Первое четкое доказательство существования антигенов, связанных со злокачественными опухолями, было получено отечественным ученым Г.И. Абелевым в начале 60-х годов ХХ века. Им было установлено, что в сыворотке крови мышей-носителей первичного рака печени появляется а-фето- протеин — эмбриональный эквивалент сывороточного альбумина. Вскоре Ю.С. Татаринов подтвердил эту закономерность для человека. На выявлении этого белка основан диагностический тест, обладающий высокой информативностью при этой форме рака. Позже были описаны другие антигенные онкомаркеры, как секретируемые и накапливающиеся в сыворотке крови, так и мембранные, связанные с опухолевыми клетками. К сывороточным опухолеассоциированным антигенам относят ракоэмбриональный антиген (накапливается при раке толстой кишки и ряда других локализаций), сывороточный специфический антиген простаты (PSA), хорионический гонадотропин (гормон, в норме продуцируемый в плаценте, но также выявляемый при хориокарциноме, семиноме и других опухолях, происходящих из эмбриональных тканей). Эти и ряд других антигенов используют в иммунодиагностике опухолей. В подавляющем большинстве случаев эти антигены синтезируются вследствие экспрессии в клетках взрослого организма генов, в норме активных только в эмбриональном периоде.
В реализации противоопухолевого иммунитета больший интерес представляют опухолевые трансплантационные антигены. Такие антигены выявляют не на всех опухолях. Наличие опухолевых антигенов на клетках делает их потенциально чувствительными к действию факторов иммунной защиты. Для обозначения таких опухолей введено понятие «иммунозависимые опухоли». К ним относят, помимо вирусных опухолей, меланому, рак почки, молочных желез и т.д. Примером злокачественных опухолей, независимых или слабо зависимых от иммунологических механизмов, могут служить рак желудка, мелкоклеточный рак легких и т.д.
Для выявления опухолевых антигенов используют подходы, основанные на методах молекулярной биологии и иммунологии. Первоначально канди- датные антигены тестировали на способность стимулировать клоны Т-кле- ток, выделенных из лимфоидных органов носителей опухоли. В настоящее время обычно используют SEREX-технологию (Serological expression cloning). В качестве исходного материала используют библиотеки генов, экспрессируемых в опухолях или (чаще) в таких органах, как семенники (в них экспрессируются многие эмбриональные гены). Продукты генов, клонированных из таких библиотек, скринируют на взаимодействие с аутоантителами, присутствующими в сыворотке крови опухоленосителей.
Существует несколько классификаций опухолевых антигенов. Модифицированный вариант распространенной классификации этих антигенов представлен в табл. 4.3. Как видно из представленных данных, большинство опухолеассоциированных антигенов представляют нормальные продукты генов организма. Все опухолевые антигены — белки, обычно гликозилированные.
Таблица 4.3. Классификация и характеристика опухолевых антигенов
|
Группа антигенов |
Индивидуальные антигены |
Характеристика |
|
Вирусные |
EBNA (EBV), E6, E7 (HPV), HHV-8 |
Антигены вирусов — возбудителей опухоли |
|
Мутантные (уникальные) |
p53, Cdk4, Cas8, Р-катенин |
Продукты мутантных генов, в норме контролирующих апоптоз, клеточный цикл и т.д. |
|
Ракосеменниковые |
Серии MAGE (1-12), BAGE, GAGE, NY-ESO-1, SSX2 |
Антигены, экспрессируемые у эмбрионов и в некоторых органах (гонадах) взрослых |
|
Дифференцировочные |
Melan A/VART-1, тиро- зиназа, gp100, PSA, ANKRD30A/NY-BR-1, GF-AP, TG |
Нормальные дифференциро- вочные антигены |
|
Амплифицированные |
HER-2/neu, BIRC, цикли- ны B1 и D1, Bcr/Abl |
Нормальные усиленно экспрессируемые антигены |
|
Продукты аномального процессинга |
MUC-1 — MUC-7 |
Нормальные антигены с чрезмерным гликозилиро- ванием |
Вирусные антигены — продукты вирусных генов, экспрессируемые в инфицированных клетках. Остальные антигены являются обычными («своими») антигенами с измененной экспрессией, количественно превосходящей норму, проявляющейся в необычные временные сроки или в нехарактерном месте. Очень редко антигены бывают уникальны для конкретной опухоли или для конкретного носителя опухоли. Во всех случаях это — продукты мутантных генов, например гена р-катенина. Однако нередко мутация гена связана с происхождением опухолевого антигена более опосредованно. Наиболее известный пример — белок р53, служащий онкосупрессором. Он контролирует нарушения целостности ДНК и сигнализирует о нерепарированных разрывах и других нарушениях, запуская механизм апоптоза. В норме эта молекула практически не выявляется. Примерно в половине опухолей присутствуют мутации гена р53, следствие которых — экспрессия нефункционального белка с более продолжительным сроком жизни. Белок выявляют с разной частотой при различных опухолях (до 20—35%), а в 15—20% в сыворотке регистрируют антитела к нему. При этом специфичность В-эпитопа не связана с мутационным изменением белка, и выявляемые антитела в равной степени реагируют с интактным и мутантным белками.
