнению сам факт существования антител к этому антигену. Тем не менее в двух клинических исследованиях на больных раком молочной железы и колоректальным раком удалось зафиксировать иммунный ответ к рекомбинантному РЭА, который проявлялся в РЭА-зависимых лимфопролиферативных процессах, причем у больных колоректальным раком рекомбинантный РЭА использовали с адъювантом гидроксиалюминием и колониестимулирующими факторами [14, 17]. Регистрация иммунного ответа к рекомбинантному РЭА указывает на то, что сам исходный гликопротеин является достаточно иммуногенной молекулой и ее можно использовать в противораковых вакцинах.
Для получения иммунного ответа к РЭА пытаются использовать антиидиотипические антитела, вакцины, содержащие рекомбинантный вирус и РЭА-полинукле-отид. Для предклинического изучения этих вакцин используют различных экспериментальных животных — мышей и нечеловекоподобных приматов. Однако ген РЭА человека является чужеродным для этих животных, и хороший иммунный ответ на данную вакцину не является критерием успешного использования этой вакцины у человека. Поэтому только клинические исследования могут решить вопрос о ее применении у людей. Отметим только тот факт, что применение рекомбинантной РЭА-вакцины и развитие иммунного ответа против РЭА у обезьян резусов не сопровождалось появлением каких-либо побочных эффектов против их гранулоцитов, которые, как и гранулоциты человека, экспрессируют на своей поверхности NCA (белок, дающий в иммунологических реакциях перекрест с РЭА).
В настоящее время прошли или проходят I фазу клинических испытаний следующие вакцины против РЭА: антиидиотипические антитела, вакцины, содержащие рекомбинантный вирус с геном РЭА человека или полинуклеотидные РЭА, рекомбинантный РЭА, САР-1-пептиды и вакцины второго поколения. Результаты испытаний вакцин по I фазе дали обнадеживающие результаты: на фоне развития иммунного ответа к РЭА не было отмечено никаких токсических проявлений (за исключением местных реакций в месте введения) от введения препаратов. Обилие информации о вакцинах, разрабатываемых на основе РЭА, делает необходимым посвятить этому опухольассоциированному антигену отдельную статью.
Синтетические пептиды и их конъюгаты также широко используются в разработке противоопухолевых вакцин. Получение синтетических пептидов в настоящее время хорошо отлаженный процесс. Сложность заключается в том, что даже при нужной линейной последовательности аминокислот в таком пептиде его третичная структура может не совпадать с конформацией исходного антигена, что может приводить к синтезу антител, которые хорошо реагируют с пептидом, но не реагируют с исходным антигеном, о чем будет сказано ниже[3].
Карбогидратные антигены. Карбогидратные антигены экспрессируются на поверхности опухолевых клеток различной этиологии GM2, GD2 и GD3 (гангли-озиды), Lewisy и globo-H (нейтральные гликолипиды
Gangliosides GM2 and GD2 are substances expressed on melanoma cells. P.Livingstone et al. demonstrated their immunogenicity. Immune response was achieved in 50 of 58 with a 17% increase in survival of the responders. Vaccines based on the ganglioside conjugates GM2-KLH, QS-21 are under clinical trial. Randomized clinical trial of the vaccines is carried out by a special international group combining leading US and Canadian research centers which was organized by Progenies Pharmaceuticals Inc. [32,37].
TF, Tn and sTn are simple carbohydrate antigens often expressed on epithelial cancer cells. Vaccines based on their synthetic analogs induced marked immune response in patients with colon, breast and ovary cancer, but the generated antibodies were directed against synthetic antigenic structures while being inactive in respect of natural mucins and tumor cells [3]. So,. it is too early to speak of therapeutic effect of the vaccines.
Globo-H hexasaccharide and Lewisy tetrasaccharide are expressed in patients with ovary, breast and prostate cancer. These antigens were produced artificially and induced immune response in mice. IgG and IgM antibodies to these antigens reacted with tumor cells expressing the determinants. Clinical trial of vaccines globo-H-KLH and Lewisy-BSA in ovary cancer is being planned.
