«Волшебные пули»: моноклональные антитела в онкологии
Сегодня злокачественные опухоли занимают одно из первых мест по уровню заболеваемости и смертности. В мире ежегодно регистрируется 10 млн новых случаев рака.
В начале XX в. гениальный ученый Пауль Эрлих использовал определение «волшебная пуля», говоря о препарате, который находил бы и избирательно уничтожал причину болезни.
Достижения фундаментальной иммунологии и современных технологий позволили создать противоопухолевые препараты нового класса — моноклональные антитела (МАТ). Эти препараты сделали противоопухолевую терапию более эффективной и менее токсичной. Если традиционная химиотерапия — это «ковровое бомбометание», при котором поражаются и здоровые клетки, то иммунотерапия МАТ — это «точечные удары», направленные против белковых молекул в опухолевых клетках.
В данном обзоре мы представляем общие сведения о современных успехах и перспективах развития технологии МАТ в лечении онкологических заболеваний.
История создания и развитие технологии моноклональных антител
Первая попытка применения антител для лечения онкологических заболеваний была сделана Hericourt и Richet в 1895 г. экстрактами остеогенной саркомы у 50 больных; результаты были весьма перспективны. Тем не менее оставалась проблема побочных реакций, нестандартизируемости сывороток и слабого, непродолжительного эффекта.
Лечение антителами получило дальнейшее развитие в 70-х годах XX столетия. К этому времени уже было доказано, что образующиеся сывороточные антитоксины представляют собой иммуноглобулины; установлено, что продуцентом антител являются плазматические клетки. Исследователям Келеру и Мильштейну удалось разработать технологию получения особых клеточных линий, представляющих собой гибриды между нормальными антителопродуцирующими селезеночными клетками мыши и клетками мышиной миеломы. Разнородные клетки образуют двухъядерные гибриды, сохраняющие способность к клеточным делениям. Так возникает гибридома, структура продуцируемых ею антител абсолютно одинакова. Такие антитела называются моноклональными.
Гуманизация антител
В 1980-х годах было проведено несколько исследований, показавших наличие аллергических реакций вплоть до анафилактического шока, недостаточную эффективность мышиных антител в реализации механизма уничтожения клетки-мишени.
Получение человеческих антител и антител частично человеческого происхождения стало возможным после клонирования генов иммуноглобулинов и разработки генно-инженерных методов. Как в легких, так и в тяжелых цепях антител имеется константный регион и вариабельный регион, который непосредственно связывается с антигеном. Константный и вариабельный регионы независимо кодируются множеством генетических сегментов. Генно-инженерные технологии позволяют создавать гибридные антитела мышь/человек, различающиеся степенью «гуманизации». Наиболее ранней версией таких гибридных антител являются химерные антитела. В химерных антителах константные регионы имеют человеческое происхождение, а вариабельные получены от мыши. Типичный пример химерного антитела — ритуксимаб.
Второе поколение гибридных антител — гуманизированные антитела, в которых мышиное происхождение имеют только небольшие антигенсвязывающие участки вариабельных регионов. Гуманизированные антитела обладают слабой иммуногенностью. Типичным примером гуманизированного антитела является алемтузумаб.
Как в химерных, так и в гуманизированных антителах участки, непосредственно связывающие антиген, получали от иммунизированных животных. В последнее десятилетие разработаны способы конструкции полностью человеческих антител, минуя этап иммунизации человека.
Итак, сегодня, когда МАТ получают с помощью генно-инженерных способов, нередко минуя этап иммунизации, ключевым в определении термина «моноклональные антитела» является именно одинаковость антител, а не только моноклональность продуцирующих их В-клеток.
Моноклональные антитела в лечении онкологических заболеваний
В терапии опухолей используют два типа МАТ:
- простые, или неконъюгированные — МАТ, не связанные ни с какими цитотоксическими веществами;
- конъюгированные — МАТ, лечебный эффект которых обусловлен присоединенными к антителу веществами (радиоактивными частицами, цитостатиками или токсинами).
Простые моноклональные антитела
Большинство эффективно применяемых в онкологии МАТ — это простые МАТ. Они по-разному реализуют свое воздействие на злокачественную опухоль. Одни антитела, связываясь с соответствующим антигеном, запускают естественные механизмы иммунного ответа организма, которые разрушают опухолевые клетки. Другие МАТ не взаимодействуют собственно с иммунной системой человека. Их эффект реализуется через связывание с антигенами, обеспечивающими пролиферацию клеток или рост опухоли.
