Trị liệu miễn dịch ung thư bằng cách chuyển gen được đích bởi các tế bào tua

TẾ BÀO ĐÍCH LÀ NHỮNG LÍNH GÁC CỬA CỦA CƠ THỂ

Các tế bào tua (dendritic cell –DC) đã trở thành “niềm hy vọng sáng chói” đối với các nhà trị liệu miễn dịch. Cho tới nay,  DC là các TB trình diện kháng nguyên mạnh nhất  (antigen-presenting cells – APC) đã được xác định, duy nhất có khả năng mồi các tế bào T tự nhiên và vì thế mà khởi đầu cho các đáp ứng miễn dịch. Thực chất là, chúng tạo được mối liên lạc quan trọng nhất giữa hệ thống miễn dịch bẩm sinh với miễn dịch thu được và như vậy đã thể hiện được sự vận hành ở cấp cơ bản của điều hòa miễn dịch trong nhiều quá trình miễn dịch.

DC nảy sinh phổ biến từ CD34⁺ tủy xương – bắt nguồn từ những tế bào tiền thân, có thể biệt hóa thành các tiểu quần thể khác nhau, về  bản chất nó có thể có nguồn gốc từ tủy xương hoặc bạch huyết bào. DC tiền thân từ máu tới các mô ngoại biên, tại đó chúng phát triển thành các DC chưa trưởng thành hoặc DC tĩnh. Sự thật là các DC chưa trưởng thành cũng không phải là quá tĩnh hay bất biến. Chúng luôn luôn được chọn làm mẫu với môi trường xung quanh và giám sát “sức khỏe’ của các mô ngoại biên thông qua đa tiếp xúc với các TB bên cạnh.  Bởi vậy, nó cần thiết cho việc duy trì sự tiếp xúc liên tục với nhiều TB, và thông qua đặc trưng hình thái học mà chúng có tên là TB tua (dendritic cell).

Khi mô bị thương tổn quá mức hay có dấu hiệu bị vi khuẩn hay virus xâm nhập có thể làm tăng nhanh sự tăng trưởng của TB (biệt hóa đến giai đoạn cuối cùng), các DC di trú khỏi các hạch bạch huyết, tại đây chúng báo động cho hệ thống miễn dịch mọi tình huống có thể bi đe dọa. Bởi vậy, DC có chức năng bảo vệ rất quan trọng và nó phục vụ như là hệ thống an ninh của cơ thể. Thông thường, hệ thống an ninh này rất hiệu quả trong việc hoạt hóa một cách thích hợp các TB hiệu ứng nhằm chống lại sự thâm nhiễm của virus và vi khuẩn. Các DC liên lạc và điều hòa sự biệt hóa nhiều TB hiệu ứng như tế bào T-helper (Th), các lympho T độc TB (cytotoxic T lymphocyte – CTL), các tế bào B, các TB giết tự nhiên (natural killer cell – NK) và các tế bào T giết tự nhiên (natural killer T cell – NKT) thông qua hệ thống phối hợp tinh vi chính xác các mẫu biểu hiện cytokin, chemokin (và các receptor của chúng) cũng như các phân tử đồng kích thích (costimulatory) và kết dính và sau chót là các phân tử hiệu ứng miễn dịch (các kháng thể, granzym, cytokin, FasL). Các DC và các tế bào khác được hoạt hóa bởi chúng để có thể có biện pháp thích hợp xử lý bất kỳ mối đe dọa nào từ bên ngoài đối với cơ thể. Rõ ràng là, việc khai thác năng lực của các DC để điều hòa miễn dịch là các đề xuất hết sức hấp dẫn trong việc chống lại bất kỳ loại bệnh nào với nền tảng miễn dịch. Vì vậy, chẳng có gì ngạc nhiên về những hiệu ứng “khủng” đã đạt được trong việc khám phá ra các phương pháp để hướng các DC vào việc điều chỉnh có tính trị liệu các chức năng của chúng.

