PROTINADOROVE OBRANNE MECHANISMY ► vnitrobuněčná molekulární reparace na úrovni DNA a detoxifikace ► mezibuněčné mechanismy - eliminují nádorové buňky, které vznikají i přes vnitrobuněčnou kontrolu. NÁDOROVÁ IMUNOLOGIE Základní principy: ► normální imunitní systém vytváří často významnou bariéru nádorového růstu, ačkoli lymfocyty mohou hrát jak pozitivní tak negativní úlohu ve vývoji nádorů ► nádory j sou antigenní ► nádorové buňky unikají imunitnímu dohledu různými mechanismy (ztráta MHC I antigénu, sekrece imunosupresivních cytokinů - IL-10, navození imunotolerance) ► manipulace s imunitním systémem (imunoterapie) může vést k úplnému vymizení nádoru. Výzkum role buněk imunitního systému a jejich sekreto váných produktů při vytváření prostředí buď příznivého nebo nepříznivého pro maligní transformaci, nádorový růst a angiogenezi Buňky imunitního systému jsou zdrojem růstových faktorů, biologických mediátorů, oxidačních produktů a regulátorů angiogeneze a často mohou usnadňovat růst nádorů (např. granulocyty, žírné buňky). ► Oxidatívni produkty jako např. oxid dusíku mohou působit mutagenně a kromě zabíjení nádorových buněk mohou usnadňovat růst nádoru a vznik metastáz. ► Makrofágy hrají zásadní úlohu při angiogenezi. ► Podpora nádorového růstu buňkami imunitního systému je častá zejména u hemopoetických nádorů. ► Genomová nestabilita lymfocytu ovlivňující produkci antigénu a povrchové receptory T buněk se vyskytuje u většiny lymfoidních malignit. Eicosanoid Stimulus Other mediators i Response Různé způsoby komunikace buněk imunitního systému v odpovědi na různé podněty Imunitní systém ale také účinně zabraňuje nebo omezuje nádorový růst. Imunologický dohled funguje zejména u nádorů s virovým základem a u nemelanomových nádorů kůže. Důležitá úloha některých cytokinů - např. IFN gamma Význam zánětu - podporuje imunitní reakce - produkce specifických cytokinů, influx granulocytů, indukce specific, protinádorové odpovědi T buněk. Úspěšná imunoterapie - vytvoření správné zánětlivé reakce -je těžké definovat Jen málo spontánních nádorů je imunogenních, ale většina je antigenních. Většina nádorů neobsahuje tzv. antigen prezentující buňky (APC) a nádorové antigény musí být normálně směrovány k profesionálním APC, jestliže mají stimulovat imunitní odpověď. ► Genomová nestabilita - ztráta exprese specifických genů - ztráta exprese antigénu. ► Účinky cytokinů - např. produkce TGFbeta, IL-10 - imunosupresivita. ► Fas-FasL systém: exprese FasL nádorovými buňkami a zabíjení Fas pozitivních T buněk - u nádorových pacientů vysoká apoptóza a abnormality T buněk - špatně odpovídají na aktivační podněty - molekulární změny ► Změny vaskularizace nádorů a interakce nádorů a stromatu - změny adhezívních molekul u endoteliálních buněk v nádorech Apoptické dráhy indukované vazbou TNF na TNFRl a Fas ligandu (FAsL, CD95L) na FasR (CD95) CD95L NF-kB Active caspases-3 &-7 Apoptosis Procaspase-B- J.Krejsek, O. Kopecký: Klinická imunologie, 2004 T regulační lymfocyty, Treg Subpopulace T lymfocytů (CD4+) specifická pro nádor Liší se povrchovými markery, inhibují aktivitu normálních CD4+ a CD8+ lymfocytů Důležité u autoimunitních poruch Jejich vzestup je uváděn do souvislosti s poklesem protinádorové imunity specifická imunita přirozená imunita TH1 lymfocyty T lymfocyty lendritické buňky komplement trombocj B lymfocyty makrofágy _^^^^^» (TAM) granulocyte mastocyfy / obran podpora nádorově buňky nádoru podpora nádoru Obr. 26.10: Protikladné působení imunitního systému na nádorové bujení Imunitní systém je významnou složkou komplexní zánětové reakce na přítomnost nádorových buněk. Úloha imunitního systému v tomto komplikovaném procesu není jednoznačná. Je nepochybné, že některé složky imunitního systému, zvláště interfe-ronový systém, přirozeně cytotoxické buňky a reaktivita zprostředkovaná TH1 T lymfocyty je klíčová v obraně vůči nádorovému bujení. Některé složky přirozené imunity však mohou za určitých okolností daných genetickou dispozicí, působením vnějších faktorů (infekce) a výslednou individuální imunologickou reaktivitou, poskytnout nádorovému bujení spíše podporu. akumulace buněk zánětu nádor. b. 0- ^mtJ, růstové faktory EL-6 AKTIVACE IMUNITNÍHO SYSTÉMU angiogenetické cytokiny PDGF,VEGF, TGFß p roli f c race ■-" endotelu m cévni % nádoru^ ECM pluripotentní prozánětové cytokiny * (TNFot, IL-1) modulace adheze / / matrixové metaloproteinázy I \ metastatický potenciál aktivace fibroblastů (bFGF) ECM podpora nádoru / invazivita Obr. 26.11: Vzájemný vztah mezi imunitním systémem a nádorovým bujením Složky imunitního systému reagují na přítomnost nádorových buněk aktivací. Výsledkem je rozvoj protinádon imunity spolu s aktivací složek, které podporují progresi nádorového bujení. Každá složka imunitního systé v sobě zahrnuje obě tyto aktivity. Buňky imunitního systému, které infiltrují nádor nebo nádor obklopují, pod± rují rozvoj nádoru tvorbou kyslíkových a dusíkových radikálů prohlubujících genetické poškození nádorov buněk. Imunitní systém podporuje nádorové bujení tvorbou cytokinů, regulujících angiogenetické proce Migrace nádorových buněk je umožněna účinky proteolytických enzymů (matrixové metaloproteinázy, Mí a chemoatraktivních látek produkovaných buňkami imunitního systému. Specifické protilátky mohou masko nádorové buňky před dosahem buněčné cytotoxicity. J.Krejsek, O. Kopecký: Klinická imunologie, 2004 J.Krejsek, O. Kopecký: Klinická imunologie, 2004 apoptóza nekróza antigény asociované s nádory zpracovaní prezentace přirozená imunita typ prezentující buňky cytokinové mikroprostředí transkripciu' faktory cytotoxická reaktivita (HLA restrikce) INFý.— ............ľ...... TH1 tvorba protilátek ..........<■—i........ TGFčf Tr protektívní imunita omezené protektívní imuni . Obr. 26.12: Protinádorová imunita - vztah mezi rozenou a specifickou obrannou reakcí imbocyty endotel«*. fibroblasty,*. 35. **• * * * ■*: angiogenetické \ cytokiny ~y~2.-^— PDGFß uvolnění VEGF cytokinů yc* bFGF chemokiny f protein ázy MMP„uPA'^'"* V mákrofág j i *•> růst a invazivita nádoru lymfocyt invazivita migrace I I POHYBLIVOST - remodelace cytoskeletu - tvorba invadopodií - adheze, PROLIFERACE PREŽÍVANÍ genová transkripce únik kontrole uvolnění nádorových buněk buněčného cyklu ■ blokování apoptózy ■ telomerázová aktivita Obr. 26.13: Důsledky interakcí mezi složkami imunity a nádorem Přítomnost nádorových buněk v tkáni vede k rozvoji komplexní zánětové reakce spojené s diapedézou buněk imunitního systému z cévního řečiště, regulované prostřednictvím chemoatraktivních látek a adhezních interakcí. Cytokiny tvořené buňkami imunitního systému a dalšími buněčnými typy neimunitní povahy poskytují nádoru podporu ve formě rozvoje cévního zásobení, které