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09 DICEMBRE 2018
Nobel lecture/2 Honjo (Giappone): entro il 2030 il cancro diventerà una delle tante malattie croniche, grazie all’immunoterapia

Il prossimo 10 dicembre, anniversario della morte di Alfred Nobel (Sanremo, 1896), il texano James Allison e il giapponese Tasuku Honjo, riceveranno da re Carlo XVI Gustavo di Svezia il premio Nobel per la medicina. I due Nobel laureate, lo scorso 7 dicembre hanno tenuto la loro Nobel lecture al Karolinska Institutet di Stoccolma. Per lo scienziato giapponese dell’Università di Kyoto l’immunità acquisita è il vero ‘bonus’ dell’evoluzione; dopo aver permesso di sconfiggere le malattie infettive con le vaccinazioni e gli antibiotici, ci consentirà di vincere il cancro con l’immunoterapia.

La scena è sempre la stessa. Il grande palco dell’Aula Medica del Karolinska Institutet di Stoccolma, con la piccola foresta di abeti natalizi e le grandi composizioni di fiori rosa. Per inciso, i fiori della Nobel week e quelli che fanno da scenografia alla cerimonia di consegna dei premi e al banchetto dei Nobel vengono da Sanremo (quest’anno sono ben 55mila), un omaggio della città dove Alfred Nobel trascorse gli ultimi cinque anni di vita, fino alla morte, dovuta forse per un ictus, sopraggiunta il 10 dicembre 1896.
 
Ma torniamo al palco dell’Aula Medica. Il professor Edward Smith, membro del Comitato Nobel, nella sua introduzione al premio Nobel Tasuku Honjo, ricorda che questo scienziato da ragazzino faceva sempre troppe domande a scuola e non lesinava di correggere i suoi insegnanti (fino al punto da far scoppiare in lacrime una maestra) se riteneva che avessero sbagliato. Difficile da immaginare la scena, di fronte a questo scienziato di 76 anni, dall’andatura incerta e fiera al tempo stesso, ma dall’aspetto timido e riservato. Molto giapponese. Il titolo della sua lettura è tutto un programma ‘Serendipities of the acquired immunity’, perché come nella migliore tradizione, le scoperte più importanti si fanno per caso (anche se ci deve sempre essere una mente illuminata per coglierle).
 
The making of a Nobel scientist
Ma prima di lanciarsi nelle alchimie delle sue ricerche da Nobel, lo scienziato giapponese dedica un rispettoso tributo alla sua famiglia. Da parte paterna una famiglia di medici, anche se la sua ‘dea guardiana’  e ispiratrice è sempre stata la madre, una bellissima donna che Honjo ricorda commosso. Un uomo innamorato della scienza Honjo, ma non di quella medica all’inizio. Ad affascinarlo, negli anni della scuola è stata l’astronomia e gli anelli di Saturno visti al telescopio.
 
Per questo Honjo aveva deciso di diventare un astronomo. Ma l’entusiasmo per le stelle e i pianeti gli viene meno quando la madre gli regala una biografia di Hideyo Noguchi, lo scienziato giapponese che aveva individuato nella spirocheta della sifilide la causa della paralisi progressiva e che sarebbe morto in Ghana per fare ricerche sull’agente patogeno della febbre gialla. Honjo decide dunque di iscriversi all’Università di Kyoto per studiare medicina e qui incontra il suo mentore, il professor Osamu Hayaishi, scopritore dell’enzima ossigenasi. Ma la persona che gli aprirà gli occhi sull’immunologia molecolare, Honjo la incontrerà nel corso dei suoi studi negli Usa. E’ Donald Brown della Carnegie Institution di Baltimora, negli anni ’70. Il ‘tormentone’ dell’epoca, il motivo ispiratore delle ricerche sul mistero della risposta immunitaria era la domanda ‘come fanno gli animali a generare anticorpi specifici per un numero pressoché infinito di antigeni, comprese le sostanze chimiche artificiali?.
 
Il class switching anticorpale
Iniziava sulla spinta di questa domanda l’era delle ricerche sugli anticorpi, che lo scienziato giapponese ripercorre nella sua lecture. Un campo di ricerca che ha regalato anche un altro Nobel al Paese del Sol Levante, quello di Susumu Tonegawa (1987), per la scoperta dei principi genetici della generazione della diversità anticorpale. Nel frattempo Honjo era tornato alla sua università di Kyoto dove comincia a dedicarsi allo studio della generazione della memoria anticorpale, attraverso la somministrazione dei vaccini. Ricerche che portano alla scoperta che il cosiddetto ‘class switching’ - ovvero l’induzione di una diversa risposta anticorpale in occasione della prima vaccinazione (IgM) e della seconda vaccinazione (IgG) - avviene per una ricombinazione, che si determina grazie alla delezione di un grande segmento di DNA.
 
