T-Zelltherapien in der Onkologie

Der Wunsch, das körpereigene Immunsystem gegen Tumorgewebe zu mobilisieren, gewann in den letzten beiden Jahrzehnten an Schärfe durch einige grundlegende Entdeckungen:

Es wurde erkannt, dass T-Zellen wesentliche Mediatoren von Gewebeabstoßungsreaktionen und der Überwindung viraler Infektionen sind 17 27. Es gelang, antigenspezifische T-Zellen in vitro zu expandieren 16 36. Es wurde herausgefunden, dass T-Zellen nicht intakte Proteine, sondern daraus prozessierte, kurzkettige Peptide erkennen, die, gebunden an HLA-Moleküle, an die Zelloberfläche gelangen 47. Mit der Aufdeckung von Algorithmen für die Vorhersage von Peptiden, die an unterschiedliche HLA-Allele binden können, entstanden Werkzeuge für die Vorhersage von Peptidantigenen 34.

Glossar

allo-BSZ-T = allogene Blutstammzelltransplantation;

CMV = Zytomegalie-Virus;

CTL = zytotoxische T-Lymphozyten;

DC = dendritische Zellen;

EBV = Epstein-Barr-Virus;

GVHD = „Graft-versus-Host-Disease“ (bezeichnet die Immun- reaktion des Transplantats gegen Wirtszellen);

GVL-Reaktion = „Graft-versus-Leukemia“-Reaktion (bezeichnet die Immunreaktion des Transplantats gegen Leukämiezellen);

mHag = Minor-Histokompatibilitätsantigen; TAA = tumorassoziiertes Antigen;

TCR = T-Zellrezeptor.

Die Fortschritte auf dem Gebiet der molekularen Immunologie erlaubten zusammen mit jenen der rekombinanten DNA-Technologie die Identifizierung einer stetig wachsenden Zahl von T-zellerkannten tumorassoziierten Antigenen (TAA). TAA lassen sich abhängig von ihrer Expressionsspezifität und ihrer Genese auf menschlichen Tumoren in unterschiedliche Kategorien einteilen [Tab. 1].

Differenzierungsantigene, die auch in den Zelltypen zu finden sind, aus denen Tumoren hervorgehen; Antigene, die sehr spezifisch in Tumoren durch Demethylierung von genregulierenden Sequenzen zur Expression kommen: sie werden auch als »Cancer/Testis«-Antigene bezeichnet; zu ihnen zählen u. a. die von den Genfamilien MAGE, BAGE, GAGE und NY-ESO/LAGE kodierten Proteine; Antigene, die in Tumoren gegenüber Normalgeweben überexprimiert sind und z. T. nachweislich an der Entstehung und Aufrechterhaltung des malignen Phänotyps kausal beteiligt sind; Antigene, die von strukturell normalen Genen exprimiert, aber beispielsweise durch Nutzung alternativer Leserahmen oder alternatives RNA-Spleißen insbesondere in Tumoren generiert werden; im engeren Sinne tumorspezifische Antigene, die durch Punktmutationen oder typische Gentranslokationen im Laufe der Tumorentstehung und -progression entstehen; einige der bekannten punktmutierten Proteine und insbesondere die aus typischen Translokationen hervorgehenden Fusionsproteinen besitzen transformierende Eigenschaften; Proteine, die von onkogenen Viren, wie dem humanen Papillom- und dem Epstein-Barr-Virus, kodiert werden und zur Malignomentstehung beitragen.

