Immunterapi af cancersygdomme

Immunterapi som behandlingsregimen mod kræft har ændret sig meget i løbet af det seneste tiår. Det gælder i eksperimentel klinisk praksis, men ikke mindst konceptuelt. Den øgede viden om basale immunologisk regulatoriske mekanismer, udtrykket af tumorspecifikke kræftcellers antigener samt karakterisering af immunologiske »faresignaler« har medført, at der i dag er grundlag for at designe langt mere sofistikerede strategier til immunologisk intervention mod kræft. Immunsystemet har en helt enestående evne til at bekæmpe infektioner. Profylaktisk immunterapi (vaccination) er således blandt de største succeser i moderne medicin. På samme måde har vaccination mod virusinducerede kræftformer vist sig at have præventiv effekt (1). Imidlertid er immunologisk behandling af kræft i klinikken en anden og vanskeligere situation. Her er kræftcellerne veletablerede i patienten, og vores viden om terapeutiske vaccinationer er langt mere begrænset. Imidlertid danner ny viden både om tumorgenese og tumorimmunologi, samlet over den seneste årrække, grundlag for en lang række forskellige immunologisk baserede forsøg med immunterapi, både i dyremodeller og i klinikken. Monitoring og forskning i den biologi, som ligger bag induktion af klinisk relevante immunologiske responser, vil uden tvivl medvirke til at forbedre eksisterende immunmodulerende behandlinger samt tilvejebringe helt nye strategier på området. I denne artikel giver vi en oversigt over de vigtigste nye resultater inden for basal og klinisk tumorimmunologi, samt over de vigtigste teknologiske fremskridt.

Siden forrige århundrede har forskere studeret interaktionen mellem kræftceller og celler fra immunsystemet, for derved at få øget viden om kroppens immunrespons mod tumorer og dermed også øge mulighederne for at kunne skabe en effektiv immunterapi af kræftsygdomme. Allerede i 1890'erne begyndte William Coley at behandle cancerpatienter med bakterieekstrakter (Coleys toksiner) for derved at aktivere et systemisk immunrespons. Han observerede, at potentielt fatale bakterieinfektioner i enkelte tilfælde kunne inducere en spontan regression af tumorer (2).

Burnet formulerede i 1970 the immune surveillance theory (3), hvor han argumenterede for, at der i raske individer ofte opstår maligne celler, men at disse normalt elimineres af immunforsvaret. Selv om vi i dag ved, at immunforsvaret aktiveres af og reagerer imod en lang række forskellige cancerformer, er spontan regression af tumorer som følge af en immunologisk reaktion dog kun beskrevet i sjældne tilfælde.

I de seneste år er der sket bemærkelsesværdige fremskridt i forståelsen af immunforsvarets reaktion imod cancer og af de cellulære interaktioner, som er nødvendige for at udvikle et specifikt anti-cancerimmunrespons. Det er således vist, at immunforsvaret reagerer imod tumorantigener in vivo, og at sådanne immunresponser er associeret med en forbedret prognose (4, 5). Et betydningsfuldt skridt mod en bedre forståelse af immunsystemets forsøg på at bekæmpe kræftceller baserer sig på karakteriseringen af de kræftcelleassocierede antigener, som genkendes på kræftcellen af immunsystemets T-celler. Ligeledes har en øget indsigt i basale immunregulatoriske mekanismer bidraget til en større forståelse af interaktioner mellem kræftceller og celler fra immunsystemet.

En lang række kliniske forsøg har over den seneste årrække vist, at det er muligt at initiere eller forstærke et immunrespons mod kræft. Hele området er stadig meget forskningsbaseret, og randomiserede behandlingsforsøg er endnu få. En stor mængde data tyder dog på, at cytokinbaseret immunterapi, adaptiv immunterapi samt deciderede tumorvacciner i fremtiden kan blive en vigtig behandling af forskellige kræftformer. I denne oversigt vil vi først give en kort opdatering af cellulær- og tumorimmunologi, og derefter gennemgå resultaterne af de seneste års vigtigste forskning i cancerimmunologien og den nuværende status for udviklingen af en effektiv immunologisk baseret behandling af cancer.

