MAGE-1 Peptidvakzinierung
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Klinisches Beispiel bei einem Patienten nach Vakzinierung mit einem Melan-A Peptid Antikörperbasierte und zelluläre Tumorimmuntherapie 4/95 9/02 4/99 4/97 Priv.-Doz. Dr. med. Eckhart Weidmann II. Medizinische Klinik, Hämatologie/Onkologie Krankenhaus Nordwest Frankfurt am Main Immunselektion in vivo - Melan A MAGE-1 Peptidvakzinierung Melan A ++ Melan A Melan A 100 100 80 80 80 60 60 60 40 40 20 20 0 7 14 21 0 - MELAN A CTL 100 0 Antikörpertherapie von malignen Tumoren + MELAN A CTL MELAN A CTL Grundlagen 4X 4X 4X 40 20 28 56 77 84 0 98 126 154 182 Grundlagen Entwicklung von B-Lymphozyten Molekularbiologische Prinzipien der Immunglobulinbildung Entwicklung von T-Lymphozyten Zelluläre Immuntherapie von malignen Tumoren Funktion von T-Lymphozyten 1 Antigenunabhängige B-Zelldifferenzierung im Knochenmark Vorläufer B-Zelle CD34+CD38+CD10+ CD19+CD45+ RAG+TdT+ B-Zelle frühe pro B-Zelle späte pro B-Zelle prä-prä B-Zelle lymphoide Stammzelle Vorläufer T-Zelle prä B-Zelle μ unreife B-Zelle MHC II CD45R CD19 CD20 CD38 MHC II CD45R CD19 CD20 T-Zelle cCD3+CD1+CD7+CD45+ prä B Rezeptor Vorläufer NK-Zelle NK-Zelle cCD3+CD1-CD2+CD7+ MHC II CD45R CD10 CD19 CD20 CD38 MHC II CD34 CD45 CD10 CD19 CD38 MHC II CD45R CD19 CD20 CD38 IgM Antigenunabhängige B-Zelldifferenzierung im Knochenmark IgH VH(n) DH(n) JH1-6 Cμ Cδ Cγ3 ψε1 Cα1 ψδ Cγ1 Cγ2 Cγ4 Cε Cα2 frühe pro späte pro B-Zelle B-Zelle =Switchelement frühe prä B-Zelle späte prä B-Zelle μ unreife B-Zelle IgLκ Vκ(n) Jκ1-5 Cκ prä B Rezeptor D-J V-D-J V-D-J V-D-J V-D-J Umordnung Umordnung umgeordnet umgeordnet umgeordnet L-Ketten Keimbahn IgLλ Vλ(n) J Cλ1 J Cλ2 J Cλ3 J Cλ4 J Cλ5 J Cλ6 IgM H-Ketten J Cλ7 Keimbahn Keimbahn V-J V-J Umordnung umgeordnet Antigenabhängige B-Zelldifferenzierung in der Peripherie Genumlagerung = Rearrangement reife naive B-Zelle Immunoblast B-Gedächt- Plasmazelle niszelle IgH VH(n) DH(n) JH1-6 Cμ Cδ Cγ3 ψε1 Cα1 ψδ Cγ1 Cγ2 Cγ4 =Switchelement VH DH JH Cμ Cε Cα2 IgD IgM MHC II CD45R CD19 CD20 CD21 freies IgM MHC II CD45R CD19 CD20 CD21 IgG Ig MHC II CD45R CD19 CD20 CD21 MHC II Plasmazellantigene CD38 2 Antigenabhängige B-Zelldifferenzierung in der Peripherie reife naive B-Zelle Immunoblast B-Gedächtniszelle Genumlagerung = Rearrangement Plasmazelle IgH VH(n) DH(n) JH1-6 Cμ Cδ Cγ3 ψε1 Cα1 ψδ Cγ1 IgM IgD Cγ2 Cγ4 Cε Cα2 =Switchelement freies IgM IgG Ig H-Ketten V-D-J umgeordnet L-Ketten V-J umgeordnet V-D-J umgeordnet somatische Hypermutation V-J umgeordnet V-D-J umgeordnet Isotypenwechsel DH VH Isotypenswitching Cμ Cδ Cγ3 ψε1 Cα1 ψδ Cγ1 Thymus CD44+ CD25RAG+ TdT+ Einschnürung der DNA und Ausschneiden des eingeschnürten Fragments VH(n) DH(n) JH1-6 Cγ2 Cμ Somatische Hypermutation V-J umgeordnet Knochenmark IgH