Несмотря на более чем 100-летние исследования и терапевтический успех создания противораковых препаратов, нам все еще сложно справляться с различными проявлениями онкологии. Дополнительные сложности появляются при запущенных формах онкологии: гетерогенность микроокружения опухоли, присутствие иммуносупрессивных клеток, потенциал механизмов выхода опухоли и другие. Идея противораковых вакцин известна давно и не теряет своей актуальности. Вакцинотерапия, направленная на микроокружение опухоли, показала многообещающие результаты в доклинических и клинических исследованиях и потенциально может стать ценным дополнением к текущему лечению рака. Несмотря на эти проблемы, вакцинотерапия, направленная на микроокружение опухоли, показала многообещающие результаты в доклинических и клинических исследованиях и потенциально может стать ценным дополнением к текущему лечению рака. Цель использования таких вакцин состоит в достижении полного клинического ответа, при котором все измеримые раковые клетки либо уничтожаются, либо значительно уменьшаются в размерах. Эффективность этих методов лечения может быть ограничена вариабельностью реакции иммунной системы пациента и трудностью идентификации подходящих антигенов для каждого пациента.

Микроокружение опухоли (TME) включает смешанный состав трансформированных иммунных клеток, кровеносных сосудов, стромальных клеток и внеклеточный матрикса и создает опухоли, которые уникальны по своей локализации и разнообразны по составу у отдельных пациентов [1]. Метастатическое прогрессирование, наряду с особым составом TME, играет наиболее значимую роль в реакции пациента на лечение [2]. Компоненты трансформирующего TME определяют изменения и поведение окружающих макромолекул и развитие тканей, создавая сложные вариации иммунного ответа и реакции опухоли, такие как подавление или стимуляция роста опухоли [3].

Противораковая вакцинация представляет собой терапевтический подход, направленный на активацию иммунной системы для распознавания раковых клеток и борьбы с ними. Ее основная цель — предотвратить рост опухоли, рецидив или метастазирование при одновременном повышении способности иммунной системы выявлять и уничтожать раковые клетки. Механизмы противораковых вакцин включают в себя запуск иммунного ответа, нацеленного на специфические опухолеассоциированные антигены (TaaS), которые представляют собой белки, экспрессируемые раковыми клетками. Этот иммунный ответ включает активацию Т-клеток, В-клеток и других, что приводит к разрушению раковых клеток. Противораковые вакцины могут служить профилактической мерой в группах высокого риска (профилактические вакцины) и быть вариантом лечения для лиц, у которых уже диагностирован рак (терапевтические вакцины).

На эффективность вакцины значительно влияют используемые адъюванты. Они усиливают иммунные реакции за счет активации врожденных иммунных путей. Для повышения эффективности вакцины использовались такие адъюванты, как агонисты Toll-подобных рецепторов (TLR), цитокины и ингибиторы контрольных точек иммунитета. Агонисты TLR, такие как CpG-олигодезоксинуклеотиды (CpG-ODN), стимулируют антигенпредставляющие клетки (APC) и способствуют презентации антигена, в то время как ингибиторы контрольных точек иммунитета блокируют тормозные сигнальные пути, обеспечивая устойчивую иммунную активацию. Эти адъюванты показали многообещающие результаты в доклинических и клинических исследованиях, способствуя разработке новых противораковых вакцин. Несмотря на трудности этого подхода в отношении эффективности, несколько стратегий терапевтической вакцинации находятся в стадии разработки и оцениваются в ходе доклинических и клинических испытаний [4].

Вакцины на основе дендритных клеток

Противораковые вакцины используют различные механизмы для стимуляции иммунной системы и выработки эффективного противоопухолевого ответа. Один из распространенных подходов предполагает использование дендритных клеток (DC). Он заключается в введении специфических опухолевых антигенов в иммунную систему, что активирует иммунные клетки, особенно Т-клетки. Эта активация позволяет Т-клеткам распознавать и уничтожать раковые клетки, способствуя целенаправленной атаке на болезнь. В рамках одного метода DC собираются из крови пациента или генерируются в лаборатории. Затем они созревают и активируются с помощью иммуностимулирующих молекул или опухолевых антигенов. После загрузки DC опухолеспецифическими антигенами (TSA), полученными из опухолевых клеток или генетического материала, они вводятся обратно пациенту. Эти DC мигрируют в лимфоидные органы, где взаимодействуют с иммунными клетками, такими как Т-клетки, В-клетки и NK-клетки. Дендритные клетки представляют опухолевые антигены CD4+ хелперным Т-клеткам и CD8+ цитотоксическим Т-лимфоцитам (CTL), что приводит к их активации. Активированные Т-клетки передают сигналы помощи другим иммунным клеткам, усиливая иммунный ответ против опухолевых клеток. CTL специфически распознают раковые клетки, экспрессирующие опухолевые антигены, и нацеливаются на них, что приводит к их элиминации. Примечательно, что DC-вакцины обладают способностью индуцировать выработку цитокинов, которые играют решающую роль в модификации TME. Эти цитокины могут усиливать иммунный ответ против раковых клеток и способствовать росту кровеносных сосудов, улучшая доставку иммунных клеток и противоопухолевых препаратов в TME. Данный подход поможет в повышении общей эффективности иммунотерапии рака [5]. Несмотря на продолжающиеся клинические испытания с изучением различных протоколов и схем лечения, DC-вакцинам еще предстоит полностью реализовать свой потенциал в клинической практике [6].

