Penghargaan Nobel Kedokteran 2018: Immune Checkpoint Inhibitor

Cecep Suryani Sobur Ilmu Dasar Kedokteran, Hematologi - Onkologi Medik, Kedokteran Leave a Comment

Beberapa minggu terakhir ini saya berniat menulis mengenai immune checkpoint inhibitor karena selain penemunya menerima hadiah Nobel, beberapa bulan yang lalu juga belajar mengenai manfaat atau tempat obat tersebut pada kasus kanker khususnya kanker paru. Selain itu, ada dua hal lain. Pertama kisah bapak Sutopo Puwo Nugroho yang sedang berjuang melawan kanker serta berita duka meninggalnya ibu Nita Octobijanthy, istri mas Indro, pelawak kawakan kita.

Memang sampai saat ini dunia kedokteran masih kesulitan menghadapi penyakit kanker, khususnya kanker paru. Penyakit tersebut belum berhasil “ditaklukan”. Berbeda dengan kanker payudara atau kanker leher rahim atau serviks yang perkembangannya begitu menggembirakan. Salah satu alasannya adalah masih belum adanya cara yang dapat diandalkan untuk mendeteksi kanker paru secara dini. Sungguh berbeda dengan kanker payudara atau kanker serviks dan bahkan dengan vaksin HPV, angka kanker serviks dapat dicegah lebih banyak lagi.

Hal ini berbeda dengan kanker paru. Belum ada cara untuk mengetahui secara dini penyakit kanker paru. Sulit mendapat penderita yang masih memiliki stadium dini, adapun yang datang dengan keluhan, umumnya sudah memiliki kanker stadium lanjut. Begitu pula dengan pencegahan. Rokok yang merupakan salah satu faktor risiko terbesar, belum berhasil kita tekan. Terlalu banyak dipolitisasi dengan lobi industri yang begitu kuat. Alhasil, kanker paru masih banyak terjadi dan sulit untuk ditekan kejadian maupun angka kematiannya.

Terobosan Immune Checkpoint Inhibitor dalam Terapi Kanker

Untungnya, dalam dua dekade terakhir ini, kita melihat sesuatu yang revolusioner. Kita melihat cara baru dalam menangani kanker yaitu immune checkpoint inhibitor yang ternyata mampu meningkatkan harapan hidup penderita kanker, salah satunya penderita kanker paru. Perkembangan secara singkat dari terapi tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Timeline penemuan immune checkpoint inhibitor
Penemuan immune checkpoint inhibitor. Alsaab HO, et al. Front Pharmacol. 2017;8(AUG):561.

Sampai saat ini, terapi kanker tertumpu pada radiasi, bedah, dan kemoterapi. Dengan ditemukannya immune checkpoint inhibitor muncul pilar keempat yaitu imunoterapi untuk pengobatan kanker. Imunoterapi ini sedikit berbeda karena terapi yang diberikan lebih tertuju pada sistem imunitas dan tidak langsung terhadap sel kanker. Namun, dengan meregulasi sistem imun ini ternyata cukup membantu dalam memperkuat terapi penyakit kanker.

Sistem Immune Checkpoint dan Immune Checkpoint Inhibitor.

Penghargaan Nobel bidang kedokteran tahun 2018 diberikan kepada dua ilmuwan, yaitu James P. Allison (inhibitor CTLA-4) dari Amerika Serikat dan Tasuko Hanjo (inhibitor PD-1) dari Jepang. Keduanya dianugerahi penghargaan Nobel atas hasil penelitiannya dalam bidang terapi kanker dengan memanfaatkan sistem kekebalan tubuh yaitu melalui immune checkpoint inhibitor. Dengan metode tersebut, sistem imunitas atau kekebalan tubuh menjadi aktif kemudian dapat menyerang tumor ganas tersebut.

