Т-клетка с химерным антигенным рецептором (CAR-T)

На этой иллюстрации показана борьба модифицированного Т-киллера с опухолью в ходе иммунотерапии острого лимфобластного лейкоза — CAR-T-терапии. T-киллер (слева, окрашен синими тонами) вцепился своими рецепторами (красные) в молекулу белка CD19 на поверхности опухолевой В-клетки (справа, зеленая) и готовится ее атаковать, выплеснув на нее из везикулы ядовитый белковый коктейль (фиолетово-розовый). Модифицированный Т-киллер с картинки ничем не отличается от обычного за исключением одного: он узнает свои жертвы с помощью спроектированных в лаборатории химерных рецепторов CAR (Chimeric antigen receptor — химерные рецепторы антигена). Это помогает ему «увидеть» незаметные для обычного киллера опухолевые клетки. Такие Т-киллеры называются CAR T cell (Chimeric antigen receptor T-cells — Т-клетки с химерными рецепторами антигена, или CAR-T-клетки).

Наш иммунитет самостоятельно отслеживает появление злокачественных клеток и убивает их; это «встроенный» механизм защиты. Если опухоль всё-таки появилась — это сигнал о том, что иммунитет не справился: не отличил вредную клетку от обычной или не смог ее по каким-то причинам побороть (подробно о том, как опухолевые клетки прячутся и обороняются, можно почитать здесь). Терапия Т-клетками с химерными рецепторами (CAR-T-терапия) должна «открыть глаза» иммунитету и дополнительно его вооружить, чтобы он самостоятельно разобрался с опухолью.

В норме истреблением «неправильных» клеток занимаются Т-киллеры. Они отличают своих от чужих при помощи рецепторов, связывающихся с главным комплексом гистосовместимости (ГКГС, или MHC). Располагаясь на поверхности клетки, ГКГС демонстрирует кусочки белков или полисахаридов, которые есть у клетки, а Т-клетки решают, нападать или нет, по тому, узнает ли их рецептор демонстрируемый кусок. Если да, то на жертву будет выплеснут коктейль ядовитых ферментов, среди которых перфорины (на рисунке фиолетовые) и гранзимы (розовые). Первые делают дырки в клеточной мембране жертвы, а вторые, проникая через них, запускают процесс апоптоза (программируемой клеточной гибели).

Проблема в том, что если жертва не производит никаких «противозаконных» белков, или их уровень мал и куски не попадают в ГКГС, или сами молекулы ГКГС исчезли с поверхности клетки, то Т-киллеры могут проглядеть таких мошенников. Соответственно, задача исследователей — создать Т-киллеры, реагирующие на распространенные опухолевые белки в обход ГКГС.

Острый лимфобластный лейкоз — самое распространенное онкологическое заболевание у маленьких детей (пик заболеваемости приходится на возраст 1–5 лет), которое успешно лечится CAR-T-терапией. При этом заболевании в опухолевые превращаются B-клетки, и для их детекции удобно использовать характерные для них белки вроде СD19 или СD20. Они расположены на поверхности любых зрелых B-клеток, поэтому в норме обычные Т-киллеры приучены игнорировать эти белки (в противном случае возникла бы аутоиммунная реакция, которая привела бы к геноциду В-клеток). Но в случае лейкоза, когда среди В-клеток много злокачественных, их геноцид оказывается оправдан. При этом предковые клетки не страдают, так что в будущем они смогут восстановить популяцию зрелых B-клеток. Кроме того, опухолевые клетки отличаются особенно высокой экспрессией этих белков, поэтому шанс погибнуть в ходе терапии у них выше, чем у здоровых клеток.

Лекарства предыдущего поколения на основе антител вроде ритуксимаба умеют узнавать эти поверхностные белки и присоединяться к ним, но не убивают раковые клетки напрямую. Вместо этого они «заказывают» их макрофагам, естественным киллерам или системе комплемента, и те уничтожают заклеймленную В-клетку. По сравнению с Т-клетками у антител есть преимущество: их действие не завязано на ГКГС, но при этом они проигрывают в плане эффективности убийства клеток опухоли.