JH Cγ4 Cε Cα2 cCD3+ CD7+ CD45+ CD3CD4CD8- Peripherie positive und negative Selektion CD3+4+ TCR αβ CD44+ CD25+ CD44+ CD3+ pTα/β CD3+4+8+ TCR αβ =Switchelement TCRGermline VH DH JH Cε Funktion von CD4+ T-Zellen CD44+ CD25TCR β,γ,δ Umlagerung CD3+8+ TCR αβ CD3+4-8-/+ TCR γδ Funktion von CD8+ T-Zellen CD8+ T-Zellen sind im aktivierten Zustand gleichzusetzen mit zytotoxischen T-Zellen. CD4+ Zellen Erkennung von Peptiden, die an MHC-II Moleküle gebunden sind, danach Aktivierung mit Unterstützung durch kostimulatorische Moleküle und Zytokine. TH1-Zellen Sekretion von IL-2 und IFN-γ, dadurch Aktivierung der zellulären Immunität (zytotoxische T-Zellen, NK-Zellen und Makrophagen). TH2-Zellen Sekretion von IL-4 und IL-10. Aktivierung der humoralen Immunität durch IL-4 und Inhibition der zellulären Immunität durch IL-10. Voraussetzung für die Aktivierung ist die Bereitstellung eines kostimulatorischen Moleküls (CD80, CD86), für das die TZelle Rezeptoren hat, und Stimulation mit Zytokinen (IL-2). zytotoxische CD4+ Zellen Vermittlung zytotoxischer Effekte durch Expression von Liganden für apoptoseinduzierende Liganden (z.B. Fas Ligand) Danach erfolgt die Freisetzung proteolytischer Enzyme (Zytotoxine), mit denen die T-Zelle ihre Targetzelle durch Perforation der Zellmembran zerstört. Die Aktivierung erfolgt durch Erkennung eines Peptids, das nach Prozessierung von Antigen (zB Virus, tumorassoziiertes Antigen) von einem MHC Klasse I Molekül präsentiert wird. 3 Zytokinrezeptoren Rezeptoren für kostimulatorische Moleküle T-Zelle Adhäsionsmoleküle Zytotoxische Granula TCR antigenisches Peptid Fragen??? CD4 oder CD8 MHC Antigenprozessierung und Übertragung auf MHC Moleküle kostimulatorische Moleküle Adhäsionsmoleküle Targetzelle Antikörpertherapie von malignen Tumoren Therapeutische Antikörper Chimäre ChimäremAk mAk Humanisierte Humanisierte mAk mAk Tumortherapie mit monoklonalen Antikörpern unter Ausnutzung immunologischer Mechanismen am Beispiel von B-Zell Lymphomen Blockade von Signaltransduktionsmechanismen durch monoklonale Antikörper am Beispiel von soliden Tumoren Menschliche Anteile Mausanteile Antikörpertherapie (immunologische Mechanismen) Antikörpertherapie bei Lymphomen NK C Apoptose Lyse ADCC C = Komplement NK = Natürliche Killerzelle • Antikörper gegen Oberflächenantigene von B-Zellen (z. B. anti-CD20, Rituximab) sind in der Lage B-Zell Lymphomzellen zu zerstören. • Die Nebenwirkungsrate ist gering. Üblicherweise treten Unverträglichkeitsreaktionen, wie Fieber, Schüttelfrost und Muskelschmerzen. Andere Nebenwirkungen sind selten, insbesondere kommt es nicht zu wesentlichen Blutbildveränderungen. • Besonders effektiv erscheint die Kombination des Antikörpers mit Chemotherapie. Bei älteren Patienten mit hochmalignen Non-Hodgkin-Lymphomen wurde durch die Kombination von Rituximab mit CHOP eine Verbesserung der Therapieergebnisse erzielt. 