Нобелевскую премию по медицине присудили за иммунотерапию рака. Нобелевская премия по медицине Кто получил нобелевскую премию по медицине

В Стокгольме прошла церемония объявления лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Ими стали Джеймс Эллисон (James P. Allison) и Таску Хондзё (Tasuku Honjo) за открытие терапии рака путем снятия ограничения иммунного ответа.

1 октября 2018 г.

Джеймс Эллисон, профессор Онкологического центра им. М.Д. Андерсона Техасского университета, выделил белок CTLA-4 . Его молекулы находятся на поверхности Т-клеток и способны связываться с белками CD80 и CD86 на поверхности другого компонента иммунной системы - антигенпрезентирующих клеток . Когда такое связывание происходит, антигенпрезентирующие клетки, показывающие всем остальным компонентам иммунной системы, на что реагировать, инактивируются - перестают подавать сигналы. В таком случае антиген - «знак» того объекта, на который должна была быть нацелена атака, - не вызывает активации иммунного ответа.

Профессор Киотского университета Таску Хондзё обнаружил и охарактеризовал несколько интерлейкинов, а также белок PD-1 . Это рецептор, расположенный на поверхности Т-клеток. Связываясь с определенными молекулами, в частности PD-L1 на поверхности клеток опухолей, он тормозит атаку Т-лимфоцитов на клетки, несущие на себе эти самые молекулы.

Благодаря открытиям Эллисона и Хондзё стала возможной терапия рака ингибиторами контрольных точек иммунного ответа. Контрольные точки иммунного ответа - это молекулы, защищающие клетки организма от атаки со стороны собственной иммунной системы, в первую очередь от Т-лимфоцитов, т. е. ограничивающие иммунную реакцию на них. За счет этих контрольных точек компоненты раковых опухолей «прячутся» от Т-клеток. Ингибиторы контрольных точек иммунного ответа снижают активность PD-1, CTLA-4 и подобных молекул и тем самым «разрешают» Т-лимфоцитам атаковать опухоли.

Cancer kills millions of people every year and is one of humanity’s greatest health challenges. By stimulating the ability of our immune system to attack tumour cells, this year’s #NobelPrize laureates have established an entirely new principle for cancer therapy. pic.twitter.com/6HJWsXw4bE

The Nobel Prize (@NobelPrize) October 1, 2018

«Открытие мембранных белков CTLA4 и PD1 в конце 1990-х годов позволило разработать принципиально новые препараты для лечения рака. Эти белки, часто называемые иммунными чекпоинтами, позволяют раковой опухоли успешно обманывать клетки иммунной системы. С помощью препаратов, которые подавляют активность CTLA4 и PD1, уже научились бороться с весьма агрессивными видами опухолей легких, почек, а также меланомой. Лекарства ипилимумаб и ниволумаб уже зарегистрированы Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (Food and Drug Administration, FDA) в качестве второй рекомендуемой линии терапии. Таким образом, Нобелевская премия для ученых, открывших новое направление в лечение рака, весьма ожидаема и крайне заслужена», - рассказал «Чердаку» Андрей Гаража , биоинформатик, сооснователь и директор стартапа Oncobox , занимающегося разработкой решений для таргетной терапии раковых заболеваний, эксперт акселератора AngelTurbo.

Нобелевский комитет завершил голосование в 11 часов утра по Москве. Генеральный секретарь Нобелевского комитета Томас Перлманн (Thomas Perlmann) оповестил новых лауреатов о номинациях по телефону, а в 12:30 по Москве их имена стали известны и широкой общественности.

Интересно, что агентство Thomson Reuters, каждый год составляющее на основе цитирования научных статей списки вероятных кандидатов на получение Нобелевской премии (и редко попадающее в цель), дало довольно точный прогноз в отношении Хондзё и Эллисона. Они оказались в числе претендентов на награду в 2016 году . Всего через два года прогноз сбылся.

Нобелевская премия по физиологии и медицине - высшая награда за научные достижения в области физиологии и медицины - ежегодно присуждается Шведской королевской академией наук в Стокгольме. Она была учреждена в соответствии с завещанием, написанным в 1895 году шведским химиком Альфредом Нобелем. Каждый лауреат получает медаль, диплом и денежное вознаграждение. Их традиционно вручают на ежегодной церемонии в Стокгольме 10 декабря - в годовщину смерти Нобеля.

