Бактерии, синтезирующие IFN-ɣ, повышают эффективность иммунотерапии рака
Иммунотерапия у некоторых пациентов дает блестящие результаты, но многие опухоли изначально нечувствительны к ней или приобретают устойчивость во время лечения. Авторы статьи в Science Immunology сконструировали бактерии, производящие интерферон гамма, которые можно вводить в опухоль. В экспериментах на мышах они показали, что комбинация этих бактерий и блокатора PD-1 существенно замедляет рост опухолей.
Блокада иммунных контрольных точек (ИКТ) с помощью моноклональных антител, нацеленных на ингибиторы активации иммунного ответа (белки PD-1, PD-L1 и др.) — терапевтический подход, который продемонстрировал успех при различных злокачественных новообразованиях. Однако у части пациентов иммунный ответ против опухоли не развивается даже на фоне блокады ИКТ либо опухолевые клетки приобретают устойчивость к ней. Активно изучается введение интерферона гамма (IFN-γ) как способ повысить эффективность иммунотерапии. IFN-γ улучшает презентацию антигенов комплексами MHC I на поверхности опухолевых клеток и делает их видимыми для эффекторных Т-клеток. Однако многократные внутривенные инъекции IFN-γ, необходимые для достижения терапевтической концентрации, приводят к системной токсичности, поэтому необходимы альтернативные способы введения и таргетной доставки IFN-γ. Ученые из США сконструировали бактерии, продуцирующие IFN-γ в тканях опухоли.
Для этого использовали пробиотический штамм Escherichia coli Nissle 1917 с геномно интегрированной схемой синхронного лизиса (SLIC) — генной конструкцией под промотором чувства кворума, которая вызывает лизис бактерий, когда их плотность в ткани превышает пороговое значение. Это делает бактерию контролируемой и повышает безопасность предложенного подхода. При синхронном лизисе в ткань высвобождаются адъювантные компоненты бактериальных клеток, усиливающие иммунный ответ, а затем небольшое количество выживших бактерий снова размножается до следующего раунда лизиса. В эти бактерии внедрили плазмиду с геном IFN-γ, и таким образом был получен штамм для регулируемого выделения интерферона гамма (SLIC–IFN-γ).
Исследователи проверили биологическую активность бактериального IFN-γ и его противоопухолевую эффективность как in vitro, так и in vivo. Обработка лизатом клеток SLIC–IFN-γ активировала продукцию NO2− в макрофагах из костного мозга, а в клетках линии колоректального рака мышей увеличивала экспрессию PD-L1 и MHC-I на их поверхности.
Мышам C57BL/6 подкожно вводили клеточную линию колоректального рака MC38, а когда формировалась опухоль, в нее делали инъекцию SLIC–IFN-γ или контроля (штамма бактерий, не производящего IFN-γ, рекомбинантного интерферона или буфера). Инъекция SLIC–IFN-γ существенно замедлила рост опухолей, при этом концентрации IFN-γ увеличивались только в опухолевой ткани, а не в сыворотке крови, что предотвращает нецелевую токсичность.
Синтезируемый бактериями IFN-γ поддержал реакцию клеток врожденного и адаптивного иммунитета на опухоль. Инъекция SLIC–IFN-γ стимулировала размножение активированных CD4+Foxp3− и CD8+ Т-клеток и NK-клеток, а также увеличивала количество провоспалительных моноцитов и соотношение макрофагов M1/M2 в опухоли. Авторы также подтвердили специфичность активированных CD8+ Т-клеток к опухолевым антигенам.
Чтобы проверить, может ли терапия действовать на метастатические поражения, авторы использовали мышей с опухолевыми клетками, имплантированными в правый и левый бок, при этом бактерий вводили только в одну из опухолей. Колонии SLIC–IFN-γ были обнаружены только в обработанных опухолях, однако даже в удаленных опухолях увеличилось количество антиген-специфичных CD8+ T-клеток, а рост их замедлился.
Затем авторы проверили, увеличит ли SLIC–IFN-γ эффективность терапии ИКТ. Данная мышиная модель опухоли нечувствительна к блокаде PD-1, но в сочетании с внутриопухолевым или внутривенным введением терапевтических бактерий антитело к PD-1 значительно замедлило рост опухолей по сравнению с контролями. При этом комбинированная терапия достаточно хорошо переносилась.
Резистентность к блокаде PD-1 может вызвать, в частности, потеря раковыми клетками комплексов MHC I, на которых презентируются антигены, — это не позволяет CD8+ T-клеткам распознавать их. В то же время потеря MHC I активирует NK-клетки, так как для них наличие MHC I маркирует здоровые клетки. Когда авторы использовали для моделирования опухоли клеточную линию с нокаутом гена B2M (у таких клеток отсутствует MHC I) — внутриопухолевая инъекция SLIC–IFN-γ также замедлила рост опухолей, при этом в их тканях размножались активированные NK-клетки. Также у этой модели потеря NK1.1+ клеток нивелировала терапевтическую активность.
Еще один механизм резистентности связан с потерей функции киназ JAK1 и JAK2, определяющих способность клеток реагировать на интерфероны. Но и рост опухолей, образовавшихся из клеток с нокаутами JAK1 и JAK2, замедлился после обработки SLIC–IFN-γ. Поскольку эти клетки не могут повышать экспрессию MHC-I в ответ на IFN-γ, противоопухолевая активность, как и в предыдущем случае, могла быть обеспечена NK-клетками.
Таким образом, терапия бактериями SLIC–IFN-γ увеличивает активность иммунных клеток в опухолевом микроокружении и делает раковые клетки видимыми для иммунной системы. В то же время она достаточно безопасна. Синергия между SLIC–IFN-γ и блокаторами PD-1 может стать новым способом преодоления резистентности к иммунотерапии, отмечают авторы. Кроме того, существует потенциал для дальнейшего улучшения системы SLIC–IFN-γ через стратегии, позволяющие увеличить дозу бактерий, и разработку новых вариантов действующих компонентов.
Источник
Li, F., et al. Programmable bacteria synergize with PD-1 blockade to overcome cancer cell–intrinsic immune resistance mechanisms // Science Immunology. 9, eadn9879 (2024). DOI: 10.1126/sciimmunol.adn9879