Für viele der in [Tab. 1] erwähnten TAA sind in den letzten Jahren Peptidepitope aus unterschiedlichen Proteinregionen identifiziert und ihre Prozessierungswege untersucht worden. Diese Peptide werden von verschiedenen HLA-Molekülen an der Zellberfläche präsentiert. An Tumorzelllinien, die aus operativ entfernten Metastasen etabliert wurden, ließ sich demonstrieren, dass multiple Antigene unterschiedlicher Kategorien simultan exprimiert werden [11] [51]. Gleichwohl ist davon auszugehen, dass die Zusammensetzung der Antigenität von Tumoren sich im Laufe der Tumorprogression ändert. Differenzierungsantigene werden im Laufe einer zunehmenden Entdifferenzierung an Dichte abnehmen oder gar verschwinden. Antigene vom MAGE- oder »Cancer/Testis« -Typ sind auf Metastasen eher häufiger zu finden als auf primären Tumoren. Die Expression von TAA, die zum malignen Phänotyp beitragen, wie Rezeptorkinasen, mutierte oder durch Fusion entstandene Onkoproteine, wird im Verlauf der Tumorerkrankung eher erhalten bleiben oder sogar zunehmen.

Tab. 1 Übersicht über die derzeit bekannten Antigene auf menschlichen Tumoren, die von T-Zellen erkannt werden können und als Zielstrukturen für antigenspezifische Immuntherapien dienen. Kategorie tumorassoziierte Proteine, aus denen HLA-bindende Peptide prozessiert werden Differenzierungs- antigene Tyrosinase, gp100/Pmel17, Melan-A/MART-1, TRP-2, CEA, PSA „Cancer/Testis“- Antigene MAGE, BAGE, GAGE, NY-ESO/LAGE überexprimierte Proteine PRAME, EphA3, HER-2/neu,p53, MDM2, G250, Telomerase, RAGE-1, MUC1 Produkte alternativer Leserahmen oder inkompletten Spleißens TRP-1 (gp75), TRP2-INT2, NA17-A, LAGE-1, M-CSF, intestinale Carboxylesterase mutierte Proteine; Fusionsprodukte MUM-1/2/3, Cdk4-R24C, β-Catenin, Caspase 8, Cdc27, HLA-A2.1, K-ras, Myosin, hsp70 - 2, Elogationsfaktor 2, Triosephosphatisomerase; ETV6-AML1, bcr-abl, pml-RARalpha, LDLR-Fucosyltransferase virale Proteine EBV, HPV (E6, E7) (Listung anerkannter Tumorpeptidantigene, zugehörige Referenzen siehe unter: http://www.cancerimmunity.org/peptidedatabase/differentiation.html)

Zweifel an der Antigenität menschlicher Tumoren sind mittlerweile ausgeräumt. Es ergibt sich als neue Herausforderung die Frage, warum Tumoren trotz vorhandener Erkennbarkeit durch das zelluläre Immunsystem keine wirksame Abwehr im betroffenen Patienten auslösen. Dafür ist ein komplexes Zusammenspiel von tumoreigenen Faktoren und immunregulatorischen Vorgängen verantwortlich. Tumoren sind aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften per se als Induktoren einer T-Zellantwort nicht qualifiziert. Sie produzieren Faktoren wie TGF-β, VEGF und IL-10, die eine wirksame T-Zellantwort unterdrücken [29]. Fortgeschrittene Tumoren weisen eine geringere Dichte präsentierender HLA-Moleküle auf, und es kommt sogar zu einem kompletten HLA-Verlust [42]. Auf der Gegenseite stehen bisher nur in ersten Ansätzen verstandene immunregulatorische Vorgänge, die zur Toleranz gegenüber tumorassoziierten Antigenen führen [33] [35].

kurzgefasst: Das im letzten Jahrzehnt erworbene Wissen um die Vielfalt immunologischer Zielstrukturen auf malignen Zellen birgt neue Chancen für gezielte Eingriffe in das komplexe immunologische Abwehrsystem. Hierzu zählen die therapeutische Impfung, die Weiterentwicklung der allogenen Blutstammzelltransplantation und der adoptive Transfer tumorreaktiver T-Zellen.

