W zaawansowanych stadiach rak z przerzutami nacieka węzły chłonne klatki piersiowej, jak również wyściółkę jamy klatki piersiowej, znaną jako opłucna. Kiedy to następuje, normalny cykl wydzielania i wchłaniania płynu zostaje przerwany, co powoduje gromadzenie się płynu i ucisk płuc. Płyn ten, składający się z białek surowiczych, komórek nowotworowych oraz limfoidalnych i mieloidalnych komórek odpornościowych, nazywany jest złośliwym wysiękiem opłucnowym (MPE). Nagromadzenie płynu powoduje objawy, od kaszlu po zagrażającą życiu duszność i niedotlenienie, ale to agresywny charakter nowotworu sprawia, że pacjent ostatecznie ulega chorobie. Nowotwory nabłonkowe stanowią około 80% pacjentów poddawanych interwencji, a oczekiwana długość życia waha się od 3 do 12 miesięcy. Pomimo faktu, że częstość występowania MPE w Stanach Zjednoczonych przekracza 150 000 przypadków rocznie i pomimo faktu, że przetestowano szeroki zakres systemowych i zlokalizowanych metod terapeutycznych, obecna najlepsza praktyka jest ograniczona do paliatywnego leczenia poprzez drenaż. Uważamy, że interakcje zachodzące pomiędzy komórkami nowotworowymi a komórkami układu odpornościowego w przestrzeni opłucnej czynią z niej inkubator promujący przemianę nabłonka w mezenchymalną (EMT) i powstawanie najbardziej agresywnych, opornych na leki komórek nowotworowych. W niniejszym komentarzu przedstawiono argumenty przemawiające za wewnątrzopłucnowym podejściem immunoterapeutycznym u chorych na MPE. Nasze rosnące zrozumienie środowiska immunologicznego przestrzeni opłucnej i złożonego współdziałania między komórkami nowotworowymi i immunologicznymi sugeruje bardziej racjonalne podejście immunoterapeutyczne w leczeniu tego schorzenia.
Zlokalizowana immunoterapia
Koncepcja aktywacji układu odpornościowego w przypadku nowotworów złośliwych klatki piersiowej sięga lat 70. ubiegłego wieku, kiedy to badacze zauważyli poprawę przeżywalności u pacjentów z obrzękiem opłucnej po resekcji z powodu raka płuca, co uzasadniało w dużej mierze nieudane próby podawania doopłucnowo Baccilus Calmette-Guérin (BCG) i innych antygenów bakteryjnych. Testowano również bezpośrednie podawanie rekombinowanych cytokin: interferonu ɣ, interferonu α2b i IL-2. Wewnątrzopłucnowa IL-2 była dobrze tolerowana w niedrobnokomórkowym raku płuca (NSCLC). Co więcej, poziomy IL-2 podawanej śródopłucnowo były 6000-krotnie wyższe niż w osoczu, co wskazuje, że miejscowo podawana IL-2 (masa cząsteczkowa = 15,5 kDa) jest sekwestrowana w przestrzeni opłucnowej. Jest to bardzo ważna obserwacja, ponieważ można się spodziewać, że inne biologiczne leki o dużej cząsteczce, takie jak przeciwciała, będą podobnie skoncentrowane, gdy zostaną podane bezpośrednio do opłucnej. Chociaż wewnątrzopłucnowa IL-2 usunęła wysięk u 28 z 31 badanych pacjentów, a częściowe odpowiedzi zaobserwowano przy użyciu innych metod cytokinowych, mediana czasu do progresji wahała się od kilku dni do kilku miesięcy. Tak więc podawanie dużych dawek cytokin związanych z Th1 było niewystarczające do pokonania immunosupresyjnego środowiska przestrzeni opłucnej.
Terapeutyczne zastosowanie limfocytów T naciekających opłucną (PIT)
W niedawnym badaniu klinicznym opisano zastosowanie limfocytów naciekających guz (TIL) pochodzących z MPE i złośliwego wodobrzusza w połączeniu z cisplatyną. TIL pochodzące z wysięku zapewniały dłuższe przeżycie wolne od progresji choroby i lepszą jakość życia niż sama cisplatyna. Połączenie immunoterapii i chemioterapii jest nieco sprzeczne z intuicją, ponieważ wiele środków cytotoksycznych hamuje proliferację komórek, co jest ważnym aspektem odporności adaptacyjnej. Jednakże wykazano, że limfocyty T regulatorowe (Treg) są bardziej wrażliwe na chemioterapię skojarzoną opartą na platynie niż konwencjonalne limfocyty T CD4+ , potencjalnie zapewniając uwolnienie od tłumienia odporności przeciwnowotworowej przez Treg. TIL pochodzące z wysięku mają kilka istotnych zalet w porównaniu z TIL pochodzącymi z guzów pierwotnych lub biopsji przerzutów litych: Wydajność komórek T z MPE lub wodobrzusza jest o rząd wielkości wyższa niż z biopsji, więc liczba wymaganych pasaży jest mniejsza, a czas hodowli krótszy; Złośliwe wysiękowe opłucnowe komórki T (PIT) reprezentują przekrój wszystkich TIL, podczas gdy TIL pochodzące z guzów litych wykazują heterogenność przestrzenną i mogą różnić się pod względem funkcji i swoistości w zależności od lokalizacji biopsji. Ze względu na ich dużą liczebność, może być możliwe prymowanie PIT poprzez krótkotrwałą ekspozycję ex vivo na sygnały aktywacji, a następnie przywrócenie ich bez ekspansji. Powstałe w ten sposób komórki nie byłyby uzależnione od cytokin jak konwencjonalne TIL i nie wymagałyby podawania dużych dawek IL-2 dla ich przeżycia.
