Пептиды и противоопухолевая вакцинация

Пептиды и противоопухолевая вакцинация

Синтетические пептидные вакцины – это препараты, содержащие искусственно синтезированные короткие пептиды, имитирующие небольшие участки протективных антигенов вируса, способные вызывать специфический иммунный ответ организма и защитить его от конкретного заболевания. Идентификация основных антигеных детерминант протективных антигенов многих вирусов позволила синтезировать антигенноактивные пептиды.

После того, как Лернер и др., показали, что небольшие пептиды могут вызывать защиту животных против вирусных болезней, появились многие работы по созданию пептидных вакцин. Заманчивость этого направления исследований состояла в том, что создание пептидных вакцин могло бы решить многие проблемы, связанные с производством и применением вакцинных препаратов.
На ряде примеров была показана их способность вызывать образование специфических антител и защиту животных.

Наиболее значительные исследования по созданию синтетических пептидных вакцин проведены на модели вируса ящура. Такие препараты вызывали образование ВН-антител у морских свинок и защиту у значительной части свиней и КРС при экспериментальном заражении вирулентным вирусом.

Это стало возможным после того, как было установлено, что за индукцию антител, нейтрализующих вирус ящура, ответственен белок VP1 и, в частности, один доминантный нейтрализующий иммуногенный сайт (аминокислоты 141—160) и один дополнительный сайт вблизи С’-концевого участка этого полипептида. В результате, был синтезирован пептид, содержащий аминокислотные последовательности 141 —160 VP1, который был связан с гемоцианином и дополнен адъювантом Фрейнда. Вакцина вызывала образование вируснейтрализующих антител у морских свинок, свиней и крупного рогатого скота и защищала их от заболевания при заражении вирулентным штаммом вируса ящура. Однако антительный ответ после иммунизации пептидным препаратом был в 10—100 раз ниже, чем после иммунизации цельными вирионами. Использование пептида в виде димера или триммера усиливало специфическую активность синтетической вакцины. Для иммунизации свиней против ящура требовалось 40 мкг синтетического пептида.

Синтетические пептиды, соответствующие нейтрализующим эпитопам VP-1 вируса ящура трех типов, обладали различной антигенной и иммуногенной активностью. Пептиды, обладающие специфичностью типа А и О, вызывали у морских свинок протективный иммунитет. Менее активным оказался пептид серотипа С. Пептиды с аминокислотной последовательностью VP-1 всех семи типов вируса ящура вызывали образование вируснейтрализующих антител у морских свинок. Антитела имели в основном типовую специфичность. Установлена возможность приготовления двухвалентной пептидной вакцины против ящура. Для этого синтезировали два пептида различных серотипов в тандеме. Дипептидные вакцины вызывали синтез вируснейтрализующих антител к двум типам вируса ящура. Синтетический пептид, соответствующий аминокислотному участку 142-158 VP-1 вируса ящура типа А, вводили морским свинкам (20 мкг), овцам (1 мг) и крупному рогатому скоту (1,5 мг) вместе с адъювантом Фрейнда. У животных отмечали высокий уровень вируснейтрализующих антител и устойчивость к заражению гомологичным вирулентным штаммом вируса ящура. Обнаружена зависимость иммунитета от афинности антител, индуцированных синтетическим пептидом.

После первых успехов в получении иммуногенных пептидов вируса ящура казалось, что такая же удача последует и с пептидами других вирусов. Однако на деле этого не произошло, и эксперименты часто завершались неудачами. Так было в опытах с пептидами протективных антигенов вирусов гриппа и гепатита-В и, как ни странно, с синтетическим пептидом, представляющем главные антигенные сайты белка VP-1 полиовируса типа 1. В последующих исследованиях иммуногенные пептиды были получены к некоторым вирусам. Синтезирован линейный вируснейтрализующий эпитоп гликопротеина вируса бешенства, который создавал протективный иммунитет против летального бешенства у мышей.

Пептид, соответствующий аминокислотным остаткам 1—23 или 9—21 гикопротеина D вируса простого герпеса, коньюгированный с белком, обладал иммунизирующим эффектом для мышей, будучи включенным в липосомы, но уступал по иммуногенности постинфекционному иммунитету.

