Эволюция лечения злокачественной глиомы показала нам, что существующие клинические протоколы комбинации хирургии и радиотерапии, хотя и улучшают качество и/или в некоторой степени продлевают выживаемость пациентов, пока еще не могут обеспечить излечение. На биологические методы лечения, включая генную терапию, иммунотерапию и молекулярно-направленную терапию, возлагались большие надежды в лечении злокачественных глиом, и некоторые из них показали свою эффективность в доклинических исследованиях и даже доказали свою безопасность в клинических испытаниях I фазы, но редко доходили до II и III фазы клинических испытаний. Такой контраст побудил нас проанализировать возможные причины этого, с целью найти подсказки для улучшения биотерапевтической стратегии в отношении злокачественной глиомы.
I. Анализ стратегий генной терапии злокачественной глиомы
Суицидальная генная терапия, терапия вирусом лизиса опухоли и иммуномодулирующая терапия являются наиболее распространенными стратегиями генной терапии злокачественной глиомы, и мы сначала проанализируем их преимущества и остающиеся ограничения.
Ген тимидинкиназы вируса простого герпеса в сочетании с пропоксифеном (herpessimplexvirusthymidinekinase/gancyclovir,HSVtk/GCV) и цитозиндеаминазой/5-фторцитозином ( цитозинедеаминаза/5-фторцитозин, CD/5-FC) являются наиболее часто используемыми системами суицидальной генной терапии [1]. Преимущества генной терапии самоубийством включают способность убивать не только опухолевые клетки, трансдуцированные геном самоубийства, но и окружающие опухолевые клетки, которые не были трансдуцированы, т.е. «эффект стороннего наблюдателя»; требуется только кратковременная экспрессия гена самоубийства; эти терапевтические системы преимущественно воздействуют на пролиферирующие клетки и поэтому являются целевыми для опухолевых клеток; генную терапию самоубийством можно также использовать для лечения опухолевых клеток, которые не были подвергнуты обычной радиотерапии. Генная терапия также может сочетаться с обычной радиотерапией и повышать чувствительность к традиционным методам лечения. Ограничения включают отсутствие удовлетворительных векторов переноса генов, что ограничивает эффективность трансфекции опухолевых клеток in vivo, ограниченное пространственное распределение опухолевых клеток, позитивных для суицидального переноса генов, и невозможность отслеживания опухолевых клеток, которые мигрировали и рассеялись на большие расстояния.
Основная идея туморолитической вирусной терапии заключается в генетической модификации вирусного генома таким образом, чтобы вирус избирательно реплицировался только внутри клеток глиомы для достижения эффекта уничтожения опухолевых клеток. Онколитические HSV, условно-реплицирующийся аденовирус (CRAds), вирус кори и эутерический вирус являются представителями туморолитических вирусов. Преимуществами терапии туморолитическими вирусами являются высокие титры вирусов, эффективная трансфекция опухолевых клеток и хорошее распространение в опухоли; вставка других терапевтических генов в геном туморолитического вируса также может дать дополнительный терапевтический эффект. Ограничения включают возможность иммунного отторжения вируса хозяином; способность вирусов, лизирующих опухоли, к репликации, что может привести к потенциальным проблемам безопасности; и необходимость местного введения вирусов, лизирующих опухоли, во время операции.
Основная цель иммуномодулирующей генной терапии — вызвать противоопухолевый иммунный ответ для уничтожения злокачественных клеток глиомы, при этом наиболее базовыми стратегиями являются цитокинопосредованная терапия, привлечение иммунных клеток и применение антитело-направленных клеточных носителей. Преимущества иммуномодулирующей генной терапии заключаются в том, что она уничтожает остаточные опухолевые клетки после операции посредством пассивного или активного противоопухолевого иммунитета, а также модулирует микроокружение опухоли. Ограничения включают потенциальную индукцию иммуносупрессии опухолью, отсутствие антигенпрезентирующих дендритных клеток в ткани мозга и секрецию иммуносупрессивных цитокинов иммуносупрессивными регуляторными Т-клетками.