Anti-Idiotope-Based Vaccines. When developing anticancer vaccines it is important to separate antigen determinants stimulating T-helpers and T-suppressors, i.e. to generate a ,olecule having a single determinant. Synthetic peptides are hardly useful for this purpose because their molecules should be small while small size molecules are low immunogenic. A possible solution may be the use of anti-idiotope-based antibodies carrying determinant “inner image”. For instance, administration of murine monoclonal antibody IgGl carrying CEA specific epitope 3H1 to 12 patients with colorectal cancer expressing CEA induced immune response to CEA in 9 of the 12 cases. All patients received at least 4 in-tradermal injections of aluminium hydroxide with 1,
2 and 4 mg 3H1 antibody per injection. All the 9 patients generated antibody reacting with CEA, staining autologous and allogeneic colonic tumors. Seven of the 12 patients presented with specific P-cell proliferative response to vaccination. Vaccine toxicity was limited to local cutaneous events (redness, itching). However, the immune response was not long-lasting and failed to inhibit tumor growth. The authors are going to cont-nue the study in patients at earlier disease stage [21].
Genetically Engineered Vaccines
Genetically engineered vaccines may also be divided into polyvalent full-cell vaccines containing tumor-as-sociated antigen genes, polynucleotide vaccines. To manufacture full-cell vaccines the genese encoding MHC proteins are introduced into tumor cell genome. Then these cells bearing foreign and highly immunogenic proteins on their surface are administered to tumor-bearers [8]. Vaccines based on dendritic cells are another type of polyvalent full-cell vaccines. Dendritic cells with surface tumor-associated antigens can directly activate T-cells thus enhancing immune response [41].
All genetically engineered vaccines have a common feature: introduction of foreign genetic material either
и гликопротеины), Tn TF, sTn (гликопротеины). Антитела к некоторым этим антигенам определяются в сыворотке крови больных, получивших противораковые вакцины, что коррелирует с более благоприятным прогнозом для них [31].
Ганглиозиды GM2 и GD2 — это вещества, которые экспрессируются в клетках меланомы. P. Livingston и соавт. показали, что они обладают хорошей иммуно-генностью. Иммунный ответ отмечался у 50 из 58 больных и достоверным на 17% увеличением выживаемости ответивших на иммунизацию больных. Вакцина, созданная на базе конъюгатов этих ганглиозидов GM2 — KLH, QS-21, сейчас наиболее широко изучается в клинике. Рандомизированные клинические испытания проводятся специально созданной для этого компанией «Progenies Pharmaceuticals Inc.» — международной группой, объединяющей ведущие центры США и Канады [32, 37].
Другие карбогидратные антигены TF, Тп и sTn также являются простыми карбогидратными антигенами и часто экспрессируются при эпителиальном раке. Вакцины, разработанные на основе их синтетических аналогов, вызывали сильный иммунный ответ у больных раком толстой кишки, молочной железы и яичников. Однако этот ответ был направлен исключительно против синтетических антигенных структур, тогда как против природных муцинов и опухолевых клеток антитела были неактивны [3]. Поэтому сейчас говорить о терапевтической эффективности несколько преждевременно.
Globo-H-гексасахарид и Lewisy тетрасахарид экспрессируются у больных раком яичников, молочной железы и простаты. Эти антигены были получены искусственно, и при иммунизации ими мышей был зарегистрирован иммунный ответ. Антитела IgG и IgM к этим антигенам реагировали с опухолевыми клетками, экспрессирующими эти детерминанты. В настоящее время планируются клинические изучения вакцины, созданной на базе этих антигенов globo-H-KLH и Le-wisy-BSA у больных раком яичника.
Антиидиотипические вакцины. При разработке противораковых вакцин желательно разделить антигенные детерминанты, стимулирующие Т-хелперы и Т-супрес-соры. Очевидно, что для этого необходимо создавать молекулу, имеющую в своей структуре всего одну антигенную детерминанту. Использование синтетических пептидов в этом случае затруднено, так как при данных условиях они должны быть достаточно малы, но маленькие размеры резко снижают иммуногенность молекулы. Способом решения данной проблемы может стать использование антиидиотипических антител, несущих «внутренний образ» детерминанты. Например, введение мышиных моноклональных антител IgGl, несущих необходимый специфический эпитоп РЭА ЗН1,
12 больным колоректальным раком, экспрессирующим РЭА, привело к развитию иммунного ответа к РЭА у 9 из 12 больных. Все больные получили как минимум 4 внутрикожные инъекции гидроксида алюминия с 1,2 и 4 мг антител ЗН1 на инъекцию. Был отмечен анти-идиотипический (АЬЗ) ответ к ЗН1. Все 9 больных генерировали антитела, которые реагировали с РЭА, окрашивали аутологичные и аллогенные опухоли толстой кишки. У 7 из 12 больных определялся специфический пролиферативный ответ Т-клеток на вакцинацию.