Механизм действия антител можно рассмотреть на примере алемтузумаба (Кэмпаса) — препарата для терапии хронического лимфолейкоза. Вариабельный регион алемтузумаба соединяется с антигеном CD52 на поверхности лимфоцитов, а константный регион — с Fc-рецепторами на поверхности цитотоксических клеток, которые уничтожают мишень (ADCC — антителозависимая клеточно-опосредованная цитотоксичность). Кроме того, Кэмпас активирует систему комплемента, что приводит к образованию комплекса, разрушающего мембрану злокачественной клетки (CDC — комплемент-зависимая цитотоксичность). Именно эти два механизма, а также индукция апоптоза считаются основными в действии данных антител.
Ритуксимаб (Ритуксан, Мабтера) стал первым МАТ, одобренным для применения в онкологии. Изначально разработанный компанией Idec (сейчас Biogen Idec), ритуксимаб был зарегистрирован в США в 1997 г. для лечения В-клеточных вялотекущих неходжкинских лимфом. В России препарат продается под названием Мабтера.
Ритуксимаб — это химерное моноклональное антитело, имеющее вариабельный мышиный и константный человеческий регион, специфически связанное с антигеном CD20 на В-лимфоцитах и инициирующее иммунологические реакции, которые опосредуют лизис В-клеток. В 2006 г. препарат зарегистрирован еще по двум показаниям: для лечения CD20-позитивных диффузных В-крупноклеточных лимфом (в сочетании с режимом СНОР) и некоторых вариантов ревматоидного артрита.
Для обеспечения эффективности лечения перед началом терапии рекомендуется провести скрининг на уровень экспрессии CD20-рецепторов.
Алемтузумаб (Мабкэмпас, Кэмпас) — гуманизированное моноклональное антитело к антигену CD52, в котором только маленькие участки, непосредственно связывающиеся с антигеном, имеют крысиное происхождение, а вся остальная часть молекулы — человеческое.
Антитела к CD52 были разработаны в Англии. После многочисленных исследований, алемтузумаб был одобрен в 2001 г. для лечения хронического лимфолейкоза (ХЛЛ) — наиболее частого вида лейкоза у взрослых. В России препарат продается под названием Кэмпас.
Антиген CD52 экспрессируется на мембране большинства зрелых нормальных и опухолевых Т- и В-лимфоцитов с очень высокой плотностью — примерно 500 000 молекул на клетку (по сравнению с антигеном CD20, плотность экспрессии которого составляет около 8000 молекул на клетку). Молекулы антигена CD52 покрывают около 5% всей клеточной поверхности лимфоцита и присутствуют на всех клетках ХЛЛ у пациентов с данным заболеванием. Этим объясняется чрезвычайно высокая активность алемтузумаба в отношении ХЛЛ и Т-клеточных лимфом, а также отсутствие необходимости определять уровень экспрессии CD52 перед началом терапии.
Кэмпас применяется в основном для лечения больных ХЛЛ, рефрактерных к традиционной химиотерапии флударабином, а также в качестве первой линии в терапии пациентов, имеющих крайне неблагоприятный прогноз заболевания в связи с генетическими нарушениями, например делецией гена р53.
Кэмпас оказался эффективным и при Т-пролимфоцитарном лейкозе (Т-ПЛЛ). Это редкое, но очень агрессивное заболевание, обычно резистентное к химиотерапии. Хорошие результаты получены при терапии Кэмпасом Т-клеточных кожных лимфом — синдрома Сезари и грибовидного микоза.
Важно отметить, что Кэмпас не оказывает какого-либо эффекта на клетки-предшественники гемопоэза в костном мозге и не препятствует репопуляции гемопоэтической системы нормальными лимфоцитами по окончании лечения.
В последние годы Кэмпас используется для уменьшения реакции «трансплантат против хозяина» при аллогенной трансплантации стволовых кроветворных клеток. Предварительная ex vivo очистка трансплантата с помощью Кэмпаса в 8 раз снижает частоту случев острых реакций «хозяина», которые служат основной причиной смерти больных после трансплантации.