Обнадеживающие результаты получены в опытах с пептидной вакциной против парвовируса собак. Собаки, вакцинированные пептидными вакцинами, оказались устойчивыми к заражению вирулентным вирусом, тогда как все «контрольные* собаки погибли от парвовирусной инфекции. Аналогичные результаты получены при иммунизации норок той же вакциной с последующим заражением вирулентным вирусом энтерита норок.

Декапептид, гомологичный аминокислотным остаткам 993—1002 пепломерного гликопротеина Е-2 вируса гепатита мышей, конъюгированный с гемацианином и в смеси с адъювантом Фрейнда, в дозе 50 мкг вызывал устойчивость у мышей к заражению. Синтетический циклический пептид, соответствующий аминокислотным остаткам 139—146 сайта А гемагглютинина вируса гриппа, защищал 80% мышей от интрацеребрального заражения вирусом гриппа.

Некоторые синтетические пептиды не способны вызывать иммунный ответ, но могут его значительно усилить при последующем введении живой вакцины. Проведенные исследования показали, что полученные синтетические пептиды оказались слабыми антигенами и для усиления иммунного ответа они нуждались в соединении с белком-носителем или синтетическим биополимером или в присутствии адъюванта.
Лабораторные испытания синтетических пептидных вакцин в общем дали весьма скромные результаты.

Несмотря на то, что синтетические пептиды вызывали нейтрализующие антитела против некоторых вирусов, в целом полученые результаты были разочаровывающими. Однако эти подходы заслуживают дальнейшего изучения. Их ограничения связаны с тем, что большинство эпитопов, вызывающих гуморальный иммунитет, являются конформационными. Эпитопы, сформированные нелинейно расположенными первичными последовательностями, образуют складчатые полипептидные цепи. Эффективные антигенные стимулы требуют чтобы в вакцине содержались трехмерные эпитопы как в нативных вирусных белковых молекулах. Так как большинство В-клеточных эпитопов не является линейными, а короткие синтетические пептиды не имеют конформационной структурной организации большинство антител против них неспособны эффективно связываться с вирусными эпитопами, потому что титр вызываемых ими нейтрализующих антител ниже индуцированных инактивированнои вакциной или очищенными вирусными белками.

Читать еще:  Метастазы рака эффективно лечим новым методом

Считается, что для иммунного ответа конформация является более важной, чем линейная последовательность аминокислот или последовательность антигенных детерминант. Циклизованные пептиды обнаружили большую иммуно-генность, чем их линейные аналоги.

Кроме того известно, что один пептид не может быть достаточно эффективным для индукции резистентности, поскольку большая поверхность антигенов обычно содержит несколько индивидуальных иммунологически активных областей, вызывающих защитный гуморальный и клеточный ответ. Пока не удалось идентифицировать небольшие пептиды, обладающие протективным действием.

При констуировании синтетических вакцин внимание, вероятно, должно быть уделено созданию гетерополимерных полипептидов, адресованных В и Т клеточным эпитопам и связанных с носителем способствующем их поглощению иммунокомпетентными клетками.

Противоопухолевые вакцины

В последнее время как в среде медицинских работников, так и в обществе в целом можно слышать разговоры про противоопухолевые вакцины. Интерес к данной теме вызван несколькими причинами: существованием и по сей день не полностью изученных механизмов регуляции, постоянным поиском эффективных методов борьбы с раком, необходимостью решать проблему повышения заболеваемостью онкологическими болезнями, которая уже перешла в разряд глобальных.

Организм человека имеет сложные функции защиты, с помощью которых сохраняется здоровье. Регулятивный механизм борется с повреждающими факторами, запуская специальные биохимические процессы, направленные на компенсацию и адаптацию.

Противоопухолевые вакцины начали изучать уже давно. Основоположник такой вакцинации – Уильям Коли. Он еще в 19 веке проводил исследования на раковых больных, вводя им бактериальный экстракт, который вызывает реакцию иммунной системы. С тех пор в онкологической иммунологии были сделаны значительные открытия.

