Роль иммунологических параметров периферической крови в качестве предиктивных маркеров у онкологических больных: прогностическая роль индекса нейтрофилы/лимфоциты

DOI: https://dx.doi.org/10.18565/pharmateca.2019.7.28-32

11.06.2019
22

1) Научный медицинский исследовательский центр онкологии онкологии им. Н.Н. Петрова, Санкт-Петербург, Россия; 2) Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Санкт-Петербург, Россия

Соотношение нейтрофилов и лимфоцитов представляет собой простой и информативный прогностический биомаркер у больных злокачественными опухолями. В данном обзоре рассмотрены роль нейтрофилов при онкологических процессах и иммунологические основы их взаимодействия с лимфоцитами в процессе развития анергии Т-лимфоцитов. Представлены примеры клинического применения данного соотношения в качестве предиктивного и прогностического маркеров, а также его связь с некоторыми другими факторами.

Введение

Нейтрофилы, известные как полиморфно-ядерные лейкоциты, являются наиболее распространенным типом клеток периферической крови человека. Нейтрофилы созревают в костном мозге в большом количестве (~1011 клеток в сутки) и считаются важными эффекторными клетками врожденного иммунитета. В гомеостатических условиях они попадают в кровообращение, мигрируют в ткани, играют ключевую роль в воспалительных процессах и биологической защите человека. Классическая точка зрения – это мономорфная популяция, однако в настоящее время показано, что нейтрофилы представляют собой транскрипционно активные комплексные клетки, обладающие большой фенотипической гетерогенностью и функциональной универсальностью. Нейтрофилы обнаруживают зону заражения или повреждения, запускают процесс фагоцитоза, дегрануляции, высвобождение ядерного материала в виде внеклеточных ловушек нейтрофилов (от англ. Neutrophil Extracellular Traps); секретируют хемокины и цитокины, мобилизуют моноциты из периферической крови в ткани и способствуют их созреванию в макрофаги, регулируют функцию макрофагов для долгосрочных иммунных реакций, активируют компоненты адаптивного иммунитета, играют роль в формировании клеток иммунологической памяти, активно участвуют в развитии некоторых заболеваний, включая рак [10, 19, 22, 24, 26, 36].

Роль нейтрофилов в онкогенезе

Показано, что нейтрофилы могут участвовать в онкогенезе, включая инициацию опухоли, рост, пролиферацию и метастазирование [9, 35]. Рецепторы нейтрофилов CXCR2 привлекаются лигандами CXCL1, CXCL2, CXCL5 опухолевых клеток и элементами опухолевого микроокружения, играют центральную роль в процессах воспаления внутри опухолевых очагов [9, 23]. Инициации опухоли может способствовать высвобождение нейтрофилами активных форм кислорода (ROS), азота (RNS), протеаз; пролиферации опухоли: перенос нейтрофильной эластазы в опухолевые клетки опосредованной деградацией субстрата рецептора инсулина (IRS1) и активацией PI3K сигнального пути. Следует отметить, что продукция iNOS в нейтрофилах также может стимулироваться путем повышения регуляции рецептора тирозинкиназы MET [11]. Важным механизмом участия нейтрофилов в опухолевом процессе является индукция ангиогенеза с помощью продукции сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGFA), прокинетицина-2 (PROK-2) или матриксной металлопротеиназы-9 (ММР-9). Кроме того, нейтрофилы могут стимулировать метастазирование опухоли, подавляя естественную киллерную функцию NK-клеток (NK – от англ. Natural Killer) и облегчая экстравазацию опухолевых клеток. Противоопухолевый ответ CD8+ Т-лимфоцитов может подвергаться угнетению синтазой оксида азота (iNOS) или аргиназой-1 (ARG1), высвобождаемой нейтрофилами при стимуляции их трансформируюшим ростовым фактором-β (TGFβ) [3, 13, 30, 33, 38, 40].