Cellulær immunologi

Den vigtigste celletype i det T-cellemedierede immunsystem er T-lymfocytten, af hvilke der findes to hovedtyper; den CD4-positive T-celle (T-hjælpercelle) og den CD8-positive T-celle (den cytotoksiske T-celle; CTL). Det cellemedierede immunsystem aktiveres ved, at T-lymfocytternes antigenreceptor (T-cellereceptoren; TCR) binder til antigen. I modsætning til antistoffer frigives TCR ikke, men forbliver på T-cellens overflade og er her i stand til at aktivere T-cellen. Antigen-receptoren på T-cellen er ikke i stand til at genkende frit antigen, men reagerer mod proteolytisk nedbrudte proteinfragmenter (peptider) præsenteret af særlige peptidbindende molekyler (MHC-molekyler; vævstypemolekyler eller HLA i det humane system) på overfladen af kroppens celler (6) (Fig. 1 ). MHC-molekyler præsenterer således peptider, der er deriveret fra intracellulære proteiner på celleoverfladen. MHC-molekylerne inddeles på baggrund af deres struktur og funktion i to grupper, klasse I og klasse II; klasse I-MHC er udtrykt på overfladen af (næsten) alle celler, mens klasse II-MHC kun er udtrykt på særlige antigenpræsenterende celler (APC). Klasse II-MHC og APC (især dendritiske celler [DC] og makrofager) spiller en vigtig rolle i aktiveringsfasen af et cellulært immunrespons, mens klasse I-MHC spiller en rolle både i aktiverings- og effektorfasen. Initiering af et cellulært immunrespons kræver således, at antigenet præsenteres for en CD4-T-celle af et klasse II-MHC-molekyle på overfladen af en APC.

APC spiller en hovedrolle i det cellulære immunsystem ved at opsamle antigen perifert i kroppen, migrere til lymfeknuder og her aktivere de T-celler, der har en TCR, som er i stand til at genkende det pågældende antigen. De aktiverede T-celler vil herefter dele sig og migrere ud i det perifere væv, hvor de vil dræbe de celler, der præsenterer det pågældende antigen på MHC-klasse I (Fig. 2 ). APC's centrale betydning for aktivering af et immunrespons illustreres af, at T-cellens genkendelse af antigen uden initiel aktivering af APC, kan føre til T-cellens død eller tab af dens evne til at blive aktiveret. Alle disse cellulære interaktioner er nøje reguleret bl.a. ved hjælp af cytokiner samt af et stort antal forskellige overfladeproteiner på de involverede celler.

Tumorimmunologi

Malign transformation er resultatet af en række genetiske ændringer i cellen og ledsages derfor i mange tilfælde af ekspression af potentielt antigene, tumorspecifikke eller tumorassocierede proteiner. Peptidfragmenter af muterede eller abnormt forekommende proteiner er oplagte kandidater for antigenpræsentation via MHC og kan her til en vis grad sammenlignes med antigen fra bakterier eller virus. Der er i de seneste år karakteriseret en række peptidantigener, som udtrykkes af cancerceller, præsenteres af MHC og genkendes af kroppens T-celler (7). Disse banebrydende fund har vist, at der i kræftpatienter foregår en immunologisk genkendelse af kræftantigener på en måde, der i princippet ligner det, der sker ved en virusinfektion (8). Malignt melanom er den cancertype, som især har haft immunologers interesse, da de ofte i særlig grad er infiltreret af mononukleære celler som T- og NK-celler. I flere studier har man vist, at en kraftig infiltration af lymfocytter i den primære melanomlæsion er associeret med en bedre prognose (4).

Med de givne data kan det undre, at immunsystemet ofte er ude af stand til at nedkæmpe kræftcellerne. I det seneste tiår er det imidlertid blevet afsløret, at initiering af et immunrespons kræver »faresignaler«, som i nogle tilfælde kan komme til udtryk via molekyler på celleoverfladen, men som ofte først kommer til udtryk, ved at en celle undergår nekrose og slipper cytoplasmatisk materiale ud i omgivelserne. Hvis kræftcellen således er i stand til at dele sig uden afgivelse af faresignaler, vil cancercellevækst kunne ske uden immunsystemets aktivering på trods af tilstedeværelsen af antigener på celleoverfladen. En nærmere cellulær og molekylærbiologisk karakterisering af de signaler, som immunsystemet opfatter som »faresignaler«, i kombination med karakterisering af de antigener, der genkendes på kræftcellerne, er af stor vigtighed for at øge forståelsen af de mekanismer, der er med til at initiere et immunrespons.