Сегодня для врачей не секрет, что любой организм реагирует на стрессовую ситуацию выработкой особых белков. Их обозначают как стресс-белки или белки теплового шока. Как было выяснено в результате исследований, эти белки взаимодействуют с пептидами (то есть молекулами, состоящими из аминокислот) клетки злокачественного характера и превращаются в активные антигены.

Если иммунизировать пациента стресс-белками, которые получены из опухолевых клеток и носят онко-антигенную структуру, образуется большое количество Т-лимфоцитов. Они распознают и уничтожают клетки чужеродного характера.

Посредством вакцинации иммунитет настраивается против развития опухолей. Вакцины могут быть наполнены как клетками опухоли, так и антигенами.

Вакцины, применяемые сегодня против опухолевых заболеваний, разделяют на следующие категории:

  • вакцины, в основе которых содержится целая злокачественная клетка;
  • вакцины с отдельными онко-антигенами или их фрагментами (белками, молекулами ДНК и РНК, рекомбинантными вирусами и пр.);
  • вакцины с дендритными клетками и их фрагментами.

Чтобы создать клеточную вакцину, у пациента изымают опухолевые клетки и обрабатывают их специальным методом. Когда они теряют способность к делению, их вводят больному. Это способствует формированию специфического иммунитета.

В антигенных вакцинах содержатся антигены, при этом к одному виду опухоли их может использоваться несколько. Некоторые антигены характерны для опухолей одного вида, а другие могут быть использованы лишь для одного больного.

Противоопухолевые вакцины, основанные на стресс-белках, являются многообещающим методом лечения рака. При их создании учеными применяются более ста видов белков. Правда, подобные вакцины пока еще проходят клинические испытания. Но со временем они могут превратиться в массовый метод лечения онкологических заболеваний.

Ответ иммунной системы на клетки с чужеродными антигенами запускается дендритными клетками (дендроцитами). Они являются специфическими крупными клетками костно-мозгового происхождения. Чтобы сделать вакцину, у пациента берут незрелые дендроциты. Затем их инкубируют, применяя факторы роста и опухолевые антигены (то есть уже на этой стадии начинает формироваться иммунный ответ). Зрелые клетки, в которых уже есть антигены, вводятся в организм пациента, после чего они запускают процесс бурного размножения Т-лимфоцитов.

Данный процесс может быть индуцирован также применением фрагментов дендритных клеток (к примеру, экзосом). Экзосомы являются очень маленькими пузырьками, создаваемыми дендроцитами в целях взаимодействия между клетками. В них содержатся компоненты, которые могут запустить иммунный ответ. Сегодня используют экзосомы, образованные дендроцитами пациента. Но в будущем, возможно, их будут создавать искусственно.

Противоопухолевые вакцины в нынешнее время носят скорее исследовательский характер и не применяются повсеместно. Но как показывают испытания, их использование проходит довольно успешно. Поэтому в различных странах мира продолжаются активные работы в этом направлении.

Повышенная противоопухолевая терапевтическая эффективность ДНК-вакцины путем слияния гена E7 с BAFF в лечении рака, связанного с папилломавирусом человека

Фактор активации B-клеток (BAFF) относится к семейству факторов некроза опухолей, который не только стимулирует B и T-клетки, но также противодействует иммунной толерантности. BAFF также является мембранным белком типа II, который секретируется через путь эндоплазматического ретикулума (ER) -Golgi. Слияние антигена с BAFF может улучшить представление основных молекул гистосовместимости класса I. Эти характеристики представляют собой возможность усиления противоопухолевых эффектов ДНК-вакцин. Поэтому мы сливали BAFF с вирусом папилломы человека типа 16 E7 в качестве ДНК-вакцины и оценивали ее противоопухолевые эффекты. Мы обнаружили, что эта вакцина увеличивает иммунные ответы на Т-клетки CD8 + E7, вырабатывает основные противоопухолевые эффекты против опухолей, экспрессирующих E7, и продлевает выживаемость иммунизированных мышей. Интересно отметить, что вакцинация мышей с дефицитом В-клеток с BAFF-E7 выявила значительные E7-специфичные иммунные ответы Т-клеток CD8 +, предполагая, что В-клетки не способствуют этому иммунному ответу. Анализ изображений с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии показал, что слияние BAFF с E7 нацелило белок на ER, но не BAFF не содержал 128 N-концевых остатков, которые генерировали меньшее количество E7-специфичных CD8 + T-клеток у вакцинированных мышей. Наши данные свидетельствуют о том, что характерный для ВАФ характер таргетирования ER является основным фактором, повышающим эффективность ДНК-вакцин.