Inhibitory punktów kontrolnych układu odpornościowego w MPE
PD-L1 ulega ekspresji w międzybłoniaku złośliwym i innych nowotworach złośliwych i dlatego jest potencjalnie celowany przez przeciwciała anty-PD-L1. Komórki T z NSCLC MPE wykazują zwiększoną ekspresję PD-1, TIM-3, i CTLA-4, w porównaniu do kontroli bez nowotworu, prawdopodobnie z powodu wysokiego poziomu TGF-β w wysięku, wydzielanego przez PD-L1+ makrofagi M2 związane z guzem.
Toward efficacious localized immunotherapy therapy
Staje się coraz bardziej jasne, że zarówno konwencjonalne, jak i immunoterapeutyczne próby zawiodły w MPE, ponieważ przestrzeń opłucnej jest sekwestrowanym środowiskiem, w którym komórki guza i komórki odpornościowe oddziałują na korzyść guza. W przestrzeni opłucnej koncentrują się gojące rany cytokiny i chemokiny, a bliskość guza, makrofagów i komórek mezotelialnych sprzyja ich wzajemnym interakcjom. Rezultatem jest utrwalenie środowiska gojenia ran, w którym efektory komórek T są tłumione lub zabijane, a makrofagi są kierowane do programu M2, który wspomaga angiogenezę i przerzuty, wszystko kulminuje w promocji agresywnego i inwazyjnego fenotypu EMT tumor.
Sequestered environment
Przestrzeń opłucnej reprezentuje sekwestrowane środowisko lokalne utworzone przez komórki mezotelialne połączone przez ścisłe połączenia. Biologiczne leki białkowe, takie jak IL-2, pozostają wysoce skoncentrowane, gdy są podawane śródopłucnowo, z miejscowymi stężeniami tysiące razy wyższymi niż w osoczu. Ruch białek z osocza do opłucnej jest również utrudniony, choć w mniejszym stopniu, a stosunek stężeń białek w wysięku opłucnowym do stężeń w osoczu jest odwrotnie proporcjonalny do ich masy cząsteczkowej. Ma to duże znaczenie dla ogólnoustrojowego podawania leków przeciwciał, które, jak można przewidzieć, nie przechodziłyby łatwo do przestrzeni opłucnej, jamy brzusznej lub przestrzeni śródmiąższowych.
Sekretom opłucnej
Bezkomórkowy składnik surowiczy MPE zawiera szereg cytokin i chemokin. Większość cytokin wydzielanych w MPE to cytokiny Th2-podobne, w tym IL-10, VEGF i TGFβ, dodatkowo promujące środowisko gojenia ran ze szkodą dla odpowiedzi przeciwnowotworowej. Co ciekawe, plejotropowa cytokina IL-6 i jej rozpuszczalny składnik receptorowy sIL-6Rα są jednymi z najliczniej występujących cytokin w MPE. IL-6 jest produkowana przez guz, a także przez komórki mezotelialne opłucnej i komórki zrębu. IL-6 oraz IL-10 zwiększają ekspresję PD-L1 w komórkach guza. W transdukcji sygnału IL-6 pośredniczy kompleks receptorowy składający się z IL-6Rα (CD126) i IL-6Rβ (CD130). Ekspresja IL-6Rβ jest wszechobecna, ale ekspresja IL-6Rα jest ograniczona głównie do leukocytów i hepatocytów. W normalnej fizjologii IL-6 pośredniczy w silnym działaniu ogólnoustrojowym poprzez trans-sygnalizację, która zachodzi, gdy IL-6 wiąże się z rozpuszczalną IL-6Rα i kompleksuje z błonową IL-6Rβ. Wykazano, że trans-sygnał IL-6 promuje agresywne zachowanie nowotworu i progresję w złośliwym wodobrzuszu raka jajnika oraz w wysiękach opłucnowych raka piersi, a także promuje EMT w niedrobnokomórkowym raku płuc, co czyni go atrakcyjnym celem terapeutycznym. Tocilizumab, przeciwciało monoklonalne skierowane przeciwko IL-6Rα, jest licencjonowany do leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów i był stosowany eksperymentalnie w leczeniu związanego z nowotworami wyniszczenia i zespołu uwalniania cytokin. Podawanie śródopłucnowe może mieć głęboki wpływ na polaryzację środowiska immunologicznego opłucnej przy minimalnych skutkach ogólnoustrojowych.
Interakcje juxtakrynowe
Bliskość i wysokie stężenie limfocytów T, makrofagów, komórek mezotelialnych i guza w przestrzeni opłucnej sprzyja kontaktowi komórka-komórka i sygnalizacji juxtakrynowej. Przykłady obejmują promocję EMT przez wiązanie CD90 i EphA4 na guzie do CD11b i Ephrin na makrofagach, odpowiednio . Podobnie, PD-L1 i PD-L2 wyrażone na guzie i makrofagach opłucnej wiążą się z PD-1 na komórkach T, promując anergię, rozwój indukowanych limfocytów T regulatorowych (iTregs) i apoptozę . Inne ligandy wyrażone na guzie opłucnej, takie jak CEACAM1, który wiąże się z TIM-3, mogą oddziaływać z receptorami punktów kontrolnych układu odpornościowego wyrażonymi na PIT. MPE, które są rutynowo drenowane terapeutycznie, zapewniają unikalne okno do interakcji, które są trudniejsze do zaobserwowania w innych ustawieniach przerzutowych.