The role of cellular immunity in the treatment of cancer
Authors: Στραβοκεφάλου Βασιλική 
Published: July 2023

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την αξιολόγηση της κυτταροκίνης hetIL-15 (heterodimeric interleukin-15 – ετεροδιμερής ιντερλευκίνη 15) ως ανοσοθεραπευτικού φαρμάκου για τη θεραπεία του καρκίνου του μαστού και του παγκρέατος χρησιμοποιώντας καρκινικά μοντέλα ποντικών που μιμούνται την ανθρώπινη νόσο. Η IL-15 είναι μια κυτταροκίνη που ενισχύει τις αντι-καρκινικές αποκρίσεις μέσω της ενεργοποίησης διαφόρων λευκοκυττάρων της κυτταρικής ανοσίας, συμπεριλαμβανομένων των κυτταροτοξικών CD8+ T λεμφοκυττάρων και των κυττάρων NK (Natural Killer – φυσικών φονέων). Λόγω αυτών των ιδιοτήτων, η IL-15 έχει προταθεί από το Εθνικό Αντικαρκινικό Ινστιτούτο (National Cancer Institute, NCI) των ΗΠΑ ως ένα αρκετά υποσχόμενο ανοσοθεραπευτικό φάρμακο για τη θεραπεία του καρκίνου. Μελέτες της ομάδας του Δρ. Παυλάκη αποκάλυψαν ότι η ενδογενής μορφή της IL-15 είναι μια ετεροδιμερής πρωτεΐνη που αποτελείται από το μόριο της IL-15 και τον IL-15 υποδοχέα α (IL-15 receptor a, IL-15Rα), η οποία αποτελεί την in vivo ενεργοποιημένη μορφή της κυτταροκίνης στα ποντίκια και τον άνθρωπο. Το σύμπλοκο ονομάζεται ετεροδιμερής IL-15 (hetIL-15) και έχει αυξημένο χρόνο ημίσειας ζωής και βελτιωμένη αποτελεσματικότητα σε σύγκριση με την ανασυνδυασμένη μορφή του μορίου της IL-15 που παράγεται από την Escherichia coli. Στην παρούσα διατριβή παρέχονται δεδομένα που αποδεικνύουν την ισχυρή αντι-καρκινική και αντι-μεταστατική δράση της IL-15 όταν χορηγείται με συστημικό τρόπο ή κοντά στον πρωτογενή όγκο σε μοντέλα ποντικών με καρκίνο του μαστού (μοντέλα 4T1 και EO771) και του παγκρέατος (ορθοτοπικό, ενδοφλέβιο και διαγονιδιακό KPC μοντέλο). Αξιοποιώντας το 4T1 μοντέλο του τριπλά αρνητικού καρκίνου του μαστού (triple negative breast cancer, TNBC) δείχθηκε ότι η συστημική χορήγηση της hetIL-15 έδρασε ως αντι-μεταστατικό φάρμακο μειώνοντας τη μετάσταση και αυξάνοντας τα κυτταροτοξικά λεμφοκύτταρα (NK και CD8+ T κύτταρα) στο παρέγχυμα του πνεύμονα των ποντικών που έφεραν τον 4T1 όγκο στο μαστό. Στο 4T1 μοντέλο, η hetIL-15 όχι μόνο μείωσε τη μετάσταση στους πνεύμονες, αλλά περιόρισε και τη διασπορά των καρκινικών κυττάρων στην κυκλοφορία (circulating tumor cells, CTCs) με αποτέλεσμα να ενισχύεται το θεραπευτικό αποτέλεσμα κατά το συνδυασμό της με τη χημειοθεραπεία και τη χειρουργική αφαίρεση του όγκου. Φαίνεται ότι η αντι-καρκινική αυτή δράση επιτυγχάνεται με τη συστημική αύξηση των