Literatur

• 1 Andersen M H, Pedersen L O, Capeller B, Brocker E B, Becker J C, thor Straten P. Spontaneous cytotoxic T-cell responses against survivin-derived MHC class I-restricted T-cell epitopes in situ as well as ex vivo in cancer patients.  Cancer Res. 2001;  61 5964-5968
• 2 Anderson K C, Weinstein H J. Transfusion-associated graft-versus-host disease.  N Engl J Med. 1990;  323 315-321
• 3 Arai J, Yasukawa M, Ohminami H, Kakimoto M, Hasegawa A, Fujita S. Identification of human telomerase reverse transcriptase-derived peptides that induce HLA-A24-restricted antileukemia cytotoxic T lymphocytes.  Blood. 2001;  97 2903-2907
• 4 Barnes D WH, Corp M J, Loutit J F, Neal F E. Treatment of murine leukemea with x-rays and homologous bone marrow. Preliminary communication.  Br Med J. 1956;  2 626-627
• 5 Biggs J C, Szer J, Crilley P. et al . Treatment of chronic myeloid leukemia with allogeneic bone marrow transplantation after preparation with BuCy2.  Blood. 1992;  80 1352-1357
• 6 Bocchia M, Bronte V, Colombo M P. et al . Antitumor vaccination: where we stand.  Haematologica. 2000;  85 1172-1206
• 7 Champlin R, Khouri I, Anderlini P. et al . Nonmyeloablative preparative regimens for allogeneic hematopoietic transplantation.  Bone Marrow Transplant. 2001;  27 (Suppl 2) S13-22
• 8 Childs R, Chernoff A, Contentin N. et al . Regression of metastatic renal-cell carcinoma after nonmyeloablative allogeneic peripheral-blood stem-cell transplantation.  N Engl J Med. 2000;  343 750-758
• 9 Clark R E, Dodi I A, Hill S C. et al . Direct evidence that leukemic cells present HLA-associated immunogenic peptides derived from the BCR-ABL b3a2 fusion protein.  Blood. 2001;  98 2887-2893
• 10 Clay T M, Custer M C, Sachs J, Hwu P, Rosenberg S A, Nishimura M I. Efficient transfer of a tumor antigen-reactive TCR to human peripheral blood lymphocytes confers anti-tumor reactivity.  J Immunol. 1999;  163 507-513
• 11 Coulie P G, Ikeda H, Baurain J F, Chiari R. Antitumor immunity at work in a melanoma patient.  Adv Cancer Res. 1999;  76 213-242
• 12 Coulie P G, Karanikas V, Colau D. et al . A monoclonal cytolytic T-lymphocyte response observed in a melanoma patient vaccinated with a tumor-specific antigenic peptide encoded by gene MAGE-3.  Proc Natl Acad Sci U S A. 2001;  98 10 290-10 295
• 13 Fontaine P, Roy-Proulx G, Knafo L, Baron C, Roy D C, Perreault C. Adoptive transfer of minor histocompatibility antigen-specific T lymphocytes eradicates leukemia cells without causing graft-versus-host disease.  Nat Med. 2001;  7 789-794
• 14 Gambacorti-Passerini C, Grignani F, Arienti F, Pandolfi P P, Pelicci P G, Parmiani G. Human CD4 lymphocytes specifically recognize a peptide representing the fusion region of the hybrid protein pml/RAR alpha present in acute promyelocytic leukemia cells.  Blood. 1993;  81 1369-1375
• 15 Gao L, Bellantuono I, Elsasser A. et al . Selective elimination of leukemic CD34 (+) progenitor cells by cytotoxic T lymphocytes specific for WT1.  Blood. 2000;  95 2198-2203
• 16 Gillis S, Smith K. Long term culture of tumor-specific cytotoxic T cells.  Nature. 1977;  268 154-156
• 17 Goulmy E, Termijtelen A, Bradley B A, van Rood J J. Y antigen killing by women is restricted by HLA.  Nature. 1977;  266 544-545
• 18 Hausmann J, Hallensleben W, de la Torre J C. et al . T cell ignorance in mice to Borna disease virus can be overcome by peripheral expression of the viral nucleoprotein.  Proc Natl Acad Sci U S A. 1999;  96 9769-9774