Чтобы совместить «всеядность» антител и смертоносность Т-киллеров, и был создан их гибрид — CAR-T с химерными Т-клеточными рецепторами. У обычного рецептора есть как минимум два домена, рецепторный и эффекторный. Первый расположен снаружи клеточной мембраны и ответственен за узнавание сигнала извне — в данном случае за связь с антигеном и ГКГС, а второй — за ответную реакцию на этот сигнал. В случае химеры рецепторный домен заменяют на кусок антитела, ответственный за прямое узнавание белков CD19 или CD20. Это определяет новую цель для Т-киллеров и заодно избавляет их от ГКГС-зависимости. Эффекторную часть тоже меняют: упрощают по-максимуму и дополняют усиливающими иммунный ответ доменами. Всё это приводит к тому, что при встрече с целевым поверхностным белком клетка мгновенно обрушивает весь свой арсенал на жертву.

Конструкция химерного рецептора антигенов Т-клетки. Для их создания используются антитела, узнающие нужный белок-антиген. От них берут часть, которая собственно связывается с антигеном, и сажают на основу из активаторного домена рецептора Т-клетки. Эти две части располагаются по разные стороны от клеточной мембраны и в продвинутых случаях соединены дополнительными костимулирующими доменами, усиливающими иммунный ответ клетки. Рисунок с сайта ru.wikipedia.org

CAR-T-терапия выгодно отличается от терапии антителами тем, что Т-клетки размножаются в теле человека и способны самостоятельно поддерживать свою популяцию на протяжении долгого времени. Тем не менее при всех своих плюсах CAR-T не являются панацеей. Пока всего два типа CAR-T одобрены для использования управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (Food and Drug Administration). В обоих случаях речь идет только о борьбе со злокачественными В-клетками. Кроме того, свежие данные говорят о том, что этот новый метод может не сработать и тут. Причина этого — в появлении B-клеток с альтернативным сплайсингом гена CD19, которые не узнаются рецептором, или же B-клеток вообще без гена CD19 на поверхности. Такие дефектные клетки могут встречаться в следовых количествах, но в ходе терапии они должны получать огромное преимущество перед другими.

Для внедрения химерных рецепторов в Т-клетки у пациента берут образец крови. Выделенные Т-клетки генетически модифицируют, «скармливая» им ген химерного рецептора, и размножают, а потом возвращают эти клетки на место. Рисунок с сайта cancer.gov

Исследователи пробовали применить эту технологию к солидным опухолям (от англ. solid — твердый), но пока CAR-T работают в них гораздо менее эффективно: для рецепторов сложно подобрать хорошую мишень, а сами Т-клетки там быстро устают (см. картинку дня Истощение Т-лимфоцитов) — например, из-за нехватки кислорода.

Тем не менее этот метод считается очень перспективным, и сейчас разрабатываются модификации CAR-T, позволяющие решить перечисленные проблемы. У современных рецепторов больше костимулирующих доменов по сравнению с предыдущими «моделями» и они могут иметь «выключатели». Это домены, которые позволяют клеткам работать в условиях гипоксии или в том случае, когда клетка получает вещество-«отмашку» извне. Еще один вариант — универсальные Т-киллеры, сделанные по типу отверток с разными насадками. Здесь используется та же идея, что и раньше, но рецепторный домен рецептора съемный. Это отдельная молекула-насадка, которую добавляют извне. На одном конце у нее универсальный «разъем» для крепления к телу рецептора, а на другом — кусок антитела. За счет комбинирования адапторных молекул, специфичных к разным антигенам, можно добиться того, что Т-киллер будет узнавать свою мишень не по одному антигену, а по нескольким. Например, сочетание такого рецептора и двух адапторов к белкам CD19 и CD20 даст возможность Т-киллеру узнавать клетки, на поверхности которых есть оба белка или хотя бы один из них.

Рисунок © David Goodsell с сайта pdb101.rcsb.org.

Вера Мухина