Sự phát sinh  miễn dịch ung thư: thúc đẩy thông qua các thủ đoạn

“Mối nguy cơ” (danger) là một khái niệm quan trọng đối với sinh học DC. Thật vậy, kể từ khi Polly Matzinger gợi ý một mô hình “mối nguy cơ”, đã nhiều năm nay danger đã trở nên “thời trang”  và nhiều mô hình thiết kế đã được sử dụng để điều khiển sự hoạt hóa của các DC. Trong khi tính miễn dịch của tế bào T trước đây được cho là quyết định bởi “ngã” và “bất ngã” (self and nonself), thì mô hình danger lại cho rằng các tín hiệu trong các mô ngoại vi mới là yếu tố quyết định đối với sự hoạt hóa tế bào T: các tín hiệu tiền viêm kết hợp với nhiễm khuẩn sẽ dẫn đến hoạt hóa DC, nâng cao vị thế của DC đối với sự di trú tới hạch lympho và hoạt hóa các tế bào T đặc hiệu. Trái lại, trong trạng thái ổn định (steady- state) thì DC không được hoạt hóa (không chín) và vẫn duy trì ở trạng thái dung nạp ngoại biên (peripheral tolerance). Có nhiều bằng chứng ủng hộ  cho mô hình này và các nhà miễn dịch ung thư đặc biệt khích lệ với mô hình đó.

Nhìn chung, trong các môi trường khối u thì thiếu các tín hiệu nguy hiểm (danger), hệ miễn dịch không nhận thức được khối u là một hiểm họa có thể. Thay vì,  môi trường của các khối u đang phát triển lại giống như ở trạng thái ổn định và DC không được biệt hóa. Ở các giai đoạn muộn hơn của sự phát triển khối u thì sự biệt hóa và hoạt hóa DC thậm chí còn bị kiềm chế. Vì lý do này mà sự dung nạp tế bào T ngoại biên được duy trì.

Vì các kháng nguyên liên kết khối u (tumor-asociated antigen –TAA)  thường là các tự kháng nguyên (self-antigen) nên việc phát sinh tính miễn dịch kháng u thực chất là cảm ứng tự miễn. Tính cố hữu của khái niệm danger là khả năng bẻ gãy các dung nạp ngoại biên đối với các tự kháng nguyên thông qua việc chuyển giao đầy đủ các tín hiệu danger. Nói cách khác, có thể đánh lừa hệ miễn dịch bằng cách coi như các vi sinh vật từ bên ngoài gây nên khối u chứ không phải do cơ thể thì các DC trong khối u sẽ trở nên hoạt hóa và kích thích tính miễn dịch của tế bào T.

Tính logic của khái niệm này ngày nay đã được khẳng định và ngày càng phát triển các nghiên cứu về sự thải trừ khối u ở các mô hình chuột và là hứa hẹn tuyệt vời đối với trị liệu miễn dịch tương lai.

Hướng các DC vào việc  trị liệu miễn dịch ung thư

 Những số liệu về TAA được xác định ngày càng nhiều đã mở rộng cửa cho việc trị liệu miễn dịch ung thư. Các gen liên kết ung thư có thể chia thành các thể loại khác nhau như các gen ung thư đột biến (mutated oncogene) (ras) hay các gen kiềm chế khối u (tumor-suppressor gene) (p53), các gen phát triển ngoài quy luật hoặc các gen phôi (embryonic gene) (carcinoembryonic antigen), các gen yếu tố  tăng trưởng (ErbB2), các gen đặc hiệu mô (tyrosinase), gen ung thư tinh hoàn (cancer-testi gene) (mage) hoặc các gen nguồn gốc từ oncovirus (HPV- 16 E7).