podmiňuje růst nádoru. Invazivita nádoru je určena aktivitou proteolytických enzymů tvořených jak buňkami nádoru, tak buňkami imunitního systému a fibroblasty. Jedná se zejména o matrixové metaloproteinázy a urokinázový aktivátor plazminogenu. Proces migrace nádorových buněk je podmíněn schopností nádorových buněk adherovat k jiným buněčným typům a k molekulám mezibu-něčné hmoty a opakovaně se od těchto složek odpoutávat. Uvedená schopnost je mimo jiné regulována prostřednictvím adhezních integrinových heterodimerů nitrobuněčně spojených s fokálními adhezními kinázami, reagujících s fragmenty mezibuněčné hmoty nesoucími aminokyseliny Arg-Gly-Asp. Směr migrace nádorových buněk je určen prostřednictvím chemokinů. J.Krejsek, O. Kopecký: Klinická imunologie, 2004 TOLERIZACE invaze nádorových buněk prezentace nádorových antigénu aktivace nádorově specifických T lymfocytů absence nádorově specifické buněčné imunity -------------*- růst, invazřvita nádoru prezentace nádorových antigénu absence kontextu rozpoznávání anergie, delece nádorově specif. T lymfocytů Tr TH2 ~)br. 26.17: Aktivace nebo tolerizace imunitního systému: dva protichůdné důsledky interakce nádor - imunitní systém nádorové buňky se od sebe odlišují v genetické podstatě, která je příčinou jejich vzniku. Důsledkem jsou odliš- jsti v mozaice secernovaných, membránových a nitrobuněčných molekul nádorových buněk, které souhrnně jznačujeme jako nebezpečné vzory. Ty nádory, které nesou v dostatečné kvalitě i kvantitě nebezpečné vzory, jsou ientifikovány dendritickými buňkami. Dendritické buňky se v průběhu migrace do lokálních lymfatických uzlin iktivují, zpracovávají nádorové antigény a předkládají fragmenty nádorových antigénu nádorově specifickým lymfocytům v odpovídajícím „kontextu rozpoznávání". Výsledkem je aktivace obranných složek imunity, nádorové buňky tohoto typu nádoru jsou při metastazování účinně likvidovány složkami imunitního systému. Ty nádory, které nemají vyjádřeny nebezpečné vzory, nejsou schopny patřičným způsobem aktivovat dendritické buňky. Nedostatečně aktivované dendritické buňky poskytují T lymfocytům v regionálních lymfatických uzlinách jlerogenní signály, vedoucí k utlumení protinádorové imunity. Nádory tohoto typu mohou proliferovat a roz- istat se, aniž by indukovaly protektivní úroveň imunity. J.Krejsek, O. Kopecký: Klinická imunologie, 2004 Kritické body pro ztrátu efektivní protinádorové imunitní odpovědi INFLAM, CYTOKINES AND CELLS TUMOR LOCAL ENVIRONMENT Figure 1. Simplified Scheme Depicting Some of the Critical Points at which an Effective Antitumor immune Response Can Be Lost (1) Tumor-stromal and tumor-endotheiial interactions can influence the visibility of the tumor to the immune system. (2) Tumor antigens may be inefficiently presented to the immune system. (3) The tumor site may lack the prerequisites to generate active professional APCs. (4) Tumor antigens may not reach activated APCs in a form that can be processed and presented. {5) Tumor-reactive T cells may not reach the site of APCs presenting tumor antigens or may be defective in their response to APCs. (6) Tumor cells or cytokines derived from tumor or stromal cells may prevent activation of T cells via anergy induction or other mechanisms, (7) Activated T ceils may not recognize tumor cells because of poor expression of MHC, TAP, or other necessary