Białko zidentyfikowane prawie 40 lat temu ze względu na jego zdolność do stymulowania produkcji czerwonych krwinek odgrywa zaskakującą, kluczową rolę w tłumieniu odpowiedzi układu odpornościowego na raka.
Blokowanie aktywności białka zmienia się wcześniej „zimno” lub odporne na odporność guzy wątroby u myszy w „gorące” guzy pełne komórek odpornościowych walczących z rakiem. W połączeniu z immunoterapią, która dodatkowo aktywuje te komórki odpornościowe przeciwko rakowi, leczenie doprowadziło do całkowitej regresji istniejących guzów wątroby u większości myszy. Leczone zwierzęta żyły przez czas trwania eksperymentu. Natomiast zwierzęta kontrolne przetrwały zaledwie kilka tygodni.
„Jest to fundamentalny przełom w naszym rozumieniu, w jaki sposób układ odpornościowy jest wyłączony i włączony w raka” – powiedział dr Edgar Engleman, profesor patologii i medycyny. „Nie mogłem być bardziej podekscytowany tym odkryciem i mam nadzieję, że zabiegi ukierunkowane na mechanizm, który odkryliśmy, szybko przejdą do próby na ludziach”.
Engleman jest starszym autorem badań, które zostaną opublikowane online 24 kwietnia w nauce. Dr David Kung-Chun Chiu naukowiec z Basic Life jest głównym autorem badania.
Prawdopodobnie dotyczy wielu nowotworów
Chociaż prace zostały zakończone u myszy, istnieją mocne wskazania, że białko, erytropoetyna lub EPO odgrywa podobną rolę w wielu rodzajach ludzkich nowotworów.
„Badania sprzed ponad dekady wykazały, że dawanie EPO pacjentom z niedokrwistością raka z niedokrwistością stymulowania tworzenia czerwonych krwinek przyspiesza wzrost guza” – powiedział Engleman.
Połączenie było tak uderzające, że w 2007 r. Food and Drug Administration wymagało etykiety ostrzegawczej Black Box na leku przed jego stosowaniem u osób z nowotworami. Naukowcy zauważyli również wyraźną korelację między rokowaniem pacjenta a poziomami naturalnie występującego EPO i jego receptora w guza.
„Te stare doniesienia wyraźnie pokazały, że im więcej EPO lub EPOR był w guzach, tym gorzej były pacjenci” – powiedział Engleman. „Ale związek między odpornością na raka a rakiem nigdy nie powstał do tej pory. W rzeczywistości zajęło dużo czasu i wiele eksperymentów, aby przekonać nas, że EPO odgrywa podstawową rolę w blokowaniu odpowiedzi immunologicznej na raka, ponieważ EPO jest tak dobrze ugruntowane jako czynnik wzrostu czerwonych krwinek”.
Chiu opracował i badał techniki edycji genomu w celu stworzenia kilku mysich modeli raka wątroby w celu zbadania, w jaki sposób nowotwory wątroby rozwijają się i reagują na leczenie. Każdy model podsumowuje specyficzne mutacje, histologię i odpowiedź na zatwierdzone terapie występujące w podtypach raka wątroby ludzkiej. Tworzenie guza indukowano albo przez wstrzyknięcie kombinacji białek kodujących DNA związanych z rakiem wątroby do żyły ogonowej zwierząt lub przez wszczepienie komórek raka wątroby do wątroby zwierząt.
Naukowcy byli zainteresowani wpływem na wzrost raka wspólnej immunoterapii ukierunkowanej na cząsteczkę o nazwie PD-1 na komórki odpornościowe zwane komórkami T. Wiązanie z PD-1 blokuje zdolność komórek rakowych do tłumienia aktywności komórek T. Terapie anty-PD-1, w tym jedna sprzedawana komercyjnie jako keytruda, są rutynowo stosowane w leczeniu wielu rodzajów ludzkich nowotworów, w tym czerniaka, chłoniaka Hodgkina i niektórych rodzajów raka płuc. W niektórych przypadkach przekształcili wyniki pacjentów. Ale znaczna większość guzów, w tym większość nowotworów wątroby, trzustki, okrężnicy, piersi i prostaty, jest odporna na leczenie.
Naukowcy odkryli, że podobnie jak zaobserwowano w ludzkiej nowotworach wątroby, niektóre kombinacje mutacji doprowadziły do rozwoju guzów wątroby, które były w dużej mierze ignorowane przez układ odpornościowy, czyniąc je uprzywilejowanymi lub zimnymi. Nowotwory te nie kurczyły się, gdy zwierzęta leczono anty-PD-1, ponieważ w guzie obecnych było niewiele komórek T.