Để phù hợp với ứng cử viên tiêm chủng, các TAA chỉ được phép biểu hiện ở mô khối u hoặc ít nhất thì chỉ biểu hiện quá mức ở đó thôi thì mới có thể mở được cánh cửa diệt trừ khối u qua trung gian tế bào T nhưng lại không hủy hoại các mô bình thường. Lý tưởng là các TAA phải là nguyên phát đối với quá trình gây ung thư, vì vậy chúng là vật thể cố định vĩnh viễn đối với kiểu hình (phenotype) ác tính, và sẽ ngăn chặn sự tăng trưởng quá mức của các biến thể né tránh CTL thông qua sự điều hòa xuống TAA đích.

Nhiều TNLS đang được tiến hành về hiệu lực của tiêm chủng dựa trên cơ sở DC với các TAA đặc hiệu. Chiến lược thông thường là sản xuất  ex vivo các DC tự thân từ các tiền thân DC bắt nguồn từ máu, sau đó nạp các protein TAA hay các peptid đi từ TAA có mang các epitope CTL và/hoặc Th rồi  đưa trở lại bệnh nhân. Một cách khác là chuyển các gen mã hóa TAA  tới các DC.

Cải biến gen của các DC cho trị liệu miễn dịch có thể đem lại những lợi thế nhất định. Trái lại, nếu sử dụng các protein, một vaccin TAA công nghệ gen sẽ cung cấp một nguồn liên tục lâu dài TAA bởi các DC đã tải nạp. Hơn nữa, sự biểu hiện TAA nội sinh do kết quả của sự chuyển gen đảm bảo cho sự tiếp cận với con đường xử lý của phức hệ h a hợp tổ chức chính (MHC) lớp I, điều đó cần thiết cho sự hoạt hóa tiếp theo của các CTL đặc hiệu. Với vô số các kỹ thuật tái tổ hợp phân tử và sự gia tăng nhanh chóng những kiến thức về sinh học DC nên hiện giờ có khả năng cải biến các vaccin công nghệ gen để đích chúng một cách đặc hiệu. Đây không chỉ là một chiến lược tiêm phòng “trí tuệ” mà nó còn giảm được chi phí và sự hao tổn thời gian mày m  với các cách tiếp cận nặng nhọc khác trong việc sản xuất và tải các DC tự thân ex vivo. 

Trong chương này chúng ta sẽ xem xét một cách khái quát các kiến thức hiện đại liên quan đến kiểu hình (phenotype) và trạng thái chức năng của các DC trong môi trường khối u và những phương thức trong đó DC thường trực trong môi trường khối u để có thể kích thích và hướng cho trị liệu gen miễn dịch tăng thêm cơ hội thành công trong lâm sàng.

Tuy nhiên, những cách tiếp cận ex vivo đang áp dụng hiện nay lại tương phản với cách tiếp cận in vivo.

NGUỒN GỐC VÀ CÁC TIỂU QUẦN THỂ  DC

Các tiểu quần thể DC khác nhau đã được phân biệt rõ ràng, mỗi tiểu quần thể có thể có chức năng điều hòa miễn dịch một cách chuyên biệt. Rõ ràng là, nếu các trị liệu được đích bởi các DC là rất hiệu lực. Điều quan trọng là phải biết nhắm vào tiểu quần thể nào. Dưới đây là tóm lược về các tiền thân và các tiểu quần thể DC chính của người đã được xác định cho tới nay. Điều không kém phần quan trọng cần được nhận thức là trong nhiều trường hợp vẫn chưa sáng tỏ một cách tuyệt đối rằng liệu đây có phải là các tiểu quần thể thực sự khác biệt hay chỉ là các DC đơn thuần từ cùng một tiểu quần thể nhưng lại có các kiểu hình khác nhau do tác động bởi các yếu tố vi môi trường. Các nghiên cứu như thế này vẫn đang còn tiếp tục, tuy nhiên rất phức tạp vì số lượng DC in vivo cực kỳ thấp.