into cell lines or into tumor-bearing organisms. Large DNA viruses, e.g. smallpox vaccine virus, are used as a vector to clone foreign genes. The virus preserves immunogenicity for humans and animals and infectivity for culture cells causes production of proteins inserted in the genome. These proteins are glycosilated and secreted by infected cells, but since the genes (even if human) belong to a foreign genome, the immune response is directed against all proteins synthesized from the foreign genome [9].
However, such vaccination leads to immune response mainly against the virus. Therefore, to induce specific immune response (e.g. against CEA) polynucleotide-mediated immunization with native DNA without vectors were used [13].
This approach is well substantiated theoretically and tested practically, but in our opinion is absolutely unpredictable as concerns vector behavior in normal and neoplastic cells of individual patients. As human genome is extremely variable there is a real risk that the genes encoding tumor-associated antigens may activate normal cells or cause generation of new viruses with unknown features. Therefore a hypothetical patient cured of cancer by vaccination may be highly dangerous for surrounding people.
Second Generation Vaccines
These vaccines are different from the previous types by the use of cytokines to enhance immune response. The cytokines are mainly interleukin-2 and granulo-cyte-macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF). In the above-mentioned study involving immunization of colorectal cancer patients with recombinant CEA immune response was achieved in 6 of 6 cases also receiving colony stimulating factors and only in 2 of 6 cases without the factors [17]. Similar results with a 60% cure from CEA-positive tumors were achieved after immunization of mice with CEA and interleukine-2 [33].
Reports on antitumor vaccines also mention nonspecific vaccination. BCG vaccination is a typical example of non-specific immunization of cancer patients. In 1970 D.Morton et al. demonstrated that intralesional administration of BCG induced regression of cutaneous melanoma metastases only in patients with positive tuberculin tests (5/8) [34]. Non-specific vaccination is used in combination with traditional treatment modalities cancer of the bladder and kidney [5, 27, 43], though in our opinion the very notion of non-specific vaccination is doubtful and it is more correct to speak of immu-nomodulators. Non-specific stimulators of immunity systme leading to significant increase in disease free survival and longer life-time of melanoma patients include Corynebacterium parvum, levamizole, medestrol acetate, interferones [6, 15, 28, 29].
In conclusion we should like to say that in spite of the more than 90-year history of anticancer vaccine study our understanding of the problem is rather poor. While vaccination against infections made a great progress for the same time and led to eradication of many dangerous diseases. However, vaccination against infections is used only in absolutely healthy individuals without previous exposure to relevant entigens, any disease signs being absolute contraindications to vaccination. While originators of anticancer vaccines face quite
Токсичность вакцины лимитировалась местными проявлениями на коже больных (покраснение, зуд). Однако иммунный ответ был непродолжительным и не препятствовал росту опухоли. Авторы решили продолжить изучение вакцины на больных с более ранними стадиями заболевания [21].
Генно-инженерные вакцины
Генно-инженерные вакцины также условно можно разделить на поливалентные цельноклеточные вакцины, содержащие гены опухольассоциированных антигенов, полинуклеотидные вакцины. Для создания цельноклеточных вакцин гены, кодирующие белки главного комплекса гистосовместимости, вводят в геном опухолевых клеток. Затем эти клетки, содержащие на своей поверхности чужеродные и очень иммуногенные белки, вводят в организм опухоленосителя [8]. Другим примером поливалентных цельноклеточных вакцин являются вакцины, разрабатываемые на основе дендритных клеток. Дендритные клетки с экспрессирующимися на их поверхности опухольассоциированными антигенами обладают способностью непосредственно активировать Т-клетки, усиливая иммунный ответ [41].