Следующие стратегии могут помочь преодолеть и улучшить ограничения генной терапии злокачественных глиом.
(i) Выбор стволовых клеток в качестве клеточных носителей для генной терапии: стволовые клетки тропны к опухолям, и использование стволовых клеток для переноса терапевтических генов может обеспечить лучшее пространственное распределение терапевтических генов и даже может отслеживать отдаленные поражения глиомы [2,3]; носители стволовых клеток защищены от клиренса иммунной системой хозяина и могут также действовать как защита от терапевтических генов, которые они несут.
Разработка новых вирусов лизиса опухолей должна, во-первых, улучшить передачу и трансдукцию вирусных векторов лизиса опухолей и, во-вторых, реализовать новые терапевтические стратегии лизиса опухолей путем генетической модификации, например, экспрессию фактора некроза опухоли.
(2) Разработка новых вирусов лизиса опухолей, таких как экспрессия фактора некроза опухоли альфа (TNFα), специфического фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) короткошерстной РНК (shorthairpin RNA), интерлейкина 4 (IL4) и другие генетические модификации. интерлейкин4, IL-4) [4], и, в-третьих, разработка новых вирусов лизиса опухоли, которые специфически нацелены на клетки глиомы, особенно стволовые клетки глиомы.
(iii) Модуляция микроокружения опухоли и подавление противоопухолевого иммунного ответа хозяина с помощью вакцин для иммунной генной терапии.
(iv) Синтетические векторы, такие как липосомы и наночастицы, в сочетании с конвективно-усиленной доставкой для оптимизации доставки терапевтических генных векторов [5].
II. Анализ иммунотерапевтических стратегий в отношении злокачественной глиомы
Существуют три основные проблемы в иммунотерапии злокачественной глиомы, включая редактирование иммунитета, снижение доставки антигена и снижение активации иммунных клеток [6]. Иммуноредактирование состоит из трех фаз, а именно «клиренс», «гомеостаз» и «побег». «Клиренс» включает как приобретенные, так и естественные иммунные функции против опухолей. Если процесс клиренса завершен, опухолевые клетки полностью уничтожены и процесс иммунного редактирования завершен. Если некоторые опухолевые клетки избегают «очистки» путем мутации, они переходят в состояние «равновесия» по отношению к иммунной системе. На этом этапе вероятность того, что опухолевые клетки будут распознаны и удалены иммунной системой, снижается, поскольку они менее антигенны, но они находятся под постоянным давлением, чтобы удаляться и не перерастать. Приобретенный иммунитет является основным механизмом поддержания этого равновесия, и общепризнано, что естественные иммунные механизмы не участвуют в этом процессе. «Побег» — это когда опухолевые клетки избегают иммунного надзора и становятся устойчивыми к противоопухолевому иммунитету, обычно из-за геномной нестабильности или пониженной регуляции экспрессии ключевых антигенов. Иммунное редактирование было продемонстрировано при лечении глиомы высокой степени, например, при вакцинации дендритными клетками против антигена epidermalgrowthfactorreceptorvarianttypeIII (EGFRvIII), когда у 82% пациентов с рецидивирующими опухолями была обнаружена делеция экспрессии EGFRvIII [7 ]. Иммуносупрессия в микроокружении глиомы приводит к снижению распознавания антигенов и угнетению активации иммунных клеток; макрофаги и микроглия также имеют сниженный потенциал для презентации антигенов. Эксперименты in vitro показали, что моноциты теряют фагоцитарную активность после воздействия клеток глиомы; данные исследований in vitro также показали, что активность MHCII-подобных молекул значительно снижается в микроглии и фагоцитах, выделенных из ткани глиомы, по сравнению с нормальной тканью мозга [8]. Снижение активности иммунных клеток также способствует иммуносупрессии, связанной с глиомой. CD4+ клетки, выделенные как из ткани глиомы, так и из периферической крови пациентов, демонстрировали подавление клеточной функции, пролиферативной активности и способности синтезировать интерлейкин 2 (IL-2). Хотя в некоторых исследованиях было установлено, что увеличение количества CD8+ инфильтрирующих лимфоцитов связано с увеличением выживаемости пациентов, в некоторых исследованиях сообщалось, что большинство инфильтрирующих опухоль CD8+ клеток не активны [9]. Экспрессия иммуносупрессивных молекул и высвобождение иммуносупрессивных цитокинов аналогичным образом связаны со снижением активности иммунных клеток.