4 Antikörpertherapie (in vitro Ergebnisse) GELA-Studie: CHOP vs. CHOP + Rituximab 399 Patienten mit diffus großzelligen Lymphomen (60-80 Jahre) 8 Zyklen CHOP (n = 197) vs. 8 Zyklen CHOP + Rituximab (n = 202) bendamustine IC30 IC50 20 10 0 IC30 0.03 µg/ml µg/ml 30 doxorubicin IC50 0.02 Coiffier et al., N Engl J Med 2002 0.01 B B+R B+R+C B 0.00 B+R B+R+C D D+R D+R+C D D+R D+R+C combination combination Chow et al., Haematologica, 2002 Inhibition der Signaltransduktion Expression in humanen Tumoren: Hals-Kopf 95% Kolon 70% Prostata 65% NSCLC 80% Nierenzell 70% Mamma 60% Ovar 50% Cervix 90% Blase 40% Mittlere Beobachtungszeit 24 Monate. Gesamtüberleben: CHOP 57% CHOP+R 70% Wirkungsweisen der EGF-R Familie EGF-R EGF-R GRB2 HER2 HER3 HER4 Proliferation Apoptoseinhibition Angiogenese Metastasierung SOS RAS RAF MEK MAPK Cyclin D1 Zellzyklus Wirkungsweisen der EGF-R Familie EGF-R HER2 HER3 HER4 Effekte monoklonaler Antikörper C225 ABX-EGF EMD72000 h-R3 EGF-R GRB2 MEK RAF RAS SOS MAPK Cyclin D1 Zellzyklus 5 C225, Cetuximab, Erbitux beim NSCLC Toxizität von Erbitux (Grad 3 und 4) ¾Chimärer monoklonaler Antikörper, der die Bindung von Liganden an den EGF-Rezeptor blockiert. Combination (%) ¾Präklinische Studien zeigen eine hohe in vitro Aktivität als Monosubstanz und in Kombination mit Zytostatika bei Colon-Ca, Hals-Kopf-Tumoren, NSCLC, Prostata-Ca, Nierenzell-Ca. ¾In einer kleinen Phase II Studie (second-line) wurde beim NSCLC ein Ansprechen von 16% gezeigt (Shepherd et al. 2002). ¾Durch Zusatz von Erbitux zu Cis/Vrb (n=42) konnte die Ansprechrate gegenüber Cis/Vrb (n=43) verdoppelt werden (56 vs. 29%; Reck et al. 2004). Korrelation der Effizienz und der Akne Combination Monotherapy Response rate (%) Survival (months) Response rate (%) Survival (months) 6.3 25.8 33.6 3.0 9.1 10.8 0.0 12.9 20.0 2.5 8.1 9.6 none any 16.7 24.7 5.8 8.9 7.4 11.9 5.3 7.5 ≥ grade 2 30.9 10.8 17.4 9.4 Skin reaction none any ≥ grade 2 Acne-like rash Monotherapy (%) Diarrhea 45 (21.2%) Asthenia 29 (13.7%) Acne like rash Neutropenia 20 20 (9.4%) (9.5%) 6 (5.2%) 0 Nausea / vomiting 15 (7.1%) 5 (4.3%) Anemia 10 (4.8%) 3 (2.7%) 7 1 (3.3%) (0.5%) 6 (5.2%) 1 (0.9%) Hypersensitivity reaction 0 4 (3.5%) Cetuximab-related death 0 Abdominal pain Thrombocytopenia 2 (1.7%) 12 (10.4%) 0 Zusammenfassung (Antikörpertherapie) Was sollten Sie wissen??!! ¾Monoklonale Antikörper binden spezifisch an Oberflächenproteine von Tumorzellen. ¾Je nach Oberflächenprotein entfalten die Antikörper ihre Wirkung über Apoptose, Komplementlyse, ADCC oder Inhibition von Signaltransduktionswegen ¾Bei Mammakarzinomen (HER2, Herceptin) und malignen Lymphomen (CD20, Rituximab) sind Antikörper Bestandteil