La scoperta dell’AID e l’effetto della vaccinazione
Un’altra scoperta importantissima fatta nel laboratorio di Honjo è la cosiddetta Activation Induced Cytidine Deaminase (AICDA o AID), un enzima codificato dal gene AICDA, che determina mutazioni del DNA attraverso la deaminazione della citidina. L’AID è un regolatore fondamentale della diversificazione delle cellule B e, per le sue caratteristiche di ‘mutatore’ naturale, gioca un ruolo centrale nell’immunità adattiva. Ma, se di sregolato, può portare al cancro. Gli scienziati giapponesi hanno dimostrato che nell’animale knock-out per AID non si verifica la produzione di IgG e che questi animali non accumulano mutazioni.
 
Esiste un corrispondente nell’uomo di questa condizione creata in laboratorio (il deficit di AID), la cosiddetta sindrome da Iper-IgM di tipo II (un’immunodeficienza con iper-IgM) che determina le stesse alterazioni osservate nel topo AID knock-out.
L’AID è dunque l’enzima che ‘incide’ la memoria antigenica nel gene degli anticorpi e questo rappresenta la base meccanicistica della vaccinazione.
 
Inizia l’era dell’immunoterapia
L’idea di utilizzare l’immunoterapia conto i tumori risale allo scorso secolo; già nel 1970 Sir Franck Macfarlane Burnet aveva teorizzato l’immunosorveglianza contro il cancro. Tuttavia, vari tentativi di mettere a punto un immunoterapico fallirono all’epoca. All’inizio si tentò di mettere a punto dei vaccini anti-cancro, iniettando i cosiddetti neoantigeni tumorali; poi si è cercato di attivare in vitro i linfociti T, reiniettandoli poi nello stesso paziente; infine si è provato a trattare il cancro iniettando delle citochine (IFN-gamma, IL-2, IL-12, ecc). Un fallimento su tutta la linea.
Ma con la scoperta delle molecole ‘freno’ molecolare, avvenuta nel 1995, tutto sarebbe cambiato di lì a poco. Non è che in linea di principio quei tentativi fossero del tutto sbagliati (prova ne è che stanno tornando in auge nelle ricerche e nei trattamenti), ma non avevano alcuna possibilità di funzionare perché il sistema immunitario era completamente paralizzato dal tumore.
 
La scoperta dei primi checkpoint immunitari: il CTLA-4 e il PD-1
Nel 1995, Jim Allison dimostra che il CTLA-4 è una sorta di ‘freno a mano’ che il tumore mette al sistema immunitario (il suo opposto, l’acceleratore, è rappresentato dalla molecola CD28) e il modo d’azione è molto drastico, di tipo ‘on-off’. Il gruppo di Honjo negli stessi anni, individua il PD-1, che funziona come il pedale del freno quando la macchina è in movimento; in questo caso l’acceleratore è rappresentato dalla molecola ICOS e questo sistema determina una regolazione molto più ‘morbida’ e graduale del sistema immunitario.
 
PD-1: non solo apoptosi ma anche arma vincente contro il tumore
Il PD-1 era stata identificato come un molecola di segnale di superficie, coinvolta nell’apoptosi (di qui il suo nome, programmed death-1). Ma Honjo intuisce che c’è dell’altro. Cominciano i primi esperimenti con topi knock-out nei quali non emergono alterazioni fenotipiche ma viene notata una iper-risposta alla stimolazione antigenica. E’ solo alla fine degli anni ’90 che il gruppo di ricercatori giapponesi evidenzia, a distanza di mesi, la comparsa di chiari fenomeni di autoimmunità negli animali resi knock-out. Il PD-1 era dunque un regolatore negativo; mettendolo knock-out, si alza il piede dal freno e il sistema immunitario prende il sopravvento in maniera incontrollata.
 
Il sistema immunitario funziona attraverso un complesso sistema di equilibri tra ‘acceleratori’ e ‘freni’, cioè tra sorveglianza e tollenza immunitaria; se i due sistemi in equilibrio è tutto ok. Se si sbilanciano verso l’iperimmunità, può andar bene per il trattamento delle infezioni e dei tumori, al prezzo però della comparsa di patologie autoimmunitarie. Se si sbilanciano verso l’immuno-soppressione, può andar bene per il trattamento delle patologie autoimmunitarie, ma al prezzo di un maggior rischio di infezioni e di tumori.
 
