Partendo dal quesito sull’eterogeneità dell’effetto delle CAR-T, uno studio su Science Immunology chiama in causa la genetica dell’ospite, con esiti che potrebbero migliorare i prodotti
Tra le più robuste affermazioni che giungono dagli studi di genetica c’è quella secondo cui in un’interazione tra due organismi, come nel caso dell’ospite e del parassita, non sia solamente il DNA del secondo a determinare il livello di malattia, ma anche quello del primo. Si sa che l’ambiente e lo stile di vita possono modulare l’espressione dei geni e, nella risposta immunitaria, conta moltissimo il patrimonio genetico dell’ospite. Lo stesso vale nel caso di trattamenti a base di cellule CAR-T in cui la terapia è “viva” e consiste in una popolazione di linfociti modificati per riconoscere e aggredire le cellule del tumore. A far comprendere meglio l’entità di queste affermazioni contribuisce uno studio pubblicato su Science Immunology nel quale i ricercatori hanno cercato di capire quanto le varianti genetiche ereditarie di un paziente possano influenzare l’effetto delle CAR-T, in particolare la loro efficacia e le loro tossicità.
CAR-T: TERAPIE NUOVE E DIVERSE PER OGNI MALATO
Le terapie a base di cellule CAR-T stanno rivoluzionando gli attuali programmi terapeutici di linfomi, leucemie e mielomi e si preparano ad affrontare il complicato universo delle neoplasie solide. Classificate tra i più sorprendenti sviluppi dell’immunoterapia oncologica, si basano sul semplice concetto di risvegliare alcune componenti del sistema immunitario e dirigerle contro le cellule maligne.
Mentre le terapie tradizionali sono identiche per tutti i malati, le CAR-T non sono solo cellule vive ma conservano il patrimonio genetico ereditato dalla persona a partire da cui sono state prodotte. Non sono personalizzate per il solo fatto di essere state ottenute da una singola persona e ad essa destinate, ma anche perché recano l’eredità genetica di quella persona. Può sembrare una tautologia ma nella percezione della terapia avanzata è un particolare che rischia di sfuggire.
Non a Mark B. Leick e ai suoi colleghi del Massachusetts General Hospital e della Harvard Medical School di Boston però, i quali si sono chiesti quanto peso abbia il patrimonio di geni del paziente nel determinare il comportamento delle CAR-T. Una domanda innescata principalmente dalle differenti risposte osservate in seguito al trattamento dei malati: in alcuni casi è stata osservata una rapida espansione delle cellule e una decisa risposta antitumorale, in altri l’attivazione immunitaria eccessiva ha suscitato effetti collaterali anche gravi, tra cui la neurotossicità e la sindrome da rilascio delle citochine (CRS).
PER QUALE MOTIVO SI SCATENANO RISPOSTE IMMUNITARIE ECCESSIVE?
Dopo l’infusione nel paziente le cellule CAR-T possono essere attivate al punto da innescare una cascata infiammatoria che coinvolge molecole come l’interferone-gamma (IFN-gamma), l’interleuchina-6 (IL-6), il TNF-alfa e altre citochine, nella omonima sindrome CRS. La seconda complicanza importante è la neurotossicità (ICANS), la cui origine coinvolge, secondo i modelli attuali, anche l’attivazione delle cellule mieloidi del sistema nervoso centrale. Sono numerosi e piuttosto vari i fattori che influenzano la comparsa di tali eventi e fra essi la quantità e l’estensione del tumore o il grado di espansione delle CAR-T. A tal proposito, gli oncologi e ricercatori statunitensi hanno ipotizzato che persino alcune differenze genetiche preesistenti nel sistema immunitario dell’ospite siano in grado di contribuire a determinare la risposta.
Per verificare la veridicità di tale ipotesi essi hanno sequenziato l’intero genoma germinale dei pazienti trattati con axicabtagene ciloleucel negli studi clinici ZUMA-1 e ZUMA-7 - in corso da anni - e sono riusciti ad integrare le informazioni genetiche con i dati clinici, i livelli di citochine e le misure di espansione delle CAR-T nell’organismo. Lo scopo era di cecare nel DNA dei pazienti le varianti genetiche rare che potrebbero essere associate a una probabilità più alta di sviluppare le complicanze già citate.