Путь к решению проблем иммунотерапии злокачественной глиомы заключается также в усилении доставки антигенов, эффективном нарушении иммунной толерантности, вызванной опухолью, и усилении активации опухолеспецифических клеток-киллеров. Хотя усиление иммунного ответа является эффективным средством, необходимо учитывать ряд серьезных побочных явлений, приводящих к вторичному отеку мозга и аутоиммунным заболеваниям. Биоиммунотерапия дендритными клетками, повышающая способность антигенпрезентирующих клеток к развитию эффективного и стойкого противоопухолевого Т-клеточного ответа, имеет клиническое применение. Однако методология культивирования и получения мощных активированных дендритных клеток все еще нуждается в дальнейшем совершенствовании. Хотя эксперименты на животных и клинические исследования показали, что внутрисуставная инъекция является наиболее эффективным способом биотерапии дендритными клетками [10], лучший способ использования дендритных клеток для лечения опухолей головного мозга еще предстоит установить. Однако при иммунном состоянии пациентов с глиомой вакцинотерапия, по-видимому, является пассивным «тормозом», ограничивающим ответ иммунной системы на вакцину. Истощение регуляторных Т-клеток может быть одной из стратегий, позволяющих избежать этого «торможения» [11].
Агрессивный рост глиомы высокой степени тяжести делает ее очень восприимчивой к рецидивам, поэтому перспективные методы лечения должны обладать способностью выслеживать и уничтожать опухолевые клетки, которые остаются после операции и адъювантной терапии; опосредованный Т-клетками противоопухолевый иммунитет специфически отслеживает и уничтожает распространившиеся опухолевые клетки, не причиняя вреда нормальной ткани [12]. Однако клетки, генерирующие эффективный противоопухолевый Т-клеточный иммунный ответ в ЦНС, отличаются от клеток в других местах, и точный тип клеток, ответственных за презентацию антигенов в глиомах, и их механизмы еще предстоит изучить, а специфические опухолевые антигены еще не идентифицированы. Будущие исследования должны быть направлены на выявление специфических антигенов и специфических иммунных механизмов в различных типах глиом, создание надежных иммунотерапевтических путей и методов оценки иммунного ответа, а также улучшение и уточнение дизайна клинических испытаний иммунотерапии.
III. Анализ молекулярно-направленных терапевтических стратегий для злокачественных глиом
Исследования путей сигнальной трансдукции, таких как опухолевый генез и развитие, пролиферация и апоптоз, ангиогенез, инвазия и миграция, способствовали разработке целевых препаратов. В широком смысле, препараты, нацеленные на опухоли, делятся на препараты класса моноклональных антител (моноклональные антитела) и препараты на основе малых молекул. Терапевтические моноклональные антитела нацелены на трансмембранные рецепторы или внеклеточные факторы роста на поверхности клеток, а также могут связываться с радионуклидами или токсинами для осуществления специфического наведения. Небольшие молекулярные препараты могут проникать в клетку, взаимодействовать с молекулой-мишенью и вмешиваться в активность протеазы-мишени. К сожалению, подавляющее большинство молекулярно-направленных препаратов малоэффективны при злокачественных глиомах. На сегодняшний день только бевацизумаб и циленгитид вступили в фазу III клинических испытаний при злокачественной глиоме [13]. Было показано, что бевацизумаб, целевой антиангиогенный препарат, продлевает выживаемость без прогрессирования, но не общую выживаемость у пациентов с глиобластомой, и имеет тенденцию способствовать инвазивной миграции опухолевых клеток [14]. Ингибитор интегринов циленгитид, целевой антиинвазивный препарат, не обеспечил дополнительного преимущества в выживании у пациентов со злокачественной глиомой, получавших комбинированную радиотерапию [15].