Читать еще:  Японский рак и рак желудка 2019

Разработка эффективной терапии рака является серьезной проблемой в современной медицине. Твердые опухоли в основном обрабатываются путем хирургического удаления опухолевых масс с последующей адъювантной химиотерапией или лучевой терапией. Хотя растущие клинические свидетельства в дополнение к техническим улучшениям улучшили терапевтический эффект от лечения твердым раком, рецидивы этих злокачественных заболеваний остаются серьезной проблемой.

Иммунотерапия — это метод лечения рака, который стимулирует иммунную систему организма против опухолей. Иммунотерапия может специфически разрушать опухолевые клетки, не нанося вреда нормальным клеткам, обучая самовоспламеняющуюся систему распознавать раковые антигены. ДНК-вакцины являются типом противораковой вакцины, вводимой путем доставки опухолесодержащих антиген-экспрессирующих векторов в антигенпрезентативные клетки [1]. Разработанные опухолесодержащие антигены, экспрессированные в этих клетках, далее обрабатываются и представлены Т-клеткам с помощью основных молекул гистосовместимости (МНС). В отличие от других типов вакцин, ДНК-вакцины можно эффективно манипулировать с помощью методов молекулярного клонирования и их легко хранить и доставлять [2]. Кроме того, в отличие от обычных белковых вакцин, которые могут индуцировать только гуморальные иммунные ответы, ДНК-вакцины могут вызывать не только CD4 + Т-клеточные ответы, но и CD8 + цитотоксические Т-клеточные ответы, которые эффективно нацелены на ассоциированные с опухолью антигены, экспрессируемые внутри клеток, и представлены молекулами МНС класса I [3]. Таким образом, стимуляция иммунных реакций с использованием экспрессированных опухолевыми антигенными ДНК-вакцинами является потенциальной способ лечения рака. За исключением опухолевых антиген-кодирующих вакцин, векторы, экспрессирующие цитокины, такие как колониестимулирующий фактор гранулоцитарно-макрофагов и интерлейкин (IL) -2, были совместно назначены для усиления иммуностимулирующих эффектов ДНК-вакцин [4, 5]. Кроме того, были разработаны вакцины с рекомбинантной ДНК, которые включают объединение опухолевых антигенов с генами, которые усиливают реакцию антигена или реакции дендритных клеток (DC) [6-8]. Например, ДНК-вакцина, кодирующая кальретинулин, слитый с генами E7 человека papillomavirus (HPV), демонстрирует усиленные E7-специфичные ответы CD8 + T-клеток через улучшенную презентацию MHC I из-за эффекта шаперона кальретинулина [9]. Показано, что дополнительные ДНК-вакцины, которые активируют иммунитет против злокачественных опухолевых антигенов с низким иммунитетом, путем их слияния с иммуногенными микробными белками, подавляют рост опухоли [10].