CTLA-4 dan PD-1 adalah protein membran yang tedapat pada sel limfosit T. Keduanya merupakan bagian dari system immune checkpoint, yang berfungsi sebagai pengerem atau penahan reaksi imun. Kita ketahui fungsi imunitas tubuh kita dikontrol secara ketat agar dapat efektif memerangi bahaya namun tidak boleh menyerang diri sendiri. Untuk mencegah agar system tersebut tidak menyerang tubuh kita sendiri, sistem imun memiliki banyak kontrol. Dua diantaranya adalah CTLA-4 dan PD-1. Selain kedua protein tersebut, terdapat pula BTLA, LAG-3, dan TIM-3 yang digambarkan melalui skema di bawah ini:

Jenis-jenis immune checkpoint
APC, antigen presenting cell; HMGB-1, high-mobility group box 1; PS, phosphatidylserine
Domain intraseluler dari immune checkpoint pada manusia.
Domain intraseluler dari immune checkpoint pada manusia.

Programmed Cell Death Protein-1 (PD-1)

PD-1 merupakan protein transmembrane tipe 1 yang tergolong ke dalam superfamily immunoglobulin. Domain sitoplasmik dari protein ini memiliki dua motif inhibitori yaitu immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif (ITIM) dan immunoreceptor tyrosine-based switch motif (ITSM). Kedua motif ini penting dalam aktivasi inhibisi kerja imun melalui PD-1. Diketahui sebelumnya bahwa saat aktivasi limfosit CD4 atau CD8 melalui CTR (T-cell receptor) terjadi pengikatan ITIM maupun ITSM sebagai akibat aktivasi CD28 dan dan kompleks TCR-CD3. Namun, walaupun terstimulasi, PD-1 tidak teraktivasi karena aktivasi juga membutuhkan ligan PD-1. Adapun ligan dari PD-1 terdapat pada sel APC berupa PD-L1 dan PD-L2. PD-L2 diekspresikan hanya oleh APC seperti sel dendritik dan makrofag sedangkan PD-L1 disekspresikan secara luas oleh sel-sel hematopoietik termasuk sel limfosit T yang telah teraktivasi.

Sel kanker ternyata juga bisa mengaktivasi PD-1. Aktivasi PD-1 menyebabkan regulator inhibisi atau penghambatan yang kuat pada aktivasi sel T. Adanya aktivasi PD-1 akan menghambat aktivasi sel limfosit T sehingga tidaik teraktivasi. Dalam keadaan normal, penghambatan ini penting untuk mencegah reaksi autoimun atau dalam keadaan sakit, mencegah reaksi imunitas yang berlebihan. Adapun sel kanker menghambat aktivasi sel T agar dirinya tidak diserang oleh sistem imunitas dari penderita. Gambar di bawah ini adalah bagaimana sel kanker memanfaatkan PD-1 untuk menuurnkan aktivitas imun tubuh penderita:

Stimulasi TCR oleh sel kanker
Stimulasi TCR yang berkepanjangan menyebabkan peningaktan produksi inetrferon yang kemudian memicu peningaktan ekspresi PD-L1 atau PD-L2 oleh sel kanker yang kemudian menekan sistem imun tubuh.

Dalam berbagai percobaan, dengan dibloknya PD-1, tampak terjadi peningkatan aktivitas imunitas oleh limfosit terhadap sel kanker. Selain itu, terjadi perbaikan dari tanda kelelahan limfosit akibat terstimulasinya PD-1 secara terus-menerus oleh sel kanker. Saat ini inhibitor terhadap PD-1 maupun PD-L1 tampaknya dapat membantu mengobati melanoma, non-small cell lung cancer (NSCLC), renal cell carcinoma (RCC), head and neck squamous cell carcinoma, kanker serviks, kanker uterus, kanker payudara, karsinoma sel Merkel, limfoma Hodgkin, diffuse large B cell lymphoma, dan limfoma folikuler.