Генно-инженерные вакцины объединяет один общий методический подход: внесение чужеродного генетического материала либо в клеточные линии, либо в ор-ганизм-опухоленоситель. Причем часто крупные ДНК-содержащие вирусы, например вирус осповакцины, используют в качестве вектора для клонирования многочисленных чужеродных генов. Вирус, сохраняя иммуногенность для человека и животных и инфек-ционность для культивируемых клеток, вызывает наработку белков, встроенных в этот геном. Эти белки гликозилируются и секретируются зараженными клетками, но поскольку эти гены (пусть даже и человеческие) входят в состав чужеродного генома, то против всех белков, синтезирующихся с чужеродного генома, вырабатывается иммунный ответ [9].
Однако при иммунизации такими вируссодержащими вакцинами иммунный ответ развивается в основном против вируса. Поэтому для получения специфического иммунного ответа, например против РЭА, начали использовать полинуклеотидопосредовапную иммунизацию нативным ДНК без какого-либо вектора [13].
Этот подход очень хорошо разработан теоретически и практически, но, с нашей точки зрения, совершенно непредсказуем в будущем в плане поведения этого вектора в нормальных и опухолевых клетках конкретного больного. Разнообразие человеческого генома настолько велико, что риск того, что гены, кодирующие опухо-льассоциированные антигены, способны вызвать активизацию нормальных клеток организма или возникновение новых вирусов с неизвестными свойствами, становится реальным. Поэтому если представить гипотетический случай излечения онкологического больного этой вакциной, то необходимо будет сразу решать вопрос о его опасности для окружающих.
Вакцины второго поколения
Эти вакцины отличаются от уже указанных выше только тем, что для усиления иммунного ответа (причем очень существенного!) в комплексе с уже перечисленными вакцинами используют цитокины. Это, как правило, интерлейкин-2 и гранулоцит-макрофаг-колоние-
a diffirent situation: cancer patients are alsready ill, exposed to tumor-associated antigens and have serum tumor-associated antibodies which can hardly be quantified or evaluated for biological activity. This may account for the fact that only a small fraction (about 20%) of cancer patients develop immune response to tumor-associated antigens and have longer life time (about 17%). However, this is an actual effect of the most delicate treatment for cancer: the 5-year survival of 157 patients with visceral metastases of melanoma (AJCC stage IV) increased from 6% (after routine treatment) to 25% after administration of CancerVax [35]. The very fact of induction of immune response by vaccines containing tumor-associated antigens may be a valuable prognostic factor determining treatment strategy in individual cancer cases.
The question “What vaccines are more efficient: poly-or monovalent?” is rethorical. Good responders to certain tumor-associated antigens should be treated with vaccines containing these very antigens. While polyvalent vaccines may be a good alternative for poor responders to specific tumor-associated antigens. Attempts to increase immu-nogenicity of tumor-associated antigens seems reasonable though we think that attention of investigators should also be paid to the role of blocking tumor-specific antibodies in tumor growth.
стимулирующий фактор (GM-CSF). Так, в упоминавшейся работе об иммунизации больных колоректальным раком рекомбинантным РЭА [17] иммунный ответ был зарегистрирован у 6 из 6 больных при иммунизации на фоне колониестимулирующих факторов и только у 2 из 6 больных — без него. Аналогичные результаты по увеличению иммунного ответа у мышей на РЭА с 60% их излечением от РЭА-положительных опухолей описаны при вакцинации животных на фоне интерлейкина-2 [33].
В литературе, когда говорят о противоопухолевых вакцинах, упоминают и неспецифическую вакцинацию. Типичным примером неспецифической вакцинации при онкологических заболеваниях является БЦЖ. В 1970 г. D. Morton и соавт. показали, что внутриопухолевое введение БЦЖ вызывает регрессию метастазов меланомы кожи только у тех больных, которые дали положительную реакцию на туберкулин (у 5 из 8 больных) [34]. Неспецифическая вакцинация у онкологических больных в настоящее время используется при раке мочевого пузыря и почки в комбинации с традиционными методами лечения [5, 27, 43], хотя, с нашей точки зрения, само понятие неспецифической вакцинации более чем сомнительно и точнее можно говорить об иммуномодуляторах. К неспецифическим стимуляторам иммунной системы, приводящим к достоверному увеличению безрецидивного течения меланомы и увеличению продолжительности жизни больных, можно отнести Со-rynebacterium parvum, левамизол, медестрола ацетат, интерфероны и др. [6, 15, 28, 29].