Первую Нобелевскую премию по физиологии и медицине вручили в 1901 году Эмилю фон Берингу «за работу над сывороточной терапией, прежде всего за ее применение в лечении дифтерии, что открыло новые пути в медицинской науке и дало врачам победоносное оружие против болезни и смерти». С тех пор лауреатами премии стали 214 человек.

В прошлом, 2017 году, самую престижную научную премию Джеффри Холл (Jeffrey C. Hall), Майкл Розбаш (Michael Rosbash) и Майкл Янг (Michael W. Young) за открытие молекулярных механизмов циркадных ритмов - периодического изменения активности клеток, тканей и органов, проходящего полный цикл приблизительно за 24 часа.

Шведская королевская академия объявила первых лауреатов Нобелевских премий этого года. Премию по физиологии и медицине получили Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё. Согласно формулировке Нобелевского комитета, премия присуждена за «открытие противораковой терапии методом подавления негативной иммунной регуляции».

Открытия, легшие в основу этой научной работы, были сделаны еще в 1990-х годах. Джеймс Эллисон, работавший в Калифорнии, исследовал важный компонент иммунной системы - белок, который, подобно тормозу, сдерживает механизм иммунного ответа. Если освободить клетки иммунной системы от этого тормоза, организм будут гораздо активнее распознавать и уничтожать опухолевые клетки. Японский иммунолог Тасуку Хондзё открыл другой компонент этой регуляторной системы, действующий по несколько иному механизму. В 2010-х годах открытия иммунологов легли в основу эффективной терапии онкологических заболеваний.

Иммунная система человека вынуждена поддерживать баланс: она распознает и атакует все чужеродные для организма белки, однако не трогает собственные клетки тела. Этот баланс особенно тонок в случае раковых клеток: генетически они не отличаются от здоровых клеток тела. Функция белка CTLA4, c которым работал Джеймс Эллисон, состоит в том, чтобы служить контрольной точкой иммунного ответа и не позволять иммунной системе атаковать собственные белки. Белок PD1, предмет научных интересов Тасуку Хондзё - компонент системы «программируемой клеточной смерти». Его функции также состоять в том, чтобы не допустить аутоиммунной реакции, но действует он иным путем: запускает или контролирует механизм клеточной смерти Т-лимфоцитов.

Иммунотерапия рака - одно из самых перспективных направлений современной онкологии. Оно основано на том, чтобы подтолкнуть иммунную систему пациента к распознаванию и уничтожению клеток злокачественных опухолей. Научные открытия нобелевских лауреатов этого года легли в основу высокоэффективных противоопухолевых препаратов, уже одобренных к применению. В частности, препарат «Кейтруда» атакует белок PD1, рецептор запрограммированной клеточной гибели. Препарат одобрен к применению в 2014 году и применяется для лечения немелкоклеточного рака легких и меланомы. Другой препарат, «Ипилимумаб», атакует белок CTLA4 - тот самый «тормоз» иммунной системы - и тем самым активирует ее. Это средство применяется у пациентов с раком легкого или простаты на поздних стадиях, и больше чем в половине случаев позволяет остановить дальнейший рост опухоли.

Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё стали 109-м и 110-м лауреатами Нобелевской премии по медицине, которая присуждается с 1901 года. Среди лауреатов прежних лет двое российских ученых: Иван Павлов (1904) и Илья Мечников (1908). Интересно, что Илья Мечников получил свою премию с формулировкой «За труды по иммунитету», то есть за достижения в той же области биологической науки, что и лауреаты 2018 года.

Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 2018 году вручили Джеймсу Эллисону и Тасуку Хондзё «за открытие терапии рака при помощи подавления негативной иммунной регуляции». Мы попросили прокомментировать это событие заведующего кафедрой иммунологии Биологического факультета МГУ, академика Сергея Недоспасова и молекулярного биолога Аполлинарию Боголюбову.

Аполлинария Боголюбова , младший научный сотрудник лаборатории передачи внутриклеточных сигналов Института молекулярной биологии РАН

Контрольные точки, или чекпойнты, - это специальные молекулы на поверхности иммунных клеток, которые заставляют их блокировать иммунный ответ, чтобы в ходе него не повредились здоровые органы и ткани. Соответственно, блокировка этих молекул приводит к активации иммунного ответа, и собственная иммунная система может противостоять опухоли в организме, так как она начинает сама убивать опухолевые клетки. Открытие иммунных контрольных точек стало поворотной вехой в иммунотерапии опухолей, так как побочные эффекты применения антител, блокирующих эти молекулы, намного меньше, чем от традиционной терапии. Сейчас уже используется несколько противоопухолевых препаратов на основе антител, блокирующих иммунологические чекпойнты, и, действительно, результаты потрясающие: те пациенты, которые раньше умирали в течение очень короткого времени, теперь остаются жить. Считается, что это один из самых больших прорывов в терапии опухолей за последние двадцать лет.

