Mechanizmy oporności na niwolumab w raku głowy i szyi – analiza kliniczna

Czy znamy epidemiologię i wyzwania diagnostyczne HNC?

Rak głowy i szyi (HNC) stanowi poważne wyzwanie dla współczesnej onkologii. W 2018 roku odnotowano około 890 000 nowych przypadków i 450 000 zgonów na całym świecie, co plasuje go na siódmym miejscu wśród najczęstszych nowotworów. Prognozy są niepokojące – przewiduje się 30% roczny wzrost zachorowań do 2030 roku, zarówno w krajach rozwiniętych, jak i rozwijających się. Raki płaskonabłonkowe głowy i szyi to grupa nowotworów nabłonkowych atakujących górne drogi oddechowe i pokarmowe, w tym wargi, jamę ustną, gardło, jamę nosową, nosogardło, dolną część gardła oraz krtań i górną część tchawicy.

Profil pacjentów z HNC uległ w ostatnich latach istotnej zmianie. Historycznie choroba ta dotykała głównie starszych osób z wieloletnim uzależnieniem od tytoniu i alkoholu. Jednak w krajach zachodnich, wraz ze spadkiem konsumpcji tytoniu, obserwuje się nowy trend. Rosnąca liczba przypadków raka gardła w USA i Europie jest obecnie w dużej mierze przypisywana infekcji wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV). Jest to znacząca zmiana paradygmatu epidemiologicznego, która wpływa również na podejście terapeutyczne.

Wczesne stadia choroby (I lub II) można często wyleczyć za pomocą chirurgii lub samodzielnej radioterapii definitywnej. Niestety, te wczesne stadia diagnozowane są jedynie u 30-40% pacjentów. Zdecydowana większość (ponad 60%) trafia do lekarza z zaawansowaną chorobą (stadium III lub IV), co wiąże się z wysokim ryzykiem miejscowej wznowy (do 40%) i przerzutów odległych. W rezultacie rokowanie pozostaje niekorzystne, z 5-letnim wskaźnikiem przeżycia całkowitego poniżej 50%. “Późna diagnostyka i zaawansowane stadium choroby w momencie rozpoznania pozostają głównymi czynnikami wpływającymi na niekorzystne rokowanie pacjentów z HNC” – podkreślają autorzy badania.

Czy systematyczne badania ujawniają mechanizmy oporności na niwolumab?

W ciągu ostatnich dwóch dekad immunoterapia wyłoniła się jako przełomowe podejście do leczenia nowotworów, podkreślając kluczową rolę układu odpornościowego w regulacji komórek nowotworowych. W szczególności limfocyty T i komórki prezentujące antygen stanowią fundament odpowiedzi immunologicznej na nowotwór. W 2016 roku niwolumab, przeciwciało anty-PD-1, zostało zatwierdzone po wykazaniu trwałych odpowiedzi i poprawy przeżycia u pacjentów z nawrotowym lub przerzutowym HNC leczonych wcześniej terapiami opartymi na platynie.

Szlak PD-1/PD-L1 (receptor programowanej śmierci 1/ligand receptora programowanej śmierci 1) odgrywa kluczową rolę w mikrośrodowisku guza, gdzie reguluje indukcję i utrzymanie tolerancji immunologicznej. Interakcja PD-L1 i PD-L2 (ligandów PD-1) wpływa na aktywację limfocytów T, ich proliferację i wydzielanie cytotoksyczne, ostatecznie osłabiając przeciwnowotworowe odpowiedzi immunologiczne. Jednak oporność na niwolumab, szczególnie w przypadkach HNC, stanowi rosnące wyzwanie, z odsetkami odpowiedzi na poziomie zaledwie 20%. Czy można zidentyfikować mechanizmy leżące u podstaw tej oporności i opracować strategie jej przezwyciężenia? To pytanie stało się przedmiotem systematycznego przeglądu literatury.