В настоящее время изучается роль Кэмпаса в терапии некоторых аутоиммунных заболеваний (ревматоидный артрит, рассеянный склероз).
Механизм действия некоторых МАТ (трастузумаб, бевацизумаб и цетуксимаб) реализуется без иммунных механизмов.
Разработанный компанией Genentech трастузумаб (Герцептин) стал первым гуманизированным антителом, зарегистрированным для лечения солидных опухолей в 1998 г. В России препарат продается под маркой Герцептин.
Трастузумаб — рекомбинантные гуманизированные МАТ против HER2/neu-рецепторов, принадлежащих к рецепторам эпидермального фактора роста. Гиперэкспрессия HER2/neu в ткани рака молочной железы обнаруживается у 20–30% больных и сопровождается резким снижением апоптоза, усилением пролиферации, уменьшением числа рецепторов эстрогенов в опухоли, снижением эффективности химио- и эндокринотерапии. Герцептин блокирует пролиферацию, вызывает апоптоз клеток-мишеней и обладает антиангиогенной активностью. Препарат разрешен к применению в монотерапии больных с экспрессией HER2/neu в сочетании с метастатическим раком молочной железы, а также в комбинации с цитостатическими агентами у больных, ранее не получавших химиотерапию. Перед началом лечения Герцептином необходимо проводить скрининг на уровень экспрессии HER2-рецепторов.
Бевацизумаб (Авастин) представляет собой рекомбинантные гуманизированные моноклональные антитела, которые избирательно связываются с биологически активным эндотелиальным сосудистым фактором роста (VEGF) и нейтрализуют его, что приводит к снижению васкуляризации и угнетению роста опухоли.
В клинических исследованиях показано, что Авастин обладает цитостатическим и цитотоксическим эффектом при многих солидных опухолях, что выражалось в регрессии опухоли, замедлении опухолевого роста или увеличении времени до прогрессии. Кроме того, бевацизумаб усиливает противоопухолевый эффект ряда цитостатиков. Бевацизумаб был зарегистрирован в США в 2004 г. в качестве первой линии в терапии метастатического колоректального рака (в комбинации с 5-фторурацилом). В России препарат продается под маркой Авастин.
В настоящее время проводится более 130 клинических исследований бевацизумаба при 25 разных типах злокачественных опухолей, включая рак молочной железы, ободочной кишки, светлоклеточный рак почки, немелкоклеточный рак легкого, меланому.
Цетуксимаб (Эрбитукс) — химерное МАТ, блокирующее активацию рецептора эпидермального фактора роста (EGFR). В 2003 г. Эрбитукс был зарегистрирован в США для лечения рака толстой кишки (в комбинации с иринотеканом), а в 2006 г. — для лечения рака головы и шеи. В России препарат продается под названием Эрбитукс.
Моноклональные антитела как носители активных веществ
В последние годы МАТ стали применяться для доставки цитотоксических веществ непосредственно к опухолевым клеткам, что позволяет избежать повреждения здоровых тканей, решает проблему, связанную со слабым противоопухолевым эффектом некоторых антител из-за невозможности проникать глубоко в ткань солидной опухоли.
В зависимости от активного вещества, присоединенного к антителу, конъюгированные МАТ подразделяют на следующие группы:
- с радиоактивными частицами (этот вид терапии также получил название радиоиммунотерапии);
- с цитостатиками;
- с токсинами (или иммунотоксинами).
В настоящее время для терапии опухолей в мире зарегистрировано только два моноклональных антитела, соединенных с радиоактивными частицами.
Ибритумомаб тиуксетан (Зевалин) — МАТ против CD20, соединенное с иттрием-90. Сочетанное действие препарата обеспечивает бо.льшую эффективность по сравнению с терапией простым антителом к CD20. Зевалин зарегистрирован в 2002 г. для лечения рецидивов и рефрактерных форм фолликулярных лимфом. В настоящее время проводятся клинические исследования Зевалина в качестве консолидирующей терапии первой линии в лечении фолликулярных лимфом, а также В-крупноклеточных лимфом.
Зевалин связывается как со злокачественными, так и с нормальными В-лимфоцитами, поэтому для удаления здоровых клеток, несущих антиген CD20, из системы периферической крови пациенты получают сначала дозу простых антител. После элиминации клеток-мишеней CD20 из периферической крови меченые антитела могут специфично связываться с опухолевыми клетками. Это гарантирует высокую биодоступность препарата в местах расположения очагов опухоли и препятствует распространению радиоактивности по организму циркулирующими лимфоцитами.
