Острый миелоидный лейкоз: вызванное химиотерапией клеточное старение делает опухолевые клетки более заметными для иммунной системы

Химиотерапия действует на опухолевые клетки не только за счёт их уничтожения: в некоторых случаях клетки, пережившие лечение, могут переходить в особое состояние, называемое клеточной сенесценцией, при котором они прекращают расти, но остаются живыми и метаболически активными, существенно меняя своё поведение.

Результаты исследования, в частности, показали, что в подгруппе образцов пациентов с острым миелоидным лейкозом (ОМЛ) вызванный химиотерапией процесс имел важное последствие: лейкозные клетки становились более распознаваемыми Т-лимфоцитами — клетками иммунной системы, способными выявлять и атаковать аномальные клетки.

Исследование координировала Raffaella Di Micco, руководитель исследовательской группы отделения сенесценции при старении стволовых клеток, дифференцировке и раке Института генной терапии San Raffaele Telethon (SR-Tiget), а также ассоциированный профессор патологии Высшей университетской школы IUSS в Павии. Исследование также получило поддержку Fondazione AIRC.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, были получены в ходе лабораторных экспериментов на образцах пациентов с ОМЛ. Исследователи обнаружили, что, когда после химиотерапии лейкозные клетки переходят в состояние сенесценции, на их поверхности увеличивается экспрессия молекул HLA, которые можно условно сравнить с молекулярными «витринами»: они представляют небольшие фрагменты клеточных белков и тем самым помогают Т-лимфоцитам распознать аномальную клетку и активироваться против неё.

Полученные данные также позволили выявить эпигенетический механизм, то есть систему, регулирующую активность генов без изменения последовательности ДНК. Этот механизм может объяснить, почему такое явление наблюдается в одних образцах, получивших обозначение “senescence high”, или образцы с высокой сенесценцией, и не наблюдается в других — “senescence low”, или образцах с низкой сенесценцией. В последних, в частности, некоторые программы, участвующие в иммунном ответе, по-видимому, остаются более выраженно подавленными.

Это привело исследователей ко второй гипотезе: если этот «тормоз» способствует тому, что некоторые лейкозные клетки становятся менее заметными для иммунной системы, воздействие на эпигенетический механизм может повысить их иммунологическую распознаваемость. Поэтому в лабораторных экспериментах исследователи протестировали препарат, уже одобренный для клинического применения и способный воздействовать на этот механизм. В результате увеличилась экспрессия молекул HLA и улучшилась активация Т-лимфоцитов. Полученные данные пока не означают появления нового метода лечения для пациентов, однако открывают возможность изучать сенесценцию как потенциальный биомаркер различий в иммунном ответе на химиотерапию и в будущем исследовать новые комбинированные терапевтические стратегии.

Острый миелоидный лейкоз — это агрессивное злокачественное заболевание крови, которое по-прежнему сложно лечить, отличается очень быстрым течением и выраженной неоднородностью. Оно характеризуется накоплением в костном мозге и крови незрелых миелоидных клеток, называемых бластами, которые нарушают нормальное образование клеток крови. Заболевание может возникнуть в любом возрасте, но чаще встречается у пожилых людей.

В Италии ежегодно выявляется примерно 50 новых случаев ОМЛ на миллион жителей. В глобальном масштабе, согласно анализам на основе данных Global Burden of Disease 2021, в 2021 году было зарегистрировано около 145 000 новых случаев.

Более глубокое понимание генетических и молекулярных характеристик ОМЛ в последние годы позволило усовершенствовать классификацию заболевания и внедрить таргетную терапию. Химиотерапия, тем не менее, остаётся методом выбора для многих пациентов и при определённых условиях может сопровождаться последующей аллогенной трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток.

Одной из основных проблем остаются лейкозные клетки, которые выживают после лечения и могут способствовать сохранению или повторному развитию заболевания. Поэтому понимание того, что происходит с этими клетками и как впоследствии они взаимодействуют с иммунной системой, является одним из ключевых направлений исследований ОМЛ.

В Ospedale San Raffaele это направление исследований уже ранее позволило выявить механизмы, с помощью которых при рецидивах после трансплантации лейкозные клетки могут снижать экспрессию молекул HLA и избегать иммунного распознавания. Новые результаты позволили изучить противоположное явление: что происходит с иммунологической «видимостью» лейкоза, когда клетки в ответ на химиотерапию переходят в состояние сенесценции.

Исследователи изучили образцы 21 пациента с впервые диагностированным острым миелоидным лейкозом, которые ещё не получали химиотерапию, и в лабораторных условиях подвергли лейкозные клетки воздействию цитарабина — химиотерапевтического препарата, широко применяемого при лечении ОМЛ. Ответ образцов оказался неодинаковым:

• в 15 из 21 образца часть клеток после лечения приобрела признаки, соответствующие сенесценции: эти образцы были классифицированы как “senescence high”;
• в остальных 6 образцах, классифицированных как “senescence low”, реакция была значительно менее выраженной.