Badacze przeprowadzili systematyczny przegląd zgodnie z wytycznymi PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), koncentrując się na mechanizmach oporności na niwolumab w HNC. Przeszukano kompleksowo bazy danych, w tym PubMed (Medline), Scopus (Elsevier), Embase (Elsevier) i Web of Science, w poszukiwaniu artykułów opublikowanych między 2016 a 2024 rokiem. Bazy danych zostały dokładnie przeszukane przez jednego autora przy użyciu określonych słów kluczowych, w tym “oporność na niwolumab”, “mechanizmy oporności na niwolumab”, “oporność na anty-PD-1”, “oporność na immunoterapię” w połączeniu z terminami “rak głowy i szyi”, “nowotwór głowy i szyi”, “rak płaskonabłonkowy głowy i szyi (HNSCC)”, “HPV-pozytywny HNSCC” oraz “HPV-negatywny HNSCC”. Po starannej selekcji, z początkowych 103 artykułów, 23 spełniły kryteria kwalifikacyjne i zostały uwzględnione w przeglądzie.

Kryteria kwalifikacyjne dla tego systematycznego przeglądu zostały starannie zdefiniowane, koncentrując się na artykułach opublikowanych w przedziale czasowym 2016-2024. Pod uwagę brano jedynie prace napisane w języku angielskim lub polskim. Dodatkowo, badania dotyczące przypadków pediatrycznych zostały wykluczone z przeglądu. Dane z wybranych badań zostały ręcznie wyodrębnione i systematycznie uporządkowane. Kluczowe informacje obejmowały nazwiska autorów, daty publikacji, numery DOI, typy HNC, przyczyny podawania niwolumabu oraz mechanizmy oporności.

Jak wewnętrzne mechanizmy guza wpływają na oporność na immunoterapię?

Analiza wykazała, że mechanizmy oporności na niwolumab w raku głowy i szyi można podzielić na kilka głównych kategorii: wewnętrzne mechanizmy guza, immunosupresyjne mikrośrodowisko guza oraz zaburzenia szlaków i punktów kontrolnych odpowiedzi immunologicznej.

W kontekście wewnętrznych mechanizmów guza, aby komórki odpornościowe mogły rozpoznać i atakować komórki nowotworowe, antygeny muszą być prezentowane na powierzchni komórki nowotworowej przez cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej (MHC), konkretnie cząsteczki ludzkiego antygenu leukocytarnego (HLA) klasy I. Komórki nowotworowe mogą unikać wykrycia przez układ odpornościowy poprzez obniżenie ekspresji HLA klasy I. Bez skutecznej prezentacji antygenu, cytotoksyczne limfocyty T (CTL) nie mogą rozpoznać i eliminować komórek nowotworowych.

Mutacje w genie β-2-mikroglobuliny (B2M) mogą prowadzić do utraty ekspresji HLA klasy I na powierzchni komórek nowotworowych, zapobiegając wykryciu immunologicznemu i zmniejszając skuteczność inhibitorów punktów kontrolnych. Ponadto, mutacje w maszynerii przetwarzania antygenów mogą prowadzić do defektów w białkach niezbędnych do ładowania peptydów na cząsteczki MHC, takich jak transporter związany z przetwarzaniem antygenu, upośledzając tym samym prezentację antygenu.

Innym mechanizmem, którego guzy używają do obniżenia ekspresji antygenu, są mutacje szlaku sygnałowego interferonu (IFN). Interferon-γ (IFN-γ) jest krytyczny dla układu odpornościowego w zwalczaniu guzów, ponieważ aktywuje prezentację antygenów nowotworowych i wzmacnia aktywność CTL. Mutacje w genach JAK1 i JAK2, które kodują kinazy w szlaku sygnałowym JAK-STAT (przekaźnik sygnału i aktywator transkrypcji) aktywowanym przez IFN-γ, są główną przyczyną supresji antygenów. “Mutacje w tych kluczowych genach mogą skutecznie blokować przekazywanie sygnału IFN-γ do komórki nowotworowej, znacząco ograniczając prezentację antygenów i rekrutację komórek odpornościowych” – wyjaśniają badacze. Dodatkowo, IFN-γ zazwyczaj zwiększa zdolność CTL do zabijania komórek nowotworowych. Przy zaburzonym przekazywaniu sygnałów JAK-STAT, funkcja ta jest upośledzona, pozwalając guzowi przetrwać mimo ataków układu odpornościowego.

