Клеточные и гуморальные механизмы опухолеспецифической иммунотерапии и их модуляция под влиянием гипертермии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

КЛЕТОЧНЫЕ И ГУМОРАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОПУХОЛЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ИММУНОТЕРАПИИ И ИХ МОДУЛЯЦИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ГИПЕРТЕРМИИ

Кащенко Эрика Александровна

14.00.36 - Аллергология и иммунология

Новосибирск 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии медицинских наук Научно-исследовательском институте клинической иммунологии Сибирского отделения Российской академии медицинских наук

Научный руководитель:

доктор медицинских наук Селедцова Галина Викторовна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук,

профессор Аутеншлюс Александр Исаевич

доктор биологических наук,

профессор Уразова Людмила Николаевна

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский Государственный медицинский университет Росздрава

Защита состоится «24» декабря 2009г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 001.001.01. «Аллергология и иммунология» при НИИ КИ СО РАМН (630099, г. Новосибирск, ул. Ядринцевская, 14).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ КИ СО РАМН (630099, г. Новосибирск, ул. Ядринцевская, 14).

Автореферат разослан «____» ______________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук Кудаева О.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Злокачественные новообразования являются одной из наиболее сложных медико-социальных проблем современного общества. По данным ВОЗ, ежегодно в мире регистрируется около 9 млн. новых случаев злокачественных новообразований. В России на конец 2008 года на учете в медицинских онкологических учреждениях состояло 2,6 млн. человек. Средний ежегодный показатель смертности от рака составляет около 300 тысяч человек.

Традиционные методы лечения злокачественных заболеваний включают оперативное вмешательство, лучевую и химиотерапию. В настоящее время считается, что общепринятые методы достигли предела своего технического совершенства, и их дальнейшая разработка не приведет к кардинальному изменению ситуации. В связи с этим все больше внимания приобретают альтернативные методы лечения онкологических больных, одним из которых является активно развивающаяся в последнее время иммунотерапия [Моисеенко В.М., 2001; Молчанов О.Е., 2001; Демидов Л.В., 2003; Балдуева И.А., 2003; Коростелев С.А., 2003; Северин Е.С., 2006; Телетаева Г.М., 2007]. Опухолеспецифическая иммунотерапия привлекает особое внимание иммунологов и онкологов. Это связано с многочисленными доказательствами наличия на клетках опухолей опухолеассоциированных антигенов (ОАА) различного происхождения, способных индуцировать развитие эффективного специфического противоопухолевого иммунного ответа [Naftzger C., 1996; Колесник Е.А., 1999; Коростелев С.А., 2003; Тащиев Р.К., 2006]. Посредством различных механизмов опухолевые клетки способны избегать иммунного надзора. Поэтому основная задача опухолеспецифической иммунотерапии - индукция/усиление иммунного ответа, направленного на распознавание и элиминацию злокачественных клеток. Это достигается при помощи вакцинации организма иммуногенными опухолевыми антигенами [Greten T.F., 1999; Моисеенко В.М., 2001; Yu Z., 2002; Dols A., 2003; Sosman J.A., 2003; Berzofsky J.A., 2004; Селедцов В.И., 2006].

В большинстве своем ОАА являются дифференцировочными или онкофетальными. В то же время опухолеспецифические антигены (ОСА), образуются в результате мутаций, как правило, типичных, для различных опухолей. И те и другие являются “общими”, поскольку могут экспрессироваться на разных опухолях. Сам по себе этот факт подразумевает возможность создания универсальных противоопухолевых вакцин.

Хорошо известно, что развитие иммунного ответа на одну или несколько опухолеассоциированных детерминант зачастую не приводит к замедлению развития опухолевого процесса, а лишь дает селективные преимущества для роста тем опухолевым клеткам, которые не экспрессируют эти детерминанты [Srinivasan R., 2004]. В связи с этим, иммунизация организма полиантигенными опухолевыми клетками выглядит более предпочтительной, поскольку позволяет индуцировать иммунные реакции на широкий спектр опухолевых антигенов [Foon K.A., 1999; Ward S., 2002].

Эффективность клеточного и гуморального ответа в значительной степени зависит от генетической чужеродности иммунизирующего субстрата. В частности, показано, что иммунизация организма ксеногенными опухолевыми клетками способна прервать исходно существующую иммунологическую толерантность к аутологичным опухолевым антигенам. При этом противоопухолевая протекция достигается за счет индукции как CD8+ T- клеточного, так и гуморального ответа [Naftzger C., 1996; Strehl J., 1999; Wei Y.Q., 2000; Luo F., 2001; Graf N., 2003]. Такая перекрестная реакция объясняется высокой степенью гомологии между ОАА человека и животных [Johnston D., 1994; Bloom M.B., 1997; Steitz J., 2000].

Упомянутые выше данные создали теоретическую основу для создания противоопухолевых ксеногенных полиантигенных вакцин. Одна из них разработана в нашем институте. Она состоит из мышиных меланомных и карциномных опухолевых антигенов. В клинических исследованиях показана ее эффективность в лечении продвинутых форм меланомы и колоректального рака [Селедцов В.И., 2006; Фельде М.А., 2006; Seledtsov V.I., 2006, 2007].

Злокачественная опухоль обладает значительным иммунодепрессивным потенциалом, преодолеть который посредством только антигенных воздействий во многих случаях не представляется возможным. Наше внимание привлекла возможность усилить противоопухолевый эффект вакцинотерапии с помощью гипертермии. В действительности, использование гипертермии в лечении опухолевых заболеваний вызывает особый интерес в силу своей высокой эффективности и общедоступности [Осинский С.П., 2002; Akria I., 2003; Potapnev M.P., 2004; Потапнев М.П., 2004; Исмаил-заде Р.С., 2006]. Показано, что гипертермия способна индуцировать апоптоз в опухолевых клетках, а также значительно усиливать противоопухолевое действие химиотерапевтических средств [Falk M.H., 2001; Luchetti F, 2003]. Имеются данные об иммуномодулирующих свойствах гипертермии [Downing J.F., 1988; Kappel M., 1991;Fuggetta M.P., 2000; Осинский С.П., 2002].