Цельноклеточные вакцины

Цельноклеточные противораковые вакцины разработаны для запуска иммунного ответа против множества антигенов, экспрессируемых раковыми клетками. В отличие от таргетной терапии, которая фокусируется на специфических антигенах, эти вакцины, нацеливаясь на всю опухолевую клетку, активируют широкий спектр иммунных клеток, включая Т-лимфоциты, В-лимфоциты и NK-клетки. Раковые клетки собирают из опухоли пациента или уже установленных клеточных линий. Эти клетки инактивируют или генетически модифицируют для подавления способности к росту и патогенности. При повторном введении пациенту целые клетки распознаются различными иммунными клетками, включая DC, макрофаги и NK-клетки, вызывая немедленную неспецифическую воспалительную реакцию. Активированные иммунные клетки, в свою очередь, перерабатывают опухолевые антигены, передают их Т-клеткам и инициируют иммунный ответ. CD4+ хелперные Т-клетки передают сигналы помощи другим иммунным клеткам, в то время как CD8+ CTL распознают и уничтожают опухолевые клетки, экспрессирующие представленные антигены. Цельноклеточные противораковые вакцины также направлены на индуцирование реакции памяти для усиления иммунной защиты от рецидива опухоли.

Разработка аллогенной цельноклеточной вакцины (AGI-101H) против меланомы дала многообещающие результаты. Первоначально вакцина состояла из аутологичных клеток меланомы в сочетании с двумя модифицированными аллогенными клеточными линиями, экспрессирующими интерлейкин 6 (IL-6) и его растворимый рецептор gp80 (sIL-6R). Клинические исследования на пациентах с меланомой человека были начаты в 1995 году, что стало одним из новаторских клинических испытаний генной терапии во всем мире. Наблюдались полные и частичные клинические ответы, а также долгосрочная выживаемость. Впоследствии, из-за проблем с получением достаточного количества аутологичных клеток меланомы, композиция вакцины была модифицирована для включения аллогенных линий клеток меланомы. Текущая версия AGI-101H включает две клеточные линии меланомы, ретровирусно трансдуцированные геном-конструктором цитокинов, известным как Hyper-IL6 или H6, который служит молекулярным адъювантом. Иммунизация пациентов с прогрессирующей меланомой AGI-101H продемонстрировала значительное увеличение общей выживаемости по сравнению с традиционными химио- и радиотерапевтическими подходами [7]. Недавние экспериментальные исследования на моделях мышей продемонстрировали повышенную эффективность вакцины против меланомы, модифицированной H6 и смешанной со стволовыми клетками мышиной меланомы (MSC) или индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками мышей (MIPSC). Вышеуказанная вакцина значительно подавляла рост опухоли и увеличивала выживаемость. Несмотря на значительный прогресс в иммунотерапии рака, наше понимание того, что представляет собой благоприятный иммунный ответ помимо вакцины против рака меланомы AGI-101H, остается неполным.

Этот подход имеет большие перспективы для разработки более эффективных и адаптируемых противораковых вакцин [8], однако одной из основных обсуждаемых проблем является высокая стоимость и сложность их производства [9].