MYC jest protoonkogenem, zlokalizowanym na chromosomie 8q24, często nabywanym poprzez mutacje, który odgrywa kluczową rolę w regulacji różnych procesów komórkowych. Wykazano, że MYC reguluje ekspresję PD-L1, który odgrywa kluczową rolę w pomaganiu komórkom nowotworowym w unikaniu układu odpornościowego. Amplifikacja MYC znacząco zmienia transkryptom guza, powodując aktywację określonych szlaków. Jednym z tych krytycznych szlaków jest szlak sygnałowy WNT/β-katenina. W raku płaskonabłonkowym głowy i szyi aktywacja sygnalizacji WNT/β-katenina tworzy immunosupresyjne środowisko poprzez zmniejszenie rekrutacji i aktywności komórek odpornościowych, takich jak limfocyty T, komórki dendrytyczne i cytotoksyczne limfocyty T, niezbędnych do skutecznej odpowiedzi immunologicznej. Ten szlak jest również centralny dla zwiększenia regulacji szlaku glikolitycznego, aby sprostać zwiększonemu zapotrzebowaniu energetycznemu guza, oraz wzmocnienia syntezy kwasów tłuszczowych, dostarczając lipidy niezbędne do budowy błon komórkowych i magazynowania energii.

Czy mikrośrodowisko guza definiuje odpowiedź immunologiczną?

Mikrośrodowisko guza (TME) odgrywa również kluczową rolę w oporności na immunoterapię. Składa się ono z komórek nowotworowych, komórek odpornościowych, naczyń krwionośnych, cząsteczek sygnałowych i składników macierzy pozakomórkowej. Konkretne szlaki w komórkach nowotworowych mogą tworzyć immunosupresyjne środowisko. Przykładem tego jest PTEN, który normalnie hamuje szlak kinazy 3-fosfatydyloinozytolu/AKT/mTOR i przyczynia się do immunosupresyjnego TME po aktywacji. Utrata PTEN jest związana ze zmniejszoną infiltracją limfocytów T i hamowaniem autofagii, krytycznego procesu dla śmierci komórek nowotworowych zależnej od limfocytów T. Guzy z utratą PTEN wykazują oporność na inhibitory PD-1/PD-L1, takie jak niwolumab, ponieważ nie wywołują one odpowiedniej odpowiedzi immunologicznej.

Różne typy komórek odgrywają również znaczącą rolę w TME i przyczyniają się do oporności. Makrofagi związane z guzem (TAM) w TME promują immunosupresyjne środowisko poprzez wydzielanie przeciwzapalnych cytokin, takich jak interleukina-10 (IL-10) i transformujący czynnik wzrostu β. Przyczyniają się one również do zwiększenia ekspresji PD-L1 poprzez wydzielanie czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego, który, wraz z niskim poziomem tlenu i tworzeniem nowych naczyń krwionośnych w mikrośrodowisku guza, upośledza proliferację i funkcję CTL.

Komórki supresorowe pochodzenia mieloidalnego (MDSC) są kolejnym krytycznym składnikiem TME, który hamuje odpowiedzi immunologiczne. Hamują one funkcję limfocytów T i promują wzrost guza poprzez uwalnianie immunosupresyjnych cząsteczek, takich jak arginaza, prostaglandyna E2 i reaktywne formy tlenu. “MDSC stanowią kluczowy element immunosupresyjnej sieci w mikrośrodowisku guza, skutecznie blokując działanie limfocytów cytotoksycznych i promując progresję nowotworu” – podkreślają autorzy badania. Wytwarzają one również indoloaminę 2,3-dioksygenazę, enzym, który wyczerpuje tryptofan w mikrośrodowisku guza. Ogranicza to funkcję CTL i promuje rekrutację regulatorowych limfocytów T (Treg), przyczyniając się do unikania odpowiedzi immunologicznej.

