Embryonální a nádorový antigen

V druhé polovině dvacátého století hledal základní biologický výzkum rakoviny nové možnosti léčení a kontroly maligního nádorového bujení. Dosavadní způsob léčby, při němž je nádorová buňka přímo poškozena a zničena zářením nebo toxickými chemickými látkami, měl často závažné vedlejší účinky, protože stejným způsobem postihoval i zdravé, normální buňky nemocného. Naléhavá „objednávka“ klinických onkologů byla tedy jednoznačná – najít způsoby specifického postižení pouze buněk nádorových nebo ovlivnit poškozenou přirozenou obranu těla proti nádorovému bujení tak, aby si postižený organizmus pomohl sám, vlastním „policejním dohledem“. Tento výzkum, k jehož významným výsledkům patří naše dnešní znalosti o interferonech, interleukinech, růstových faktorech, ale také o mechanizmu programované smrti buňky, možnostech genetického inženýrství apod., položil základy novému biologickému odvětví – nádorové biologii. Ta má dva zásadní cíle: najít jednak vhodné nádorově specifické geny, které by bylo možno „opravit“, jednak zcela specifické antigeny – membránové povrchové bílkoviny rakovinných nádorových buněk – které by bylo možno využít jako „trojského koně“ pro vpravení smrtící látky výlučně do nádorové buňky a uchránit tak buňky zdravé.

Takovou membránovou bílkovinu s bohatým podílem cukrů – tedy glykoprotein – popsali v roce 1965 P. Gold a S. O. Freedman. Izolovali jej z  rakovinné tkáně lidského tlustého střeva a nazvali „karcinoembryonální antigen“ (CEA). Původně jej považovali za specifický antigen, který obsahují jednak buňky v tlustém střevě embrya, jednak zhoubné nádorové buňky v tlustém střevě dospělého člověka. Glykoprotein byl přítomen na povrchu střevních nádorových buněk, odtud se uvolňoval a dostával do krevního oběhu, kde mohla být stanovena jeho hladina. Během čtyř následujících let vypracoval v téže laboratoři D. P. M. Thompson se spolupracovníky radioimunologickou metodu, jíž bylo možno specifický antigen zjistit v séru, a krátce poté byly publikovány další vhodné metody.

V průběhu následujících deseti let se překotně rozvíjel rozsáhlý klinický výzkum vztahu mezi hladinou tohoto antigenu v séru a klinickým průběhem nádorového onemocnění. Antigen byl pak prokázán i v nádorech některých dalších orgánů. Imunologové potvrdili, že antigen ve střevě plodu a antigen v nádorech tlustého střeva a prsu (tj. v nádorech s nejvyšší „produkcí“ CEA) jsou identické. Překvapením bylo, když se zjistilo, že se tentýž glykoprotein v malém množství vyskytuje i v tlustém střevě zdravého dospělého člověka. Další studie pak potvrdily, že tento údajně specifický embryonální a nádorový antigen zasahuje do molekulárních buněčných pochodů nejen během vývoje a v nemocném organizmu (lidském i zvířecím) postiženém nádorem, ale i v dospělosti u zcela zdravého jedince. Funkce a mechanizmus jeho činnosti zůstával zatím záhadou.

Problém se komplikuje, rodina karcinoembryonálního antigenu se rozrůstá

Počátkem sedmdesátých let nalezlo nezávisle na sobě několik laboratoří ve zdravé lidské tkáni (v tlustém střevě, slezině, plicích, ale i v granulocytech) dospělých lidí nespecifický antigen (NCA), který se specifickým karcinoembryonálním antigenem (CEA) imunologicky křížově reagoval. Další nespecifický antigen, izolovaný ve francouzském výzkumném ústavu André Lwoffa ve Villejuif ze střevního obsahu plodu (fetu – proto FCA), rovněž křížově reagoval s antigenem, který původně izolovali P. Gold a S. O. Freedman. Vyskytoval se také ve zdravé žaludeční a střevní sliznici. Podrobná imunologická charakteristika těchto antigenů vedla k závěru, že každý z nich má vedle společného antigenního činitele také činitele specifického, vhodného pro přípravu specifické monoklonální protilátky. Tím se ovšem zkomplikovala zvláště interpretace informací z dříve publikovaných klinických studií, neboť nebylo jasné, co se vlastně stanovovalo.