De seneste års intensive forskning inden for tumorimmunologi har som nævnt ført til identificeringen af en lang række cancerspecifikke T-celleantigener. Størstedelen af disse antigener er karakteriseret i malignt melanom, men en del antigener er også karakteriseret i fx prostatakræft, brystkræft og nyrekræft samt leukæmi og lymfom. Generelt kan disse antigener inddeles i tre katagorier: 1) Unikke tumorantigener, som kun udtrykkes i den tumor, i hvilken de er identificeret. Unikke tumorantigener er som hovedregel produktet af en mutation eller en gentranslokation. På grund af den individuelle karakter af disse antigener kan disse kun vanskeligt bruges i en decideret vaccine. 2) Vævsspecifikke differentieringsantigener, som udtrykkes i tumorer, men også i det normale væv, hvorfra tumoren er udviklet. Eksempler herpå er gp100, tyrosinase og MART-1, som udtrykkes både i normale melanocytter og i melanomceller. 3) Tumorantigener som udtrykkes i mange tumorer, men som ikke udtrykkes i normalt væv. Flere laboratorier fokuserer på at identificere generelle tumorantigener, som er nødvendige for tumorcellens vækst og som udtrykkes i flere forskellige cancerformer. Det første antigen, som lever op til disse krav blev identificeret for få år siden; telomerase. Indtil videre er tre peptidantigener identificeret fra dette protein (9), og T-celler rettet mod disse epitoper er i stand til at lysere tumorceller in vitro. For ganske nylig blev et andet meget spændende protein beskrevet som værende mål for immunologisk genkendelse i kræftpatienter (10, 11). Dette protein, survivin, udtrykkes af næsten alle kræftceller og har en vigtig funktion, idet det medvirker til, at kræftcellen kan undgå normal celledød (apoptose) (12).

Immunterapi

Generelt kan immunterapi af kræft opdeles i aktiv/passiv og specifik/non-specifik immunterapi. Den passive form for immunterapi baserer sig på brugen af celler eller molekyler med en specifik eller non-specifik immunologiske effekt. Denne form for behandling er i princippet ikke afhængig af et aktivt cellulært immunsystem hos patienten. Derimod repræsenterer den aktive immunterapi en strategi, hvor man inducerer eller forstærker et specifikt eller non-specifikt immunrespons mod kræftcellen.

Aktiv immunterapi

Klinisk anvendelse af cytokiner

Cytokiner er molekyler med auto- eller parakrin effekt, som primært produceres af celler, der aktivt deltager i det cellulære immunrespons. Disse har specifikke funktioner og indvirker på centrale områder af immunsystemet, fx ved at aktivere eller inhibere et immunrespons. En række cytokiner er i kliniske forsøg anvendt til behandling af forskellige kræftformer. Det gælder interferon-alfa (IFNα ), interleukin-2 (IL-2), IL-4, IL-6, IL-7, IL-12 og granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) med flere. I den aktuelle over- sigt vil vi hovedsageligt fokusere på anvendelsen af IL-2 og IFNα .

IL-2 er med størst effekt anvendt ved metastatisk malignt melanom og renalcellekarcinom. 15-20% af patienterne med metastaserende malignt melanom og renalcellekarcinom responderer på højdosis intravenøs administreret IL-2 (13-15) (Tabel 1 og Tabel 2 ). Af disse er en tredjedel uden tegn på sygdom efter behandling og størsteparten er fortsat uden tegn på sygdom efter 10-15 år (14, 28, 29). Ved anvendelse af IFNα er der ligeledes opnået langtidsoverlevelse hos en mindre fraktion af patienter (16, 23), og man har derfor anvendt IFNα i kombination med IL-2. En additiv effekt er dog ikke vist i nogen randomiseret undersøgelse.

Interferon-α er desuden søgt anvendt som adjuverende behandling til malignt melanom-patienter med høj risiko for recidiv. Ved anvendelse af meget høje doser IFNα er der i to undersøgelser vist en overlevelsesgevinst (30, 31), mens man i en tredje undersøgelse ikke har kunnet påvise en sådan (32). Der hersker fortsat uenighed om, hvorvidt højdosis IFNα bør være standardbehandling ved denne patientgruppe, og behandlingen har i lighed med højdosis IL-2 mange bivirkninger. I Norden - og herunder universitetsklinikkerne i Århus og Odense - undersøges for tiden effekten af intermediær dosering af IFNα i et randomiseret fase III-studie.