Các tế bào tiền thân của DC

Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về các tế bào tiền thân của các DC khác nhau (được xác định in vtro hay in vivo) giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn nữa về ý nghĩa cũng như ứng dụng của nó trong việc thiết lập các quy trình trị liệu.

Bạch cầu đơn nhân (monocyte)

 Các bạch cầu đơn nhân xuất thân từ máu CD14⁺  thường hay được sử dụng nhất trong việc tạo ra các DC in vitro, cả trong nghiên cứu cũng như trên lâm sàng. Một lượng tương đối lớn bạch cầu đơn nhân có thể  phân lập được từ máu ngoại biên (bằng cách kết dính trên chất dẻo) và biệt hóa thành các DC chưa chín CD1a⁺ CD14^—  qua liệu trình nuôi cấy 5-7 ngày với sự có mặt của yếu tố kích thích quần thể đại thực bào – bạch cầu hạt (granulocyte-macrophage colony-stimulating factor: GM-CSF) và interleukin 4 (IL- 4). Các tế bào DC như các tế bào Langerhans (LC- là các DC chuyên biệt của biểu bì) đặc trưng là biểu hiện lectin langerin, cũng được tạo ra từ bạch cầu đơn nhân bằng cách nuôi cấy DC cùng với yếu tố tăng trưởng biến nạp β (transforming growth factor β (TGF- β) hoặc IL-15. Những DC bắt nguồn từ bạch cầu đơn nhân này (monocyte- derived DC: MoDC) có thể còn phát triển xa hơn nữa nếu có sự hiện diện của các tác nhân cảm ứng đột biến thông thường như yếu tố hoại tử khối u- α (tumor necrosis factor α (TNF- α), lipopolysaccharid (LPS) hoặc môi trường thích hợp cho bạch cầu đơn nhân. Các MoDC trưởng thành biểu hiện CD83 – một thành viên của họ immunoglobulin và là dấu xác nhận sự trưởng thành của DC, cũng có thể được sử dụng để hoạt hóa CTL đặc hiệu khối u. Cả DC và đại thực bào đều có thể được phát triển từ các bạch cầu đơn nhân đại diện cho một quần thể tiền thân dị loại. Các bạch cầu đơn nhân CD2⁺ đã được xác nhận trước đây là một tiểu quần thể của bạch cầu đơn nhân mà ở đó các MoDC được biệt hóa một cách ưu tiên.

Bạch cầu đơn nhân cũng thấy biệt hóa thành các DC trưởng thành thông qua quá trình di trú ngược qua lớp tế bào nội mô. Quan sát thú vị này cho thấy, bạch cầu đơn nhân hay đại thực bào ở mô ngoại biên khi có mặt các tín hiệu danger thích hợp (đại thực bào cũng có liên quan trong quá trình này) thì có thể di trú vào mạch bạch huyết (di trú ngược) và ngay lập tức thành DC kích thích tế bào T. Vì thế, việc đích các đại thực bào/bạch cầu đơn nhân CD14⁺ in vivo là một lựa chọn thú vị cho trị liệu miễn dịch ung thư với điều kiện là sự di trú tiếp theo cũng đi vào mạch bạch huyết và sự chín của các DC có thể được thực hiện bằng một cách nào đó.

Các tế bào gốc CD34⁺

Các tế bào CD1a⁺  DC có thể được biệt hóa từ các TB gốc CD34⁺  tăng sinh bắt nguồn từ tủy xương tuần hoàn trong máu ngoại biên bằng cách nuôi cấy in vitro 2-3 tuần với sự có mặt của GM-CSF, IL-4 và TNF- α (ở đây gọi tắt là CD34-DC).  Nếu thêm TGF- α vào những nuôi cấy này thì sẽ tạo được langerin⁺  LC, và kết quả là DC có thể tiếp tục phát triển và được sử dụng để hoạt hóa tế bào T. Thực vậy, đã có bằng chứng cho thấy CD34-DC có hiệu lực hơn so với MoDC trong việc “mồi”.