• 19 Herr W, Linn B, Leister N, Wandel E, Meyer zum Büschenfelde K-H, Wölfel T. The use of computer-assisted video image analysis for the quantification of CD8+ T lymphocytes producing tumor necrosis factor alpha spots in response to peptide antigens.  J Immunol Methods. 1997;  203 141-152
• 20 Holler P D, Holman P O, Shusta E V, O’Herrin S, Wittrup K D, Kranz D M. In vitro evolution of a T cell receptor with high affinity for peptide/MHC.  Proc Natl Acad Sci U S A. 2000;  97 5387-5392
• 21 Jäger E, Ringhoffer M, Altmannsberger M. et al . Immunoselection in vivo: independent loss of MHC class I and melanocyte differentiation antigen expression in metastatic melanoma.  Int J Cancer. 1997;  71 142-147
• 22 Kessels H W, Wolkers M C, van den Boom M D, van der Valk M A, Schumacher T N. Immunotherapy through TCR gene transfer.  Nat Immunol. 2001;  2 957-961
• 23 Koh M B, Prentice H G, Lowdell M W. Selective removal of alloreactive cells from haematopoietic stem cell grafts: graft engineering for GVHD prophylaxis.  Bone Marrow Transplant. 1999;  23 1071-1079
• 24 Kolb H J, Mittermüller J, Clemm C. et al . Donor leukocyte transfusions for treatment of recurrent chronic myelogenous leukemia in marrow transplant patients.  Blood. 1990;  76 2462-2465
• 25 Kugler A, Stuhler G, Walden P. et al . Regression of human metastatic renal cell carcinoma after vaccination with tumor cell-dendritic cell hybrids.  Nat Med. 2000;  6 332-336
• 26 Marchand M, van Baren N, Weynants P. et al . Tumor regressions observed in patients with metastatic melanoma treated with an antigenic peptide encoded by gene MAGE-3 and presented by HLA-A1.  Int J Cancer. 1999;  80 219-230
• 27 McMichael A J, Gotch F M, Noble G R, Beare P AS. Cytotoxic T cell immunity to influenza.  N Engl J Med. 1983;  309 13-17
• 28 McSweeney P A, Niederwieser D, Shizuru J A. et al . Hematopoietic cell transplantation in older patients with hematologic malignancies: replacing high-dose cytotoxic therapy with graft-versus-tumor effects.  Blood. 2001;  97 3390-3400
• 29 Mocellin S, Ohnmacht G A, Wang E, Marincola F M. Kinetics of cytokine expression in melanoma metastases classifies immune responsiveness.  Int J Cancer. 2001;  93 236-242
• 30 Molldrem J J, Lee P P, Wang C. et al . Evidence that specific T lymphocytes may participate in the elimination of chronic myelogenous leukemia.  Nat Med. 2000;  6 1018-1023
• 31 Mutis T, Gillespie G, Schrama E, Falkenburg J H, Moss P, Goulmy E. Tetrameric HLA class I-minor histocompatibility antigen peptide complexes demonstrate minor histocompatibility antigen-specific cytotoxic T lymphocytes in patients with graft-versus-host disease.  Nat Med. 1999;  5 839-842
• 32 Nestle F O, Alijagic S, Gilliet M. et al . Vaccination of melanoma patients with peptide- or tumor lysate-pulsed dendritic cells.  Nat Med. 1998;  4 328-332
• 33 Ochsenbein A F, Klenerman P, Karrer U. et al . Immune surveillance against a solid tumor fails because of immunological ignorance.  Proc Natl Acad Sci U S A. 1999;  96 2233-2238
• 34 Rammensee H -G, Falk K, Rötzschke O. MHC molecules as peptide receptors.  Curr Opin Immunol. 1993;  5 35-44
• 35 Read S, Powrie F. CD4(+) regulatory T cells.  Curr Opin Immunol. 2001;  13 644-649
