Karsinoembryonaalinen antigeeni

Karsinoembryonaalinen antigeeni (CEA) on glykoproteiini, jota esiintyy suurina määrinä paksusuolen epiteelisoluissa sikiökaudella ja huomattavasti vähäisemmissä määrin aikuisen paksusuolessa. Erityisen suurina määrinä se ilmenee useissa pahanlaatuisissa kasvaimissa mm. suolistossa, keuhkoissa, haimassa ja rinnoissa. CEA on syövän merkkiaine, ja lääketieteessä sitä käytetään paksusuolen syövän seurantaan.
CEA:ta koodaava geeni sijaitsee kromosomissa 19. Geeni koodaa lähetti-RNA:ta, jossa on 3100 emäsparia. Tästä syntyy translaatiossa 70 kD:n proteiini, jota edelleen muokataan glykosylaatiossa liittämällä siihen hiilihydraattiosia. Näin saadaan lopullinen 180 kD:n glykoproteiini. CEA:n rakenne on hyvin samanlainen kuin immunoglobuliinien. Erityistä sille on, että se liittyy solukalvon ulkopuolelle GPI-ankkurin (glykosyloidun fosfatidyyli-inositoliankkurin) avulla.

Tehtävä

CEA:n normaalia tehtävää paksusuolen epiteelissä ei tarkkaan tunneta. Luultavimmin se kuitenkin toimii adheesiomolekyylinä. Lisäksi CEA:n sijainti solukalvolla eroaa syöpäsoluissa ja normaaleissa paksusuolen epiteelisoluissa. Normaaleissa kolonosyyteissä CEA:ta on vain solun luminaalisella (ontelon sisäisellä) puolella, kun taas syöpäsoluissa sitä löytyy koko solukalvosta epätasaisesti. On päätelty, että CEA auttaa suolen epiteelisolujen järjestäytymisessä ja auttaa ylläpitämään luminaalisen epiteelin yhtenäisyyttä. Muuttunut tapa sijoittua solukalvolle syöpäsoluissa voi auttaa häiritsemään solujen välistä adheesiota aiheuttaen järjestäytymättömän kasvun ja metastaasien syntymisen.