Komórki mieloidalne związane z guzem wykazują również fenotyp podobny do M2, który jest immunosupresyjny w TME. Uwalniają one czynniki, takie jak czynnik stymulujący kolonie granulocytów i makrofagów, który promuje rekrutację i aktywację dodatkowych komórek supresorowych mieloidalnych, tworząc cykl unikania odpowiedzi immunologicznej. W guzach opornych na blokadę PD-L1, komórki mieloidalne hamują proliferację i aktywację limfocytów T CD8+, ograniczając zdolność układu odpornościowego do rozpoznania i zniszczenia komórek nowotworowych, pomimo inhibitorów PD-1/PD-L1. Izoforma γ kinazy 3-fosfatydyloinozytolu, wysoko ekspresjonowana w komórkach mieloidalnych, jest istotnym mediatorem tej supresji immunologicznej.

Jak punkty kontrolne wpływają na skuteczność leczenia?

Komórki nowotworowe mogą również manipulować punktami kontrolnymi układu odpornościowego – cząsteczkami, które typowo funkcjonują jako mechanizmy regulacyjne zapobiegające atakowaniu przez układ odpornościowy zdrowych tkanek. W kontekście raka, te szlaki regulacyjne są wykorzystywane do uniknięcia wykrycia i zniszczenia przez układ odpornościowy.

Jedną z ważnych cząsteczek punktów kontrolnych jest PD-L1, który jest często nadekspresjonowany na komórkach nowotworowych. PD-L1 oddziałuje z receptorem PD-1 na limfocytach T, hamując ich aktywację i zapobiegając odpowiedzi immunologicznej przeciwko guzowi. Nawet w obecności terapii anty-PD-1, utrzymująca się ekspresja PD-L1 może przyczyniać się do trwałej supresji immunologicznej.

Innym krytycznym punktem kontrolnym jest TIM-3 (T-cell immunoglobulin and mucin domain-3), ekspresjonowany na wyczerpanych limfocytach T. Po związaniu ze swoim ligandem, galektyną-9, TIM-3 indukuje apoptozę w komórkach T pomocniczych typu 1 (Th1) i upośledza funkcję CTL. Wyczerpane limfocyty T wykazują zmniejszoną produkcję niezbędnych cytokin, takich jak interferon-γ, kluczowych dla przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej.

Lymphocyte activation gene-3 (LAG-3) jest kolejnym receptorem hamującym znajdującym się na limfocytach T, komórkach naturalnych zabójcach i limfocytach naciekających guz, szczególnie komórkach CD8+ T, w różnych typach nowotworów, w tym raku płaskonabłonkowym gardła (OPSCC). W TME, ciągła ekspozycja na antygen powoduje przewlekłą aktywację tych komórek odpornościowych, utrzymując ekspresję LAG-3. LAG-3 oddziałuje z cząsteczkami MHC II, zmniejszając aktywację i funkcję limfocytów T. Ten stan wyczerpania limfocytów T charakteryzuje się upośledzoną proliferacją limfocytów T i produkcją cytokin, co utrudnia układowi odpornościowemu skuteczną odpowiedź przeciwnowotworową. Ponieważ niwolumab blokuje PD-1, aby odmłodzić aktywność limfocytów T, to wyczerpanie indukowane przez LAG-3 poważnie ogranicza jego skuteczność. LAG-3 jest również zaangażowany w supresję Treg, promując immunosupresyjne środowisko.

Współekspresja hamujących punktów kontrolnych immunologicznych (LAG-3, TIM-3, VISTA i PD-1) jest często obserwowana w OPSCC, szczególnie w przypadkach związanych z HPV. Ta współekspresja działa synergistycznie, aby hamować odpowiedzi immunologiczne bardziej skutecznie niż którykolwiek punkt kontrolny samodzielnie, tworząc głębszy stan wyczerpania limfocytów T. Czy ta złożona sieć interakcji immunologicznych może wyjaśnić, dlaczego niektórzy pacjenci nie odpowiadają na leczenie niwolumabem?