Суперсемейство опухолевого некроза (TNF) является критическим медиатором нескольких физиологических процессов [11-13]. Многие члены этого надсемейства также участвуют в регуляции иммунных систем [14]. Через связывание лигандов с соответствующими рецепторами члены надсемейства TNF опосредуют либо запрограммированную гибель клеток (Fas, TNF, TRAIL, VEGI, и LIGHT), либо пролиферацию (CD27L, CD49L, OX40L и 4-1BB), выживание (Активирующий B-клетку фактор [15] и активатор рецептора лиганда ядерного фактора-каппа B [13]) и дифференцировку (TNF, RANKL и рецептор смерти 6) клеток путем активации мицетонов каспазы-3, p42 / 44, (MAP) киназа, c-Jun N-концевая киназа, p38 MAP киназа и ядерный фактор-каппа B. Многочисленные иммунно-ассоциированные клетки экспрессируют лиганды и рецепторы надсемейства TNF [16]. Кроме того, 4-1BBL, OX40L CD27, CD30L и CD40L необходимы для активации Т-клеток. Другие факторы, такие как CD40 и RANKL, участвуют в активации DC. Исходя из этих эффектов, некоторые члены надсемейства TNF использовали в качестве адъювантов или непосредственно сливались с ДНК-вакцинами для усиления различных антигенспецифических иммунных ответов. В предыдущем исследовании сообщалось, что мыши, коиммунные с экспрессионными векторами CD40 и ДНК-вакциной H5N1, показали усиленное продуцирование антител против HA сыворотки и уровень экспрессии цитокинов T-хелпера 2 по сравнению с иммунизированными только с помощью ДНК-вакцины H5N1 [17]. В другом исследовании 4-1BB, OX40L и CD70 сливались с целевыми генами ДНК-вакцины, и было продемонстрировано, что они индуцируют сильную активность Т-клеток против антигенов [18]. Долгосрочная память Т-клеток была вызвана иммунизацией ДНК-вакцины [19]. Все эти исследования показали, что члены надсемейства TNF являются потенциальными кандидатами в качестве адъювантов для ДНК-вакцин.

BAFF в основном выражается Т-клетками, DC, моноцитами и макрофагами. Он играет решающую роль в выживании и созревании В-клеток [15, 20-22]. Сообщалось также, что он стимулирует Т-клетки путем коллимирования Т-клеточного рецептор-зависимого пути [23]. Исследования показали, что коиммунизирующие мультитримерные BAFF и 4-1BB или OX40L с ДНК-вакциной ДНК-1 Gag могут значительно увеличить антигенспецифическую пролиферацию CD4 + и CD8 + Т-клеток [24, 25]. Кроме того, ДНК-вакцины, созданные путем слияния антигенов непосредственно с BAFF, повышали уровень антиген-специфических антител к сыворотке [26]. BAFF, подобно многочисленным членам надсемейства TNF, представляет собой трансмембранный белок типа II. Белки BAFF доставляются в клеточную мембрану по пути эндоплазматического ретикулума (ER) -Golgi. Следовательно, антигены, слитые с BAFF, могут быть вынуждены попасть в ER, увеличивая возможность их обработки и представления молекулами MHC класса I для усиления иммуногенности.

Читать еще:  Сколько живут с раком поджелудочной железы 4 стадии

ДНК-вакцины, разработанные путем слияния BAFF с антигенами, могут усилить целевые иммунные ответы. Оценка такой конструкции вакцины для усиления противоопухолевого действия опухолеспецифических ДНК-вакцин оправдана. Таким образом, мы провели исследование, используя опухолевую клетку, экспрессирующую E7, типа ВПЧ типа 16, ТК-1, в качестве опухолевой модели. Ген, сконфигурированный BAFF-E7, был сконструирован и введен через систему генов-генов для оценки его профилактической и терапевтической активности против роста опухоли TC-1. Туберкулезные цитотоксические Т-клетки играют ключевую роль в борьбе с устойчивым ростом опухоли при иммунотерапии рака. Генерация E7-специфических CD8 + T-клеток была обнаружена у мышей, обработанных различными конструкциями вакцин. Более того, взаимодействие DC, T-клеток и B-клеток изучалось путем кокулирования экспрессированных BAFF-E7 DC с E7-специфическими CD8 + Т-клетками и нормальными В-клетками. Участие В-клеток в создании E7-специфической Т-клетки CD8 + также было исследовано у мышей с дефицитом В-клеток μMT, которые показали целенаправленное разрушение гена mu-цепи иммуноглобулина [27]. Кроме того, трансмембранный домен BAFF был усечен и введен мышам, несущим TC-1, для исследования взаимосвязи между локализацией клеток слитого белка BAFF-E7 и иммуногенностью этой ДНК-вакцины. Таким образом, это исследование продемонстрировало противоопухолевый эффект вакцины для слияния ДНК BAFF-E7 и исследовало возможные механизмы этой вакцины. Наши результаты свидетельствуют о пользе и потенциале этой конструкции ДНК-вакцины при лечении рака.