B and T Lymphocyte Attenuator (BTLA)

BTLA merupakan reseptor transmembrane tipe I, bagian dari reseptor Ig-superfamily. BTLA memiliki kemiripan dengan PD-1 dimana domain ektraselulernya memilki lipatan seperti IgV dan domain sitoplasmiknya juga memiliki motif ITIM dan ITSM seperti PD-1. Aktivasi dari BTLA menyebabkan rekuruitmen dari domain SH-2 yang mengandung fosfatase SHP-1 dan SHP-2. Selain itu, pada BTLA juga memiliki ekor panjang di sitoplasma dimana pada posisi asam amino ke-111 dapat mengaktivasi jalur sinyal melalui motif putatif Grb-2.

BTLA dimiliki oleh sel B dan sel T dan juga terdapat pada sel imun innate seperti sel dendritik dan monosit. Adapun ligan dari BTLA yang baru diketahui adalah Herpes virus entry mediator (HVEM). HVEM merupakan keluarga dari reseptor superfamili TNF (TNFR-SF). HVEM juga dapat berinteraksi dengan anggota TNFR-SF yang lain serta LIGHT, dan LT-α. Selain itu, HVEM juga secara merupakan pasangan atau binding partner dari CD160. Fungsi CD160 masih menjadi tanda tanya karena sebagian laporan memperlihatkan mengaktivasi limfosit sedangkan laporan yang lain memperlihatkan efek inhibitori.

PAda tikus percobaan, tikus dengan knock down BTLA maupun defisiensi HVEM memiliki limfosit B yang hipereaktif dan rentan terhadap penyakit autoimun. Pada lingkungan tumor, fungsi dari BTLA cukup kompleks karena dengan aktivasi ligan HVEM dapat menghambat proliferasi dari sel T namun memperkuat daya tahan atau survival dari sel limfosit T pada tumor. Sampai saat ini, penghambatan BTLA yang dimanfaatkan untuk pengobatan kanker masih dalam tahap penelitian.

Cytotoxic T Lymphocyte Antigen-4 (CTLA-4)

CTLA-4 juga merupakan reseptor tipe 1 yang memiliko domain IgV-like. CTLA-4 berada di vesikel intraseluler dan secara cepat diekspor ke permukaan sel apabila terjadi aktivasi. CTLA-4 memiliki efek inhibisi dari respon sel T dan tikus yang tidak memiliki CTLA-4 rentan terhadap penyakit autoimun dan diregulasi imun sehingga mati lebih cepat.

CTLA-4 memiliki protein konstumulator yaitu CD28. Keduanya memiliki ligan yang sama yaitu CD80 dan CD86 namun CTL-4 memiliki tingkat afinitas yang lebih tinggi. Baik CD28 maupun CTLA-4 juga memiliki pasangan ikatan intraseluler yang sama yaitu subunit tp85 dari PI3K dan fosfatase PPA2. Pada Treg, protein kinase C-η (PKC-η) berikatan dengan CTLA-4 memberikan sinyal melalui aksis CTLA-4-PKC-η dibutuhkan dalam proses contact-dependent suppression.

Cara CTLA-4 menginhibisi sel T adalah dengan mengikat CD80 dan CD86 sehingga mencegah stimulasi CD28 dan menghambat aktivasi dari sel T. Cara lain adalah CTLA-4 mendeplesi protein B7 pada APC sehingga fungsi stimulasi dari B7 menjadi berkurang. Kedua proses ini dapat dilihat dari ilustrasi di bawah ini:

Efek CTLA-4 terhadap sel t regulator
Efek CTLA-4 melalui fungsi sel T regulator (Treg). Treg dapat menyebabkan internalisasi dan sekuestrasi dari protein B7 sehingga tidak ada stimulasi terhadap CD28 sehingga proliferasi dan fungsi sel T menjadi menurun.
Kostimulasi APC dengan CD28 dan CTLA_4
A: Kostimulasi dengan CD28 yang dominan menghasilkan efek sinyal positif bagi proliferasi dan survival dari sel T. B: Kostimulasi dengan CTLA-4 yang kuat menghasilkan efek sinya negatif menyebabkan berkurangnya proliferasi dan apoptosis sel T

Saat ini CTLA-4 inhibitor, ipilimumab, digunakan untuk pengobatan melanoma maligna yang telah bermetastasis.