Важными ограничениями эффективности целевых препаратов при злокачественной глиоме являются сложность определения дозы используемого целевого препарата, способность препарата достигать центральной нервной системы и биологическая активность препарата в опухоли. Для обычных цитотоксических антинеопластических препаратов оптимальная доза определяется как максимально переносимая пациентом, при которой она не вызывает у него значительных побочных эффектов. Очевидно, что просто распространять этот критерий на целевые препараты, действующие на клеточные сигнальные пути, нецелесообразно. Данные о попадании целевых препаратов в ткани мозга, как правило, получены на основе косвенных методов оценки, а прямое измерение концентрации целевых препаратов в свежей ткани глиомы проводилось реже. В будущих клинических испытаниях, возможно, удастся создать группу пациентов, у которых будут удалены опухоли, которые будут принимать целевые препараты до операции, и проанализировать распределение и фармакокинетику препаратов непосредственно в удаленной опухолевой ткани, чтобы определить уровень ингибирования сигнальных путей и концентрацию целевых препаратов, которая должна быть достигнута.
Невозможность «нацеливания» злокачественных глиом путем заблаговременного выявления потенциальных бенефициаров также является важной проблемой. В будущем особое внимание следует уделять сбору и сохранению хирургических или биопсийных образцов опухоли для тестирования на опухолевые маркеры и активность сигнальных путей. Когда эти пациенты включаются в I фазу клинических испытаний новых целевых терапевтических препаратов, молекулярные профили образцов тканей этих пациентов могут быть проанализированы в связи с индивидуальным ответом на лечение; если молекулярные маркеры и экспериментальные ответы на лечение установлены в I фазе клинических испытаний, пул образцов тканей может быть пересмотрен, чтобы обеспечить более адекватную популяцию испытуемых для последующих клинических испытаний II фазы.
Генетическая нестабильность и гетерогенность злокачественных глиом ярко выражены, а роль и межрегуляторные механизмы соответствующих сигнальных путей не до конца понятны, что определяет выбор терапевтических мишеней и процесс разработки лекарств [16]. Комбинированное ингибирование нескольких мишеней также является важной идеей для разработки целевых препаратов. В дополнение к отдельным препаратам с ингибированием нескольких мишеней, комбинированное применение нескольких целевых препаратов также является важной попыткой. Однако количество испытаний, даже при объединении двух разработанных целевых препаратов, очень велико, поэтому доклинический предварительный отбор препаратов очень важен. Способность таргетных препаратов действовать в предполагаемом месте-мишени, их эффективность в ингибировании нижележащих сигнальных путей, а также их потенциальная токсичность — все это влияет на безопасность и эффективность таргетной терапии, и эти вопросы требуют глубокого изучения.
Хотя в биологическом лечении злокачественной глиомы все еще существует множество трудностей и проблем, некоторые из которых обусловлены ограниченностью современных технологических возможностей и знаний, это не означает, что мы ничего не можем сделать для биологического лечения злокачественной глиомы. По-прежнему существуют некоторые основные принципы, которых необходимо придерживаться при разработке биологической терапии, и нет сомнений, что доклинические исследования должны быть усилены, а клинические испытания должны быть оптимизированы и инновационны с точки зрения однородного включения пациентов, дозировки, способа введения, оценки эффективности и реализации индивидуального протокола. Мы попытались предложить следующие стратегии для решения общих проблем, связанных с перспективой применения биологической терапии при злокачественной глиоме.