Сенесценцию не следует путать с гибелью клетки или состоянием покоя. Сенесцентная клетка прекращает делиться, как правило, стабильно, но остаётся живой и метаболически активной, изменяя активность множества генов и своё взаимодействие с окружающей средой. В онкологии этот процесс может иметь разные последствия:

• в краткосрочной перспективе остановка деления может способствовать контролю опухоли и, как показывают результаты этого исследования, делать некоторые опухолевые клетки более распознаваемыми для иммунной системы;
• если же сенесцентные клетки длительное время сохраняются в организме, они могут способствовать формированию хронической воспалительной среды, которая при определённых условиях способствует устойчивости к терапии и прогрессированию заболевания.

В новом исследовании учёные сосредоточились прежде всего на процессах, происходящих на ранних этапах после лечения.

В образцах “senescence high” было отмечено, что химиотерапия активирует молекулярные программы, связанные с воспалением и интерферонами, и увеличивает количество молекул HLA I и II класса на поверхности лейкозных клеток.

Эффект проявлялся не только на молекулярном уровне. В экспериментах с совместным культивированием, в которых лейкозные клетки и Т-лимфоциты одного и того же пациента выращивали вместе для изучения их взаимодействия, обработанные химиотерапией лейкозные клетки “senescence high” вызывали более выраженную пролиферацию CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов по сравнению с клетками “senescence low”.

Результаты дополнительных экспериментов подтвердили роль молекул HLA: когда исследователи блокировали их функцию, Т-лимфоциты слабее активировались против лейкозных клеток, что показало, что повышенная распознаваемость этих клеток действительно зависит от HLA.

«Наши результаты показывают, что вызванная терапией сенесценция — это не просто состояние, при котором лейкозная клетка перестаёт делиться. В некоторых образцах она также меняет взаимодействие между опухолью и иммунной системой, повышая способность лейкозных клеток представлять антигены и быть распознанными Т-лимфоцитами, — объясняет Raffaella Di Micco. — При этом важно подчеркнуть, что не все образцы реагируют одинаково: понимание причины этих различий как раз и является одним из наиболее интересных аспектов работы».

Чтобы понять, почему у одних форм лейкоза развивается такая реакция, а у других нет, исследователи также проанализировали эпигенетические механизмы, которые регулируют активность генов, не изменяя структуру ДНК. Среди них — белковый комплекс PRC2, ключевым компонентом которого является EZH2.

«В образцах “senescence low”, — объясняет Simona Fusco, один из первых авторов статьи, — мы наблюдали более высокую активность этой ингибирующей системы ещё до начала лечения. В результате некоторые гены, участвующие в иммунном ответе, были сильнее “заторможены” и менее доступны для активации. Это может частично объяснять, почему после химиотерапии такие клетки слабее повышают экспрессию HLA и остаются менее распознаваемыми для иммунной системы».

Чтобы проверить, можно ли воздействовать на этот механизм, исследователи обработали в лаборатории клетки “senescence low” препаратом таземетостат, уже одобренным для клинического применения и селективно ингибирующим EZH2. Лечение снизило эпигенетический «тормоз» в участках ДНК, связанных с иммунным и воспалительным ответом, и увеличило экспрессию молекул HLA I и II класса. Обработанные клетки также стали эффективнее стимулировать пролиферацию CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов.

Этот результат показывает, что фармакологическое воздействие на определённые эпигенетические механизмы в будущем может стать возможной стратегией для повышения иммунологической распознаваемости некоторых лейкозных клеток.

«Эти данные прежде всего показывают нам, что иммунологические эффекты химиотерапии могут различаться от пациента к пациенту, — добавляет Raffaella Di Micco. — Следующим шагом станет выяснение того, может ли способность лейкозных клеток переходить в состояние сенесценции стать биомаркером, позволяющим выявлять пациентов с различным иммунным ответом на химиотерапию.

Одновременно мы хотим подробнее изучить возможность сочетания химиотерапии с иммунотерапией на основе модифицированных Т-клеток и/или препаратами, способными воздействовать на эпигенетические механизмы, регулирующие распознаваемость лейкозных клеток иммунной системой. Эти направления всё ещё требуют подтверждения на более крупных группах пациентов, а также проведения специальных доклинических и клинических исследований, прежде чем можно будет говорить об их применении в клинической практике».

Исследование получило поддержку ряда национальных и международных организаций: Fondazione AIRC per la Ricerca sul Cancro, Fondazione Telethon, Human Frontier Science Program, American Society of Hematology, New York Stem Cell Foundation, European Research Council (ERC), European Hematology Association, Leukemia Research Foundation и Министерства здравоохранения Италии.