Vzápětí poté uveřejnil švédský klinický biochemik T. Svenberg objev dalších antigenů z rodiny CEA, které byly antigenu karcinoembryonálnímu velmi blízké. Tentokrát byly izolovány z jaterní a žlučníkové žluči, a proto je autor nazval „žlučové antigeny 1–3“. První z nich byl prokázán také v normální lidské žaludeční a střevní tkáni. Jeho objev, jak se dnes ukazuje, patří k nejvýznamnějším, protože další výzkum „žlučového antigenu 1“ (CEACAM1) přinesl rozhodující informace pro pochopení funkce a obecné důležitosti členů rodiny CEA.

V osmdesátých letech se začalo využívat molekulární klonování, a tím se otevřela možnost připravit izolované antigeny ve větším množství a studovat tyto onkologicky zajímavé molekuly i jejich geny důkladněji (viz též Vesmír 82, 254, 2003/5), popřípadě objevovat nové bílkoviny podobných vlastností. V roce 1987 izolovali kanadští badatelé z linie lidských buněk zhoubného nádoru tlustého střeva 27 klonů, z nichž většina měla plnou délku a mohla být využita k dalším genetickým studiím. V roce 1988 zjistili K. Watanabe a C. C. Chou, že k zmíněnému embryonálnímu antigenu má vztah i lidský glykoprotein, který v těhotenství produkuje placenta. Brzy bylo v této rozbujelé rodině identifikováno téměř 30 genů a pseudogenů. ¹⁾ Situace začala být nepřehledná. ²⁾

Jakou funkci mají členové této velké skupiny?

Sekvence aminokyselin a sekundární struktura „žlučového“, „embryonálního“ a „nespecifického křížově reagujícího“ antigenu byly porovnány s rozsáhlou bankou známých bílkovin. Zjistilo se, že především tyto tři glykoproteiny, ale i další členové jejich rodiny se svou strukturou podobají velké nadrodině imunoglobulinů (proteinů s protilátkovou aktivitou). Kromě molekul vlastních imunoglobulinů do této objemné nadrodiny patří receptory T-buněk (viz Vesmír 78, 565, 1999/10; Vesmír 80, 667, 2001/12; Vesmír 82, 309, 2003/6), receptorové molekuly růstových faktorů a také molekuly mezibuněčné adheze. Na základě experimentálních studií let devadesátých přisuzujeme zmíněným glykoproteinům tři hlavní funkce: účast na mezibuněčné adhezi, účast na vrozené imunitě vůči virům a některým bakteriím, účast na diferenciaci buňky.

Mezibuněčná adheze

Největší pozornost se dnes věnuje ověřování představy, že se zmíněná rodina glykoproteinů podílí na buněčné adhezi. Spojení buňky s buňkou nebo buňky se substrátem (s jinými útvary a látkami v okolí buňky) určují adhezivní molekuly. Molekulární biologie umožnila nový pohled nejen na vývoj biologických struktur v době embryonální, ale i na pochody provázející nádorová onemocnění (viz Vesmír 82, 328, 2003/6). Přibývá důkazů o tom, že molekula žlučového glykoproteinu je (alespoň u některých lidských tkání a u tkání zhoubných nádorů) jednou z hlavních molekul buněčné adheze, zatímco molekula původního karcinoembryonálního glykoproteinu je podezřelá spíše z toho, že adhezi rozvolňuje, a tím brání kontaktům mezi buňkami, a možná i jejich kontaktům s okolím.

Kanadští onkologové z McGillovy univerzity považují nádory za obrovský zmatek v původní architektuře zdravé tkáně, který není vymezen normálními buněčnými interakcemi včetně těch, jež umožňují molekuly adhezivní. Zvažují možnost, že se na vývoji maligních nádorů, a dokonce i na jejich metastázování podílí zvýšené vystavení (exprese) určitých členů rodiny CEA na povrchu nádorových buněk, které na rozdíl od buněk zdravých mají molekuly glykoproteinů této rodiny rozmístěné po celém buněčném povrchu. Je známo, že bílkovinné molekuly o jednom řetězci, náležející k široké rodině imunoglobulinů, jsou schopny se vázat jedna k druhé a vytvářet komplexy. Nebylo by proto překvapením, kdyby nádorové buňky, mající na svém povrchu velké množství molekul těchto glykoproteinů, byly schopny se hromadit jiným způsobem, než to dělají buňky normální, plně diferencované.