В настоящее время описаны субпопуляции полиморфноядерных нейтрофильных миелоидных супрессорных клеток (от англ. Polymorphonuclear Neutrophils Myeloid-Derived Suppressor Cells), которые в патологических условиях подавляют активацию и пролиферацию Т-лимфоцитов, модулируют противоопухолевый иммунный ответ [37, 39].

Таким образом, роль нейтрофилов в онкогенезе сложная и многокомпонентная: они могут способствовать опухолевому росту, но могут подавлять метастазирование, как это показано для рака легких. Это различие в функциях может быть связано с существованием различных субпопуляций нейтрофилов, в т.ч. при разделении их на субпопуляции N1 и N2 [9, 12, 35].

Интересным оказалось изучение индекса нейтрофилы/лимфоциты (ИНЛ) и роль лимфоцитов в период клеточной кооперации нейтрофилы/лимфоциты, обусловленной опухоль-индуцированной Т-клеточной дисфункцией.

Иммунологические основы анергии Т-лимфоцитов

Известно, что активация и дифференцировка Т-лимфоцитов строго контролируются в зависимости от контекста, в котором «наивные» Т-клетки распознают антиген с образованием эффекторных Т-клеток и Т-клеток-памяти, реализацией генетически запрограммированного иммунного ответа. В то же время активация Т-лимфоцитов может вызывать их дисфункцию, включая истощение, толерантность, анергию или старение. Принято считать, что при прогрессировании опухолевого процесса Т-клетки находятся в функционально «истощенном» состоянии вследствие высокой опухоль-антигенной нагрузки и воздействия иммуносупрессивных факторов микроокружения опухоли, гипотетически характерном для хронической инфекции. Эта гипотеза в значительной степени основана на наблюдении за фенотипическими и функциональными характеристиками «истощенных» Т-клеток при хронических инфекциях и при исследовании опухоль-инфильтрирующих CD8 Т-лимфоцитов (TIL), у которых описано нарушение продукции эффекторных цитокинов, выявление экспрессии ингибирующих рецепторов, включая PD-1, LAG-3, 2B4, TIM-3, CTLA-4, изменение в сигнальных путях, характерных для «истощенных» Т-клеток [14, 28, 29, 34].

Показано, что микроокружение опухоли подавляет митохондриальный биогенез Т-клеток, приводит к внутриклеточной метаболической недостаточности и дисфункции. Геномный транскриптомный анализ Т-клеток Melan-A/Mart-1-specific CD8, выделенных из метастазов больных меланомой, выявил профиль «истощенных» Т-лимфоцитов, соответствующий «истощенным» Т-клеткам мышей в процессе хронической инфекции клона LCMV 13 [5].

Заражение экспериментальных мышей вирусом LCMV-13 определило прототип модели функционального нарушения Т-клеток, называемого истощением Т-лимфоцитов, с прогрессивным снижением продукции интерлейкина-2, фактора некроза опухоли-α, интерферона-γ и неспособностью лизировать инфицированные клетки-мишени.

Анализ «истощенных» Т-лимфоци-тов привел к значительным открытиям, таким как идентификация PD-1, ключевой ингибиторный рецептор, участвующий в основных функциях Т-клеток. Профилирование экспрессии генов мышиных Т-лимфоцитов показало, что «истощение» этих клеток связано с многочисленными молекулярными изменениями, влияющими на гены, регулирующие экспрессию ко-рецепторов, хемотаксис, адгезию, миграцию, метаболизм и энергетические процессы. В совокупности эти изменения характеризовали прогрессирующую потерю эффекторных функций Т-лимфоцитов, высокую и устойчивую экспрессию ингибирующих рецепторов, метаболическую дисрегуляцию, нарушение формирования иммунологической памяти, гомеостатического самообновления, обновления транскрипционных и эпигенетических программ, приобретение профиля функционального истощения Т-лимфоцитов [20].

Недавно установлено, что функцио-нально истощенные Т-клетки – это гетерогенная лимфоидная популяция, включающая субпопуляции с уникальными характеристиками и разнообразными ответами на блокаду контрольных точек иммуноонкологическими препаратами. Несомненно это обусловлено биологическими особенностями организма, формированием иммунного ответа на опухоль, заложенными в фармакокинетике иммуноонкологических препаратов. В то же время при изучении фармакодинамики, предиктивных или прогностических биомаркеров были выявлены уникальные проблемы нашего незнания многих аспектов формирования противоопухолевого иммунного ответа [31].

В связи с этим важным становится характеристика иммуногенных и неиммуногенных опухолей, опухолевого микроокружения в контексте использования иммуноонкологических препаратов и оценки ИНЛ в клинической практике. В иммуногенной опухоли выявляются многие иммунологические маркеры, в т.ч. CD8- и CD4-Т-лимфоциты, PD-L1, гранзим Б и CD45RO (Т-клетки памяти), способствующие эффективному разрушению опухоли под воздействием антител к ингибиторам контрольных точек (анти-PD-1, анти-CTLA-4 и др.). Опухоли, у которых отсутствует экспрессия большинства ключевых иммунологических маркеров, указывают на неиммуногенное микроокружение и требуют комбинированной терапии, в которую входят агент(ы), способствующие созданию иммуногенного микроокружения.

В настоящее время становится понятным, что для достижения устойчивого клинического эффекта в лечении злокачественных новообразований необходимо наличие или образование иммуногенного опухолевого микроокружения в процессе «стандартного» и экспериментального лечения, которое может способствовать длительным клиническим эффектам и излечению от рака.

Потенциальные агенты комбинированной терапии в нашей модификации представлены в таблице.

Клиническое применение ИНЛ

Многократно описано увеличение ИНЛ в ассоциации с прогрессированием опухолевого процесса, чувствительностью к химиотерапии, лучевой терапии, токсичностью, с неблагоприятным прогнозом для некоторых нозологических форм злокачественных новообразований [6, 7, 25, 32].

В то же время ИНЛ как предиктивный маркер эффективности иммунотерапии, комбинированной иммунотерапии иммуноонкологическими препаратами, активации ко-стимулирующих сигналов в контексте изучения иммуногенного и неиммуногенного опухолевого микроокружения, гетерогенной популяции нейтрофилов и «истощенных» Т-лимфоцитов в настоящее время представлен фрагментарно в ограниченном числе публикаций.

Вместе с тем D.B. Sacdalan et al. (2018) [27] провели мета-анализ по результатам опубликованных исследований и показали, что ИНЛ до лечения коррелировал с другими биомаркерами, отражал элементы системного воспаления, связанного с прогнозом при сóлидных опухолях и терапии ингибиторами иммунных контрольных точек (ИКТ). Прямая корреляция была обнаружена для ИНЛ и внутриопухолевых нейтрофилов миелоидного супрессорного гистогенеза. Повышение уровня Т-регуляторных лимфоцитов периферической крови коррелировало с увеличением ИНЛ и ассоциировалось с неблагоприятным прогнозом для пациентов с раком поджелудочной железы.

Регрессионный анализ показал, что пожилые пациенты (74,00±6,58 года) лучше отвечают на лечение PD-1-ингибиторами (ОР=0,226; p=0,01) в отличие от молодых больных (59,00±6,32 года; р<0,001). Эта закономерность отмечена и для ИНЛ: у пожилых пациентов он был ниже (2,84±0,90) по сравнению с молодыми больными (4,26±2,25; р<0,01) и был независимым фактором при разных типах опухолей [4].

Изменение ИНЛ в ответ на терапию ИКТ описано для метастатического почечно-клеточного рака. В исследовании A-K.A. Lalani et al. (2018) медиана наблюдения для этой категории больных составила 16,6 месяца (диапазон: 0,7–67,8). Медиана продолжительности терапии – 5,1 месяца (<1–61,4). Группы риска по критериям IMDC (IMDC от англ. International Metastatic Renal Cell Carcinoma Database Consortium) были: 18% – благоприятный риск, 60% – промежуточный, 23% – плохой. Пациенты находились на 1-й, 2-й и более линиях терапии. Медиана ИНЛ составила 3,9 (1,3–42,4) до лечения анти-PD-1/PD-L1 и 4,1 (1,1–96,4) на шестой неделе. У пациентов с более высоким исходным уровнем ИНЛ была обнаружена тенденция к более низкому полному или частичному ответу, более короткому времени до прогрессирования (ВДП) и низкой общей выживаемости. Более высокий ИНЛ на 6-й неделе наблюдения был статистически значимым предиктором для всех 3 групп риска по сравнению с ИНЛ до лечения анти-PD-1/PD-L1. Относительное изменение ИНЛ≥25% от исходного уровня на 6-й неделе терапии ассоциировалось со снижением частичного ответа и было независимым прогностическим фактором для ВДП (р<0,001) и общей выживаемости (р=0,004), в то время как снижение ИНЛ≥25% было ассоциировано с лучшим ответом на терапию ИКТ [16].

Заключение

Таким образом, ИНЛ становится доступным биомаркером в рутинной клинической практике. Он может использоваться в дополнение к другим прогностическим факторам и новым генетическим предикторам. ИНЛ может использоваться для совершенствования терапевтических алгоритмов и принятия решений в отношении целесообразности проведения иммунотерапии ИКТ и ее сочетания с потенциальными агентами комбинированной терапии. Важно следующее: ИНЛ – легковыполнимый и дешевый прогностический фактор, который может улучшать результаты различных методов иммунотерапии онкологических больных в процессе изучения функциональной активности различных субпопуляций нейтрофилов и лимфоцитов как в опухолевом микроокружении, так и в периферической крови.

Список литературы

1. Alderton G.K. Tumor immunology: TIM3 suppresses antitumor DCs. Nat Rev Immunol. 2012;12(9):620–21. Doi: 10.1038/nri3288.

2. Andrews L.P., Marciscano A.E., Drake C.G., Vignali D.A.A. LAG3 (CD223) as a cancer immunotherapy target. Immunol Rev. 2017;276:80–96. Doi: 10.1111/imr.12519.

3. Antonio N., Bonnelykke-Behrndtz M.L., Ward L.C.,et al. The wound inflammatory response exacerbates growth of pre-neoplastic cells and progression to cancer. EMBO J. 2015;34:2219–36. Doi: 10.15252/embj.201490147.

4. Asna N., Cohen O., Batash R., et al. Is neutrophil-to-lymphocyte ratio a prediction marker for success of immunotherapy? Preliminary results. OJI. 2018;8:29–35. Doi: 10.4236/oji.2018.82003.

5. Baitsch L., Baumgaertner P., Devêvre E., et al. Exhaustion of tumor-specific СВ8+ T cells in metastases from melanoma patients. J Clin Invest. 2011;121(6):2350–60. Doi: 10.1172/JCI46102.

6. Boissier R., Campagna J., Branger N., et al. The prognostic value of the neutrophil-lymphocyte ratio in renal oncology: a review. Urol Oncol. 2017;35:135–41. Doi:10.1016/j.urolonc.2017.01.016.

7. Buisan O., Orsola A., Areal J., et al. Low Pretreatment neutrophil-to-lymphocyte ratio predicts for good outcomes in patients receiving neoadjuvant chemotherapy before radical cystectomy for muscle invasive bladder cancer. Clin Genitourinary Cancer. 2017;15:145–51.e2. Doi: 10.1016/j.clgc.2016.05.004.

8. Chou F.C., Chen H.Y., Kuo C.C., Sytwu H.K. Role of galectins in tumors and in clinical immunotherapy. Int J Mol Sci. 2018;19(2).pill: E430. Doi: 10.3390/ijms19020430.

9. Coffelt S.B., Wellenstein M.D., de Visser KE. Neutrophils in cancer: neutral no more. Nat Rev Cancer. 2016;16:431–46. Doi: 10.1038/nrc.2016.52.

10. Ericson J.A., Duffau P., Yasuda K., et al. Gene expression during the generation and activation of mouse neutrophils: implication of novel functional and regulatory pathways. PLoS ONE. 2014;9:e108553. Doi: 10.1371/journal.pone.0108553.

11. Finisguerra V., Di Conza G., Di Matteo M., et al. MET is required for the recruitment of anti-tumoural neutrophils. Nature. 2015;522:349–53. Doi: 10.1038/nature14407.

12. Granot Z., Henke E., Comen E.A., et al. Tumor entrained neutrophils inhibit seeding in the premetastatic lung. Cancer Cell. 2011;20:300–14. Doi: 10.1016/j.ccr.2011.08.012.

13. Grecian R., Whyte M.K.B., Walmsley S.R. The role of neutrophils in cancer. Br Med Bull. 2018;128(1):5–14. Doi: 10.1093/bmb/ldy029.

14. Grywalska E., Pasiarski M., Gozdz S. Immune-checkpoint inhibitors for combating T-cell dysfunction in cancer. Onco Targets Ther. 2018;11:6505–24. Doi: 0.2147/OTT.S150817.

15. Kondo Y., Ohno T., Nishii N., et al. Differential contribution of three immune checkpoint (VISTA, CTLA-4, PD-1) pathways to antitumor responses against squamous cell. Oral Oncol.2016;57:54–60. Doi: 10.1016/j.oraloncology.2016.04.005.

16. Lalani A-K.A, Xie W., Martini D.J., et al. Change in neutrophil-to-lymphocyte ratio (NLR) in response to immune checkpoint blockade for metastatic renal cell carcinoma. J. Immunother. Cancer. 2018;6:5. Doi: 10.1186/s40425-018-0315-0.

17. Lan X., Li S., Gao H., et al. Increased BTLA and HVEM in gastric cancer are associated with progression and poor prognosis. Onco Targets Ther. 2017;10:919–26. Doi: 10.2147/OTT.S128825.

18. Long L., Zhang X., Chen F., et al. The promising immune checkpoint LAG-3: from tumor microenvironment to cancer immunotherapy. Genes & Cancer. 2018;9:5–6. Doi: 10.18632/genesandcancer.180.

19. Mayadas T.N., Cullere X., Lowell C.A., et al. The multifaceted functions of neutrophils. Ann Rev Patol. 2014;9:181–218. Doi: 10.1146/annurev-pathol-020712-164023.

20. McLane L.M, Abdel-Hakeem M.S., Wherry E.J. CD8 T cell exhaustion during chronic viral infection and cancer. Ann Rev Immunol. 2019. Doi: 10.1146/annurev-immunol-041015-055318.

21. Le M.I., Chen W., Lines J.L., et al. VISTA regulates the development of protective antitumor immunity. Cancer Res. 2014;74(7):1933–44. Doi: 10.1158/0008-5472.CAN-13-1506.

22. Mishalian I., Granot Z., Fridlender Z.G., et al. The diversity of circulating neutrophils in cancer. Immunobiol. 2017;222:82–8. Doi: 10.1016/j.imbio.2016.02.001.

23. Mizuno R., Kawada K., Itatani Y., et al. The role of tumor-associated neutrophils in colorectal cancer. Int J Mol Sci. 2019;20:529. Doi:10.3390/ijms20030529.

24. Netea M.G., Joosten L.A., Latz E., et al. Trained immunity: a program of innate immune memory in health and disease. Science. 2016;352:6284. Doi: 10.1126/science.aaf1098.

25. Personeni N., Giordano L., Abbadessa G., Porta C.,et al. Prognostic value of the neutrophil-to-lymphocyte ratio in the ARQ 197-215 second-line study for advanced hepatocellular carcinoma. Oncotarget. 2017;8:14408–15. Doi: 0.18632/oncotarget.14797.

26. Rosales C. Neutrophil: a cell with many roles in inflammation or several cell types? Front Physiol. 2018;9:113. Doi: 10.3389/fphys.2018.00113.

27. Sacdalan D.B., Lucero J.A., Sacdalan D.L. Prognostic utility of baseline neutrophil-to-lymphocyteratio in patients receiving immune checkpoint inhibitors: a review and meta-analysis. Onco Targets Ther. 2018;11:955–65. Doi: 10.2147/OTT.S153290.

28. Scharping N.E., Menk A.V., Moreci R.S., et al. The tumor microenvironment represses T cell mitochondrial biogenesis to drive intratumoral T cell metabolic insufficiency and dysfunction. Immunity.2016;45(2):374–88. Doi: 10.1016/j.immuni.2016.07.009.

29. Schietinger A., Greenberg P.D. Tolerance and exhaustion: defining mechanisms of T cell dysfunction. Trends Immunol. 2014;35(2):51–60. Doi: 10.1016/j.it.2013.10.001.

30. Schulick R., Edil B., et al. Cancer-promoting mechanisms of tumor-associated neutrophils. Am. J. Surg. 2017;214:938–44. Doi: 10.1016/j.amjsurg.2017.08.003.

31. Sharma P., Alison J.P. The future of immune checkpoint therapy. Science. 2015;348(6230):56–61. Doi: 10.1126/science.aaa8172.

32. Shaverdian N., Veruttipong D., Wang J., et al., Pretreatment immune parameters predict for overall survival and toxicity in early-stage non-small-cell lung cancer patients treated with stereotactic body radiation therapy. Clin Lung Cancer. 2016;17:39–46. Doi: 10.1016/j.cllc.2015.07.007.

33. Spiegel A., Brooks M.W., Houshyar S., et al. Neutrophils suppress Intraluminal NK cell-mediated tumor cell clearance and enhance Extravasation of disseminated carcinoma cells. Cancer Discov. 2016;6:630–49. Doi: 10.1158/2159-8290.CD-15-1157.

34. Sukumar M., Kishton R.J., Restifo N.P. Metabolic reprograming of anti-tumor immunity. Curr. Opin. Immunol. 2017;46:14–22. Doi: 10.1016/j.coi.2017.03.011.

35. Swierczak F., Mouchemore K.A., Hamilton J.A., Anderson R.L. Neutrophils: important contributors to tumor progression and metastasis. Cancer Metastasis Rev. 2015;34:735–51. Doi: 10.1007/s10555-015-9594-9.

36. Tecchio C., Cassatella M.A. Neutrophil-derived chemokines on the road to immunity. Semin Immunol. 2016;28:119–28. Doi: 10.1016/j.smim.2016.04.003.

37. Vlkova M., Chovancova Z., Nechvatalova J., et al. Neutrophil and granulocytic myeloid-derived suppressor cell-mediated T cell suppression significantly contributes to immune dysregulation in common variable immunodeficiency disorders. J Immunol. 2019;202(1):93–104. Doi: 10.4049/jimmunol.1800102.

38. Wang Y., Ding Y., Guo N., Wang S. MDSCs: Key criminals of tumor pre-metastatic niche formation. 2019. Doi:10.3389/fimmu.2019.00172.

39. Zemans R.L. Neutrophil-mediated T-cell suppression in influenza: novel finding additional questions. Am J Respir Cell Mol Biol. 2018;58(4):492–99. Doi: 10.1165/rcmb.2017-0021OC.

40. Zhang X., Zhang W., Yuan X., et al. Neutrophils in cancer development and progression: roles, mechanisms, and implications (Review). Int J Oncol. 2016;49:857–67. Doi: 10.3892/ijo.2016.3616.

Об авторах / Для корреспонденции

Автор для связи: А.В. Новик, к.м.н. старший науч. сотр. отдела онкоиммунологии, врач отделения химиотерапии и инновационных технологий НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова; доцент кафедры онкологии, детской онкологии и лучевой терапии, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: anovik@list.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2430-7409
Адрес: 197758, Россия, Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68

Нет комментариев

Комментариев: 0

Вы не можете оставлять комментарии
Пожалуйста, авторизуйтесь