Джеймс П. Эллисон описал возможность блокировки антителами самого первого иммунологического чекпойнта CTLA-4. Как потом оказалось, таких молекул существует достаточно много. Например, Тасуку Хондзё, второй нобелевский лауреат, открыл новый иммунологический чекпойнт PD-1 и активно разрабатывал терапевтические антитела для его блокировки. Обе эти молекулы находятся на поверхности Т-лимфоцитов, клеток адаптивного иммунитета, и служат для того, чтобы погасить иммунную реакцию в организме, когда это необходимо, чтобы не повредить здоровые ткани.Нобелевская премия по физиологии и медицине - 2015
Иммунотерапия опухолей антителами против чекпойнтов применима тогда, когда иммунная система организма способна распознать опухоль и, соответственно, задействовать Т-лимфоциты для ее уничтожения. В то же время эти Т-лимфоциты остаются бездействовать, поскольку опухоль умеет подавлять их активность. Антитела против чекпойнтов призваны снять этот блок и позволить иммунной системе бороться с опухолью. В данный момент иммунотерапия хорошо работает для пациентов с меланомой, раком легкого, простаты и многими другими опухолями, клетки которых хорошо узнаются иммунной системой. Как правило, при помощи методов современной диагностики каждый пациент проверяется на наличие молекул иммунологических чекпойнтов и, если они есть, направляется на лечение препаратами. Ведь если таких молекул нет, то терапия не сработает.

Статистика о том, насколько хорошо работают препараты для блокировки иммунологических чекпойнтов, постоянно обновляется. Однако уже давно стало ясно, что эти лекарства действительно очень хороши. Кроме того, их можно использовать в комбинации друг с другом. Так, в пионерской статье 2015 года ученые показали, что применение комбинации препаратов против CTLA-4 и PD-1 позволяет увеличить выживаемость пациентов более чем в два раза по сравнению с использованием препарата только против CTLA-4.

Сергей Недоспасов , доктор биологических наук, заведующий кафедрой иммунологии биологического факультета МГУ, профессор, академик РАН

Раковые опухоли, а также опухолевое микроокружение способны создавать ингибирующие сигналы, которые блокируют работу Т-лимфоцитов и, соответственно, не дают иммунной системе с собой бороться. Ингибирующий путь устроен так. Опухолевая клетка выставляет на свою поверхность молекулу - лиганд, контактирующий со специфическим ингибирующим рецептором на Т-лимфоците. Т-лимфоцит получает ингибирующий сигнал, который не позволяет ему активироваться и атаковать опухоль. Но эволюционно эти молекулы появились не для защиты опухоли, а для того, чтобы контролировать аутоиммунные заболевания. Раковые клетки просто пользуются уже существующим механизмом.

Если научиться отменять ингибирующие сигналы, Т-лимфоциты, пришедшие в опухоль, смогут создавать противоопухолевые эффекты, то есть бороться с раком. Нобелевские лауреаты этого года, Эллисон и Хондзё, изучая фундаментальные механизмы регуляции иммунной системы, открыли независимо друг от друга два важных ингибирующих каскада и соответствующие пары рецепторов-лигандов. Такого рода каскадов или пар рецепторов-лигандов в иммунной системе довольно много, поэтому отнюдь не каждое такое фундаментальное открытие приводит к революционным событиям в медицине, но в случае Эллисона и Хондзё именно это произошло. Выяснилось, что если на эти молекулы сделать терапевтические антитела, которые блокируют эти ингибирующие каскады, то у Т-клетки снимаются тормоза, и тогда они начинают атаковать опухоль. Сначала это было проверено на животных, затем на человеке: выключение этих каскадов дает терапевтический эффект.