STXBP2: IL GENE DELLA TOSSICITÀ
Il primo risultato interessante ha portato a STXBP2: un gene implicato nella degranulazione dei linfociti citotossici, processo che permette loro di liberare i granuli contenenti le molecole necessarie a distruggere le cellule bersaglio. Nel gruppo di pazienti dello studio ZUMA-1, alcune varianti rare potenzialmente deleterie di STXBP2 erano più frequenti tra gli individui che avevano sviluppato tossicità grave. Inoltre, la presenza di una variante deleteria di STXBP2 mostrava un’associazione con la tossicità superiore a quella di fattori clinici consolidati, come il carico tumorale e l’espansione massima delle CAR-T. Tutto ciò non basta a dire che STXBP2 sia semplicemente un “gene della tossicità”, ma suggerisce che il suo effetto possa dipendere dal contesto immunologico nel quale la terapia viene somministrata.
Per appurare se dietro all’associazione genetica ci fosse o meno un meccanismo biologico plausibile, i ricercatori sono passati dalla corsia d’ospedale al laboratorio: nei pazienti portatori delle varianti STXBP2, i livelli di IFN-gamma erano già più elevati prima dell’infusione delle CAR-T. Dopo il trattamento, anche diversi altri mediatori infiammatori sono risultati più elevati.
Utilizzando il sistema di editing genetico Crispr-Cas9, i ricercatori hanno eliminato STXBP2 dalle cellule T umane e le hanno trasformate in CAR-T. Il risultato è stato sorprendente: le cellule modificate mostravano una ridotta capacità di degranulazione e una minore attività citotossica. Allo stesso tempo, però, producevano quantità maggiori di IFN-gamma. Può sembrare paradossale ma le cellule diventavano meno efficienti nell’uccidere direttamente il bersaglio e più propense a promuovere un’infiammazione intensa.
Gli esperimenti successivi con i macrofagi hanno fornito un possibile collegamento con la sindrome da rilascio delle citochine: CAR-T prive di STXBP2, quando messe in contatto con cellule tumorali e macrofagi, inducevano livelli più elevati di citochine infiammatorie, come IL-6 e TNF-alfa. Lo stesso tipo di segnale era stato osservato nei pazienti portatori delle varianti STXBP2. In altre parole, una ridotta funzionalità di STXBP2 potrebbe alterare l’equilibrio tra attività citotossica e infiammazione.
Il dato, tuttavia, non è stato osservato allo stesso modo nei pazienti dello studio ZUMA-7 e questo è uno degli aspetti più interessanti dello studio. Infatti, le due popolazioni di pazienti erano diverse: ZUMA-1 comprendeva pazienti fortemente pretrattati, con il 69% di essi che aveva ricevuto almeno tre linee di terapia precedente e il 77% sottoposto a trapianto autologo. ZUMA-7, invece, comprendeva pazienti con malattia refrattaria o recidivata dopo una sola precedente linea terapeutica. Inoltre, i pazienti di ZUMA-1 presentavano livelli di infiammazione basale significativamente più elevati.
È quindi possibile che una variante genetica con effetto relativamente modesto in condizioni normali diventi importante quando il sistema immunitario viene sottoposto a uno stimolo estremamente intenso. La terapia CAR-T può diventare, da questo punto di vista, come una sorta di stress test immunologico: l’attivazione artificiale e molto potente delle cellule T potrebbe rendere visibili difetti funzionali che, nella vita quotidiana, rimarrebbero praticamente inosservati.
ADAMTSL3: UN FRENO ALLA TOSSICITÀ
L’analisi dell’intero genoma ha portato alla luce anche un’associazione di segno opposto. In entrambi gli studi il gene ADAMTSL3 è risultato associato alla popolazione di pazienti che non aveva sviluppato una grave tossicità. ADAMTSL3 è coinvolto nella regolazione della via del TGF-beta, una delle principali vie di segnalazione che modulano il comportamento delle cellule immunitarie. I dati suggeriscono che alcune sue varianti possano esercitare un effetto protettivo.
Nei portatori delle varianti individuate, infatti, i ricercatori hanno osservato livelli inferiori di IL-15, una citochina precedentemente correlata alla CRS e alla neurotossicità: tale risultato suggerisce quindi che alcune varianti di ADAMTSL3 possano esercitare un effetto protettivo nei confronti della tossicità associata alle CAR-T. Ma anche in questo caso è necessaria cautela, si tratta di un’associazione genetica e non di una dimostrazione definitiva di causalità. Saranno necessari studi più ampi per stabilire se il gene possa effettivamente diventare un biomarcatore clinico.