der Standardtherapie geworden. ¾Die Nebenwirkungsrate ist gering. Bei Lymphomen sind sie überwiegend durch die Lyse der Lymphomzellen zu erklären. Bei EGFR beeinflussenden Antikörpern korreliert die Antikörperwirkung mit akneartigen Hautveränderungen. ¾Eine große Zahl von Antikörpern gegen die unterschiedlichsten Oberflächenstrukturen von Tumorzellen ist derzeit in der präklinischen und klinischen Entwicklung. Zelluläre Immuntherapie Fragen??? • • • • • • • Vakzinierung mit Tumorzellen Lymphokinaktivierte Killerzellen (LAK) Tumorinfiltrierende Lymphozyten (TIL) Zytokintherapie Zytokingentherapie Therapie mit dendritischen Zellen Therapie mit Peptiden von tumorassoziierten Antigenen 6 Subpopulationen von DC • myeloische DC •Haut (Langerhans Zellen) •Leber (Kupffersche Sternzellen) •Interstitium parenchymatöser Organe • lymphatische DC •Lymphknoten •Milz •Thymus Funktion von Dendritischen Zellen (1) • Phagozytose (Mikroben, Zellen, Zellbestandteile) • Prozessierung von Antigenen in Peptide • Intrazelluläre Bindung der Peptide an MHCMoleküle • Präsentation der Peptide durch MHC-Moleküle an der Zelloberfläche • Expression von kostimulatorischen Molekülen und anderen Liganden an der Zelloberfläche • Sekretion von Zytokinen (z.B. IL-12, IFN-α) T-Zelle Funktion von Dendritischen Zellen (2) • Selektion von B-Zellen im Knochenmark und in den Lymphfollikeln und von T-Zellen im Thymus • Aktivierung von Lymphozyten bei Infektionen • Aktivierung von T-Zellen bei transplantierten Patienten • Aktivierung von tumorspezifischen T-Zellen TCR TAA MHC CD4 oder CD8 Antigenprozessierung und Übertragung auf MHC Moleküle Tumorzelle T-Zelle T-Zelle TCR TAA MHC TCR CD4 oder CD8 CD4 oder CD8 Antigenprozessierung und Übertragung auf MHC Moleküle Tumorzelle Tumorzelle 7 Zytokinrezeptoren Rezeptoren für kostimulatorische Moleküle Zytokine T-Zelle Zytokinrezeptoren Rezeptoren für kostimulatorische Moleküle Zytokine T-Zelle Adhäsionsmoleküle Adhäsionsmoleküle TCR TCR TAA MHC Antigenprozessierung und Übertragung auf MHC Moleküle kostimulatorische Moleküle TAA CD4 oder CD8 Adhäsionsmoleküle Tumorzelle inhibitorische Zytokine IL-10 TGF-β CD4 oder CD8 TCR TAA MHC Antigenprozessierung und Übertragung auf MHC Moleküle kostimulatorische Moleküle Adhäsionsmoleküle Zytokinrezeptoren dendritische Zelle Prozessierung von Protein Antigen zu Peptiden, Bindung an MHC Moleküle und Transport zur Zelloberfläche Endozytose kostimulatorische Moleküle Protein Lymphknoten Adhäsionsmoleküle - stimulatorische / supprimiernde Zytokine Herstellung von Zell/Zell Interaktionen kost. Molekül Adhäsionsmolekül Tumor Helferzellen T-Zelle Rezeptoren für kostimulatorische Moleküle Zytokine MHC Tumorzelle Zytokinrezeptoren Adhäsionsmoleküle Tumorzelle Adhäsionsmoleküle T-Zelle Adhäsionsmoleküle