Цель работы - исследовать механизмы противоопухолевого действия вакцин, полученных на основе ксеногенных и сингенных опухолевых антигенов, в монотерапии и в сочетании с гипертермией у мышей с меланомой В16.

Задачи исследования:

1. Определить влияние вакцинации ксено- и сингенными опухолевыми антигенами и гипертермического воздействия на продолжительность жизни экспериментальных мышей с меланомой В16.

2. Охарактеризовать выраженность и направленность иммунных реакций при использовании вакцинотерапии и гипертермического воздействия по уровню IFN-г и IL-4, и антиген-индуцированной пролиферации спленоцитов.

3. Оценить влияние вакцинотерапии и гипертермического воздействия на выраженность инфильтрации опухоли иммунокомпетентными клетками, и степень некроза/апоптоза опухолевых клеток.

4. Оценить формирование специфических антител класса IgG к белкам меланомы В16 у вакцинированных животных.

5. В системе in vitro сравнить влияние гипертермического воздействия 390-43,50С на жизнеспособность и пролиферативную активность спленоцитов мышей и клеток меланомы В16.

Научная новизна работы. В работе впервые показана важная роль иммунных реакций, опосредуемых Тh 2 типа, в развитии противоопухолевого ответа у ксеновакцинированных мышей с меланомой. Отмечена положительная связь между продолжительностью жизни ксеновакцинированных мышей с меланомой, уровнем инфильтрации опухоли нейтрофилами и увеличением некроза/апоптоза опухолевых клеток. Зарегистрирована индукция IgG антител, специфичных к антигену меланомы. В работе также впервые показано негативное влияние гипертермии на развитие индуцированных ксеновакцинацией иммунных реакций.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Развитие протективного иммунного ответа при меланоме, преимущественно Th2 типа, указывает на перспективность дальнейшего исследования гуморального звена иммунитета в противоопухолевом ответе. Полученные данные подтверждают эффективность и возможность использования ксеновакцинотерапии в лечении онкологических заболеваний. Связь инфильтрации опухоли нейтрофильными лейкоцитами со степенью некроза/апоптоза опухолевых клеток и увеличением средней продолжительности жизни мышей с меланомой свидетельствует о возможности использования данных критериев в качестве прогностического фактора, а также подчеркивает значимость неспецифического звена иммунитета в механизмах противоопухолевой защиты. Отсутствие эффекта гипертермии как в виде моновоздействия, так и в сочетании с вакцинотерапией, а также обнаруженное негативное влияние гипертермии на пролиферацию клеток иммунной системы, показывают нецелесообразность ее использования в противоопухолевой терапии. В целом, полученные экспериментальные данные призваны способствовать осознанному внедрению методов опухолеспецифической иммунотерапии в лечении злокачественных заболеваний, особенно тех (например, диссеминированная меланома), которые не поддаются стандартному лечению.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Полиантигенная ксеновакцинация более эффективна, в сравнении с полиантигенной сингенной вакцинацией, в индукции противоопухолевых, циторедуктивных иммунных реакций.

2. Опосредуемые Тh 2 типа реакции играют важную роль в сдерживании опухолевого роста у экспериментальных мышей с меланомой на поздних стадиях заболевания.

3. Гипертермия оказывает негативное влияние на развитие вакцинальных противоопухолевых реакций.

Объем и структура диссертации. Диссертация написана в традиционном стиле и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения и выводов. Материал изложен на 117 страницах машинописного текста, включающего 16 рисунков и 10 таблиц. Прилагаемая библиография содержит ссылки на 196 литературных источника (159 зарубежных).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Дни иммунологии в Сибири» (Красноярск, 2005), VII отчетной конференции НИИ КИ СО РАМН. (Новосибирск, 2006), научной конференции с международным участием «Дни иммунологии в Сибири» (Томск, 2008). Апробация диссертации состоялась 05 мая 2009 года на расширенном семинаре НИИ КИ СО РАМН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 4 статьи в журналах, определенных ВАК РФ для публикации научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.

Работа выполнена в лаборатории клеточных биотехнологий НИИ КИ СО РАМН, руководитель лаборатории - д-р мед. наук Селедцова Г.В.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

опухолеспецифический иммунотерапия гипертермия

Животные. Эксперименты проводили на взрослых (4-5 месяцев) апатогенных мышах линии С57BL/6 (В6, Н-2b), получены из питомника лабораторных животных “Рассвет” СО РАМН (г. Томск), или из питомника СО РАМН (г. Новосибирск). Мыши содержались в соответствии с правилами Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для научных целей. По окончании эксперимента животных забивали методом цервикальной дислокации с соблюдением «Правил работ с использованием экспериментальных животных», утвержденных приказом МЗ России.

Культивирование опухолевых клеток. Опухолевые штаммы меланомы мыши В16 (Н-2b) и меланомы человека Bro были получены из Онкологического научного центра РАМН (г. Москва). Опухолевые клетки сохраняли пассированием in vitro в пластиковых флаконах («Costar», США) в среде RPMI 1640, содержащей 5 мМ HEPES, 2 мМ L-глютамин и антибиотики (Sigma, США), а также 10% инактивированной фетальной сыворотки крупного рогатого скота («Gibco» BRL, США) в атмосфере с 5% СО2, при 370С.

Методика приготовления сингенной и ксеногенной вакцины. Опухолевые клетки мышиной меланомы В16 и человеческой меланомы Bro, пассировали в среде RPMI 1640, содержащей 10% сыворотки плодов коров, 5 мM L-глютамина и антибиотики. Монослой клеток снимали с поверхности культурального флакона посредством 5-15 минутной экспозиции в растворе с 0,25 % трипсином и 0,25 % ЭДТА в соотношении 1:1. После отмывки и подсчета клетки 5-кратно замораживали-оттаивали, и полученный лизат далее использовали в качестве вакцины в дозе, эквивалентной 5х106 клеток/мышь.