molecules. (5) Some tumors might kill activated T ceľs through a Fas-FasL interaction's) Granulocytes and macrophages may not be activated to participate in tumor de-bulking. ÚLOHA MONOCYTU A MAKROFÁGU Protinádorové funkce makrofágu mohou zahrnovat dva mechanismy buď odděleně nebo současně : 1) kontakt buňka-buňka mezi makrofágy a nádorovými buňkami 2) uvolnění faktorů, které napadají cílové buňky (IL-1 a TNFa, eikosanoidy) Cytokiny a eikosanoidy regulují svoje vlastní i vzájemné uvolňování. Interakce mezi eikosanoidy a cytokiny přispívá k regulaci funkcí monocytů a makrofágu. PGE2 a LOX produkty mají opoziční funkce a regulační úloha PGE2 v sekreci cytokinů má zásadní důležitost v protinádorového působení makrofágu in vitro. Obecně LT a inhibitory PG (indomethacin) aktivují cytostatické funkce makrofágu a naopak PG a inhibitory LT (NDGA) potlačují aktivaci (uvolňování lyzosomálních enzymů). COX a LOX matabolity mají tedy na expresi cytostatických funkcí makrofágu opačné účinky a ty jsou modulovány rovnováhou mezi těmito metabolity. Faktory zprostředkující komunikaci mezi b. imunitního systému a nádorovými buňkami INFLAMMATION tumor cell (a) Nordihydro-guararetic acid (NDGA) Indomethacm LTD MOPC-315 tumor cell (b) AA861"- lonophore A23187 LTB. db-cAMP Indometacin stimuluje cytostatické funkce makrofágů 100 % (0 *-* o. a> c ■a E >. 50 -- 0 -1- (A) * I 1 1 1 i * I I Indo + PGE2 10~6 t Indo + PGE2 io-7 1 Indo IQ"5 (B) 100 % 50 -- ■MOPC-315- 0 -L Mt * I I Indo IO-5 Indo + NDGA IO"5 NDGA -+ M0- ■MOPC-315-+ M<() Pigure 1 Indomethacin-stimulation of macrophage cytostasis. 3H-thymidine uptake of MOPC-315 cells (A) or MOPC-315 plus macrophages (B) is arbitrarily set as 100 percent. Doses of substances are shown as molar concentrations. Significance (Mann-Whitney U-test) was calculated from the absolute values that are published elsewhere. *p<0.005 vs indoniethacin. poškození (např. infekce, trauma, popáleniny,chirurgický zákrok) Mediatory zánětu (TNF, IL-1JL-6, IL-8, PGE2, ROS, NO) komplement lokální poškození tkáně systémové efekty - mozek (horečka, snížená chuť k jídlu); kosterní svalstvo (proteolýza); tuková tkáň (lipolýza); játra (syntéza proteinů akutní fáze) — destrukce patogenu t eliminace patogenu reparace tkání imunitní paměť TUMOR LOCAL ENVIRONMENT Simplified scheme depicting some of the critical points at which an effective antitumor immune response can be lost (1) Tumor-stromal and tumor-endothelial interactions can influence the visibility of the tumor to the immune system. (2) Tumor antigens may be inefficiently presented to the immune system. (3) The tumor site may lack the prerequisites to generate active professional APCs. (4) Tumor antigens may not reach activated APCs in a form taht can be processed and presented. (5) Tumor-reactive T cells may not reach the site of APCs presenting tumor antigens or may be defective in their response to APCs. (6) Tumor cells or cytokines derived from tumor or stromal cells may prevent activation of T cells via anergy induction or other mechanisms. (7) Activated T cells may not recognize tumor cells because of poor expression of MHC, TAP, or other necessary molecules. (8) Some tumors might kill activated T cells through a Fas-FasL interaction. (9) Granulocytes and macrophages may not be activated to participate in tumor debulking. INFLAM. CYTOKINES AND CELLS