90% эффективной энергии иттрия-90 — в том виде, в котором он используется в препарате Зевалин — действует на глубину 5 мм, в результате чего все возможные вредные воздействия на здоровые ткани сведены к минимуму. Иттрий-90 выделяет только β-излучение, поэтому при применении Зевалина не требуется госпитализировать или изолировать пациента. Лечение Зевалином с иттрием-90 может безопасно проводиться в амбулаторных условиях.
В России препарат находится в процессе регистрации.
Тозитумомаб (Бексар) — мышиные МАТ к антигену CD20, к которым прикреплен радиоактивный изотоп йода-131. Препарат получил одобрение FDA в 2003 г. для лечения рецидивов фолликулярных лимфом. Режим применения Бексара включает два этапа: дозиметрический и собственно терапевтический. Йод-131 распадается, высвобождая β- и γ-излучение с периодом полураспада 8 дней. На время лечения требуется изоляция больного и особые условия его пребывания в больнице, так как радиоактивный изотоп йода-131 выводится с мочой. В России препарат не зарегистрирован.
Что касается МАТ, соединенных с химиотерапевтическими препаратами, в настоящее время зарегистрированных и доступных препаратов этой группы нет.
Иммунотоксины получают присоединением к МАТ бактериальных (дифтерийного токсина, экзотоксина синегнойной палочки) или растительных токсинов (рицина А или сапорина). Результаты первых клинических испытаний иммунотоксинов показали высокую перспективность метода.
Единственным иммунотоксином, зарегистрированным в настоящее время для лечения злокачественных заболеваний, является гемтузумаб озогамицин (Милотарг), применяемый в терапии острого миелобластного лейкоза у пожилых. Милотарг представляет собой человеческие антитела к антигену CD33, который присутствует на большинстве лейкемических клеток, в комбинации с токсином калихимицином. В России препарат не зарегистрирован.
Перспективы развития технологии МАТ в лечении онкологических заболеваний
С каждым годом МАТ все более активно применяются в лечении онкологических заболеваний. Противоопухолевые антитела составляют 50% объема рынка всех продаваемых препаратов МАТ; для сравнения: 37% рынка занимают антитела для коррекции аутоиммунных/воспалительных нарушений, 11% — МАТ для лечения заболеваний органов дыхания и 2% — для сердечно-сосудистых. Этот разрыв будет возрастать и дальше, так как из 400 исследований, которые ведутся сейчас с МАТ, около 250 составляют исследования в области онкологии: у больных раком молочной железы, раком яичников, колоректальным раком, у пациентов с лимфомами и немелкоклеточным раком легкого.
Однако несмотря на успехи МАТ, у этой технологии есть свои ограничения. МАТ — слишком крупные молекулы, неспособные проникать внутрь клетки или глубоко в ткани. Их нельзя применять перорально. Технологии производства МАТ по-прежнему очень дороги, что сказывается на стоимости лекарственных препаратов.
И все же у МАТ есть несколько важных свойств: высокая избирательность действия при низкой токсичности и способность активировать иммунную систему на борьбу с опухолевыми клетками.
Целый ряд биотехнологических и фармацевтических компаний сегодня работает над созданием МАТ-технологий нового поколения, объединяющих в себе преимущества МАТ и низкомолекулярных препаратов, обладающих высокой специфичностью и низкой токсичностью, возможностью воздействовать на объекты, нераспознаваемые современными МАТ, в том числе на активные центры ферментов и рецепторов. Такие МАТ обладают более высокой стабильностью, что допускает возможность их перорального, ингаляционного или местного применения.
Во всем мире проводится огромное количество испытаний МАТ: 4 из 10 препаратов, которые находятся в финальной стадии испытаний, — это МАТ. Новые биотехнологии уже сегодня дают больше шансов на продление активных лет жизни онкологическим больным, а в будущем приведут к победе над раком.
По вопросам литературы обращайтесь в редакцию.
Е. А. Никитин, кандидат медицинских наук
О. И. Глазкова, кандидат медицинских наук
ГНЦ РАМН, Москва