Antigenprozessierung und Übertragung auf MHC Moleküle kostimulatorische Moleküle Zytokinrezeptoren Rezeptoren für kostimulatorische Moleküle CD4 oder CD8 MHC Migration dendritische Zelle TAA TCR T A A MHC Tumorzelle CD4 oder CD8 Antigenpresentation Antigenprozessierung dentritische Zelle T Zelle kostimulatorische Moleküle (B7.1/B7.2) Endozytose von Proteinen Tumorzelle 8 Möglichkeiten der Präsentation von Tumor-assoziierten Antigenen durch DC reife DC unreife DC DC-Precursorzelle CD34 pos. Stammzelle • Beladung mit Peptiden von Tumor-assoziierten Antigenen • Endozytose und Prozessierung von Tumor-assoziierten Antigenen • Endozytose und Prozessierung von lysierten Tumorzellen • Phagozytose und Prozessierung von apoptotischen Tumorzellen (apoptotic bodies) • Transfer von Genen für Tumor-assoziierte Antigene in DC • Fusion von Tumorzellen mit DC SCF GM-CSF CD1a+DR+CD86+ CD83 (low) IL-4 TNF-α IFN-α CD1a+DR+CD86+ CD83 (high) IFN-γ Antigenpräsentation Phagozytose und Antigenprozessierung peripherer Monozyt Injektion Therapiestudien mit dendritischen Zellen Autor/ Jahr Diagnose Antigen Patienten- Immunol. zahl Ansprechen Therapieergebis Bachereau 2001 Melanom Peptide 18 16/18 7 PR/MR 1 SD Heiser 2002 Prostata-Ca PSA-RNA 13 13/13 6 PR/MR Timmermann Follikuläres Lymphom 2002 Idiotyp 10 8/10 2 CR 2 PR Krause 2002 Melanom DC/TumorFusion 17 Pecher 2002 Sol. Tumoren MUC1-DNA 10 4/10 0 Stift 2004 Med. SD-Ca Tumorlysat 10 10/10 3 PR, 1 SD Liu 2004 Colorect. Ca CEA-Peptide 10 7/10 2 SD Avigan 2004 Mamma/RCC DC/TumorFusion 23 10/18 1PR, 1MR, 6 SD Kikuchi 2004 Gliom DC/TumorFusion+IL-12 15 1 PR 1 SD Nebenwirkungen • Blutdruckabfall • Myalgien • Fieber • Pruritus •Induktion von Autoantikörpern (ANA, anti-TPO AK) 4 PR 1 MR Mögliche Indikationen • Fortgeschrittene Malignome? • Adjuvante Therapie nach Resektion Peptidvakzinierung: Prinzip • Tumorassoziierte Antigene (MAGE, Melan A, NY-ESO) dienen als Grundlage. Tumorgewebe der Patienten wird auf die Antigenexpression untersucht. • Petidsequenzen aus diesen Proteinen werden auf ihre Präsentatiosfähigkeit • Erhaltungstherapie nach Chemotherapie durch MHC-Antigene untersucht. Der MHC (HLA) Typ des Patienten wird bei CR oder kleiner Tumormasse bestimmt und nach Möglichkeit passende Peptide ausgewählt. • Die Peptide werden in der Regel sub- oder intrakutan appliziert. • Kombination von DC und anderen • Ziel ist die in vivo Beladung von antigenpräsentierenden Zellen (DC, Therapieverfahren Monozyten, B-Zellen). Diese sollen dann T-Zellen spezifisch aktivieren. Somit wird eine in vivo Stimulation von tumorspezifischen T-Zellen bewirkt. 