Käyttö syöpärokotteessa

Useat asiat tukevat sitä, että CEA voisi toimia antigeenikohteena syövän hoidossa. On löydetty useita CEA:n epitooppeja, jotka T-solut tunnistavat. Lisäksi monet eri syöpätyypit ilmentävät CEA:ta. CEA:ta voidaankin hyödyntää monin eri tavoin syövän hoidossa. Ilmeisin tapa on, että annetaan suoraan in vivo monoklonaalista vasta-ainetta CEA:ta vastaan. Tällöin vasta-ainetta voidaan antaa joko yksinään tai siihen voidaan liittää radionuklidi, solumyrkky tai kemoterapeuttinen lääkeaine. Kun anti-CEA vasta-aine sitoutuu syöpäsolun pinnalle, useita reaktioteitä voi aktivoitua, jolloin vasta-aineella merkitty solu voi tuhoutua. Vasta-aineen läsnäolo voi laukaista komplementtikaskadin, joka johtaa solun hajoamiseen. Toinen, ehkä merkittävämpi, tapa on luonnollisten tappajasolujen (NK-solujen) aktivoiminen. Vasta-aineen Fc-osa sitoutuu NK-solun Fc-reseptoriin, jolloin NK-solut vapauttavat sytotoksisia rakkuloita, jotka tuhoavat vasta-aineella merkityt solut. CEA ei kuitenkaan ilmenny kaikissa kasvaimen syöpäsoluissa, jolloin kaikkien syöpäsolujen tuhoaminen on vaikeaa. Lisäksi vasta-aineen pääsy kasvaimeen voi olla vaikeaa johtuen kasvaimen huonosta verenkierrosta. Lisäksi ongelmana voi olla HAMA (Human Anti-mouse Antibody), joka liittyy siihen, että useat käytetyistä vasta-aineista on derivoitu hiirestä, joten niitä vastaan voi syntyä vasta-aineita ihmisessä, jolloin vasta-aineen pääsy kasvaimeen estyy sen tuhoutuessa. Vasta-aineeseen voidaan liittää myös jokin konjugaatti. Konjugaatti voi olla radionuklidi, joka kuljettaa vahingoittavaa säteilyä kasvaimeen. Tässä etuna on, että yhden CEA:ta ilmentävän syöpäsolun ympäristössä muutkin CEA:ta ilmentämättömät syöpäsolut kuolevat. Samaan tapaan kasvaimeen voidaan kohdennetusti kuljettaa kemoterapeuttista lääkeainetta. Lisäksi vasta-ainetta voidaan geneettisesti muokata niin, että vasta-aineeseen liitetään solumyrkky, kuten risiini.
Monoklonaalisen vasta-aineen sijasta voidaan käyttää myös anti-idiotyyppistä vasta-ainetta. Esimerkiksi immunisointi CEA-proteiinilla aiheuttaa Ab1-vasta-aineiden tuoton. Ab1:n sitoutumiskohta sisältää hypervariaabelin komplementaarialueen, joka on komplementti epitoopille, joka on osa antigeeniä, joka on sitoutunut vasta-aineeseen. Immunosointi näillä idiotyypeillä luo useita anti-idiotyyppisiä vastaaineita, Ab2-vasta-aineita, jotka voivat muistuttaa joitain alkuperäisen antigeenin epitoopeista. Ab2-vasta-aineet saavat aikaan anti-anti-idiotyyppisten vasta-aineiden tuoton. Nämä Ab3-vasta-aineet voivat sitoutua alkuperäiseen antigeeniin. Voidaan valmistaa myös erityisiä CEA:sta derivoituja peptidejä. Oikeanlaisia CEA-epitooppeja voidaan löytää tietokoneavusteisesti. Näitä peptidejä voidaan syntetisoida ja testata niiden affiniteetti MHC-molekyyliin. CEA-peptidejä voidaan myös muokata niin, että niistä tulee immunogeenisempia. CEA on nimittäin vain heikosti immunogeeninen. Yksi syy tähän voi olla, että CEA:n affiniteetti MHC-molekyyliin on vain heikko. Affiniteettia voidaan parantaa muuttamalla CEA:n aminohappojärjestystä hieman niin, että rakenteeseen syntyy uusi ankkuri, jonka avulla CEA sitoutuu paremmin MHC-molekyyliin.
Tehokkaan immuunivasteen CEA:ta vastaan saavuttamiseksi voidaan kuitenkin tarvita useiden epitooppien sitomista MHC-molekyyliin, jolloin derivoitujen CEA-peptidien käyttö ei olisi kovin hyödyllistä. Kokonaista CEA-proteiinia voidaan tuottaa rekombinanttiviruksissa tai –bakteereissa. Heikennettyjä bakteereita kuljetusvektorina käytettäessä etuna on, että saadaan aikaan parempi antigeenin esittely, koska jotkin bakteereista otetaan sisään fagosomeihin. Tällöin antigeenin esittely tapahtuu sekä MHC I – että MHC II –reittiä. Bakteereilla on myös tarvittava transkriptio- ja translaatiokoneistot. Näin ei välttämättä ole kaikilla viruksilla. Glykosylaatio voi kuitenkin olla ongelmallista. Erityisesti on tutkittu Bacillus Calmette-Guerin –bakteeria (BCG).
Myös rekombinanttivirusten käytössä vektorina on etua. Insertti voi olla suurikokoinenkin ja DNA replikoituu tarkasti ja translaation jälkeinen muokkaus tapahtuu oikein. Rekombinanttivirukset aiheuttavat voimakkaan immuunivasteen. Eniten on tutkittu rokkovirusten käyttöä vektorina. Voidaan käyttää myös DNA-rokotteita. Ne sisältävät bakteereiden plasmideja, johon liitetty CEA:n geeni. DNA otetaan soluun sisään ja antigeeniä tuotetaan solussa. Antigeeni sitoutuu sekä MHC I – että MHC II –molekyyleihin, jolloin saadaan sekä soluvälitteinen että humoraalinen immuunivaste. Immuunimekanismia ei tarkalleen tunneta.
T-soluvastetta voidaan tehostaa myös altistamalla dendriittisoluja, jotka kuuluvat APC-soluihin, lyhytaikaisesti suurille määrille tiettyjä antigeenejä, dendriittisolujen kasvutekijöitä. Lisäksi immuunivastetta voidaan muutenkin parantaa esimerkiksi lisäämällä rokotteisiin sytokiinejä tai ko-stimulanttimolekyylejä. Yleisesti ottaen CEA:n käytöstä syöpärokotteena on saatu lupaavia tuloksia eläinmalleilla ja joissain tapauksissa ensimmäisen vaiheen kliinisissä tutkimuksissa. Tulosten mukaan käyttö olisi turvallista kehittäen vain vähän sivuvaikutuksia. CEA:ta pidetään siis edelleen kiinnostavana tutkimus- ja kehityskohteena.