Таким образом, несмотря на более чем 90-летнюю историю изучения противораковых вакцин, можно смело сказать, что в данном вопросе мы находимся у самых истоков изучения этой проблемы.
Практически за это же время вакцинация против инфекционных заболеваний сделала гигантский шаг вперед, исключив в настоящее время распространение в мире многих инфекционных заболеваний. Но в инфекционной иммунологии вакцинация используется только у абсолютно здоровых организмов, как правило, не контактировавших ранее с этими антигенами. Какие-либо проявления заболевания являются абсолютными противопоказаниями к вакцинации. При разработке противораковых вакцин реальная ситуация прямо противоположная: организм не только болен и контактирует с опухольассоциированными антигенами, но и уже имеет в сыворотке крови опухольспецифические антитела, оценить количество которых и понять их биологическое значение в настоящее время мы не можем. Возможно, именно поэтому иммунный ответ на опу-хольассоциированные антигены наблюдается в относительно небольшом проценте случаев (около 20) и процент увеличения продолжительности жизни также невелик (около 17). Тем не менее это реальный эффект от самого щадящего способа лечения онкологических заболеваний. В частности, для 157 больных с висцеральными метастазами меланомы (AJCC IV стадия) он выражается в увеличении 5-летней выживаемости с 6% (при лечении традиционными методами) до 25% при лечении CancerVax [35]. Само по себе получение иммунного ответа на вакцины, содержащие опухольас-социированные антигены, может стать ценным прогностическим признаком, позволяющим определять стратегию лечения конкретного больного.
Вероятно, вопрос: «Какие вакцины лучше, поливалентные или моновалентные?» имеет несколько риторический характер. Больным, которые хорошо отвечают на определенные опухольассоциированные антигены, целесообразней вводить вакцины, содержащие именно эти антигены. Вместе с тем больным, которые плохо отвечают на введение конкретного опу-хольассоциированного антигена, стоит попробовать ввести поливалентные вакцины. Существующее в настоящее время направление по повышению иммуно-генности опухольассоциированных антигенов, конечно, является логичным и необходимым направлением создания и применения противораковых вакцин, но, с нашей точки зрения, для достижения заметного прогресса в этой области целесообразно обратить внимание на роль блокирующих опухольспецифических антител в росте опухоли в организме.
ЛИТЕРАТУРА /REFERENCES
1. Допето Ф. В., Кабиева А. О., Мороз Л. В. //Бюл. экспср. биол. — 1992. — № 11, — С. 518—520.
2. Донецка Ф. В., Мороз J1. В. //Там же. — 1995. —№ 1. —С. 62—65.
3. Adluri S., Helling F., Ogata S. cl al. // Canccr Immunol. Immuno-thcr. — 1995.— Vol. 41,— P. 185—192.
4. Almogttera C., Shibata D., Forrester K. ct al. // Cell. — 1988. — Vol. 53, —P. 549—551.
5. Anton P., Kirchner H., Jonas U., Atzpodien J. //Canccr Biolhcr. Ra-diopharm. — 1996. — N. 11 — P. 315—318.
6. Balch С. М., Smalley R. V., Bartolucci A. A. cl al.//Canccr.— 1982. — Vol. 49.— P. 1079—1084.
7. Barratt-Boyes S. М. II Canccr Immunol. Immunolhcr. — 1996. — Vol. 43.— P. 142—151.
8. Baskar S. II Ibid. — P. 165—173.
9. Bei R., Kantor J., Kashmiri S. V. S. cl al. // J. Immunothcr. —
1994.— Vol. 16.— P. 275—282.
10. Berd D., Maguire H. C., McCue P., Mastrangelo M. J. II J. clin. Oncol. — 1990. N 8,— P. 1858—1867.
11. Bos J. //Canccr Res. — 1989.— Vol. 49. — P. 4682—4690.
12. Cassel W. A., Murray D. R„ Philips H. S. II Canccr. — 1983. — Vol. 52.— P. 856—860.
13. Conry R. М., LoBuglio A. F., Loechel F. el al. // Canccr Res. —
1995.— Vol. 54.— P. 1164—1170.