Схема эксперимента. Для индукции опухолевого роста клетки меланомы В16 (5х105 клеток/мышь) имплантировали под кожу передней брюшной стенки животных. Подкожную вакцинацию сингенной или ксеногенной вакциной проводили трижды, начиная с 3-х суток после инокуляции опухоли с интервалом 3-5 суток. Было сформировано 8 групп животных по 10 мышей в каждой. Мыши выводились из эксперимента на 14 сутки после перевивки опухоли.

Гипертермическое воздействие. В предварительных экспериментах нами установлено, что используемая в клинической практике гипертермия 430-450С (45-60 мин.), приводит к гибели животных. В связи с этим, использовалось кратковременное гипертермическое воздействие при температуре 420С в течение 10 минут.

Гипертермическое воздействие проводилось однократно на 7 сутки после инокуляции опухоли. Мышей, помещенных в пластиковые контейнеры, закрытые непрозрачным укрывным материалом, нагревали с помощью электрической лампы мощностью 300 Вт, закрепленной на расстоянии 28 см от дна контейнера. У животных измерялась ректальная температура в динамике. До начала воздействия она составила 38,60С, через 10 минут достигла максимума 42,30 С, и через 15 минут после окончания температурного воздействия возвращалась в исходное состояние.

In vitro стеклянные флаконы с опухолевыми клетками нагревались на водяной бане в течение 45 минут при температуре 390, 410, 42,50, 43,50 (С). Контрольная температура составила 370С.

Получение клеточных суспензий. Суспензии клеток селезенки мыши получали посредством гомогенизации фрагментов ткани в охлажденной среде. После осаждения недиссоциированных клеточных конгломератов, клетки отмывали средой RPMI 1640. Определение количества клеток в суспензии и их жизнеспособности проводился по общепринятой методике с использованием в качестве красителя 1% раствор трипанового синего на изотоническом физиологическом растворе. При использовании трипанового синего окрашиваются только погибшие и с поврежденной мембраной клетки. Подсчет клеток проводился в камере Горяева и вычислялся по следующей формуле:

Х = К х А х 104,

К- разведение; А - количество клеток в 25 больших квадратах камеры.

Оценка клеточного цикла спленоцитов и клеток опухоли В16.

В культуру клеток селезенки добавляли Con А в концентрации 5 мкг/мл. Через 48 часов происходит увеличение количества клеток, находящихся в фазе S/M до 68% и уменьшение в фазе G0/G1-31%. Уровень апоптоза не изменяется. Этот показатель приближается к аналогичному показателю опухолевых клеток.

Пролиферативные тесты. Клетки селезенки (2x105/лунку) культивировали в круглодонных 96-луночных планшетах в течение 72 часов в среде RPMI 1640, содержащей 5% сыворотки плодов коров, 5 мМ L-глютамина, 2 х 105 М 2-меркаптоэтанола и антибиотики (все реагенты компании Sigma, США). В опытных пробах клетки культивировали в присутствии лизата опухолевых клеток В16 (25х103/лунку). В контрольных сериях экспериментов клетки культивировали без добавок. В экспериментах, оценивающих непосредственное влияние ГТ 390- 43,50С на опухолевый рост in vitro, клетки В16 после гипертермического воздействия культивировали в течение 24 часов при 370 С. Во всех экспериментах за 6 часов до окончания культивирования в лунки вносили [3H]-тимидин (0.75 мкКи/лунку). Уровень пролиферативной клеточной активности определяли, используя стандартную процедуру учета радиоактивности с помощью в-счетчика. Индекс стимуляции (ИС) вычисляли по формуле: ИС = опыт (имп/мин) / контроль (имп/мин).

Оценка средней продолжительности жизни. Средняя продолжительность жизни вычислялась по формуле: СПЖ=(?хNxD)/Mt, где N-количество животных, D-количество дней, Mt-общее количество животных в группе. Результаты по выживаемости мышей с меланомой представлены медианой, с указанием ошибки среднего. Процент увеличения продолжительности жизни животных вычисляли по формуле:

Определение концентрации цитокинов в сыворотке крови. Сыворотка была пулирована от 5 мышей каждой группы в трех сериях экспериментов. Определение проводили стандартно с помощью иммуноферментных тест-систем, согласно инструкции фирмы производителей (BioSource, Intrenational, Inc. USA). Фотометрию проводили на ELISA-процессоре фирмы ,,Labsystems Multiskan MS” при длине волны 450 нм.

Гистологическое исследование опухолевых образцов. Фрагменты опухоли, размером не более 5х5х5 мм забирали на 20 сутки после перевивки и фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина не менее 24 часов, обезвоживали в серии этанола возрастающей концентрации, просветляли в ксилоле и заключали в парафин. Для гистологического исследования срезы опухоли толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином. Препараты исследовали на световом микроскопе «Triton» (Seti, Бельгия) при увеличении Х 600 [Пирс Э., 1964; Лилли P., 1969; Саркисов Д.С., Перов Ю.Л., 1996]. Оценка лейкоцитарной инфильтрации и степени некроза/апоптоза в опухолевых образцах проводилась по пятибалльной оригинальной шкале д.м.н. И.В. Майбородина.

Определение уровня апоптоза и анализ клеточного цикла. Анализ клеточного цикла и уровень апоптоза после гипертермического воздействия для опухолевых клеток проводился через 24 часа, для спленоцитов - через 72 чача. Анализируемые клетки однократно отмывали забуференным физиологическим раствором, содержащим 0,02% ЭДТА и 1% азида Na (раствор 1) и затем фиксировали в течение 30 минут холодным 1% раствором параформальдегида. Фиксированные клетки центрифугировали, осадок ресуспендировали в 1 мл раствора 1, содержащего пропидиум иодид (Propidium iodide, Sigma, США) в конечной концентрации 50 мкг/мл и РНКазу (Sigma, США) в концентрации 20 мкг/мл, после чего образцы клеток инкубировали в темноте, в течение 30 минут при 37°C. Анализ клеточного цикла и уровня апоптоза проводили на основании измерения содержания ДНК методом проточной цитофлюорометрии с использованием лазерного клеточного сортера-анализатора FACSCalibur (Becton Dickinson, США). Процентное содержание апоптотических клеток и клеток, находящихся в разных фазах клеточного цикла, рассчитывалось по одномерной гистограмме красной флуоресценции клеток, которые формировали пики в соответствии с плоидностью ДНК.