Вакцины на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток

iPSC генерируются из соматических клеток пациента, что обеспечивает совместимость и снижает риск иммунного отторжения, и дифференцируются в TME-специфические клетки, такие как TAFs, эндотелиальные клетки или иммунные клетки. Эти клетки, полученные из iPSC, экспрессируют антигены, характерные для TME, включая TAFs (факторы транскрипции, связанные с ТАТА-связывающим белком), эндотелиальные и иммунные клетки, молекулы, участвующие в иммуносупрессии. При введении пациенту они распознаются иммунными клетками, что приводит к активации надежного иммунного ответа. iPSC-вакцины могут быть сконструированы для экспрессии иммуностимулирующих молекул или цитокинов, усиливающих активацию иммунных клеток и способствующих улучшению противоопухолевого иммунного ответа в рамках TME. За счет экспрессии TSA вакцины iPSC активируют Т-клетки, которые распознают и уничтожают опухолевые клетки в TME. Активированные Т-клетки, в частности CD8+ CTL, распознают компоненты TME, экспрессирующие TSA, и нацеливаются на них. Размножение эффекторных клеток способствует элиминации опухолевых клеток, а индукция реакции памяти обеспечивает быстрый и эффективный иммунный ответ при последующих встречах с опухолевыми клетками. Таким образом, вакцины iPSC обеспечивают целенаправленную и действенную стратегию борьбы с раком в рамках комплексного TME. Стоит отметить, что получение iPSC — длительный процесс и занимает несколько месяцев, а также существует риск образования тератомы после инъекции, поскольку iPSC являются незрелыми клетками-предшественниками [10, 11], что является значимым ограничением в применении таких вакцин.

In situ вакцины

Противораковые вакцины In situ обладают неоспоримым преимуществом, поскольку вызывают мощный и специфический иммунный ответ против опухолей, одновременно смягчая многие системные побочные эффекты, обычно связанные с традиционной химиотерапией и лучевой терапией. Уникальное свойство этих вакцин заключается в их способности генерировать иммунный ответ непосредственно в TME, тем самым сохраняя потенциал для эффективного нацеливания и устранения метастатического рака в отдаленных участках. Противораковые вакцины In situ вводятся непосредственно в очаг опухоли или близлежащий лимфатический узел. Этот подход включает активацию таких APC, как DC, макрофаги, нейтрофилы и NK-клетки, в рамках TME. Вакцина вызывает воспалительную реакцию, выработку цитокинов и набор иммунных клеток. APC захватывают опухолевые антигены, высвобождающиеся во время введения вакцины, обрабатывают их и представляют Т-клеткам. Это вызывает активацию CD8+ CTLs и CD4+ хелперных Т-клеток, которые работают синергически для уничтожения опухолевых клеток. Активированные иммунные клетки продуцируют эффекторные молекулы и опосредуют разрушение опухолевых клеток в TME. Противораковые вакцины In situ также направлены на выработку реакции памяти для повышенной защиты от рецидива опухоли.

Первая in situ вакцина (TriMix) появилась в начале 2000-х годов в Нидерландах. Эта вакцина была специально разработана для активации и мобилизации дендритных клеток в микроокружении опухоли. Она эффективно стимулировала иммунный ответ против раковых клеток. Последующие исследования выявили значительный потенциал противораковых вакцин in situ для борьбы с иммуносупрессивным микроокружением опухоли. Исследование, проведенное в 2018 году, продемонстрировало, что эти вакцины обладают уникальной способностью преобразовывать различные аспекты TME, позволяя эффекторным Т-клеткам проникать в очаг опухоли и эффективно уничтожать раковые клетки [12]. Ключевое свойство этих вакцин заключается в их способности индуцировать различные паттерны секреции цитокинов. Эта способность приводит к разнообразным профилям лимфоцитов, инфильтрирующих опухоль (TIL), включая различия в их типе, количестве и статусе активации [13]. Такая гетерогенность приводит к иммуногенной клеточной гибели (ICD), процессу, имеющему решающее значение для создания мощного иммунного ответа против рака. Эти важные результаты подчеркивают преобразующий потенциал противораковых вакцин In situ в изменении иммунного ландшафта внутри опухолей, тем самым укрепляя способность организма бороться с раковыми клетками.

Вирусные вакцины

Вакцины на вирусной основе используют генетически модифицированные вирусы в качестве средств доставки, специфически воздействуя на раковые клетки, при этом не затрагивая здоровые клетки. Модифицированный вирус взаимодействует с иммунными клетками, включая DC, макрофаги и NK-клетки, вызывая воспалительную реакцию и высвобождение провоспалительных цитокинов и хемокинов. Вирусные частицы фагоцитируются иммунными клетками, а TaaS, экспрессируемые вирусом или доставляемые к инфицированным клеткам, обрабатываются и передаются Т-клеткам. CD8+ CTL распознают представленные TAA, что приводит к их активации и распространению. CD4 + хелперные Т-клетки передают сигналы помощи другим иммунным клеткам, а антитела, вырабатываемые против TaaS, могут напрямую связываться с опухолевыми клетками, облегчая их разрушение. Этот подход использует способность иммунной системы избирательно распознавать и уничтожать раковые клетки, предлагая высоконаправленную стратегию иммунотерапии рака. Среди наиболее широко изученных переносчиков сегодня — аденовирус и вирус осповакцины. Эти векторы продемонстрировали замечательные иммуностимулирующие свойства, в частности, индуцируя активацию CTL без необходимости использования адъювантов [14].