• 36 Riddell S R, Watanabe K S, Goodrich J M, Li C R, Agha M E, Greenberg P D. Restoration of viral immunity in immunodeficient humans by the adoptive transfer of T cell clones.  Science. 1992;  257 238-241
• 37 Romero P, Cerottini J C, Waanders G A. Novel methods to monitor antigen-specific cytotoxic T-cell responses in cancer immunotherapy.  Mol Med Today. 1998;  4 305-312
• 38 Rooney C M, Smith C A, Ng C Y. et al . Infusion of cytotoxic T cells for the prevention and treatment of Epstein-Barr virus-induced lymphoma in allogeneic transplant recipients.  Blood. 1998;  92 1549-1555
• 39 Roy-Proulx G, Meunier M C, Lanteigne A M, Brochu S, Perreault C. Immunodomination results from functional differences between competing CTL.  Eur J Immunol. 2001;  31 2284-2292
• 40 Ruggeri L, Capanni M, Martelli M F, Velardi A. Cellular therapy: exploiting NK cell alloreactivity in transplantation.  Curr Opin Hematol. 2001;  8 355-359
• 41 Sallusto F, Lenig D, Forster R, Lipp M, Lanzavecchia A. Two subsets of memory T lymphocytes with distinct homing potentials and effector functions.  Nature. 1999;  401 708-712
• 42 Sette A, Chesnut R, Fikes J. HLA expression in cancer: implications for T cell-based immunotherapy.  Immunogenetics. 2001;  53 255-263
• 43 Smyth M J, Godfrey D I, Trapani J A. A fresh look at tumor immunosurveillance and immunotherapy.  Nat Immunol. 2001;  2 293-299
• 44 Stanislawski T, Voss R H, Lotz C. et al . Circumventing tolerance to a human MDM2-derived tumor antigen by TCR gene transfer.  Nat Immunol. 2001;  2 962-970
• 45 Theobald M, Nierle T, Bunjes D, Arnold R, Heimpel H. Host-specific interleukin-2-secreting donor T-cell precursors as predictors of acute graft-versus-host disease in bone marrow transplantation between HLA-identical siblings.  N Engl J Med. 1992;  327 1613-1617
• 46 Thurner B, Haendle I, Roder C. et al . Vaccination with MAGE-3/A1 peptide-pulsed mature, monocyte-derived dendritic cells expands specific cytotoxic T cells and induces regression of some metastases in advanced stage IV melanoma.  J Exp Med. 1999;  190 1669-1678
• 47 Townsend A, Bodmer H. Antigen recognition by class I-restricted T lymphocytes.  Ann Rev Immunol. 1989;  7 601-624
• 48 Vermorken J B, Claessen A M, van Tinteren H. et al . Active specific immunotherapy for stage II and stage III human colon cancer: a randomised trial.  Lancet. 1999;  353 345-350
• 49 Vierboom M P, Nijman H W, Offringa R. et al . Tumor eradication by wild-type p53-specific cytotoxic T lymphocytes.  J Exp Med. 1997;  186 695-704
• 50 von Boehmer H. Thymic selection: a matter of life and death.  Immunol Today. 1992;  13 454-458
• 51 Wölfel T, Hauer M, Schneider J. et al . A p16INK4a-insensitive CDK4 mutant targeted by cytolytic T lymphocytes in a human melanoma.  Science. 1995;  269 1281-1284
• 52 Yee C, Thompson J A, Roche P. et al . Melanocyte destruction after antigen-specific immunotherapy of melanoma. Direct evidence of T cell-mediated vitiligo.  J Exp Med. 2000;  192 1637-1644
• 53 Yotnda P, Garcia F, Peuchmaur M. et al . Cytotoxic T cell response against the chimeric ETV6-AML1 protein in childhood acute lymphoblastic leukemia.  J Clin Invest. 1998;  102 455-462
• 54 Yun C, Senju S, Fujita H. et al . Augmentation of immune response by altered peptide ligands of the antigenic peptide in a human CD4+ T-cell clone reacting to TEL/AML1 fusion protein.  Tissue Antigens. 1999;  54 153-161