CD8+T και NK κυττάρων και τη μείωση των ανοσοκατασταλτικών PMN-MDSCs (polymorphonuclear – myeloid derived suppressor cells, πολυμορφοπύρηνα ανοσοκατασταλτικά κύτταρα προερχόμενα από μυελώδη κύτταρα) που προκαλείται από τη μονοθεραπεία της hetIL-15 και ενισχύεται έπειτα από το συνδυασμό της με τη χημειοθεραπεία. Τέλος, η χειρουργική αφαίρεση του 4T1 πρωτογενούς όγκου συνοδευόμενη από τη χορήγηση της hetIL-15 ως μονοθεραπείας και συνδυαστικά με τη δοξορουβικίνη, προ-εγχειρητικά και μετεγχειρητικά, οδήγησε στην ίαση περίπου του μισού αριθμού των ζώων και την διατήρηση της ανοσολογικής μνήμης ενάντια στα 4T1 καρκινικά κύτταρα. Το δεύτερο προκλινικό μοντέλο του τριπλά αρνητικού καρκίνου του μαστού που εξετάστηκε ήταν το EO771, το οποίο έδειξε τη μεγαλύτερη ευαισθησία στη hetIL-15 μετά τη χορήγηση της κοντά στον πρωτογενή όγκο. Τα αποτελέσματα έδειξαν την πλήρη εξάλειψη του EO771 όγκου στο 40% των ποντικών, την επιμήκυνση της επιβίωσης των ποντικών, την επαγωγή της ανοσολογικής μνήμης ενάντια στα EO771 καρκινικά κύτταρα και την καταστολή της μετάστασης στους πνεύμονες. Η ανάλυση του ανοσολογικού φαινοτύπου του EO771 όγκου φανέρωσε ότι η κυτταροκίνη αναδιαμορφώνει το μικροπεριβάλλον του όγκου συναθροίζοντας τα κυτταροτοξικά λεμφοκύτταρα (NK και CD8+ T κύτταρα), τα κλασικά δενδριτικά κύτταρα τύπου 1 (conventional type 1 dendritic cells, cDC1s) και ένα ξεχωριστό πληθυσμό δενδριτικών κυττάρων, που ορίστηκε ως CD103intCD11b+DCs και βρέθηκε να συσχετίζεται με την εξάλειψη του EO771 όγκου. Η single-cell μεταγραφική ανάλυση αποκάλυψε ότι αυτός ο καινούριος τύπος δενδριτικών κυττάρων μοιράζεται φαινοτυπικά και γονιδιακά χαρακτηριστικά με τα δενδριτικά κύτταρα τύπου 1 και 2 (cDC1s and cDC2s) και έχει μεταγραφικά προφίλ παρόμοια με τα δενδριτικά κύτταρα που προέρχονται από τα μονοκύτταρα (monocyte derived DCs, moDCs). Ομοίως, η συστημική χορήγηση της μονοθεραπείας της hetIL-15 μείωσε τη μετάσταση στους πνεύμονες των ποντικών με παγκρεατικό καρκίνο, στο ορθοτοπικό, ενδοφλέβιο και διαγονιδιακό KPC προκλινικό μοντέλο, αυξάνοντας τα κυτταροτοξικά κύτταρα (NK και CD8+T) στο όργανο χωρίς ωστόσο να επιμηκύνει την επιβίωση των ζώων λόγω της μη επαρκούς καθυστέρησης της ανάπτυξης του πρωτογενούς όγκου. Αν και η hetIL-15 δεν έδειξε σταθερή δράση στην καθυστέρηση της ανάπτυξη του παγκρεατικού όγκου, παρατηρήθηκε εκτενής νέκρωση εντός του, με ταυτόχρονη μέτρια αύξηση των κυτταροτοξικών κυττάρων (NK και CD8+T) υποδεικνύοντας δράση κατά του όγκου. Επίσης, ο καινούριος πληθυσμός δενδριτικών κυττάρων, CD103intCD11b+DC, βρέθηκε αυξημένος εντός των παγκρεατικών όγκων μετά τη χορήγηση της hetIL-15. Ωστόσο, προσπάθειες να βελτιωθούν τα θεραπευτικά σχήματα συνδυάζοντας την hetIL-15 με χημειοθεραπεία ή στοχευμένη θεραπεία ενάντια στο σχετιζόμενο με τον παγκρεατικό καρκίνο μόριο της μεσοθηλίνης, δεν ευόδωσαν.