Микробные вакцины

Задолго до открытия вакцин на вирусной основе для иммунотерапии рака использовались вакцины на бактериальной основе. В 1891 году Уильям Коули успешно использовал смеси живых и инактивированных Streptococcus pyogenes и Serratia marcescens для лечения саркомы, что привело к регрессии опухоли [15]. Коули доказал, что разнообразное применение вакцинных векторов на основе бактерий может быть использовано против вариабельных TaaS, доставки цитокинов и нацеливания на иммуносупрессивные молекулы. Известно, что элиминация или конверсия с помощью химиотерапевтических средств или ослабленных листерий, наряду с агентами, убивающими опухоли, в TME с использованием бактериальных векторов повышает эффективность противораковых вакцин у пациентов пожилого возраста [16]. Такие микробы взаимодействуют с иммунными клетками, вызывая воспалительную реакцию и выработку провоспалительных цитокинов, хемокинов и других сигнальных молекул. APC, особенно DC, фагоцитируют бактерии и перерабатывают их, что приводит к появлению TaaS. CD8+ CTL распознают представленные TaaS и активируются, в то время как CD4+ хелперные Т-клетки передают сигналы помощи другим иммунным клеткам. Антитела, вырабатываемые против TaaS, могут напрямую связываться с опухолевыми клетками, способствуя их разрушению.

Бактериальные векторы, такие как Listeria monocytogenes (Lm), Lactobacillus casei (L. casei), Lactobacillus lactis и Salmonella, прошли клинические испытания и продемонстрировали свою способность вызывать как врожденный, так и адаптивный иммунный ответ. Эти бактериальные векторы показали потенциал снижения системной токсичности, тем самым повышая терапевтическую эффективность. Модифицируя бактериальные векторы для экспрессии цитокинов и опухолевых антигенов (TAS), таких как IL-2 или мезотелин, они могут индуцировать целевые иммунные ответы со стороны Т- и NK-клеток, которые специфически распознают опухолевые клетки [17]. Одним из заметных преимуществ использования бактериальных векторов является возможность упростить и удешевить процесс производства и вакцинации за счет обхода проблем, связанных с очисткой целевого антигена. Этот подход предлагает простое и экономичное средство для крупномасштабного производства и введения вакцин [18].

Пептидные вакцины

Фактически, большинство клеток в TME дифференцируются на основе регуляции эндогенных белков или мутаций в этих белках, являясь подходящей мишенью для вакцин [19]. Основная цель пептидного иммуногена — индуцировать защитный Т-клеточный и В-клеточный иммунитет. Пептидные противораковые вакцины включают введение специфических пептидов, полученных из TaaS. Эти пептиды поглощаются APC, в первую очередь DC, которые перерабатывают их и представляют на своей поверхности с использованием молекул основного комплекса гистосовместимости (MHC). CD8+ CTL распознают представленные пептиды в молекулах MHC-I, что приводит к их активации и экспансии. CD4+ хелперные Т-клетки распознают пептиды, представленные в молекулах MHC-II, и передают сигналы помощи другим иммунным клеткам. В-клетки могут активироваться пептидами, представленными DC, что приводит к выработке антител, специфичных к TaaS.

Пептидные вакцины обладают рядом преимуществ, включая простоту синтеза, низкие производственные затраты, низкий канцерогенный потенциал и высокую химическую стабильность. Однако они могут проявлять низкую иммуногенность [20, 21]. Несмотря на ряд преимуществ, пептиды обычно более иммуногенны при использовании с адъювантами следующего поколения, чем без них. Конкретные ограничения старых адъювантов включают отсутствие стимуляции клеточного иммунитета, деградацию при сублимационной сушке и возможность побочных местных реакций; таким образом, новые разработки в системе доставки направлены на преодоление этих недостатков [22, 23]. При разработке этой вакцины обычно избегают веществ, вызывающих побочные реакции, таких как токсины, липиды и липополисахариды.