14. Conry R. М., Saleh M. N., Sehlom J., LoBuglio A. F. II J. Immunolhcr. — 1995. — Vol. 18. — P. 137—142.
15. Creagan E. Т., Ingle J. N.. Scutt A. J., Schaid D. J. II Am. J. clin. Oncol. — 1989. — N 12.— P. 152—155.
16. Donenko F. V., Borodkina A. G., Bryzgalov I. P., Moroz L. V. II Inter. Congress on Anlicanecr Trcal, 7-lh. — Paris, 1997. —Abs. 189.
17. Fagerberg J., Samanci A., Yi O. ct al. // J. Immunothcr. — 1995. — Vol. 18.— P. 132—137.
18. FeldmanJ. D. II Adv. Immunol. — 1972. — Vol. 15. — P. 167—214.
19. Ferrone S. II Ann. N. Y. Acad. Sci. — 1993. — Vol. 690.—P. 214—224.
20. Flexner S., Jobling J. II Proc. Soc. exp. Biol. — 1907. — N 4. — P. 156.
21. Foon К A., Chakraborty М., John W. J. II J. clin. Invest.—
1995. — Vol. 96.— P. 334—342.
22. Gale R. P., Canaani E. II Proc. natl. Acad. Sci. USA. — 1984. — Vol. 81. — P. 5646—5650.
23. Haas C., Scchirrmacher V. II Canccr Immunol. Immunothcr.—
1996.— Vol. 43.— P. 190—194.
24. Hellstrom /., Sjogren H. J., Warner G., Hellstrom К. E. II Int. J. Canccr. — 1971. — N 7.—P. 226—237.
25. Hollstein М., Sidransky D., Vogelstein B., Harris С. С. II Sci-cncc. —1991, —Vol. 253.— P. 49—50.
26. Hoover H. C., Brandhorst J. S., Peters L. C. ct al. // J. clin. Oncol. — 1993. — N 11. — P. 390—399.
27. Hurle R., Losa A., Ranieri A. ct al.//J. Urol. — 1996. — Vol. 156.— P. 1602—1605.
28. Kirkwood J. М. // Semin. Oncol. — 1991. — Vol. 18. — P. 83—90.
29. Lejeune F. J., Maclier E., Kleeberg U. ct al. // Eur. J. Canccr. —
1988.— Vol. 24, Suppl 2.—P. 81—90.
30. Liu X. II., Sejbal J., Kotovych G. ct al. // Glycoconjugalc J. —
1995. — N 12.—P. 607—617.
31. Livingston P. О. II Ann. N. Y. Acad. Sci. — 1993. — Vol. 690. — P. 204—213.
32. Livingston P. O., Wong G. Y. C„ Adluri S. ct al. // J. clin. Oncol. — 1994. — N 12.— P. 1036—1140.
33. McLaughlin J. P., Schlom J., Kantor J. A., Greiner J. W. //Canccr Res.— 1996.— Vol. 56.— P. 2361—2367.
34. Morton D. L., Eilbcr F. R., Malmgrcn R. A., Wood W. C. // Surgery. — 1970.— Vol. 68.— P. 158—164.
35. Morton d. L., Foshag L. J., Hoon D. S. B. ct al. // Ann. Surg. —
1992.— Vol. 216.— P. 463—482.
36. Nelson D. S., Nelson М. II Cell. Biol. — 1987. — Vol. 65. —
P. 287—304.
37. Rragupathi G. И Canccr Immunol. Immunothcr. — 1996. — Vol. 43.— P. 152—157.
38. Sato Т. II Ibid. — P. 174—179.
39. Schlom J., Kantor J., Abrams S. ct al. // Br. Canccr Res. Treat. —
1996.— Vol. 38.— P. 27—39.
40. Sikovics J. G. II Int. Rev. Immunol. — 1991. — N 7. — P. 259—287.
41. Shurin M. R. //Cancer Immunol. Immynolhcr. — 1996.—Vol. 43.— P. 158—164.
42. Slamon D. J., Godolphin W., Jones L. A. ct al. // Scicncc. —
1989. — Vol. 244.— P. 707—710.
43. Tartour E., Dorval Т., Lee R. S., Fridman W. H. И Prcssc Med. — 1996.— Vol. 25.— P. 1717—1722.
44. Tuttle Т. М. II Canccr Immunol. Immunothcr. — 1996.—Vol. 43. —P. 135—141.
45. Wather W., Stein U. II i. molcc. Med. — 1996. — Vol. 74.— P. 379—392.
Поступила 08.10.97 I Submitted 08.10.97