Czy biomarkery przewidują skuteczność terapii anty-PD-1?

Immunoterapia wyłoniła się jako obiecująca opcja leczenia HNSCC, szczególnie poprzez stosowanie czynników anty-PD-1, takich jak niwolumab. Jednak nie wszyscy pacjenci odpowiadają jednakowo na te terapie, a identyfikacja biomarkerów, które przewidują oporność lub wrażliwość, jest kluczowa dla poprawy wyników. Ostatnie badania odkryły kilka genetycznych, epigenetycznych i związanych z układem odpornościowym czynników, które odgrywają znaczącą rolę w określaniu, jak pacjenci z HNSCC odpowiadają na immunoterapię, dostarczając potencjalnych dróg dla bardziej spersonalizowanych i skutecznych podejść terapeutycznych.

Jednym z godnych uwagi odkryć jest związek między podwyższoną ekspresją mRNA c-MYC a opornością na leczenie w tkankach HPV-negatywnego HNSCC. Ta nadekspresja koreluje ze statusem mutacji TP53 i jest poparta dowodami pokazującymi, że c-MYC wykazuje hipometylację w tkankach HNSCC w porównaniu do normalnych tkanek. Podwyższone poziomy c-MYC zostały powiązane ze zmniejszoną infiltracją immunologiczną i osłabioną odpowiedzią immunologiczną, co czyni go słabym wskaźnikiem prognostycznym. Co ciekawe, nadekspresja c-MYC wydaje się również hamować ekspresję punktów kontrolnych immunologicznych, co jest krytycznym mechanizmem unikania odpowiedzi immunologicznej. Te odkrycia sugerują, że amplifikacja c-MYC mogłaby służyć jako predykcyjny biomarker oporności na niwolumab. Identyfikując pacjentów z podwyższoną ekspresją c-MYC, klinicyści mogą być lepiej wyposażeni do personalizacji planów leczenia i eksploracji alternatywnych strategii terapeutycznych.

Równolegle, innym biomarkerem wartym rozważenia jest stosunek obwodowych regulatorowych limfocytów T do limfocytów T pomocniczych 17 (Treg/Th17) przed leczeniem. Badania sugerują, że wyższy stosunek może przewidywać wrodzoną oporność na terapie anty-PD-1 i spadek przeżycia po terapii neoadjuwantowej. Ekspresja PD-L1 w guzach jest kolejnym kluczowym biomarkerem do przewidywania odpowiedzi na terapie anty-PD-1, takie jak niwolumab. Guzy z wysoką ekspresją PD-L1 zazwyczaj lepiej odpowiadają na niwolumab, ponieważ lek hamuje interakcję między PD-1 na limfocytach T i PD-L1 na komórkach nowotworowych, przywracając tym samym aktywność limfocytów T.

Dodatkowo, jedno badanie zidentyfikowało pięć różnych podtypów fibroblastów związanych z rakiem (CAF) w HNSCC. Dwa z tych podtypów, HNCAF-0 i HNCAF-3, są predykcyjne dla pozytywnych odpowiedzi na immunoterapię blokującą punkt kontrolny PD-1. Te podtypy stymulują aktywność limfocytów T CD8, promując cytotoksyczną odpowiedź immunologiczną, podczas gdy HNCAF-1 jest związany z immunosupresją i wyczerpaniem limfocytów T. Co godne uwagi, fibroblasty HNCAF-0/3 zostały wykazane jako indukujące fenotyp pamięci rezydentnej tkanki w limfocytach T CD8, oznaczony receptorem hamującym NKG2A, który jest celem dla pojawiających się immunoterapii.

Jakie wyzwania stoją przed nowoczesną terapią HNC?