Электрофоретический анализ белков. Электрофоретическое разделение белков проводили по методу Лэммли (Laemmli, 1970) в прерывистой буферной системе в присутствии 0.1% ДСН в трис-глициновом буфере. Разделяющий гель, имеющий pH 8.8, содержал 0.375 М Трис-HCl, , 0.1% ДСН, 12% акриламида, 1% N',N-метиленбисакриламида (80% объема геля); концентрирующий гель - 0.125 М Трис-HCl, pH 6.8, 0.1% ДСН, 4% акриламида, 0.5% N',N-метиленбисакриламид. Белковые пробы вносили в ПААГ в лизирующем буфере. Пробы прогревали 5 мин при 95°С. Электрофорез проводили в режиме 10 В/см. Гель окрашивали в красителе Coomassi Brilliant Blue R-250 в 20% этаноле, 10% уксусной кислоте. Краситель отмывали кипячением в дистиллированной воде.

Вестерн-блот анализ. Антигенные белки разделяли электрофоретически в 12% ПААГ-ДСН и затем переносили на нитроцеллюлозную мембрану (Towbin H., et al., 1979), которую после блокирования сайтов неспецифического связывания раствором 3% БСА инкубировали с соответствующими рекомбинантными антителами. Связавшиеся фаговые антитела проявляли поликлональными анти-М13 антителами сыворотки кролика (в разведении 1:16000), а в случае растворимых антител - мышиными anti-C-myc МКА, с последующим добавлением конъюгата щелочной фосфатазы с антимышиными антителами в разведении 1:4000, а в случае полноразмерных антител - анти-human IgG1 конъюгатом щелочной фосфатазы в разведении 1:10000. Визуализацию иммунных комплексов проводили, добавляя 5-бромо-3-индолил фосфат и нитро-тетразолиевый голубой.

Статистический анализ данных. Данные по выживаемости животных представлены в виде медианы выживаемости с указанием ошибки среднего. Статистическую обработку данных по выживаемости проводили с использованием критерия Каплана-Майера. Остальные результаты представлены в виде средних значений с указанием стандартных отклонений. Достоверность данных оценивали с помощью критерия Вилкоксона-Манна-Уитни для непараметрических величин.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние вакцинации и гипертермического воздействия на среднюю продолжительность жизни мышей с меланомой.

В табл. 1 представлены данные по средней продолжительности жизни мышей с меланомой после применения сингенной, ксеногенной вакцины, гипертермического воздействия и его комбинации с вакцинотерапией.

Таблица 1

Средняя продолжительность жизни мышей с меланомой (n=10)

№ п/п	Вид воздействия	СПЖ (сутки) (Х ± m)	УПЖ (%)
1	Контроль	30 ± 3,57	-
2	ГТ	27 ± 1,36	-
3	Сингенная вакцина	28 ± 1,0	-
4	Ксеновакцина	37 ± 0,62*	23
5	Сингеннаяя вакцина + ГТ	28 ± 1,07	-
6	ГТ + сингенная вакцина	31 ± 0,87	3
7	Ксеновакцина + ГТ	28 ± 1,13	-
8	ГТ + ксеновакц	38 ± 1,6*	26

Примечание: *P<0,01- различия достоверны по сравнению с контрольной группой (критерий Каплана-Майера).

Отмечено статистически значимое увеличение средней продолжительности жизни на 23%, по сравнению с контролем в группе животных, получавших только ксеновакцину, а также в группе ксеновакцинированных мышей с предварительно проведенным гипертермическим воздействием на 26%. Достоверного различия между данными по этим двум группам выявлено не было. Во всех остальных группах выживаемость не отличалась от таковой в контроле. Использование гипертермического воздействия после курса ксеновакцинации, отменяло эффект вакцинотерапии.

Изучение реактивности спленоцитов на стимуляцию антигенами меланомы.

По данным литературы реакция пролиферации спленоцитов в экспериментальных моделях позволяет оценить уровень сенсибилизации иммунизированных мышей [Гольдберг Е.Д., 1992]. Мы изучали пролиферативный ответ спленоцитов мышей на стимуляцию антигенами сингенной меланомы В16 на 14 сутки после привития опухоли.

Статистически значимое увеличение индекса стимуляции пролиферации лимфоцитов по сравнению с контролем на антигены сингенной меланомы В16 имел место только в группе мышей, иммунизированных сингенной вакциной. Интересно, что применение гипертермического воздействия с сингенной вакциной в различных вариантах, отменяло прирост пролиферации. Использование ксеновакцинации, наоборот, снижало уровень пролиферации, хотя и на уровне тенденции. Гипертермическое воздействие не оказывало влияния на уровень пролиферации (табл.2).

Таблица 2

Индекс стимуляции спленоцитов в ответ на антигены меланомы мыши В16 (n=9).

№ п/п	Вид воздействия	Индекс стимуляции пролиферации спленоцитов (Х ± m)
1	Контроль	2,8 ± 0,4
2	ГТ	3 ± 0,7
3	Сингенная вакцинация	4,6 ± 0,3 *
4	Сингенная вакцинация + ГТ	2,3 ± 1
5	ГТ + сингенная вакцинация	2,1 ± 0,5
6	Ксеновакцинация	1,3 ± 0,3
7	Ксеновакцинация + ГТ	1,4 ± 0,6
8	ГТ + ксеновакцинация	1,9 ± 0,1

Примечание: *PU<0,01- различия достоверны по сравнению с контрольной группой (U-критерий Вилкоксона-Манна-Уитни).