Во-первых, надежные и строгие доклинические исследования биологической терапии требуют удовлетворительных животных моделей глиомы для более надежного определения клинической трансляционной ценности биологической терапии в доклинических испытаниях, но такие животные модели глиомы в настоящее время отсутствуют. Создание животных моделей, имитирующих микроокружение опухоли, гетерогенность, характер роста, гистологию и противоопухолевый иммунный ответ глиомы человека, позволит лучше определить фармакокинетику и фармакодинамику биологической терапии.
Во-вторых, биологическая терапия злокачественных глиом еще долгое время будет оставаться дополнением к традиционной терапии в сочетании с хирургическим вмешательством и радиотерапией. Поскольку большинство биологических методов лечения предназначены только для того, чтобы держать опухоли под контролем, по крайней мере, на данном этапе, сочетание традиционных методов лечения дает этические преимущества и лучшие терапевтические результаты, чем применение только биологических методов лечения. Генная терапия, иммунотерапия и таргетная терапия могут пересекаться друг с другом в плане применения протоколов для использования их соответствующих преимуществ и обеспечения терапевтического синергизма, однако синергические преимущества между несколькими биологическими методами лечения требуют научной системы оценки
В-третьих, для испытаний биологической терапии при злокачественной глиоме критерии включения пациентов обычно требуют гистологического диагноза глиомы III/IV степени. При включении пациентов в будущие клинические испытания критерии гистотипирования, возможно, должны быть более подробными, чтобы исключить наличие сбивающих с толку прогностических факторов, возникающих в результате обобщенного гистологического типирования. Молекулярная типизация глиобластомы документирована и включает четыре типа: классический, мезенхимальный, прото-нейрологический и неврологический, причем разные типы не дают одинакового ответа на традиционное лечение и преимущества в выживаемости [17]. Эта идея молекулярного типирования злокачественных глиом на основе гистологического типирования заслуживает внимания в исследованиях по биологической терапии, что не только приведет к более однородному и сбалансированному включению и группировке пациентов в клинических испытаниях биологической терапии, но и поможет в будущем определить важные молекулярные мишени в каждой группе, сформулировать соответствующие терапевтические вмешательства и лучшие варианты целевого лечения.
В-четвертых, при клиническом лечении злокачественных глиом давно установлено, что пациенты с одинаковым гистологическим диагнозом глиомы значительно отличаются по клиническому течению, прогнозу, реакции опухоли и переносимости лечения, риску рецидива и долгосрочным осложнениям лечения. Гетерогенность биологии опухолей человека и индивидуальные геномные вариации требуют более персонализированных вариантов лечения опухолей. Биологическая терапия злокачественных глиом также должна быть ориентирована на индивидуализированную биологическую информацию и иметь возможность соответствующей корректировки режимов биологического лечения в режиме реального времени. Каждая отдельная опухоль имеет уникальный профиль вариаций в молекулярной генетике опухоли (ДНК, мРНК, микроРНК) и эпигенетике, в дополнение к индивидуальной патологии опухоли и гистологии. Стратегия более высокого уровня для биологического лечения злокачественных глиом заключается в разработке целевой генной терапии, иммунотерапии и режимов целевой терапии, которые работают в «коктейле» препаратов, основанных на молекулярной патологии пациента. Даже если радикального излечения глиомы в будущем достичь не удастся, можно добиться выживания с опухолью или значительно продлить срок выживания пациентов со злокачественной глиомой.
В-пятых, для того чтобы биологические терапевтические стратегии были эффективны при злокачественной глиоме, они должны сначала преодолеть гематоэнцефалический барьер и действовать в высоких концентрациях на опухолевое образование. Важными стратегиями являются конвективная доставка и системы доставки с контролируемым высвобождением.
В заключение следует отметить, что прорыв в биологическом лечении злокачественных глиом требует прогресса в фундаментальных исследованиях, усовершенствования методов и протоколов биологической терапии, а также индивидуализированных протоколов диагностики и лечения.