Kombinationsregimener med kemoterapi og IL-2 for metastaserende malignt melanom har medført højere responsrater end IL-2 alene. Anvendte kemoterapeutika er cisplatin i kombination med IL-2 og IFNα med responsrater på 27-49% (19, 21, 33, 34). Herudover er specielt kombinationen af cisplatin, vinblastin og dacarbacin (CVD) med højdosis IL-2 og IFNα anvendt med en responsrate på 64% (22). Disse kombinationsregimener medfører sædvanligvis meget udtalte bivirkninger, og der foreligger i dag ikke studier, som viser en forbedret overlevelse af kemo-immunterapi i forhold til IL-2 og/eller IFNα . Ligeledes er der heller ikke for metastaserende renalcellekarcinom påvist en øget overlevelse ved kombinationen af IL-2 og kemoterapeutika (Tabel 1 og Tabel 2).

Et nyt behandlingsprincip baserer sig på IL-2 kombineret med antioxidantbehandling (35). På universitetskl inikkerne i Århus og Odense er to fase II-undersøgelser af IL-2, IFN og histamin ved metastaserende malignt melanom og metastaserende renalcellekarcinom netop afsluttet. Resultater fra renalcellekarcinomprotokollen (27) foreligger og har medført, at man for tiden afprøver et behandlingsregimen med en højere IL-2-dosis med og uden histamin i et randomiseret fase II-studie. De kommende års forskning vil afgøre, om dette behandlingsprincip er forbundet med en forbedret overlevelse.

På Amtssygehuset i Herlev pågår der en fase II-undersøgelse af elektrokemoterapi efterfulgt af lavdosisinterleukin-2 hos patienter med metastatisk malignt melanom. Her anvendes elektriske pulser til at permeabilisere tumorceller, hvorved kemoterapi lettere trænger over cellemembranen og et betydeligt drab af tumorceller kan opnås. Muligvis tjener dette hurtige celledrab som et immunologisk »faresignal«. Desuden er det sandsynligt, at tumorantigener frigives som følge af cellepermeabiliseringen. Behandlingen understøttes af lokale, daglige injektioner med interleukin-2. Foreløbige resultater peger på, at behandlingen er aktiv og har begrænsede bivirkninger. ELISPOT-analyser af perifert cirkulerende lymfocytter har påvist behandlingsinducerede T-lymfocytresponser på kendte melanomantigener.

Som beskrevet senere i teksten, bruges cytokiners unikke evne til at forstærke et immunrespons, også i en stor del af de cancer- og antigenspecifikke behandlingsstrategier.

Non-specifikke cancervacciner

Visse cancervacciner er afhængige af patientens vævstype, eksempelvis er peptidvacciner indrettet på en udvalgt vævstype. Andre vacciner, som fx Coleys toksin, tumorlysat eller elektrokemoterapi kan anvendes uden hensyntagen til vævstype.

Selv om man i dag har identificeret en lang række tumorantigener, ved man kun meget lidt om, hvilke antigener der mest effektivt kan inducere et stærkt antitumorimmunrespons. Derfor har man i mange vacciner, især dem der er rettet mod melanom, nyre- og tyktarmskræft, benyttet tumorceller som kilde til antigen (36). Til dette formål kan tumorceller udtages fra en patient, inaktiveres (bestråles) og genindsprøjtes i patienten som en vaccine. Forskere, som benytter denne metode, prøver typisk at øge effekten ved tilsætning af en passende adjuvans (fx QS-21, incomplete Freund' s eller BCG), eller ved at transfektere cellerne med et gen, som producerer et immunstimulerende protein (fx IL-2, GM-CSF eller IL-7) (37, 38). Sådanne studier er ofte begrænset til at omfatte patienter med dissemineret sygdom, således at man kan isolere tumorceller fra patienterne og etablere en cellelinje i laboratoriet. Til gengæld afhænger immuniseringer af denne karakter ikke af kendskabet til dominante antigener, og yderligere vil unikke antigener, som er udtrykt i den enkelte patient, også indgå. Der er foretaget flere mindre forsøg af denne type, og i flere tilfælde er der induceret tumorregression (36).

I flere studier har man vist, at effekten øges væsentligt, når GM-CSF suppleres til forskellige vacciner (39). Brugen af GM-CSF i klinikken har, i lighed med brugen af mange andre cytokiner, først og fremmest en fremtid som kombinationsbehandling, som en del af en sammensat behandlingsstrategi. Cytokiner bliver da også brugt i forskellige kombinationer i de vaccinationsforsøg, som foregår både i USA og Europa. Det vil dog være vanskeligt at sammenligne data mellem de enkelte patienter og afdække i hvor høj grad immuniteten af den autologe kræftcelle har indflydelse på responsraten.