Таким образом, сингенная вакцинация приводила к статистически значимому увеличению пролиферативного ответа на антигены меланомы В16, что может косвенно указывать на активацию Th1 звена иммунитета, однако, это не ассоциируется с увеличением выживаемости мышей этой группы. Полученные данные не согласуются с мнением большинства исследователей о ведущей роли CTL-опосредованного иммунитета в эффекте противоопухолевой вакцинации [Trapani J.A., 2002; Pardoll D., 2002; Галактионов В.Г., 2005]. Однако, на основании имеющихся данных можно полагать, что опосредуемый Th1 клеточный иммунитет может быть эффективен в предотвращении опухолевого роста на ранних стадиях болезни, когда количество патологических клеток не превышает определенного значения, а используемая нами концентрация вакцины, эквивалентная 5х105 опухолевых клеток на мышь, предполагает исследование противоопухолевых реакций на продвинутых стадиях развития заболевания.

Определение уровня цитокинов в сыворотке крови мышей с меланомой.

Таблица 3

Уровень цитокинов в сыворотке крови мышей с меланомой В16

(пг/мл, n=5).

№ п/п	Вид воздействия	IFN-г (Х ±m)	IL-4 (X ± m)
1	Интактные	<1	<5
2	Контроль	<1	<5
3	ГТ	7,6 ± 1,4	<5
4	Сингенная вакцинация	6,5 ± 2,1	<5
5	Сингенная вакцинация + ГТ	<1	<5
6	ГТ + сигенная вакцинация	<1	<5
7	Ксеновакцинация	<1	6,2 ± 0,8
8	Ксеновакцинация + ГТ	<1	<5
9	ГТ + ксеновакцинация	<1	<5

Известно, что IFN-г является основным эффекторным цитокином, продуцируемым Тh 1-го типа, ответственными за развитие клеточных иммунных реакций [Sioud M., 2003; Kochenderfer J.N., 2007]. Биологические эффекты IL-4 связаны с его основной функцией - направлять развитие иммунного ответа по Th 2 пути [Кагидзе З.Г., 2003]. Поэтому, уровни этих цитокинов в крови имеют большое значение при оценке иммунного статуса организма и могут свидетельствовать о генерации клеточных или гуморальных иммунных реакций.

Содержание IFN-г и IL-4 в сыворотке крови контрольных мышей не превышало минимальной определяемой концентрации (1пг/мл и 5 пг/мл, соответственно). У мышей, получавших отдельно сингенную вакцину или гипертермическое воздействие, содержание INF-г было повышенным. Совместное применение гипертермического воздействия и сингенной вакцинации в различных вариантах не приводило к увеличению уровня INF-г. IL-4 определялся только в группе ксеновакцинированных животных в концентрации 6,2 ± 0,8 пг/мл. При комбинации гипертермического воздействия с ксеновакцинотерапией не зафиксировано повышения уровня INF-г или IL-4 (табл.3).

Полученные данные подтверждают наше предположение о развитии иммунного ответа по Th1 типу в случае иммунизации мышей с меланомой сингенной вакциной. В то же время повышение сывороточного IL-4 в группе ксеновакцинированных мышей, а также отсутствие в этой группе животных прироста индекса пролиферации спленоцитов на антигены меланомы, возможно, свидетельствует о развитии Th2 ответа.

Определение IgG антител в сыворотке крови мышей с меланомой.

В процессе опухолевой прогрессии, при угнетении или отсутствии киллерного эффекта Т-лимфоцитов деструкция трансформированных клеток может осуществляться за счет цитотоксичности, опосредованной гуморальными антителами [Агеенко А.И., 1982]. Учитывая, что в наших экспериментах увеличение средней продолжительности жизни мышей с меланомой после курса ксеновакцинотерапии связано с увеличением уровня сывороточного IL-4, логично предположить, что значимая роль в сдерживании опухолевого процесса может принадлежать опухолеспецифическим антителам. Поэтому, с целью выявления возможных сывороточных опухолеспецифических антител, был проведен вестерн-блотт анализ.

Было показано, что иммунизация мышей с меланомой ксеногенной вакциной вызывает образование IgG антител, специфичных к белку меланомы с молекулярной массой около 70 кД, содержащемуся в меланоме В16 и Bro, тогда как сингенная вакцина не способна индуцировать выработку таких антител.

Таким образом, ксеновакцинация мышей с меланомой приводит к повышению сывороточного IL-4, индуцирует синтез IgG антител, специфичных к антигену меланомы и пролонгирует выживаемость экспериментальных животных.

В настоящее время роль гуморального звена в противоопухолевой защите организма не до конца ясна. Считается, что противоопухолевые антитела в одних случаях оказывают защитное действие, в других - содействуют прогрессивному росту злокачественных опухолей [Ravindranath M.H., 1998; Habal N., 2001; Игнатов П.Е., 2002]. Опухолеспецифические антитела связываются с антигенами опухолевых клеток, однако фонового уровня комплемента часто недостаточно для развития антителозависимого лизиса опухолевых клеток. Этому, в частности, может способствовать высокая экспрессия на опухолевых клетках молекул, препятствующих цитолитическому действию комплемента. Считается, что опсонизация опухолевых клеток антителами в определенных случаях приводит к блокаде опухолевых антигенов и недоступности их для рецепторов CD8 Т-киллеров. Другой механизм защиты опухоли связан со сбрасыванием опухолевыми клетками со своей поверхности комплексов антиген-антитело [Петров Р.В., 1987; Ravindranath M.H., 1998; Барышников А.Ю., 2004].

Как известно, цитотоксичность, опосредованную антителами, осуществляет целый ряд клеток, играющих важную роль в противоопухолевом ответе и обеспечивающих местные защитные реакции, проходящие в тканях. В связи с этим было проведено гистологическое исследование опухоли мышей с меланомой на фоне проводимой терапии.

Гистологическое исследование образцов опухоли.