ДНК- и РНК-вакцины

В вакцинах на основе генов используются ДНК или РНК для доставки кодирующей области антигена, стимулируя иммунный ответ хозяина и выработку выбранных антигенов [24]. Эти вакцины обладают рядом преимуществ. Они могут кодировать полноразмерные опухолевые антигены, обеспечивая презентацию множества эпитопов и широкий Т-клеточный ответ. Вакцинация может активировать дендритные клетки и повышать уровни провоспалительных цитокинов. Могут продуцироваться слитые гены для усиления реакции памяти Т-хелперов. ДНК- и РНК-противораковые вакцины включают введение молекул ДНК или РНК, кодирующих TaaS. Такая молекула поглощается клетками, например, мышечными клетками или DC, и опухолевые антигены (TAA) вырабатывается внутри них. Клетки APC, особенно DC, поглощают опухолевые антигены и представляют их на своей поверхности с помощью молекул MHC. CD8+ CTL распознают представленные TAA на молекулах MHC-I, что приводит к их активации и экспансии. CD4+ хелперные Т-клетки распознают TaaS, представленные молекулами MHC-II, и передают сигналы помощи другим иммунным клеткам. В-клетки могут активироваться TaaS, представленными DC, что приводит к выработке антител, специфичных к TaaS.

Вакцины на основе экзосом

Экзосомы, загруженные TaaS или нуклеиновыми кислотами, кодирующими TaaS — еще один подход в противораковой вакцинации. Эти экзосомы поглощаются клетками APCs, в первую очередь DCS, которые активируются и усиливают свои антигенпредставляющие способности. TAA, доставляемые экзосомами, обрабатываются и представляются на поверхности DC с помощью молекул. CD8+ CTL распознают представленные TAA на молекулах MHC-I, что приводит к их активации и экспансии. CD4+ хелперные Т-клетки распознают TaaS, представленные молекулами MHC-II, и передают сигналы помощи другим иммунным клеткам. В-клетки могут активироваться TaaS, представленными DC, что приводит к выработке антител, специфичных к TaaS. Антитела могут напрямую связываться с опухолевыми клетками, способствуя их разрушению, и индуцируется реакция памяти для усиления иммунной защиты. Это перспективная область исследований для разработки вакцин, поскольку они ведут себя как сигнальные молекулы в продвижении рака и ремоделировании TME [25]. Хотя экзосомы также способны доставлять функциональные РНК к клеткам-мишеням, в сочетании с иммуностимулирующими агентами они могут запускать мощные противоопухолевые реакции CD8+ Т-клеток, служа полезными биомаркерами при скрининге рака и в ранней диагностике [26].

Рисунок 1. Механизм действия противораковых вакцин на основе дендритных клеток, пептидных вакцин и РНК-вакцин.

Перспективы и ограничения

Известно, что опухолевые клетки проявляют генетическую нестабильность, приводящую к многочисленным соматическим мутациям, таким как делеции, вставки, точечные мутации и транслокации. Эта генетическая сложность может привести к выработке аномальных белков, что делает их привлекательными мишенями для иммунотерапии. Сосредоточив внимание на специфичных для пациента белках, иммунотерапия предлагает потенциальное решение проблем, связанных с иммунологической толерантностью и эффективностью лечения [27].
Недавние достижения показали потенциал вакцино-иммунотерапии для точного нацеливания на конкретные опухоли в определенных областях тела, что позволяет проводить индивидуальные вмешательства на клеточном и тканевом уровне. Эти прорывы представляют собой прогресс в стратегиях лечения рака, предлагая многообещающие результаты в глобальном масштабе. Но важно учитывать ограничения и потенциальные побочные эффекты противораковых вакцин. Гетерогенность опухоли, иммуносупрессивные ТМЕ и механизмы иммунной толерантности создают значительные проблемы для эффективности вакцины. Идентификация подходящих TaaS и выбор оптимальных адъювантов остаются критически важными для успешной разработки вакцины, и общая эффективность противораковых вакцин может варьироваться в зависимости от типов рака и отдельных пациентов, что подчеркивает персонализированный подход. Распространенные побочные эффекты включают боль в месте инъекции, головную боль, гриппоподобное заболевание, лихорадку, тошноту, диарею, сыпь, эритему, зуд, миалгию и одышку. Серьезные побочные эффекты встречаются реже, но могут включать нарушения иммунной системы, психические расстройства и тромбоэмболию легочной артерии. В некоторых случаях наблюдались различные уровни токсичности. Вакцины и их адъюванты также могут приводить к дополнительным осложнениям, таким как гипонатриемия, повышение активности печеночных ферментов, анемия, колит и повышение уровня креатинина. Кроме того, индуцированные вакциной иммунные реакции, особенно Т-клеточные, потенциально могут вызывать псевдопрогрессирование опухоли [28]. Важно тщательно отслеживать такие реакции, связанные с иммунитетом, и управлять ими, чтобы обеспечить безопасность и эффективность противораковых вакцин.