Ингибирующих путей несколько, но ключевую роль играют именно те, за которые дали Нобелевскую премию, - рецепторы CTLA-4 и PD-1 и соответствующие лиганды PD-L1 и B7. Именно на них были сделаны новые лекарства в виде терапевтических антител.
Лиганд выключается следующим образом. Если у вас есть очищенный белок , можно в организме животного или человека получить для него антитело - тоже белок, который будет с очень высокой специфичностью связываться с этой молекулой. Технологическая проблема получить для любого белка антитела, которые будут связываться и блокировать его активность, давно решена. Прицепив антитело к лиганду, вы лишите его способности действовать на рецептор. А заблокировав антителом ту часть рецептора, на которую должен сесть лиганд, вы сделаете рецептор невосприимчивым и тоже заблокируете ингибирующий каскад. Пациент получает антитела системно, в виде инъекций через капельницу, в большом избытке. Они начинают циркулировать по организму - у них есть определенное время жизни, несколько дней, - и, придя в район опухоли по кровотоку, они заблокируют отрицательный сигнал. После того как ингибирующий путь выключается, Т-лимфоцит может уничтожать опухоль своим естественным путем. Но говорить о полном излечении пациентов благодаря этой процедуре и тем более о решении проблемы рака нельзя. Это важный наукоемкий терапевтический метод в дополнение к существующему инструментарию.
У такой терапии есть немало побочных эффектов. Они связаны с тем, что вне опухоли, в нормальной ситуации, ингибирующие каскады защищают нас от аутоиммунных заболеваний. Поэтому такое лечение может приводить к целому букету аутоиммунных заболеваний, эффекты которых строго индивидуальны: у одного на коже, у другого, например, в кишечнике.

Еще одно естественное ограничение этого метода: для того чтобы Т-лимфоцит распознал опухоль, она должна быть распознаваема иммунной системой, то есть иммуногенна. Иммуногенность опухоли зависит от того, есть ли у нее на поверхности молекулы, позволяющие Т-клеткам понять, изменены ли эти клетки или нет. Лимфоцит может распознать только то, что есть на поверхности другой клетки, поэтому клетка может стать опухолевой, но снаружи это никак не будет отражаться. Однако в опухолевых клетках накапливается очень много мутаций, поэтому и часть белков будет нести мутации. Когда пептиды мутантных белков высунутся на поверхность клетки, Т-лимфоцит подумает, что клетка заражена вирусом, и будет ее атаковать. Есть такие опухоли, как меланома, которая накапливает очень много мутаций и поэтому очень иммуногенна - первые испытания метода проводились как раз на меланомах. Но многие опухоли малоиммуногенны или неиммуногенны. Тем самым пока речь идет об очень небольшом числе форм рака, поддающихся такому лечению. Но поскольку эта терапия применяется в комбинации с другими методами, надежды на ее улучшение есть.

Открытия Эллисона и Хондзё просто идеальная тема для Нобелевской премии - фундаментальные открытия, которым повезло быстро транслироваться в лекарства. Но надо понимать, что их открытия позволят помочь не всем пациентам: у одних это будет работать, у других будет работать очень плохо или не работать совсем. И в любом случае - с побочными эффектами.

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2018 году стали Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё за разработки в области терапии рака путем активации иммунного ответа. Прямая трансляция объявления победителя ведется на сайте Нобелевского комитета. Подробнее о заслугах ученых можно узнать в пресс-релизе Нобелевского комитета.

Ученые разработали принципиально новый подход к терапии рака, отличный от существовавших ранее радиотерапии и химиотерапии, который известен как «ингибирование чекпойнтов» клеток иммунитета (немного об этом механизме можно прочитать в нашем , посвященном иммунотерапии). Их исследования посвящены тому, как устранить подавление активности клеток иммунной системы со стороны раковых клеток. Японский иммунолог Тасуку Хондзё (Tasuku Honjo) из университета Киото открыл рецептор PD-1 (Programmed Cell Death Protein-1) на поверхности лимфоцитов, активация которого приводит к подавлению их активности. Его американский коллега Джеймс Эллисон (James Allison) из Андерсоновского ракового центра университета Техаса впервые показал,что антитело, блокирующее ингибиторный комплекс CTLA-4 на поверхности Т-лимфоцитов, введенное в организм животных с опухолью, приводит к активации противоопухолевого ответа и уменьшению опухоли.

Исследования этих двух иммунологов привели к появлению нового класса противораковых препаратов на базе антител, связывающихся с белками на поверхности лимфоцитов, либо раковых клеток. Первый такой препарат, ипилимумаб - антитело, блокирующее CTLA-4, был одобрен в 2011 году для лечения меланомы. Антитело против PD-1, Ниволумаб, было одобрено в 2014 году против меланомы, рака легкого, почки и некоторых других типов рака.