Большая часть солидных опухолей имеет в своем составе инфильтраты из различных типов клеток. Опухолевая инфильтрация макрофагами, по литературным данным, связана, обычно, с негативным прогнозом, тогда как инфильтрация опухоли нейтрофилами ассоциируется с благоприятным исходом заболевания [Pekarek L.A., 1995; Satomi A., 1995; Carlo E.D., 2001; Talmadge J.E., 2007]. Лимфоидная инфильтрация в опухолевом узле также рассматривается как благоприятный прогностический фактор [Carlo E.D., 2001; Yu J., 2001].

Гистологическое исследование показало наличие высокой степени некроза/ апоптоза и инфильтрации опухоли нейтрофилами и лимфоцитами в группах мышей, иммунизированных сингенной или ксеновакциной и в группе мышей «ГТ+ ксеновакцина» (табл. 4).

Таблица 4

Степень лейкоцитарной инфильтрации и некротических/апоптотических изменений опухоли (n=5).

№ п/п	Вид воздействия	Инфильтрация	Степень гибели клеток
1	Контроль	1	1
2	ГТ	1	2
3	Сингенная вакцинация	4	4
4	Сингенная вакцинация + ГТ	3	3
5	ГТ + сингенная вакцинация	1	1
6	Ксеновакцинация	4	4
7	Ксеновакция + ГТ	1	2
8	ГТ + ксеновакцинация	4	4 -5

Интересно, что в тех опытных группах, для которых было показано статистически значимое увеличение выживаемости («ксеновакцинация», «ГТ+ксеновакцинация») большая часть клеток, инфильтрирующих опухолевые узлы, была представлена нейтрофилами. В остальных группах соотношение между нейтрофилами и лимфоцитами было приблизительно одинаковым.

Поскольку в наших исследованиях ксеновакцинотерапия ассоциируется с повышением уровня лейкоцитарной (нейтрофилы) инфильтрации опухоли и увеличением выживаемости мышей с меланомой, можно предположить, что основную эффекторную роль в разрушении клеток опухоли играет неспецифическое звено. С. Bogdan (2000) показал, что цитотоксические агенты нейтрофилов способны не только контролировать опухолевый рост, но также ингибировать пролиферацию Т-лимфоцитов, как непосредственным образом, так и за счет супрессии функции макрофагов. Этим может частично объясняться отсутствие стимуляции пролиферации спленоцитов, полученных от ксеновакцинированных мышей, в присутствии сингенных меланомных антигенов.

Полученные результаты однозначно указывают на выраженную способность гипертермического воздействия супрессировать противоопухолевые иммунные реакции: ГТ 420С практически полностью отменяла эффекты ксеновакцины, связанные с увеличением средней продолжительности жизни мышей с меланомой, повышением степени лейкоцитарной инфильтрации опухоли и уровнем сывороточного IL-4. Ингибирующее влияние ГТ на иммунные процессы проявлялось тогда, когда ГТ применялась после вакцинотерапии. Это не наблюдалось в том случае, если вакцинотерапия проводилась после ГТ. Эти данные указывают на то, что иммуносупрессорное действие ГТ является относительно кратковременным и обратимым.

В связи с этим возникают вопросы:

1) способна ли ГТ оказывать токсическое действие на опухоль, и не влиять при этом на функциональную активность иммунокомпетентных клеток,

2) насколько плюсы позитивного действия ГТ могут превалировать над минусами ее иммунодепрессивного действия?

Исследуемый нами режим ГТ в системе in vivo, является пороговым и его превышение приводит к летальному исходу, не связанному с развитием опухолевого процесса. Чтобы ответить на вопрос о непосредственном влиянии ГТ на разные типы клеток, следующий этап наших экспериментов был выполнен в системе in vitro с использованием изолированных иммунокомпетентных и опухолевых клеток.

Влияние гипертермического воздействия на опухолевые и лимфоидные клетки в системе in vitro.

В жизненном цикле выделяют периоды повышенной чувствительности к действию высоких температур, которые характерны как для нормальных, так и для трансформированных клеток. Известно, что наиболее чувствительны к гипертермическому воздействию, клетки, находящие в фазе синтеза или митоза, в то время как находящиеся в фазах G0/G1 относительно устойчивы к нагреванию. В экспериментальных работах определено, что температура 430С и выше, является непереносимой для культур опухоли, в то время как клетки здоровых тканей выдерживают температуру до 450С [Фрадкин С.З., 2004]. Различия в толерантности опухолевых и нормальных клеток могут быть связаны с тем, что большинство клеток опухолевой популяции находится в фазе митоза, а у изолированных из организма нормальных клеток только приблизительно 10-20 % вступают в процесс пролиферации [Yuguchi T., 2002]. После активации лимфоцитов митогеном (Con А) в течение 48 часов происходит изменение соотношения фаз клеточного цикла в популяции. Количество клеток, находящихся в фазе S/M, увеличивается до 69%, приближаясь к аналогичному показателю опухолевых клеток.

В дальнейших экспериментах культуры опухолевых клеток, интактных и активированных спленоцитов подвергали гипертермическому воздействию при температуре 390, 410, 42,50 или 43,50С и затем оценивали их пролиферативную активность. При этом, контрольная температура составила 370С.

Нами зафиксировано, что различия в пролиферативной активности исследуемых культур клеток начинаются с температурной точки 42,5 0 С.

Повышение температуры до 42,50С приводит к 70% снижению реакции пролиферации относительно контроля (370С) предварительно активированных Con А спленоцитов. Опухолевые клетки меланомы В16, также как и интактные спленоциты, более устойчивы к температурному воздействию 42,50С, т.к. существенно не снижают своей пролиферативной активности при данной температуре. Повышение температуры до 43,50С, ведет к драматическому снижению пролиферации относительно контрольной температуры 370С всех исследуемых культурах.

Как уже было отмечено, фаза клеточного цикла значительно влияет на уровень апоптоза, индуцированного тепловым шоком [Hall E.J., 1984; O,Neill K.L., 1998; Фрадкин С.З., 2004]. При постепенном увеличении тепловой нагрузки от 370С до 490С, наблюдается постепенное увеличение уровня апоптоза со значительным изменением от апоптоза до некротической гибели [O,Neill K.L., 1998].