9 Beladung mit Peptiden Beladung mit Peptiden Peptidbindung an MHC Peptidbindung an MHC Endozytose eines Proteins MHC-Peptid Präsentation Endozytose eines Proteins MHC-Peptid Präsentation Prozessierung des Proteins Prozessierung des Proteins Ag-Produktion Ag-Produktion T-Zell Aktivierung Transfer eines Gens für ein tumorassoziiertes Antigen Transfer eines Gens für ein tumorassoziiertes Antigen Klinisches Beispiel bei einem Patienten nach Vakzinierung mit einem Melan-A Peptid Beladung mit Peptiden 4/95 9/02 4/99 4/97 Peptidbindung an MHC Endozytose eines Proteins MHC-Peptid Präsentation Prozessierung des Proteins Ag-Produktion Transfer eines Gens für ein tumorassoziiertes Antigen Immunselektion in vivo - Melan A MAGE-1 Peptidvakzinierung 4X 4X 4X Melan A ++ Melan A + Melan A MELAN A CTL MELAN A CTL MELAN A CTL 100 100 100 80 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 0 0 0 7 14 21 - 20 28 56 77 84 0 98 126 154 182 10 DTH-Reaktion und spezifische T-Zellen nach Vakzinierung Mit NY-ESO Peptiden Nebenwirkungen •Lokale Hautreaktionen •Allergische Reaktionen •Fieber spots/25.000 CD8+ T cells •Pruritus 300 •Blutdruckabfall NY-ESO-1 p157-165 250 •Im Allgemeinen sind die Nebenwirkungen nur sehr 200 150 100 gering ausgeprägt oder nicht vorhanden. 50 0 1 15 22 36 study day 57 64 92 Mögliche Indikationen • Fortgeschrittene Malignome? • Adjuvante Therapie nach Resektion • Erhaltungstherapie nach Chemotherapie bei CR oder kleiner Tumormasse • Kombination von Peptiden und anderen Therapieverfahren Zusammenfassung (zelluläre Immuntherapie) Was sollten Sie wissen??!! Dendritische Zellen sind antigenpräsentierende Zellen. Bei der Behandlung von Tumoren mit DC werden patienteneigene Vorläuferzellen in vitro differenziert (zum Teil mit Antigen beladen) und den Patienten zurückgegeben. Die klinische Wirkung bei Patienten mit soliden Tumoren wurde in Studien gezeigt. Das Prinzip der Therapie mit DC besteht in der Aktivierung von tumorspezifischen T-Lymphozyten. Hierbei können sogenannte „Tumor-escape Mechanismen“ umgangen werden. Zusammenfassung (zelluläre Immuntherapie) Was sollten Sie wissen??!! Zusammenfassung (zelluläre Immuntherapie) Was sollten Sie wissen??!! Bei erfolgreicher Peptidvakzinierung werden TLymphozyten durch antigenpräsentierende Zellen in vivo aktiviert. Die Aktivierung erfolgt außerhalb des Tumors, z.B. durch dendritische Zellen in der Haut oder der angrenzenden Lymphknoten. Die Aktivierung entgeht damit bestimmten immunsuppressiven Eigenschaften des Tumors. Vom Ort der Aktivierung können die T-Zellen dann zum Tumor migrieren und ihre zytotoxischen Eigenschaften entfalten. Kritische Abschlussbemerkung: Therapien von soliden Tumoren mit dendritischen Zellen, Peptidvakzinierung, tumorinfiltrierende Lymphozyten und aktivierte NK- Zellen sind experimentelle Therapieformen. Deshalb sollten diese Therapien ausschließlich im Rahmen von klinischen Studien durchgeführt werden. 11 Fragen??? 12