Распространенный вариант опухолевых антигенов — эмбриональные антигены, т.е. белки, в норме экспрессируемые только (или преимущественно) в эмбриональном периоде. К этой группе относят также онкосеменниковые антигены, поскольку некоторые из эмбриональных белков продолжают экспрессироваться в семенниках. Именно поэтому библиотеки генов, экспрессируемых в семенниках, очень часто используют в качестве исходного материала, для отбора генов, кодирующих белки, против которых направлены обнаруживаемые в сыворотках крови раковых больных антитела, или белки, соответствующие теоретически рассчитанным (на основе биоинформационного анализа) критериям. Такой подход позволил идентифицировтаь больше 40 семейств генов ракосеменниковых антигенов (СТА — Cancer-testis antigen), включающих от одного до 12 генов. Первым на этой основе был обнаружен антиген MAGE-1, маркирующий клетки меланомы. MAGE-1 относится к самому большому семейству, содержащему 12 генов (MAGE-1 был идентифицирован с помощью клонирования Т-клеточных эпитопов). В нормальных тканях, помимо семенников, белки группы ракосеменниковых антигенов не выявляют, однако и в опухолевых клетках они экспрессируются достаточно редко — в 5—10%.
Несбалансированное усиление экспрессии (амплификация) характерна для некоторых опухолевых антигенов, например для Her-2/neo — варианта рецептора для эпидермального фактора роста (EGFR2). Выявление этого антигена широко используют для диагностики рака молочной железы и некоторых других опухолей. Гиперэкспрессия характерна для белков BIRC — представителей семейства ингибиторов апоптоза IAP (Inhibotors of apoptosis), а также двух циклинов (B1 и D1).
Дифференцировочные антигены являются органоспецифическими антигенами нормальных тканей. При опухолях их экспрессия значительно повышается, что обусловливает нарушение естественной аутотолерантности. В этом смысле эти антигены близки ракосеменниковым. Иногда иммунный ответ на дифференцировочные антигены становится проявлением аутоиммунного процесса и сопровождается повреждением нормальных тканей и нарушением их функций. Яркий пример этого — паранеопластические неврологические синдромы, обусловленные повреждением нервной системы в результате перекрестного реагирования антител к онконевральным антигенам с нормальными клетками. В ряде случаев появление у молекулы свойств опухолевого антигена обусловлено чрезмерным ее гликозилированием. Так происходит с антигенами семейства MUC. Эти белки имеют повторяющиеся домены, содержащие О-гликозильные группы, которые разделены участками, включающими остатки цистеина. В норме эти белки служат рецепторами молекул адгезии. Муцины характерны для карцином кишечника. Они способны индуцировать как клеточный, так и гуморальный иммунный ответ.
Опухолевые антигены маркируют отнюдь не только конкретные опухоли (это свойственно в большей степени дифференцировочным антигенам). Часто экспрессия этих антигенов свидетельствует о наличии злокачественного процесса как такового. В иммунодиагностике опухолей удобнее выявлять не ассоциированный с опухолевыми клетками антиген, а сывороточные аутоантитела к этим антигенам. Такой подход имеет как преимущества, обусловленные удобством работы с сывороткой и специфичностью метода выявления антител, так и недостатки, главный из которых — относительная редкость выявления антител к конкретному антигену (около 10% больных данной формой рака). Именно поэтому для диагностики используют панели из нескольких антигенов, что позволяет повысить вероятность выявления опухолеассоциированных антител. Например, для диагностики колоректального рака рекомендуют использовать панель, включающую 13 антигенов, что позволяет повысить чувствительность до 46% (при 3—8% для каждого отдельного антигена, включенного в панель).
Данные об опухолевых антигенах преимущественно относятся к антигенам, распознаваемым антителами (В-антигена), что обусловлено простотой серологических подходов к тестированию антигенов. Эти сведения очень полезны для иммунодиагностики рака. Однако с точки зрения противоопухолевой защиты больший интерес представляют данные об опухолевых антигенах, распознаваемых Т-лимфоцитами (Т-антигенах). Практически всегда молекулы, несущие В-эпиопы, содержат также Т-эпитопы, причем оба типа эпитопов часто перекрываются. Для понимания характера иммунного ответа на опухолевые антигены отметим, что опухоли не содержат PAMP, мобилизующие факторы врожденного иммунитета и способствующие развитию адаптивного иммунного ответа.
Помимо классических антигенов опухоли экспрессируют молекулы MICA и MICB (см. раздел 2.6.3.1) — так называемые стрессорные молекулы, кодируемые генами MHC класса I. MICA и MICB по своей третичной структуре сходны с классическими молекулами MHC-I, отличаясь от них отсутствием легкой цепи ф2-микроглоублина) и желобка для связывания пептида. Молекулы MICA и MICB в норме представлены на некоторых клетках кишечника, а на других клетках экспрессируются в условиях стресса и при инфицировании вирусами. На опухолевых клетках они экспрессируются с достаточно высокой частотой. Эти молекулы распознаются поликлонально естественными киллерами и у5Т-лимфоцитами.