Таблица 5

Влияние гипертермического воздействия на уровень апоптоза в изученных культурах

t0	Интактные спленоциты (X ± m, %)	Активированные спленоциты (X ± m, %)	Клетки В16) (X ± m, %)
370	0,2±0,4	0,9±1,1	0
390	0,2±0,4	3,1±1,9 *	0
42,50	1,6±0,7 *	4,1±0,8 *	0
43,50	2,1±0,3 *	5±1,6 *	0

При определении процента апоптотических клеток в исследуемых культурах, было установлено, что повышение температуры до 390, 42,50 и 43,50, приводит к статистически значимому увеличению изученного показателя в популяции активированных спленоцитов в 3, 4 и 5 раз, соответственно. У интактных спленоцитов отмечено увеличение уровня апоптоза при температуре 42,50 и 43,50 в 1,6 и 2,1 раза. Интересно, что в опухолевых клетках повышение температуры не вызывало увеличение апоптоза (табл. 5).

Примечание: *PU<0,01- различия достоверны по сравнению с контролем 370С (U-критерий Вилкоксона-Манна-Уитни).

При изучении влияния ГТ на клеточный цикл, обнаружено, что гипертермическое воздействие 42,50 и 43,50С, увеличивало в культуре активированных спленоцитов процент клеток, находящихся в фазе G0/G1. В то же время, не отмечено существенного влияния на соотношение фаз клеточного цикла, как в культуре интактных спленоцитов, так и в культуре опухолевых клеток (табл. 6).

Поскольку температура 42,50С является критической для всех исследуемых клеток, представляло интерес оценить возможность восстановления пролиферативного потенциала лимфоидных и опухолевых клеток после гипертермического воздействия. На рисунке 1 представлено сравнительное изменение в течение 7 суток наблюдения индекса пролиферации опухолевых клеток и активированных спленоцитов. Пик пролиферации клеток опухоли В16 после температурного воздействия приходился на третьи сутки культивирования, в то время как пик пролиферации спленоцитов регистрировался на 5 сутки культивирования.

Таблица 6

Влияние ГТ на соотношение фаз клеточного цикла в изученных культурах

Активированные спленоциты
t0	S/M (%)	G0/G1 (%)
370	39,2±5,9	59,9±5,7
390	39,9±6,4	56,8±7,3
42,50	4,6±2,7 *	91,3±2,7 *
43,50	3,8±1,8 *	91,2±2,2 *
Интактные спленоциты
t0	S/M (%)	G0/G1 (%)
370	6,7±2	92,2±2,1
390	7,9±2	91,9±1,6
42,50	8,7±2,9	89,7±3,2
43,50	6,8±1,8	91,1±1,8
Клетки опухоли В16
t0	S/M (%)	G0/G1 (%)
370	41 ± 4	59 ± 4
390	49 ± 3	51 ± 3
42,50	56 ± 5	44 ± 5
43,50	43 ± 5	57 ± 5

Примечание: *PU<0,01- различия достоверны по сравнению с контролем 370С (U-критерий Вилкоксона-Манна-Уитни).

Таким образом, показано, что опухолевые клетки имеют приоритетные возможности по сравнению с лимфоидными клетками в восстановлении своего пролиферативного потенциала после гипертермического воздействия.

В целом, полученные данные свидетельствуют, что температура разогрева в диапазонах 42,50- 43,50С не оказывает прямого повреждающего воздействия на всю популяцию опухолевых клеток, тогда как у активированных лимфоидных клеток в этом температурном диапазоне не только увеличивается процент апоптотических клеток, но и происходит задержка прохождения клетками S/M фаз клеточного цикла, связанная, вероятно, с остановкой в фазе G0.

Это входит в определенное противоречие с опубликованными ранее данными о повышенной чувствительности опухоли к ГТ, и обосновывающими применение системной ГТ в онкологической практике [Мардынский Ю.С., 2001; Осинский С. П., 2002; Yuguchi T., 2002; Фрадкин С.З., 2004]. С другой стороны, наши результаты согласуются с экспериментальными и клиническими исследованиями, свидетельствующими, что ГТ способна оказывать выраженный противоопухолевый эффект только при очень высоких (440-450С) температурах. Однако ГТ в таких диапазонах ведет к перегреву всего организма, развитию осложнений и впоследствии к прогрессии основного заболевания [O'Neill K.L., 1998; Falk M.H., 2001; Akria Ito, 2003]. При анализе противоречий, связанных с клиническим применением ГТ, следует, однако, иметь в виду, что термочувствительность опухоли может быть связана не столько с особенностями клеток, ее формирующих, сколько с особенностями ее кровотока [Маянский А.Н., 2004; Гафтон Г.И., 2004]. Низкий кровоток и связанная с этим низкая теплоотдача, наряду с кислой средой и недостатком питания - это факторы, способные повышать чувствительность опухоли к ГТ. В системе in vitro значимость этих факторов нивелирована, и это следует иметь в виду при экстраполяции на организм полученных данных.

Рис 1. Динамика пролиферативной активности клеток меланомы В16 и активированных Соn A спленоцитов после гипертермического воздействия (42,5 0 С); *PU<0,01 (U-критерий Вилкоксона-Манна-Уитни)

ВЫВОДЫ

1) Введение ксеногенной полиантигенной противоопухолевой вакцины статистически значимо увеличивает продолжительность жизни мышей с перевиваемой меланомой. В аналогичных условиях сингенная вакцинация не обладает такой способностью. Использование кратковременного гипертермического воздействия в сочетании с вакцинотерапией или в качестве моновоздействия, не оказывает значимого влияния на выживаемость мышей с меланомой.

2) Ксеновакцинотерапия индуцирует повышение уровня IL-4 в сыворотке крови животных-опухоленосителей. Сингенная вакцинация вызывает повышение уровня сывороточного IFN-г и сопровождается усилением пролиферативного ответа спленоцитов на антигены меланомы В16. Эти данные свидетельствуют, что ксеновакцинация и аутовакцинация индуцируют качественно разные типы иммунных реакций по Тh 2 и Th1 типу, соответственно.