Czynniki genetyczne i immunologiczne, takie jak podwyższona ekspresja c-MYC, poziomy PD-L1 i specyficzne podtypy CAF, odgrywają kluczowe role w przewidywaniu odpowiedzi na immunoterapię w HNSCC. Te biomarkery dostarczają cennych informacji na temat mechanizmów oporności, torując drogę do bardziej spersonalizowanych podejść terapeutycznych. Integrując profilowanie molekularne i immunologiczne, klinicyści mogą optymalizować skuteczność immunoterapii i poprawiać wyniki leczenia pacjentów.

Rak głowy i szyi pozostaje znaczącym globalnym problemem zdrowotnym, ze wzrastającą częstością występowania i rosnącym rozpoznaniem oporności na immunoterapie, takie jak niwolumab. Podczas gdy przeciwciała anty-PD-1, takie jak niwolumab, stanowiły kamień milowy w leczeniu HNC, szczególnie w przypadkach nawrotowych lub przerzutowych, oporność na te terapie stanowi istotne wyzwanie. Mechanizmy leżące u podstaw oporności na niwolumab są wieloaspektowe, obejmujące wewnętrzne właściwości guza, immunosupresyjne TME i dysregulację punktów kontrolnych immunologicznych.

Wewnętrzne mechanizmy guza obejmują obniżenie prezentacji antygenów poprzez mutacje w cząsteczkach HLA klasy I, B2M i zmiany w szlaku sygnałowym IFN-γ. Amplifikacja MYC, protoonkogenu, dodatkowo przyczynia się do unikania odpowiedzi immunologicznej poprzez zmienianie TME i promowanie szlaków, takich jak sygnalizacja WNT/β-katenina. Mikrośrodowisko guza również odgrywa kluczową rolę w oporności, charakteryzując się obecnością immunosupresyjnych komórek, w tym TAM, MDSC i regulatorowych limfocytów T, które hamują funkcję cytotoksycznych limfocytów T. Dodatkowo, komórki nowotworowe wykorzystują punkty kontrolne immunologiczne, takie jak PD-L1, TIM-3 i LAG-3, aby uniknąć nadzoru immunologicznego.

Te odkrycia podkreślają złożoność oporności na niwolumab w HNC i konieczność wielokierunkowego podejścia do jej przezwyciężenia. Identyfikacja biomarkerów predykcyjnych, takich jak amplifikacja MYC i ekspresja PD-L1, mogłaby ułatwić rozwój spersonalizowanych strategii leczenia i poprawić wyniki leczenia pacjentów. Przyszłe badania powinny skupić się na zrozumieniu skomplikowanych interakcji w TME i opracowaniu terapii kombinowanych, które celują w wiele szlaków oporności. Jakie strategie terapeutyczne mogą okazać się najbardziej skuteczne w przełamywaniu tych złożonych mechanizmów oporności? To pytanie pozostaje kluczowym wyzwaniem dla przyszłych badań klinicznych.

Podsumowanie

Rak głowy i szyi jest siódmym najczęstszym nowotworem na świecie, z około 890 000 nowych przypadków rocznie i prognozowanym 30% wzrostem zachorowań do 2030 roku. Większość pacjentów (ponad 60%) diagnozowana jest w zaawansowanym stadium choroby, co skutkuje niekorzystnym rokowaniem. Niwolumab, jako immunoterapeutyk anty-PD-1, wykazuje skuteczność w leczeniu, jednak oporność na tę terapię stanowi istotne wyzwanie. Mechanizmy oporności obejmują wewnętrzne właściwości guza, w tym mutacje w genach B2M i szlaku sygnałowym interferonu, oraz zmiany w mikrośrodowisku nowotworu. Kluczową rolę odgrywają również punkty kontrolne układu odpornościowego, takie jak PD-L1, TIM-3 i LAG-3. Identyfikacja biomarkerów, w tym ekspresji c-MYC i PD-L1, może pomóc w przewidywaniu skuteczności terapii i personalizacji leczenia. Zrozumienie tych mechanizmów jest niezbędne dla opracowania skuteczniejszych strategii terapeutycznych w przyszłości.