Dlouho jsme se domnívali, že buňky krevního systému (s výjimkou granulocytů) nevystavují žádný z členů genové skupiny „embryonálních“ a „placentárních“ glykoproteinů, ale to už dnes neplatí. Z nedávných studií se dokonce zjistilo, že členy rodiny CEA na svém povrchu vystavují i T-lymfocyty a NK­buňky!

Receptorová funkce pro viry a bakterie

Pro některé členy rodiny CEA u hlodavců bylo prokázáno, že slouží jako receptory opouzdřených koronavirů myší hepatitidy. Vystavení „žlučových“ glykoproteinů u myši bylo pozorováno u mnoha buněk, např. i u buněk cévní výstelky či jater. Vazba bílkovin „virových hrotů“ (tzv. Opa-bílkovin) na tyto povrchové glykoproteinové receptory umožňuje vstup viru do jaterní buňky, její infekci a následný rozpad. Patologové Katolické univerzity v Lovani však zjistili, že některé buněčné typy, které vystavují na svém povrchu žlučové glykoproteiny, po naočkování zvířete virem myší hepatitidy (MHV-59A) nejsou infikovány. Z toho vyvozují, že buď byly receptory pro virus během infikování myši nedostupné, nebo byly některé buněčné typy vůči tomuto viru rezistentní. Tím si také vysvětlují schopnost krevně-mozkové bariéry zabránit rozšíření viru hepatitidy do centrálního nervového systému. Jsou již známy četné formy těchto receptorů se značnými rozdíly v sekvenci aminokyselin N-koncové domény, která je doméně imunoglobulinů podobná. Právě na tuto doménu se virus myší hepatitidy svými vyčnívajícími bílkovinnými bodci váže. Rozdíly ve sledu aminokyselin asi odpovídají rozdílům ve vazební schopnosti pro viry. Američtí imunologové z  Loyolovy univerzity připravili uměle receptory s rozdílnou sekvencí aminokyselin právě v N-koncové oblasti a odhalili sekvence umožňující vazbu viru. Zjistili, že v úvahu přichází pouze pět aminokyselin, které by o kvalitě vazby virů a o vzniku buněčné fúze mohly rozhodovat.

Neisseria gonorrhoeae a Neisseria meningitis jsou vysoce adaptované lidské patogeny, které k interakci s receptory postižených lidských buněk využívají řadu adhezivních molekul, z nichž čtyři patří ke glykoproteinům rodiny CEA. V poslední době se podařilo zjistit některé úseky signalizačních cest, které jsou těmito patogeny uváděny v činnost a mohou vyvolat úplnou reorganizaci cytoskeletu. Signál se pak dostane i do jádra, kde probudí vystavení molekul vhodných k podpoře fagocytárních dějů, k uvolnění a sekreci cytokinů a chemokinů, ba i k indukci apoptózy (viz Vesmír 82, 212, 2003/4).

Karcinoembryonální antigen a diferenciace buňky Nelze pochybovat o tom, že antigeny rodiny CEA nějak souvisejí s buněčnou diferenciací tkáně zhoubného nádoru tlustého střeva a konečníku. Jaký to má význam pro vznik a vývoj zhoubných nádorů jiných lidských orgánů, to se zatím přesně neví, a objevem dalších členů rodiny CEA se situace nezjednodušila, ale naopak zkomplikovala. Zatím se diskutuje o tom, zda výsledky molekulární buněčné biologie zmíněných glykoproteinů z experimentů in vitro platí i pro funkce členů této rodiny in vivo.

S napjatou zvědavostí očekáváme imunohistochemické průkazy lokalizace jednotlivých členů skupiny zmíněných glykoproteinů ve tkáních embryonálních i nádorových, a samozřejmě také ověřovací a doplňující studie o jejich významu pro molekulární biologii obecně. Předpokládáme, že i klinická biochemie projeví zájem o nové možnosti využití specifického stanovení poznaných členů této rodiny a že vnese jasno do zmatečních klinických představ, které vznikly v důsledku křížových imunologických reakcí v počáteční fázi výzkumů karcinoembryonálního antigenu. Potěšující je, že první výsledky studií v tomto ohledu pocházejí z laboratoří Ústavu molekulární genetiky AV ČR a 1. Lékařské fakulty UK.