3) Ксено- и сингенная вакцинотерапия способствуют усилению инфильтрации опухоли нейтрофилами, моноцитами и лимфоцитами, что коррелирует с выраженностью некроза/апоптоза опухолевых клеток, и свидетельствует об активации специфического и неспецифического звеньев иммунитета. Гипертермическое воздействие частично отменяет данное действие вакцин.

4) Ксеновакцинация сопровождается формированием в сыворотке крови антител класса IgG к антигену меланомы В16 с молекулярной массой 70 кД, что подтверждает индукцию ксеновакциной иммунных реакций преимущественно опосредуемых Th2 типа. При использовании сингенной вакцины специфические антитела к антигену меланомы В16 не образуются.

5) В системе in vitro гипертермическое воздействие 42,50С подавляет пролиферацию и усиливает апоптоз лимфоцитов в большей степени, чем клеток опухоли В16. Это означает, что супрессорное влияние гипертермии в первую очередь будет затрагивать пролиферативные лимфоидные реакции и объясняет отсутствие эффекта гипертермии как в качестве моновоздействия, так и в сочетании с вакцинотерапией в условиях in vivo.

СПИСОК СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Селедцова Г.В., Стрункин Д.Н., Самарин Д.М., Сенюков В.В., Кащенко Э.А. Ксеновакцинотерапия в лечении онкозаболеваний. // Материалы 5-й отчетной сессии ИКИ СО РАМН-2000.-С.118-119.

Фельде М.А., Селедцов В.И., Самарин Д.М., Повещенко О.В., Кащенко Э.А., Шишков А.А., Козлов В.А. Иммунологические показатели при ксеновакцинотерапии меланомы // Russian Journal of Immunology. Тезисы Объединенного иммунологического форума, Екатеринбург 2004.- С.335.

Шишков А.А., Фельде М.А., Селедцов В.И., Самарин Д М., Кащенко Э.А., Козлов В.А. Выживаемость больных меланомой кожи IV клинической группы при использовании в лечении ксеновакцинотерапии // Материалы Российской научно-практической конференции Современное состояние и перспективы развития экспериментальной и клинической онкологии. Томск 2004.-С.75.

Кащенко Э.А., Селедцов В.И., Ширинская А В., Селедцова Г.В., Самарин Д.М., Повещенко О.В., Фельде М.А., Пронкина Н.В. Изменение соотношения фаз клеточного цикла и пролиферативной активности спленоцитов и опухолевых клеток в результате воздействия физиотерапевтических факторов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции « Дни иммунологии в Сибири». Красноярск 2005.-С.78-80 .

Селедцов В.И., Фельде М.А., Самарин Д.М., Селедцова Г.В., Шишков А.А., Ницца Н.А., Тюримин Я.Л., Кащенко Э.А., Повещенко О.В. Ксеновакцинотерапия в лечении меланомы // Материалы Всероссийского научного симпозиума «Цитокины. Стволовая клетка. Иммунитет». Цитокины и воспаление.-2005.-Т.4.-№2.-С.112.

Фельде М.А., Самарин Д.М., Ницца Н.А., Шишков А.А., Повещенко О.В., Кащенко Э.А., Селедцов В.И., Селедцова Г.В., Козлов В.А. Оценка клеточной иммунореактивности при ксеновакцинотерапии пациентов IV стадией колоректального рака // Клиническая иммунология.-2006.-№1.-С.43-48.

Кащенко Э.А., Селедцов В.И., Самарин Д.М., Селедцова Г.В., Повещенко О.В., Суровцева М.А. Эффекты физиотерапевтических воздействий на пролиферацию, клеточный цикл и уровень апоптоза опухолевых клеток и нормальных лимфоцитов //Материалы VII отчетной конференции ГУ НИИ КИ СО РАМН. Новосибирск.-2006.-С. 101-102.

Суровцева М.А., Ницца Н.А., Самарин Д.М., Шишков А.А., Повещенко О.В., Кащенко Э.А., Селедцов В.И., Селедцова Г.В. Ксеновакцинация в лечении колоректального рака //Материалы VII отчетной конференции ГУ НИИ КИ СО РАМН. Новосибирск.-2006.-С. 281-285.

Кащенко Э. А., Самарин Д. М., Селедцова Г. В., Шишков А.А., Повещенко О.В. Исследование эффективности применения специфической и неспецифическй иммунотерапии у мышей-опухоленосителей при гипертермическом воздействии // Медицинская иммунология.-2007.-Т.9.-С.143-144.

Селедцов В.И., Фельде М.А., Самарин Д.М., Селедцова Г.В., Шишков А.А., Ницца Н.А., Тюрюмин Я.Л., Кащенко Э.А., Повещенко О.В., Козлов В.А. Иммунологические и клинические аспекты применения ксеновакцинотерапии в лечении меланомы // Российский онкологический журнал. 2006; № 4: 23-29.

Белогородцев С.Н., Кащенко Э.А., Шишков А.А., Майбородин И.В., Селедцова Г.В. Ауто-и ксеновакцинотерапия у мышей-опухоленосителей меланомы В16 // Сибирский медицинский журнал. Материалы научной конференции с международным участием. «Дни иммунологии в Сибири-2008».-2008; № 3.-Т. 23.-С.84.

Кащенко Э.А., Белогородцев С.Н., Селедцова Г.В., Самарин Д.М., Майбородин И.В., Селедцов В.И., Шишков А.А., Савкин И.В., Козлов В.А. Ксеновакцинотерапия меланомы в эксперименте // Сибирский онкологический журнал. 2009.-№1 (31).-С.28-31.

Кащенко, Э.А., Белогородцев С.Н., Селедцова Г.В., Самарин Д.М., Майбородин И.В., Селедцов В.И., Шишков А.А., Савкин И.В., Козлов В.А. Направленность иммунного ответа при вакцинотерапии в эксперименте // Вестник уральской медицинской академической науки. 2009.- №2/1 (24).-С.313-315.

Размещено на Allbest.ru

...