«Упакованная» противоопухолевая вакцина оказалась эффективнее обычной

Иммунотерапия постепенно становится широко используемым способом лечения онкологических заболеваний. Проведённые недавно клинические испытания продемонстрировали, что в рамках этого подхода терапию можно персонализировать с учётом генетических особенностей опухоли конкретного пациента.

В основе иммунотерапии — специфические неоантигены, присутствующие на поверхности опухолевых клеток и заставляющие иммунную систему инициировать мощный ответ при участии дендроцитов. Активизированные дендроцитами T-лимфоциты начинают атаковать любую клетку, экспрессирующую неоантигены, и, благодаря вмешательству иммунной системы, победить болезнь становится легче. По крайней мере, в теории. На практике же медики и учёные сталкиваются с многочисленными сложностями при создании «противораковых вакцин», вызывающих нужную реакцию иммунной системы.

Новое исследование, посвящённое иммунотерапии онкологических заболеваний, было проведено группой учёных из Гарвардского университета (Harvard University) в сотрудничестве с коллегами из Института раковых исследований Дана — Фарбер (Dana-Farber Cancer Institute). В статье, которая была опубликована в Nature Materials, описывается иммунотерапия при помощи инъекций экспрессируемых опухолью белков.

Описанный подход позволил спровоцировать более мощный противоопухолевый ответ у подопытных мышей. Более того, специфическая иммунная память сохранялась у животных надолго — опухолевые клетки продолжали отторгаться организмом и через полгода после введения вакцины.

В работе учёные использовали ранее разработанный программируемый биоматериал, изготовленный из мезопористых кремниевых трубочек, который можно вводить подкожно. Попав в организм, биоматериал «сворачивается» в специальную структуру, привлекающую и стимулирующую дендроциты. Затем кремниевые трубочки были покрыты полиэтиленимином, веществом, которое раньше использовалось для доставки ДНК и белков внутрь клеток. Таким образом исследователи добились дополнительного иммуностимулирующего эффекта. Кроме того, вакцины содержали дополнительные вещества, помогавшие «привлекать» дендроциты и активировать иммунитет.

Экспериментальная вакцина в рамках работы сравнивалась с аналогичной — но без полиэтилениминового «покрытия». Оказалось, что усовершенствованная вакцина значительно эффективнее в плане активации дендроцитов, стимуляции их взаимодействия с T-клетками в близлежащих лимфоузлах и генерации циркулирующих клеток-киллеров, распознающих опухолевые пептиды.

Затем эксперимент повторили, внеся в него некоторые изменения. Это было сделано для того, чтобы протестировать эффективность «упакованной» вакцины в борьбе с более значимыми с клинической точки зрения опухолями.

Для второй части работы исследователи разработали вакцину, нёсшую в себе воспроизведённый хорошо известный онкопротеин вируса папилломы человека (ВПЧ), вызывающий развитие рака шейки матки и других типов злокачественных опухолей. Одна-единственная инъекция этой вакцины привела к быстрому и полному исчезновению ВПЧ-ассоциированных опухолей у подопытных мышей, причём 80% пролеченных животных прожили после укола 150 дней и более. Для сравнения, вообще не получавшие терапии мыши из контрольной группы погибали от рака в среднем уже через 30 дней, а эффективность «непокрытой» вакцины оказалась примерно в два раза ниже, чем экспериментальной. Даже спустя 6 месяцев после инъекции экспериментальной вакцины иммунная система животных, получивших вакцину с полиэтилениминовым «покрытием», сохраняли способность уничтожать опухолевые клетки. Это означает, что вакцинация привела к формированию устойчивой иммунной памяти.

Хорошие результаты были получены и при тестировании на модельных животных вакцин на основе неоантигенов агрессивных плохо поддающихся опухолей, например, меланомы и колоректального рака. Возможно, в будущем новый подход начнёт применяться в клинической практике в сочетании с уже существующими методами лечения злокачественных новообразований.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector