Wstęp
W przypadku procesu nowotworowego układ odpornościowy włącza się do odpowiedzi immunologicznej stosunkowo późno. Komórki nowotworowe zostają rozpoznane dopiero w momencie pojawienia się antygenów związanych z nowotworem TAA (tumor associated antigens) i specyficznych antygenów nowotworowych TSA (tumor specific antigens). Niedostateczna funkcja przeciwnowotworowa układu odpornościowego prowadzi do tzw. ucieczki zmienionych komórek spod nadzoru immunologicznego, co sprzyja progresji nowotworzenia [1-5]. Istnieje kilka teorii tłumaczących to zjawisko. Komórki nowotworowe mogą mieć obniżoną i zmienioną ekspresję antygenów zgodności tkankowej MHC klasy I i II [6]. Innym rodzajem ucieczki spod nadzoru immunologicznego jest brak cząstek kostymulujących, tj. CD80 i CD86 [7]. Ponadto immunogenność komórek nowotworowych może obniżać się również w wyniku zmniejszania się ich antygenowości. Zjawisko to określa się jako maskowanie antygenów. Osłabiona reaktywność immunologiczna związana jest także z mechanizmem ?prześlizgiwania się?. Zjawisko to polega na tym, że mała liczba komórek nowotworowych indukuje odpowiedź, natomiast duże stężenie tych komórek działa hamująco na mechanizmy przeciwnowotworowe. Ponadto hamująco na odpowiedź immunologiczną mogą wpływać czynniki uwalniane przez komórki nowotworowe, tj. TGF-b, IL-10 [8,9] czy VEGF. Wykazano, że komórki nowotworowe i PSA w raku stercza hamują powstawanie i dojrzewanie komórek dendrytycznych, co zaburza rozpoznawanie, przetwarzanie i prezentację TAA [10,11]. U chorych z nowotworem dochodzi do przyspieszonej apoptozy komórek prezentujących antygen nowotworowy. Rozwój nowotworu jest ułatwiony poprzez liczne mutacje genu dla TNF-a, co hamuje jego działanie przeciwnowotworowe i blokuje apoptozę komórek nowotworowych [12].
Prawdopodobnie pojawienie się tkanki nowotworowej powoduje załamanie obrony immunologicznej w organizmie gospodarza. Zjawisko to obserwuje się także u chorych na raka stercza [13].
Komórki jednojądrzaste krwi obwodowej, tj. limfocyty T cytotoksyczne (Tc), limfocyty T pomocnicze (Th), komórki NK, limfocyty B to bardzo ważne elementy odpowiedzi przeciwnowotworowej. Limfocyty Tc należą do subpopulacji limfocytów CD8+. Rozpoznają i eliminują własne komórki mające na powierzchni obce antygeny, np. nowotworowe. Zabijają komórki, rozpoznając obce MHC klasy I lub obce antygeny prezentowane przez własne MHC klasy I. Innym typem komórek cytotoksycznych są komórki NK. Są to limfocyty zdolne do spontanicznego zabijania komórek, w tym komórek nowotworowych nieposiadających cząsteczek MHC klasy I. Efekt cytotoksyczny może być wywierany pośrednio lub za pośrednictwem przeciwciał. Bardzo ważnym elementem komórkowej odpowiedzi przeciwnowotworowej są limfocyty Th, czyli limfocyty pomocnicze. Limfocyty te mają na swej powierzchni najczęściej cząsteczki CD4 i rozpoznają prezentowany antygen w restrykcji MHC klasy II. W wyniku aktywacji limfocyty Th wydzielają cytokiny wspomagające lub hamujące komórki układu immunologicznego, tj. limfocyty B, limfocyty Tc, komórki NK, monocyty i makrofagi.
Odpowiedź immunologiczna dzieli się na odpowiedź Th1 i Th2 zależną [14-17]. Limfocyty typu Th1 i Th2 wydzielają odmienne profile cytokin. Limfocyty Th1 syntetyzują cytokiny sprzyjające odpowiedzi typu komórkowego, w tym również cytokiny wzmagające funkcję cytotoksyczną układu odpornościowego. Są to np. IL-2, IFN-g, IL-12, TNF-a, GM-CSF i inne. Limfocyty Th2 uwalniają cytokiny promujące humoralną odpowiedź immunologiczną, takie jak: IL-4, IL-6, IL-10, IL-13, IL-18. Pomiędzy limfocytami Th1 i Th2 występuje zjawisko wzajemnej supresji aktywności, tak więc przy wzmożonej funkcji limfocytów Th2 odpowiedź komórkowa układu, w tym także funkcje przeciwnowotworowe są słabiej wyrażone [18].
Wielu autorów wskazuje na zaburzoną równowagę subpopulacji limfocytów Th1/Th2 u chorych na nowotwór, polegającą na przewadze aktywności komórek Th2 [19-23].
Następstwem tego zjawiska jest wzrost stężenia cytokin profilu Th2, co może sprzyjać rozwojowi nowotworu.
Ocena profilu cytokin wydzielanych w odpowiedzi immunologicznej u chorych na nowotwór może więc dostarczyć wielu cennych informacji i wyjaśnić niektóre wątpliwości związane z przeciwnowotworową funkcją układu odpornościowego.
Z uwagi na niedostatecznie rozpoznane mechanizmy przyczyniające się do osłabienia przeciwnowotworowej odpowiedzi komórkowej badania czynnościowe komórek, zwłaszcza limfocytów T oraz ocena profilu pronowotworowych i przeciwnowotworowych cytokin, wydają się celowe i uzasadnione.
Cele pracy
1. Ocena odpowiedzi proliferacyjnej komórek jednojądrzastych krwi obwodowej (PBMC) u chorych na gruczolakoraka stercza.
2. Określenie profilu cytokin wydzielanych przez komórki jednojądrzaste krwi obwodowej (PBMC) po stymulacji przeciwciałami anty-CD3 w grupie chorych na gruczolakoraka stercza.
Materiał i metody
Grupa badana i grupa kontrolna
Badana grupa liczyła 14 mężczyzn z histopatologicznie rozpoznanym gruczolakorakiem stercza o złośliwości histologicznej G-1. Pacjenci przebywali w Samodzielnym Publicznym Szpitalu Klinicznym im. dr A. Jurasza w Bydgoszczy na oddziale urologii. Grupę kontrolną stanowiło 14 zdrowych mężczyzn z Regionalnego Centrum Krwiodawstwa i Krwiolecznictwa w Bydgoszczy. Badani pacjenci i dawcy krwi wyrazili pisemną zgodę na pobranie i wykorzystanie krwi do badań naukowych.
Materiał
Materiał do badań stanowiły komórki jednojądrzaste krwi obwodowej (PBMC), które izolowano z 20 ml krwi obwodowej dawców i z 10 ml krwi obwodowej pacjentów. Krew pobierano metodą próżniową z żyły łokciowej do probówek Vaccuette z heparyną sodową w ilości 14 jE/ml krwi (Medlab, Raszyn). Próbki były przechowywane w temperaturze pokojowej i przebadane w ciągu dwóch godzin od pobrania.
Izolacja komórek jednojądrzastych (PBMC) z krwi obwodowej
Komórki jednojądrzaste krwi obwodowej (PBMC) otrzymano metodą wirowania w gradiencie gęstości (LymphoprepTM, Nycomed Pharma AS, Oslo, Norwegia), co zostało szczegółowo opisane wcześniej [24,25]. PBMC zawieszono w medium hodowlanym zawierającym RPMI-1640 (Biomed, Wytwórnia Surowic i Szczepionek, Lublin) wzbogacone 5% płodowej surowicy cielęcej (Hungarpol, Budapeszt, Węgry) i gentamycyną (40 mg/ml). Uzyskana populacja komórek jednojądrzastych (PBMC) zawierała 85-90% limfocytów, 10-15% monocytów i 1-5% granulocytów. Liczbę komórek oznaczono przy użyciu komory Bürkera, a żywotność przy użyciu testu chłonięcia błękitu trypanu (żywotność komórek wyniosła >90%). Tak przygotowane PBMC stosowano do dalszych badań.
Ocena odpowiedzi proliferacyjnej PBMC
Komórki jednojądrzaste krwi obwodowej zawieszano w medium hodowlanym w koncentracji 1 x 106/ml. Komórki umieszczano w dołkach płaskodennej mikropłytki hodowlanej firmy Corning, N. Y. USA (0,18 ml zawiesiny PBL, tj. 1,8 x105 komórek na dołek). Następnie do dołków płytki dodawano 0,02 ml RPMI-1640 lub 0,02 ml stymulatorów limfocytów T, tj. mysich przeciwciał monoklonalnych klasy IgG2a (BMA-030, Behringwerke, Marburg, Niemcy), swoistych dla receptora CD3 limfocytów T w różnych stężeniach (25-200 ng/ml). Hodowle prowadzono przez 72 godziny, w temperaturze 37oC, w atmosferze 90% wilgotności, zawierającej 95% powietrza i 5% CO2. Na 16 godzin przed zakończeniem hodowli do dołków płytki dodawano 0,5 ?Ci tymidyny znakowanej trytem (Amersham, Little Chalfont, UK). Każdą hodowlę prowadzono w trzech powtórzeniach. Po zakończonej inkubacji komórki zbierano na bibułę filtracyjną (Filter Mat, Skatron Instruments AS, Anglia) przy użyciu zbieracza komórek (Skatron, Oslo, Norwegia), bibułę suszono, a krążki bibuły zawierające wyznakowane trytem jądra komórkowe umieszczano w naczynkach zawierających płyn scyntylacyjny Opti-Scint (WallacOy, Turku, Finlandia). Pomiarów aktywności inkorporowanej do komórek tymidyny znakowanej trytem dokonywano przy użyciu licznika scyntylacyjnego BETAMIC V, Kontron Instruments.
Pomiar stężenia cytokin metodą
immunoenzymatyczną ELISA
W celu oznaczenia poziomów cytokin (IFN-g, IL-10, IL-6, IL-12 i TNF-a) w nadsączach otrzymanych z 48-godzinnej hodowli limfocytów (1 x 106 komórek/ml) aktywowanych mysimi przeciwciałami monoklonalnymi klasy IgG2a, swoistymi dla receptora CD3 limfocytów T (200 ng/ml, BMA-30, Bchringwerke, Marburg, Niemcy) zastosowano technikę immunoenzymatyczną ELISA (zestawy OptEIATM firmy Becton Dickinson, San Diego, CA, USA), według instrukcji podanej przez producenta.
Analiza statystyczna wyników
Otrzymane wyniki zostały przedstawione jako wartości średnie ? odchylenia standardowe (xśr. ?SD). Statystyczną istotność różnic między wartościami średnimi obliczono przy pomocy testu U Manna-Whitneya i zdefiniowano jako parametr p. Poziom istotności został ustalony dla p Ł0,05. Powyższe parametry obliczono przy użyciu programu komputerowego Statistica 6.0 firmy Microsoft.
Wyniki
Proliferacja komórek jednojądrzastych krwi obwodowej (PBMC)
Odpowiedź proliferacyjna jednojądrzastych komórek krwi obwodowej (PBMC) stymulowanych różnymi stężeniami przeciwciał anty-CD3 (25-200 ng/ml) została oszacowana w dwóch grupach 14 chorych na gruczolakoraka stercza (grupa chorych) i 14 zdrowych dawców krwi (grupa kontrolna).
Maksymalna inkorporacja tymidyny znakowanej trytem nastąpiła po dwudniowej hodowli PBMC z przeciwciałami anty-CD3 w koncentracji 200 ng/ml (ryc 1). Reaktywność limfocytów T była znamiennie obniżona w grupie chorych na gruczolakoraka gruczołu krokowego (8905,7556 ?3805,933 cpm) w porównaniu do grupy osób zdrowych (13318,85 ?4026,507 cpm). Różnica była istotna statystycznie (p<0,05). Spontaniczna odpowiedź proliferacyjna PBMC była nieznacznie podwyższona u pacjentów (359,402 ?165,046 cpm) w porównaniu z grupą zdrowych dawców (194,376 ?70,193 cpm). Nie stwierdzono różnic istotnych statystycznie między badanymi grupami (p> 0,05).
Poziomy cytokin produkowanych
przez limfocyty i monocyty
Stężenia cytokin (IFN-g, TNF-a, IL-10, IL-12, IL-6) były mierzone w nadsączach komórek jednojądrzastych krwi obwodowej (PBMC) po trzydniowej stymulacji stymulatorami limfocytów T, czyli przeciwciałami anty-CD3 (200 ng/ml).
Poziom IFN-g był obniżony w grupie osób chorych w porównaniu z grupą kontrolną (736,540 ?269,010 pg/ml, 915,900 ?89,305 pg/ml; ryc. 2). Wyniki nie były istotne statystyczne (p=0,062). Przeciwnie, poziom TNF-a nie różnił się statystycznie między grupą chorych na gruczolakoraka gruczołu krokowego a grupą zdrowych dawców (1075,210 ?79,220 pg/ml, 977,768 ?233,267 pg/ml; p=0,200; ryc. 3).
Nie stwierdzono różnic istotnych statystycznie w wydzielaniu IL-10 w obu badanych grupach (530 ?135,600 pg/ml, 546,740 ?155,080 pg/ml; p=0,352; ryc. 4).
Poziom IL-12 w nadsączach hodowlanych PBMC wykazywał tendencję wzrostową w grupie chorych, jednakże bez różnic istotnych statystycznie w porównaniu z grupą kontrolną (100,210 ?226,5596 pg/ml, 28,763 ?46,652 pg/ml, p=0,503; ryc. 5).
Ilość IL-6 wydzielanej przez komórki jednojądrzaste krwi obwodowej w odpowiedzi na stymulację przeciwciałami anty-CD3 nie różniła się znamiennie pomiędzy grupą pacjentów z gruczolakorakiem stercza a grupą kontrolną (413,599 ?149,080 pg/ml; 470,768 ?48,905 pg/ml; p=0,387). Stwierdzono podwyższone spontaniczne uwalnianie IL-6 w grupie chorych w porównaniu do grupy kontrolnej (55,88 ?28,179 pg/ml; 344,37 ?203,479 pg/ml; ryc. 6). Nie stwierdzono różnic istotnych statystycznie (p=0,121).
Dyskusja
Reaktywność limfocytów i regulacja odpowiedzi typu Th1 i Th2 mają istotne znaczenie w odpowiedzi przeciwnowotworowej. Odpowiedź proliferacyjna limfocytów została oceniona na podstawie inkorporacji tymidyny znakowanej trytem przez proliferujące komórki. Poziom wydzielanych cytokin tj. IFN-g, TNF-a, IL-10, IL-12, i IL-6. w nadsączach hodowlanych PBMC (limfocyty, monocyty) oznaczono metodą immunoenzymatyczną ELISA. Komórki jednojądrzaste krwi obwodowej stymulowano przeciwciałami anty-CD3 przez okres trzech dni. Przeciwciało anty-CD3 jest znanym mitogenem limfocytów T, wzmaga proliferację, jest doskonałym induktorem wytwarzania i uwalniania IFN-g, TNF-a i IL-10 przez limfocyty T.
Komórki profilu Th1 produkują IFN-g, TNF-a, a komórki Th2 wydzielają IL-10 i IL-6 [8,15,16]. TNF-a jest wytwarzany przez różne komórki [1] przede wszystkim przez monocyty i makrofagi. Limfocyty CD4+ produkują niewielkie ilości TNF-a, a jego poziom wzrasta po stymulacji odpowiednim czynnikiem mitogennym. W naszych doświadczeniach wykorzystano przeciwciała anty-CD3, aby ocenić profil syntezy cytokin typu Th1 i Th2 w hodowlach komórkowych.
W grupie chorych na raka stercza wykazano obniżoną odpowiedź proliferacyjną komórek jednojądrzastych krwi obwodowej. Tendencja do obniżenia odpowiedzi proliferacyjnej limfocytów T indukowanych przeciwciałami anty-CD3 w dawce supraoptymalnej dla proliferacji (200 ng/ml), prawdopodobnie zależy od zwiększenia oddziaływania komórek o funkcji supresyjnej, takich jak monocyty czy limfocyty T CD8+.
Badania prowadzone w naszym laboratorium wskazują na zaburzony profil wydzielania cytokin limfocytów Th1 i Th2. Stwierdzono obniżony poziom IFN-g- ważnej cytokiny typu Thl w grupie chorych na raka gruczołu krokowego w porównaniu z grupą zdrowych dawców krwi. Przeciwnie, koncentracja TNF-a była nieznacznie podwyższona w tej grupie chorych. Natomiast poziomy syntezy IL-10, IL-12 i IL-6 były porównywalne z wynikami uzyskanymi w grupie kontrolnej.
Fillel X. i inni autorzy badali równowagę odpowiedzi typu Th1 i Th2 w hodowlach limfocytów krwi obwodowej u chorych na raka gruczołu krokowego [26]. Badacze oceniali ilości komórek produkujących cytokiny, takie jak IL-2, IFN-g, IL-10 i IL-4 po wcześniejszej stymulacji komórek estrem kwasu forbolowego (PMA) lub bez stymulatora przy użyciu techniki cytometrii przepływowej. Wykazali, że liczba komórek spontanicznie wytwarzających te cytokiny była nieznaczna. Jednak komórki stymulowane PMA wykazywały niższą niż w kontroli liczbę limfocytów zdolnych do syntezy zarówno IL-2 i IFN-g oraz podwyższoną liczbę komórek syntetyzujących IL-10. Pomimo odmiennego układu doświadczenia powyższe wyniki częściowo pokrywają się z naszymi obserwacjami dotyczącymi poziomu syntezy IFN-g. Dane te (łącznie z naszymi wynikami) wskazują na zablokowaną syntezę IFN-g w populacji PBMC uzyskanej od chorych na nowotwory gruczołu krokowego. Dwa typy komórek syntetyzują tę cytokinę: 1) limfocyty T (CD4+ typu Th1 oraz CD8+ cytotoksyczne), 2) limfocyty NK. Ponieważ poziom potencjalnych aktywatorów syntezy IFN-g, tj. TNF-a oraz IL-12 był nieznacznie podwyższony lub porównywalny z grupą kontrolną, należy sądzić, że dochodzi do zahamowania indukowanej tymi cytokinami produkcji IFN-g. Przyczyną tego mogą być: obniżona liczba komórek Th1 oraz NK (wytwarzają IFN-g, po kontakcie z IL-12 i TNF-a) i osłabiona odpowiedź tych komórek na te cytokiny. Obniżoną produkcję IFN-g przez PBMC u pacjentów chorych na nowotwory układu moczowo-płciowego zaobserwowało wielu badaczy [27]. Stwierdzono bowiem, że niskie stężenie IFN-g ułatwia rozwój nowotworu, obniża ilość antygenów MHC klasy I i II na komórkach zmienionych nowotworowo oraz zmniejsza ilość antygenów nowotworowych, co osłabia przeciwnowotworowe reakcje immunologiczne [28].
Stężenie TNF-a w hodowlach PBMC indukowanych przeciwciałami anty-CD3 było nieznacznie wzmożone w grupie chorych na gruczolakoraka stercza. Podwyższony poziom TNF-a u niektórych pacjentów może wynikać z nadreaktywności monocytów wywołanej prawdopodobnie ich interakcją z czynnikami nowotworowymi lub kompleksami immunologicznymi zawierającymi antygeny nowotworowe. Potwierdzeniem tego jest wysoki poziom IL-6 spontanicznie uwalnianej przez PBMC w badanej grupie chorych [7]. Wysoki poziom monokin tj. TNF-a oraz IL-12 (u niektórych pacjentów) w hodowlach PBMC indukowanych T-zależnym induktorem, tj. przeciwciałami CD3, reprezentuje prawdopodobnie reakcje układu odpornościowego na kontakt z antygenami nowotworowymi, w wyniku którego doszło do wyczerpania możliwości odpowiednio wysokiej syntezy IFN-g.
Nadmiar TNF-a w hodowlach indukowanych przeciwciałami anty-CD3 może zależeć od tendencji kompensacji niedoboru IFN-g, co stanowi ważny element odporności przeciwnowotworowej. Z drugiej strony jednak wielu autorów zwraca uwagę na obniżony poziom czynnika martwicy nowotworów w hodowlach PBMC pochodzących od podobnych chorych [21,27]. Układ doświadczeń stosowanych przez tych autorów jest różny od naszego, ponieważ używali oni LPS do stymulacji monocytów. LPS jest induktorem T-niezależnym, natomiast przeciwciała anty-CD3 są T-zależnym stymulatorem syntezy TNF-a. TNF-a pochodzący z PBMC aktywowanych przeciwciałami anty-CD3, pochodzi zarówno z monocytów, jak i limfocytów T. Natomiast LPS indukuje wyłącznie monocyty. TNF-a działa plejotropowo, reguluje proliferację, aktywację i różnicowanie wielu komórek, a także działa cytotoksycznie w stosunku do komórek nowotworowych [1,29], indukując w nich apoptozę [30]. Działanie przeciwnowotworowe TNF-a często zostaje obniżone poprzez liczne mutacje w genie kodującym ten czynnik. IFN-g produkowany przez pobudzone limfocyty Th1 aktywuje monocyty do wydzielania TNF-a. Badania donoszą, że TNF-a wraz z IL-12 również stymulują komórki NK do produkcji IFN-g [31]. Nasze badania sugerują zaburzone wydzielanie cytokin typu Th1. Zjawisko to może być związane z procesem nowotworzenia. W grupie badanej dochodzi do osłabienia odpowiedzi typu Th1 (niska synteza IFN-g) przy zachowaniu jednak prawidłowej odpowiedzi typu Th2 (poziom IL-10 prawidłowy). Obie odpowiedzi są istotne w walce z nowotworem. Wiadomo, że zmiany nowotworowe wpływają immunosupresyjnie na odpowiedź Th1 poprzez wydzielanie takich substancji jak TGF-b czy IL-10. Immunosupresja odzwierciedla się obniżoną syntezą niektórych cytokin istotnych w odpowiedzi przeciwnowotworowej. Spadek INF-g może być związany z hamującym działaniem IL-10, która jest inhibitorem odpowiedzi komórkowej wspieranej przez subpopulacje Th1. Zmniejszone wytwarzanie i uwalnianie INF-g u chorych z rakiem stercza częściowo wyjaśnia osłabioną odpowiedź komórkową, która jest uważana za skuteczną obronę przeciwnowotworową. Wysokie stężenie TNF-a nie chroni organizmu przed proliferacją komórek nowotworowych, ponieważ niektóre z nich nie są wrażliwe na tę cytokinę. Nasze doświadczenie sugeruje, że u pacjentów z rakiem gruczołu krokowego może dochodzić do zaburzonej odpowiedzi typu Th1, tj. zmiany profilu wydzielanych cytokin, takich jak INF-g i TNF-a.
Równowaga między odpowiedzią Th1 a Th2 określana na podstawie wydzielanych cytokin przez poszczególne subpopulacje limfocytów może być skutecznym parametrem w ocenie procesów nowotworowych. Wzmaganie odpowiedzi typu Th1 uważa się za odpowiednie narzędzie w immunologii nowotworów oraz w monitorowaniu leczenia nowotworów.
Wnioski
1. Limfocyty T w badanej grupie chorych wykazywały obniżoną odpowiedź proliferacyjną na aktywację przeciwciałami anty-CD3, które mimifikują działanie antygenu w warunkach fizjologicznych.
2. Komórki jednojądrzaste krwi obwodowej izolowane od chorych na gruczolakoraka stercza wykazują zmiany w profilach wydzielanych limfokin i monokin w porównaniu z grupą kontrolną.
3. Znaczący wzrost spontanicznej syntezy IL-6 w grupie osób chorych, niewykazujący dalszego wzrostu w wyniku stymulacji, wskazuje na możliwość indukcji syntezy tej cytokiny przez komórki jednojądrzaste krwi obwodowej pod wpływem antygenów nowotworowych.
4. Spadek poziomu IFN-g, przy prawidłowej syntezie IL-10, wskazuje na osłabienie reaktywności typu Th1 zależnej od IFN-g i niezmienionej odpowiedzi typu Th2 w badanym procesie chorobowym.