PTPN22: MAGGIORE ESPANSIONE DELLE CAR-T
Infine, per valutare l’efficacia delle CAR-T, i ricercatori hanno preso in considerazione la quantità di cellule CAR-T presente nel sangue dopo l’infusione. L’espansione delle cellule è, infatti, strettamente correlata alla capacità della terapia di suscitare una risposta clinica.
È stato visto che i portatori di varianti di PTPN22 mostravano una maggiore espansione delle CAR-T, e questa associazione era presente sia in ZUMA-1 sia in ZUMA-7. PTPN22 è un gene che agisce come regolatore negativo della segnalazione del recettore delle cellule T (TCR). Nonostante le varianti di questo gene fossero presenti solo nel 5% dei pazienti, il risultato è interessante perché suggerisce che alcune varianti genetiche ereditarie possano rendere le cellule T più facilmente attivabili e favorirne la proliferazione dopo il riconoscimento del tumore.
Gli autori hanno inoltre evidenziato come varianti in altri geni (SPOCK1, SLC28A2-AS1 e DUOX1) fossero collegati a CRS e citopenia ma la differenza nelle tecniche analitiche e nei protocolli fra gli studi ha impedito di trarre conclusioni definitive. Tuttavia, emerge chiaramente il ruolo della genetica nell’influenzare non soltanto il rischio di effetti collaterali, ma anche alcuni tra i parametri biologici più importanti per il successo della terapia.
UN NUOVA MEDICINA PERSONALIZZATA
Il pregio di studi come questo è di tratteggiare un quadro nel quale il risultato di una terapia CAR-T nasce dall’interazione di diversi elementi: caratteristiche del tumore, stato immunologico del paziente, caratteristiche delle cellule utilizzate per produrre la terapia e, ultimo ma non meno importante, il patrimonio genetico individuale. Questo delinea una nuova prospettiva sulla medicina personalizzata.
STXBP2, ADAMTSL3 e PTPN22 rappresentano tre possibili punti chiave della nuova mappa: il primo associato alla predisposizione alla tossicità in uno specifico contesto clinico, il secondo a una possibile protezione dalla tossicità e il terzo a una maggiore espansione delle CAR-T.
È ancora presto per trasformare queste osservazioni in uno strumento diagnostico. Innanzitutto perché le varianti individuate sono rare e alcune associazioni dovranno essere replicate ma, soprattutto, perché le differenze emerse tra gli studi ZUMA-1 e ZUMA-7 mostrano quanto il contesto clinico possa modificare l’effetto della genetica. Sarà necessario predisporre nuovi studi su coorti più ampie di pazienti, ma nel frattempo cresce l’interesse verso il genoma quale possibile componente della risposta alle terapie avanzate.
La prospettiva futura è dunque quella di una medicina personalizzata ancora più precisa: non soltanto nell’identificare le caratteristiche genetiche del tumore da colpire, ma nel comprendere quelle del sistema immunitario chiamato a combatterlo. Spiegare queste interazioni potrebbe, in futuro, aiutare a prevedere meglio la tossicità, ottimizzare la progettazione delle CAR-T e individuare i pazienti nei quali è più probabile ottenere una robusta espansione cellulare. La terapia del cancro potrebbe così evolvere verso una forma ancora più sofisticata di personalizzazione, nella quale non si considera soltanto il genoma del tumore, ma anche quello del sistema immunitario che deve combatterlo.
CELLULE CHE RIMANGONO NELL’ORGANISMO PER MOLTI ANNI
Infine, sulla rivista Nature Medicine è stato pubblicato un ulteriore studio condotto da ricercatori dell’Università della Pennsylvania che hanno osservato come, a circa dieci anni dall’infusione di cellule CAR-T anti-CD19, queste fossero ancora rintracciabili nell’organismo di pazienti affetti da linfoma non-Hodgkin a cellule B.
È un risultato che apre alla possibilità che tali terapie rivoluzionino il sistema immunitario, adattandosi all’organismo - inizialmente erano costituire da una popolazione di cellule CD8+ ma col tempo sono divenute CD4- e CD8-, mantenendo però memoria del bersaglio iniziale e rimanendo in grado di reagire. I ricercatori hanno osservato che la permanenza a lungo termine non sembra direttamente coinvolta nelle remissione dal momento che alcuni pazienti in remissione non portavano traccia delle CAR-T, ma è ovvio che le cellule si adattino al nuovo ambiente e si relazionino costantemente con esso.
Nello scenario dipinto da studi come questi, il DNA del paziente potrebbe dunque costituire la chiave per comprendere in anticipo l’efficacia della terapia e soppesare con più nettezza l’onere sul sistema immunitario.