En lettere tilgængelig cellebaseret metode til vaccination af patienter er brugen af allogene tumorceller, altså tumorceller fra en anden patient. Fordelen ved sådan en metode er, at man kan behandle patienterne tidligere i forløbet, idet de tumorceller, der bruges som antigenmateriale, allerede er etableret i laboratoriet. Man kan således fx immunisere patienter inden påvist metastatisk sygdom. Mindre kliniske forsøg af den type er foretaget, i nogle tilfælde med induktion af komplette responser. I det største randomiserede forsøg med tumorlysat, blev patienter med metastatisk melanom behandlet med et lysat af allogene tumorceller, der var transfekteret med vacciniavirus for at opnå øget inflammation, men der blev ikke observeret effekt af behandlingen i forhold til kontrolgruppen (vacciniavirus alene) (40).

En ny terapeutisk strategi med allogent tumormateriale blev forsøgt i behandling af patienter med metastatisk renalcellekarcinom. Her blev allogene dendritiske celler fusioneret med autologe tumorceller og givet subkutant til patienterne (41). Rationalet var at kombinere tumorcellens udtryk af antigener med den dendritiske celles unikke evne til at præsentere antigen og aktivere T-celler. Efter et followup på 13 måneder, havde fire patienter af 17 et komplet respons, mens to patienter havde reduktion af tumormassen med mere end 50%. Der var således en responsrate på (seks af 17) 41%, og immunologisk monitorering viste, at flertallet af patienterne havde tumorspecifikke T-celler i blodet efter behandling. Europæiske klinikker er nu i gang med at foretage lignende kliniske forsøg samt følge langtidseffekten af de allerede behandlede patienter.

Vaccination med de såkaldte heat-shock -proteiner repræsenterer endnu en alternativ vaccinationsstrategi. De peptider, som binder til cellens MHC-molekyler og præsenteres på celleoverfladen, transporteres fra cellens cytoplasma til det endoplasmatiske reticulum ved en kompliceret proces (Fig. 1). I dag ved man, at heat-shock-proteiner fungerer som vigtige hjælpemolekyler i denne proces (42). Tumorisolerede heat-shock -proteiner menes at binde hele repertoiret af potentielt immunogene peptider fra disse celler. Det er netop beskrevet, at DC udtrykker en receptor, der specifikt binder heat-shock -proteinet gp96. Herved optages proteinet, og de peptidantigener, som er bundet hertil, kan præsenteres på den dendritiske celle (43). In vivo repræsenterer heat-shock-proteinerne et immunologisk »faresignal«. En terepeutisk brug af heat-shock -proteiner synes derfor at være særlig attraktiv, fordi den kombinerer fordelene fra både celle- og peptidvaccinen. Den benytter et bredt spektrum af tumorcellederiverede peptider, uden at man nødvendigvis har identificeret disse antigener. Derudover placerer heat-shock -proteinet gp96-antigenerne direkte i den mest potente antigenpræsenterende celle - DC'en. Resultaterne fra det første kliniske pilotstudie af disse vacciner i mennesker blev publiceret for nylig (44), og viste, at heat-shock -proteiner er i stand til at inducere tumorspecifikke responser. Ingen af patienterne opnåede et egentlig klinisk respons, men flere af patienterne opnåede, at sygdommen blev stabiliseret i kortere eller længere perioder. Ikke uvæsentligt blev der ikke observeret nogen form for autoimmunitet i patienterne. De næste års forskning vil vise, om denne type vaccine repræsenterer en effektiv immunterapi mod cancer.

Specifikke cancervacciner

Da en lang række tumorantigener i dag er identificeret og karakteriseret, er det muligt at designe vacciner imod specifikke cancerantigener. Kliniske forsøg har været i gang i en årrække både i Europa og USA, og flere forskellige strategier har været benyttet. I de senere år har brugen af peptidantigen sammen med DC vundet indpas, hvor peptider i tidligere kliniske forsøg blev givet alene eller sammen med en syntetisk adjuvans. I et af de allerførste forsøg af denne type blev HLA-A1-positive stadie IV-melanompatienter vaccineret med et MAGE-3-peptid alene og et klinisk respons blev observeret i syv ud af de 25 behandlede patienter. Tre patienter oplevede komplet regression,