Il blocco controllato del PD-1 faceva dunque intravvedere una possibilità di trattamento dei tumori. E i primi esperimenti confermano che il deficit o il blocco del PD-1, come anche la somministrazione di anticorpi anti PD-1 o anti PD-L1 riescono a bloccare la crescita del tumore e delle metastasi. “Anche se tuttora non sappiamo come, ammette Honjo. Sappiamo solo che la molecola chiave è il PD-1 e sia il blocco del suo ligando, che del suo recettore possono curare il cancro”.
 
Arriva il nivolumab e iniziano i trial clinici con la terapia anti-PD-1 che entreranno nella storia
“Abbiamo dunque deciso di portare questa scoperta alla clinica. Ma per farlo c’era bisogno di tanti soldi e di tante tecnologie. Siamo stati molto fortunati – ammette Honjo – La Medarex riuscì a produrre il primo anticorpo umano anti-PD-1 (IgG4S228P), sintetizzandolo nel topo, contenente il gene dell’immunoglobulina umana”. Iniziava così l’era del nivolumab, approvato dall’FDA il 1 agosto 2006.
 
A seguito dell’incontro con Allison, cominciano a partire una serie di trial clinici negli Usa (2006) e in Giappone (2008). Lo studio clinico di fase I arruola 296 pazienti terminali e li tratta col nivolumab. 1/5 di quelli con NSCLC e circa 1/3 di quelli con melanoma e carcinoma a cellule renali, mostrano risposte complete o parziali al trattamento con nivolumab. Lo studio viene pubblicato sul NEJM nel 2012 e finisce sulle prime pagine di tutto il mondo, dal Wall Street Journal al Frankfurter Allgemeine.
 
Ma il trial dai risultati più incredibili viene pubblicato tre anni dopo, nel 2015, sempre sul NEJM. Riguardava pazienti con melanoma e metteva a confronto nivolumab con la classica chemioterapia per questo tumore, la dacarbazina. Il 70% dei pazienti trattati con nivolumab era ancora vivo dopo un anno e mezzo, contro meno del 20% del gruppo trattato col chemioterapico.
Il trattamento con bloccanti del PD-1 è ormai approvato per un gran numero di tumori (le ultime indicazioni, arrivate nel 2018, riguardano il cancro della cervice e il linfoma a grandi cellule B mediastinico primitivo). L’anno prima era arrivata l’indicazione per tutti i tumori con elevato carico mutazionale (microsatellite instability high/deficient mismatch repair, MSI-H/dMMR), a prescindere dall’origine del tumore.
 
Un paradigm shift nel trattamento dei tumori
La terapia anti-PD-1 ha prodotto un paradigm shift nella terapia dei tumori: minori effetti collaterali (perché le cellule normali non vengono toccate); efficace per un ampio range di tumori (sono oltre 1.000 i trial clinici condotti  ancora in corso); l’effetto nei responder è duraturo e continua, anche per 4-5 anni, dopo l’interruzione del trattamento.
 
Perché l’immunoterapia è così efficace?
I tumori accumulano migliaia di mutazioni, che portano alla produzione di nuovi antigeni (i cosiddetti neo-antigeni tumorali), diversi dalle nostre proteine e riconosciuti come estranei dal sistema immunitario.
“Di fronte ad un numero così elevato di mutazioni – spiega Honjo -  è impossibile riconoscere quella dominante da colpire con un farmaco a target. Le cellule tumorali accumulano in continuazione mutazioni; ogni volta che si somministra un farmaco, si seleziona un clone di cellule resistenti a questo. Al contrario, i linfociti possono riconoscere un gran numero di mutazioni e attaccare quindi queste cellule”.
 
Ma è solo l’inizio della storia…
Al momento solo il 20-30% dei pazienti risponde all’immunoterapia; bisogna imparare a distinguere i possibili responder dagli altri. Come fare? Attraverso l’individazione di biomarcatori come l’elevata mutagenesi nel tumore, ma ancor più nella potenza della risposta immunitaria individuale (sono centinai i geni coinvolti della potenza della risposta immunitaria). La prossima frontiera è migliorare la risposta all’immunoterapia. E tra le strategie proposte c’è quella di favorire l’accesso delle cellule T killer al tumore e il potenziamento della funzionalità delle cellule T killer.
 
L’immunoterapia rivoluzionerà anche la chirurgia dei tumori?
Il blocco del PD-1 porta all’uccisione delle cellule tumorali, da parte delle cellule T killer presenti all’interno del tumore; questo provoca il rilascio di chemochine che attira dai linfonodi nuove cellule T killer dirette contro il tumore. “Ora – rifletto Honjo - molti chirurghi asportano un gran numero di linfonodi, quando operano per un tumore, e questa potrebbe dunque non essere una buona idea. Studi su animali da esperimento hanno dimostrato che la rimozione di tutti i linfonodi satelliti, riduce la risposta anti-tumorale all’anti-PD-1”.
 