«Раковые клетки, с одной стороны, отличаются от наших собственных, с другой стороны, являются ими. Клетки нашей иммунной системы эту раковую клетку узнают, но не убивают, - пояснил N+1 профессор Сколковского института наук и технологий и университета Ратгерса Константин Северинов. - Авторы в числе прочего открыли белок PD-1: если убрать этот белок, то иммунные клетки начинают узнавать раковые клетки и могут их убить. На этом основана терапия рака, которая сейчас широко используется даже в России. Такие препараты, ингибирующие PD-1, стали существенным компонентом современного арсенала борьбы с раком. Он очень важный, без него было бы гораздо хуже. Эти люди действительно подарили нам новый способ контроля над раком - люди живут, потому что есть вот такие терапии».

Онколог Михаил Масчан, заместитель директора Центра детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Димы Рогачева, говорит, что иммуннотерапия стала революцией в области лечения рака.

«В клинической онкологии это одно из крупнейших событий в истории. Мы сейчас только начинаем пожинать плоды, которые принесла разработка этого типа терапии, но то, что она перевернула ситуацию в онкологии, стало ясно еще около десяти лет назад - когда появились первые клинические результаты применения лекарств, созданных на основе этих идей», - сказал Масчан в беседе с N+1 .

По его словам, с помощью комбинации чекпойнт-ингибиторов долгосрочная выживаемость, то есть фактически выздоровление, может быть достигнута у 30-40 процентов пациентов с некоторыми видами опухолей, в частности, меланомой и раком легкого. Он отметил, что в ближайшем будущем появятся новые разработки, основанные на этом подходе.

«Это самое начало пути, но уже есть много видов опухолей - и рак легкого и меланома, и ряд других, при которых терапия показала эффективность, но еще больше - при которых она только исследуется, исследуются ее комбинации с обычными видами терапии. Это самое начало, и очень многообещающее начало. Число людей, которые выжили благодаря этой терапии, уже сейчас измеряется десятками тысяч», - сказал Масчан.

Каждый год в преддверие объявления лауреатов аналитики пытаются угадать, кому будет вручена премия. В этом году агентство Clarivate Analytics, которое традиционно делает прогнозы на основании цитируемости научных работ, включило в «Нобелевский список» Наполеоне Феррара, который открыл ключевой фактор формирования кровеносных сосудов, Минору Канехиса, который создал базу данных KEGG, и Саломона Снайдера, который занимался рецепторами для ключевых регуляторных молекул в нервной системе. Интересно, что Джеймса Эллисона агентство указало в качестве возможного лауреата Нобелевской премии в 2016 году, то есть в его отношении прогноз сбылся довольно скоро. Кого агентство прочит в лауреаты по остальным нобелевским дисциплинам - физике, химии и экономике, можно узнать из нашего блога . По литературе в этом году премию вручать .

Дарья Спасская

В 2018 году лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали двое ученых с разных концов света - Джеймс Эллисон из США и Тасуку Хондзё из Японии, - независимо открывшие и изучавшие один и тот же феномен. Они обнаружили два разных чекпоинта - механизма, с помощью которых организм подавляет активность Т-лимфоцитов, иммунных клеток-убийц. Если заблокировать эти механизмы, то Т-лимфоциты «выходят на свободу» и отправляются на битву с раковыми клетками. Это называют иммунотерапией рака, и она уже несколько лет применяется в клиниках.

Нобелевский комитет любит иммунологов: по меньшей мере каждая десятая премия по физиологии и медицине вручается за теоретические иммунологические работы. В этом же году речь зашла о практических достижениях. Нобелевские лауреаты 2018 года отмечены не столько за теоретические открытия, сколько за последствия этих открытий, которые уже шесть лет помогают онкобольным в борьбе с опухолями.