Αυτή η διατριβή παρουσιάζει δεδομένα που προτείνουν την hetIL-15 ως μια υποσχόμενη κυτταροκίνη για τη θεραπεία του τριπλά αρνητικού καρκίνου του μαστού και του παγκρεατικού καρκίνου λόγω των αντι-καρκινικών και αντι-μεταστατικών ιδιοτήτων που επιδεικνύει. Η μείωση της μετάστασης στους πνεύμονες και των CTCs στο αίμα λόγω της συστημικής ανοσο-απόκρισης ενάντια στον 4T1 όγκο προτείνει ότι η hetIL-15 ίσως αποτελεί μια ισχυρή αντι-μεταστατική θεραπεία. Τα παρόμοια αποτελέσματα της αντι-μεταστατικής δράσης της hetIL-15 στα EO771 και KPC μοντέλα ενισχύουν περαιτέρω την πιθανή δυναμική της κυτταροκίνης ως αντι-μεταστατική θεραπεία. Επιπλέον, η μονοθεραπεία με hetIL-15 ή ο συνδυασμό της με χημειοθεραπεία σε ποντίκια που υποβλήθηκαν σε χειρουργική αφαίρεση του πρωτογενούς όγκου 4T1, τόσο πριν όσο και μετά τη χειρουργική επέμβαση, οδήγησε σε ευνοϊκά θεραπευτικά αποτελέσματα, με περίπου το ήμισυ των ζώων να θεραπεύονται. Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι η hetIL-15 μπορεί να αποτελέσει μια ελπιδοφόρα επιλογή θεραπείας για τον χειρουργήσιμο καρκίνο του μαστού. Επιπλέον, η hetIL-15 ελέγχει την ανάπτυξη του πρωτογενούς όγκου EO771, συντονίζοντας μια τοπική ανοσοαπόκριση που οδηγεί στην πλήρη εξάλειψη των EO771 όγκων. Αυτή η ισχυρή αντι-καρκινική δράση συντελείται μέσω της ενεργοποίησης των CD8+T και NK κυττάρων, καθώς και την αύξηση της εισροής του υποπληθυσμού cDC1 και CD103intCD11b+ DC εντός του όγκου. Ο CD103intCD11b+ DC είναι ένας διακριτός υποπληθυσμός δενδριτικών κυττάρων που σχετίζεται στενά με τα moDCs. Αν και η hetIL-15 δεν έδειξε μεγάλη δραστικότητα στον έλεγχο της ανάπτυξης του παγκρεατικού όγκου, εντοπίστηκε εκτενής νέκρωση του όγκου και συσσώρευση κυτταροτοξικών κυττάρων και του καινούριου πληθυσμού δενδριτικών κυττάρων, CD103intCD11b+ DC, που φανερώνουν δράση κατά του όγκου. Συνολικά, η αντικαρκινική δράση που επιδεικνύει η hetIL-15 στα προκλινικά TNBC και KPC μοντέλα καρκίνου, υπόσχεται τη μελλοντική κλινική χρήση της κυτταροκίνης ως θεραπείας κατά του καρκίνου. Εάν αυτές οι ιδιότητες αναπαραχθούν επιτυχώς σε ανθρώπους, η hetIL-15 μπορεί να παρέχει επιπλέον θεραπευτικές επιλογές για ασθενείς με καρκίνο του μαστού και του παγκρέατος.