Per vincere il tumore serve tanta energia. La strategia dei ‘super-mitocondri’
Al momento sono numerosi i trial in corso su terapie che combinano gli anti-PD-1 con gli anti-CTLA-4, o con chemioterapia, radioterapia, agenti anti-VEGF A o combinazioni chemio-radioterapia.
Ma intanto si sperimentano anche altri approcci. L’attivazione e la proliferazione dei linfociti T killer richiede un sacco di energia. E la centrale energetica della cellula sono i mitocondri. “Per questo – spiega Honjo - stiamo cercando di individuare delle sostanze in grado di incrementare la biogenesi mitocondriale, per consentire alle cellule T killer di attaccare con maggior efficienza il tumore. L’attivazione del complesso PGC-1alfa/PPAR, promuovendo uno step fondamentale nell’attivazione dei mitocondri (fosforilazione ossidativa e consumo degli acidi grassi), migliora l’efficacia del blocco di PD—1. E infatti il bezafibrato (un farmaco anti- trigliceridi, con attività PPAR agonista) somministrato insieme agli anticorpi anti-PD-L1 in modelli animali di tumore, migliora in maniera sinergica l’efficacia dell’immunoterapia, aumentando il numero di cellule T killer effettrici all’interno del tumore.
 
Microbioma intestinale: un alleato chiave nella lotta ai tumori
Un altro campo ancora tutto da esplorare è quello dei rapporti tra PD-1 e microbiota intestinale. Recenti studi hanno dimostrato che il PD-1 seleziona delle IgA critiche per la regolazione del microbiota. Nei topi con deficit di PD-1, il numero dei batteri ‘buoni’ (cioè di quelli preziosi per la simbiosi) ricoperti di IgA è ridotto e a livello intestinale si produce una disbiosi, si riduce cioè il numero di batteri anaerobi e aumenta quello degli Enterobacter, come Escherichia coli. L’AID e il PD-1 cooperano all’interno dei centri germinativi intestinali (le placche di Peyer) alla selezione di IgA ad elevata affinità, necessaria per mantenere un buon microbioma. Insomma il microbiota intestinale ha un ruolo critico nel controllo del sistema immunitario dell’ospite.
 
Esperimenti sul topo hanno dimostrato che, esattamente come accade nel deficit di  PD-1, anche nel deficit di AID (anche senza deficit di PD-1), l’aumentata attività immunitaria anti-tumorale dipende dal microbiota intestinale; ne è la prova che negli animali germ-free, l’attività anti-tumorale osservata del deficit di AID, cioè la soppressione della crescita del tumore, non si manifesta. “PD-1 e AID – spiega Honjo - dovrebbero collaborare per produrre IgA appropriate a controllare il microbiota intestinale e questo equilibrio è importante per il mantenimento della tolleranza immunitaria, dell’equilibrio omeostatico del metaboloma e forse anche la salute del cervello. Se questo equilibro viene distrutto, come nel deficit di PD-1 o di AID, è possibile che compaia un’attività anti-tumorale, ma al prezzo di malattie autoimmuni e di alterazioni comportamentali (sindromi ansiose, ecc). Non sappiamo dunque molto dei meccanismi di regolazione corporea e dobbiamo impararne di più”.
 
Il futuro dell’immunoterapia
Nel 2016 Andy Coghlan scriveva su New Scientist, citando Chen “Abbiamo appena scoperto l’equivalente anti-tumorale della penicillina. Anche se la penicillina non è in grado di curare tutte le infezioni, ha dato vita ad un’intera generazione di antibiotici che hanno cambiato per sempre la medicina, consegnando alla storia la maggior parte delle infezioni in precedenza mortali”.
 
“Nei prossimi anni ci aspettiamo – conclude Honjo - che sempre più pazienti vengano trattati con l’immunoterapia. Non so quando, ma forse già verso il 2030, il cancro potrebbe magari non scomparire del tutto, ma potremmo riuscire a controllarlo con l’immunoterapia. E trasformarlo in questo modo in una delle tante malattie croniche.
 
Il secolo scorso abbiamo eradicato le malattie infettive grazie alle vaccinazioni e agli antibiotici. Questo secolo, speriamo di arrivare a controllare il tumore con l’immunoterapia e a migliorare gli effetti di queste terapie attraverso la manipolazione del microbioma intestinale. L’immunità acquisita è evoluta nei vertebrati, come sistema di difesa contro i patogeni. E questo ha portato ad un allungamento incredibile della vita dei vertebrati.
 
Fortunatamente, le cellule tumorali accumulano mutazioni ed esprimono neoantigeni, che possono essere anche loro riconosciuti dall’immunità acquisita.
E forse è questo il bonus dell’evoluzione”.
 
Maria Rita Montebelli

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