Общий принцип взаимодействия иммунной системы с опухолями выглядит следующим образом. В результате мутаций в клетках опухоли образуются белки, отличающиеся от «нормальных», к которым организм привык. Поэтому Т-клетки реагируют на них как на чужеродные объекты. В этом им помогают дендритные клетки - клетки-шпионы, которые ползают по тканям организма (за их открытие, кстати, присудили Нобелевскую премию в 2011 году). Они поглощают все проплывающие мимо белки, расщепляют их и выставляют получившиеся кусочки на свою поверхность в составе белкового комплекса MHC II (главный комплекс гистосовместимости , подробнее см.: Кобылы определяют, беременеть или нет, по главному комплексу гистосовместимости... соседа , «Элементы», 15.01.2018). С таким багажом дендритные клетки отправляются в ближайший лимфатический узел, где показывают (презентируют) эти кусочки пойманных белков Т-лимфоцитам. Если Т-киллер (цитотоксический лимфоцит, или лимфоцит-убийца) узнает эти белки-антигены своим рецептором, то он активируется - начинает размножаться, образуя клоны. Дальше клетки клона разбегаются по организму в поисках клеток-мишеней. На поверхности каждой клетки организма есть белковые комплексы MHC I, в которых висят кусочки внутриклеточных белков. Т-киллер ищет молекулу MHC I с антигеном-мишенью, который он может распознать своим рецептором. И как только распознавание произошло, Т-киллер убивает клетку-мишень, проделывая дырки в ее мембране и запуская в ней апоптоз (программу гибели).

Но этот механизм не всегда работает эффективно. Опухоль - это гетерогенная система клеток, которые используют самые разные способы ускользнуть от иммунной системы (об одном из недавно открытых таких способов читайте в новости Раковые клетки повышают свое разнообразие, сливаясь с иммунными клетками , «Элементы», 14.09.2018). Некоторые опухолевые клетки скрывают белки MHC со своей поверхности, другие уничтожают дефектные белки, третьи выделяют вещества, подавляющие работу иммунитета. И чем «злее» опухоль, тем меньше шансов у иммунной системы с ней справиться.

Классические методы борьбы с опухолью предполагают разные способы убийства ее клеток. Но как отличить опухолевые клетки от здоровых? Обычно используют критерии «активное деление» (раковые клетки делятся гораздо интенсивнее большинства здоровых клеток организма, и на это нацелена лучевая терапия , повреждающая ДНК и препятствующая делению) или «устойчивость к апоптозу» (с этим помогает бороться химиотерапия). При таком лечении страдают многие здоровые клетки, например стволовые, и не затрагиваются малоактивные раковые клетки, например спящие (см.: , «Элементы», 10.06.2016). Поэтому сейчас часто делают ставку на иммунотерапию, то есть активацию собственного иммунитета больного, так как иммунная система лучше, чем внешние лекарства, отличает опухолевую клетку от здоровой. Активировать иммунную систему можно самыми разными способами. Например, можно забрать кусочек опухоли, выработать антитела к ее белкам и ввести их в организм, чтобы иммунная система лучше «видела» опухоль. Или же забрать иммунные клетки и «натаскать» их на распознавание специфических белков. Но Нобелевскую премию в этом году вручают за совсем другой механизм - за снятие блокировки с Т-киллерных клеток.

Когда эта история только начиналась, никто не думал об иммунотерапии. Ученые пытались разгадать принцип взаимодействия Т-клеток с дендритными клетками. При ближайшем рассмотрении оказывается, что в их «общении» участвуют не только MHC II c белком-антигеном и рецептор Т-клетки. Рядом с ними на поверхности клеток расположены и другие молекулы, которые тоже участвуют во взаимодействии. Вся эта конструкция - множество белков на мембранах, которые соединяются друг с другом при встрече двух клеток, - называется иммунным синапсом (см. Immunological synapse). В состав этого синапса входят, например, костимулирующие молекулы (см. Co-stimulation) - те самые, которые посылают сигнал Т-киллерам активироваться и отправляться на поиски врага. Их обнаружили первыми: это рецептор CD28 на поверхности Т-клетки и его лиганд В7 (CD80) на поверхности дендритной-клетки (рис. 4).

Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё независимо обнаружили еще две возможные составляющие иммунного синапса - две ингибирующие молекулы. Эллисон занимался открытой в 1987 году молекулой CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte antigen-4, см.: J.-F. Brunet et al., 1987. A new member of the immunoglobulin superfamily - CTLA-4). Изначально считалось, что это еще один костимулятор, потому что она появлялась только на активированных Т-клетках. Заслуга Эллисона в том, что он предположил, что всё наоборот: CTLA-4 появляется на активированных клетках специально, чтобы их можно было остановить! (M. F. Krummel, J. P. Allison, 1995. CD28 and CTLA-4 have opposing effects on the response of T cells to stimulation). Дальше оказалось, что CTLA-4 похожа по структуре на CD28 и тоже может связываться с B7 на поверхности дендритных клеток, причем даже сильнее, чем CD28. То есть на каждой активированной Т-клетке есть ингибирующая молекула, которая конкурирует с активирующей молекулой за прием сигнала. А поскольку в состав иммунного синапса входит множество молекул, то результат определяется соотношением сигналов - тем, сколько молекул CD28 и CTLA-4 смогли связаться с B7. В зависимости от этого Т-клетка либо продолжает работу, либо замирает и не может никого атаковать.

Тасуку Хондзё обнаружил на поверхности Т-клеток другую молекулу - PD-1 (ее название - сокращение от programmed death), которая связывается с лигандом PD-L1 на поверхности дендритных клеток (Y. Ishida et al., 1992. Induced expression of PD‐1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death). Оказалось, что мыши, нокаутные по гену PD-1 (лишенные соответствующего белка), заболевают чем-то похожим на системную красную волчанку. Это аутоиммунное заболевание, то есть состояние, когда иммунные клетки атакуют нормальные молекулы организма. Поэтому Хондзё заключил, что PD-1 тоже работает как блокатор, сдерживая аутоиммунную агрессию (рис. 5). Это еще одно проявление важного биологического принципа: каждый раз, когда запускается какой-либо физиологический процесс, параллельно запускается противоположный ему (например, свертывающая и противосвертывающая системы крови), чтобы избежать «перевыполнения плана», которое может оказаться губительным для организма.

Обе блокирующие молекулы - CTLA-4 и PD-1 - и соответствующие им сигнальные пути назвали иммунными чекпоинтами (от англ. checkpoint - контрольная точка, см. Immune checkpoint). По всей видимости, это аналогия с чекпоинтами клеточного цикла (см. Cell cycle checkpoint) - моментами, в которые клетка «принимает решение», может ли она продолжать делиться дальше или какие-то ее компоненты существенно повреждены.

Но на этом история не закончилась. Оба ученых решили найти применение новооткрытым молекулам. Их идея состояла в том, что можно активировать иммунные клетки, если заблокировать блокаторы. Правда, побочным эффектом неизбежно будут аутоиммунные реакции (как и происходит сейчас у пациентов, которых лечат ингибиторами чекпоинтов), зато это поможет победить опухоль. Блокировать блокаторы ученые предложили с помощью антител: связываясь с CTLA-4 и PD-1, они механически их закрывают и мешают взаимодействовать с B7 и PD-L1, при этом Т-клетка не получает ингибирующих сигналов (рис. 6).

Прошло не меньше 15 лет между открытиями чекпоинтов и одобрением лекарств на основе их ингибиторов. На данный момент применяют уже шесть таких препаратов: один блокатор CTLA-4 и пять блокаторов PD-1. Почему блокаторы PD-1 оказались удачнее? Дело в том, что клетки многих опухолей тоже несут на своей поверхности PD-L1, чтобы блокировать активность Т-клеток. Таким образом, CTLA-4 активирует Т-киллеры в целом, а PD-L1 более специфично действуют на опухоль. И осложнений в случае блокаторов PD-1 возникает несколько меньше.

Современные методы иммунотерапии пока, увы, не являются панацеей. Во-первых, ингибиторы чекпоинтов всё равно не обеспечивают стопроцентной выживаемости пациентов. Во-вторых, они действуют не на все опухоли. В-третьих, их эффективность зависит от генотипа пациента: чем более разнообразны его молекулы MHC, тем выше шанс на успех (о разнообразии белков MHC см.: Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок , «Элементы», 29.08.2018). Тем не менее получилась красивая история о том, как теоретическое открытие сначала меняет наши представления о взаимодействии иммунных клеток, а затем рождает лекарства, которые можно применять в клинике.

А нобелевским лауреатам есть над чем работать дальше. Точные механизмы работы ингибиторов чекпоинтов всё еще не известны до конца. Например, в случае CTLA-4 так и непонятно, с какими именно клетками взаимодействует лекарство-блокатор: с самими Т-киллерами, или с дендритными-клетками, или вообще с Т-регуляторными клетками - популяцией Т-лимфоцитов, отвечающей за подавление иммунного ответа. Поэтому эта история, на самом деле, еще далека от завершения.

Полина Лосева