W przeciwieństwie do zimnych guzów, inne mutacje doprowadziły do gorących lub „zapalnych” guzów pełnych komórek T. Guzy te były bardzo wrażliwe na leczenie anty-PD1, co wywołało komórki T w celu zaatakowania raka.
Nieoczekiwanie zimne guzy wykazywały podwyższone poziomy EPO w porównaniu z gorącymi guzami. Wzrost ten jest prawdopodobnie spowodowany ubogim środowiskiem tlenowym-stanem zwanym niedotlenieniem-powszechnym w zimnych guzach. Niedotlenienie indukuje wytwarzanie białek w komórkach rakowych, które z kolei zwiększają produkcję EPO w celu stworzenia większej liczby czerwonych krwinek w celu zwalczania niskiego poziomu tlenu.
„Niedotlenienie w guzach jest badane od dziesięcioleci” – powiedział Engleman. „Po prostu nie świtało to nikogo, w tym ja, że EPO może robić wszystko w tym kontekście niż służenie jako czynnik wzrostu czerwonych krwinek”.
Ciekawe, naukowcy zwrócili się do istniejących baz danych, aby potwierdzić, że podwyższone poziomy EPO są skorelowane z gorszym przeżyciem osób z nowotworami wątroby, nerek, piersi, okrężnicy i skóry. Następnie majstrowali przy zdolności komórek nowotworowych do tworzenia EPO i byli zaskoczeni tym, co wydarzyło się w guzach wątroby zwierząt.
Odkryli, że mutacje, które doprowadziły do rozwoju zimnych guzów, zamiast tego spowodowały gorące guzy, gdy guzy zostały zmodyfikowane jako niezdolne do zrobienia EPO. I odwrotnie, gorące guzy, które wcześniej były z powodzeniem wyeliminowane przez układ odpornościowy, rozwijały się, gdy zostały zaprojektowane w celu uzyskania podwyższonego poziomu EPO.
Dalsze wyczerpujące badania wykazały, że w zimnych guzach komórki nowotworowe wytwarzają i wydzielają EPO, które wiąże się z receptorami na powierzchni komórek odpornościowych zwanych makrofagami. Następnie makrofagi przełączają się na roli immunosupresyjną, odsuwając komórki T zabijające raka i obciążając ich aktywność.
Znaczenie tego moderowanego EPO przesłuch między komórkami nowotworowymi i makrofagami wyraźnie wykazało, gdy naukowcy badali kombinatoryczne działanie jednocześnie blokowania szlaku sygnałowego EPO i szlaku anty-PD-1.
W tych eksperymentach brak myszy z zimnymi guzami wątroby, które były leczone kontrolą lub anty-PD-1 nie żyły ponad osiem tygodni po indukcji guza. Natomiast 40% myszy z makrofagami niezdolnymi do uczynienia receptora EPO żył przez 18 tygodni po indukcji guza, kiedy eksperyment został zakończony. Kiedy myszom nie podano leczenia anty-PD-1, pozbawionym receptora EPO, wszystkie zwierzęta żyły przez czas trwania eksperymentu.
„To proste” – powiedział Engleman. „Jeśli usuniesz tę sygnalizację EPO, albo obniżając poziomy hormonów lub blokując receptory na makrofagach, nie tylko zmniejszasz wzrost guza, otrzymujesz regresję guza wraz z wrażliwością na leczenie przeciw PD-1”.
Engleman i jego koledzy projektują teraz zabiegi ukierunkowane na sygnalizację EPO w ludzkich nowotworach. Niestopecyficzne ukierunkowanie na białko EPO może spowodować niedokrwistość, którą spekuluje Engleman może być akceptowalnym kompromisem skutecznej terapii przeciwnowotworowej. Alternatywnym podejściem jest selektywne zablokowanie receptorów EPO na powierzchniach makrofagów w raku.
„Nadal jestem zaskoczony tym odkryciem” – powiedział Engleman. „Nie każdy guz reaguje w ten sam sposób, ale jestem bardzo optymistą, że to odkrycie doprowadzi do nowych nowych terapii raka”.
Naukowcy z New York Blood Center i Farmaceutical Company ImmunEdge Inc. przyczynili się do badań.
Badanie zostało sfinansowane przez National Institutes of Health (Grants R01CA262361, P01CA244114, U54CA2745115 i P01HL149626).
Chiu jest współzałożycielem ImmunEdge Inc. Engleman jest założycielem, akcjonariuszem i członkiem zarządu Immunededes Inc. Chiu, a Engleman są wynalazcami Stanforda PCT/US2023/063997, zatytułowanym „Agonistami i antagonistami receptora EPO”.