Lymphocyte Activation Gene-3 (LAG-3)

LAG-3 adalah protein transmembran tipe 1 yang memiliki homologi dengan CD4. Ekspresi dari LAG-3 terdapat pada sel T yang teraktivasi, sel B, dan sel NK serta dilaporkan pada sel dendritik plasmasitoid. Bagian ekstraseluler dari LAG-3 memiliki empat domain Ig-like yang memiliki homologi struktural dengan CD4. Seeprti halnya CD4, LAG-3 juga berikatan dengan MHC kelas II tetapi dengan tingakt afinitas yang lebih tinggi. LAG-3 juga banyak terglikosilasi dan berinteraksi dengan lektin galektin 3 dan permukaan sel residen dari liver sinusoidal endothelial lectin (LSECtin).

Terdapat perbedaan yang khusus pada pada LAG-3 dibandingkan dengan immune checkpoint lainnya yaitu tidak adanya motif klask pada domain intraseluler untuk rekruitmen fosfatase inhibitori. LAG-3 mempunyai motif fosforilisasi serin S454, dengan motif asam glutamat dan dipeptida prolin (motif EP) serta motif KIEELE yang merupakan motif yang tidak biasa. Protein yang berikatan dengan motip EP ini dikenal dengan LAG-3 associated protein (LAP) namun belum diketahui secara pasti efek fungsional dari protein tersebut.

LAG-3 memiliki fungsi inhibisi sistem imunitas walaupun mekanisme secara paastinya belum diketahui. Perbedaan yang mencolok dengan inhibitor imun lainnya adalah LAG-3 mengikat molekul MHC kelas II daripada ligan generik dari koinhibitori. DIbandingkan dengan molekul immune checkpoint lainnya, LAG-3 memiliki ukuran domain ekstra seluler yang lebih besar serta seperti dijelaskan di atas, motif intraseluler LAG-3 unik, berbeda dengan immune checkpoint lainnya.

T Cell Immunoglobulin and Mucin-Domain Containing Protein-3 (TIM-3)

TIM-3 merupakan anggota dari keluarga protein TIM, dimana pada manusia ada dua anggota TIM lainnya yaitu TIM-1 dan TIM-4. Protein ini merupakan protein transmembran tipe I yang mengandung domain musin dan domain N-terminal IgV-like. TIM-3 diekspresikan pada sel imun innate seperti monosit/makrofag, sel dendritik, sel mast, dan sel NK matur. Pada sel T, TIM-3 diekspresikan oleh sel-sel yang memasuki maturitas akhir/terminal. Beberapa ligan yang berhubungan dengan TIM-3 seperti phosphatidylserine (PtdSer).

TIM-3 juga berikatan dengan high-mobility group box 1 (HMGB-1), protein pola yang berkaitan dengan kerusakan sel dan dilepas oleh sel imun innate yang mengalami stress dan dapat berinteraksi dengan berabagai macam molekul seperti asam nukleat dan lipopolisakarida. Berdasarkan eksperimen, diketahui bahwa Galectin-9 (Gal-9) berfungsi sebagai binding partner dari TIM-3. Gal-9 merupakan anggota dari keluarga beta-galactoside-binding protein yang terlibat dalam mengikat 4-1BB, CD40, CD44, dan Dectin-1.

Pada domain intrasaeluler, TIM-3 tidak memiliki motif sinyal aktivasi atau inhibitori. Namun, beberapa penelitian melaporkan bahwa domain intraseluler dari TIM-3 dapat memediasi sinyal intraseluler pada sel T dan mieloid. Proses tersebut dimediasi oleh proses fosforilisasi oleh dua tirosin (Y256 dan Y263) yang memungkinkan interaksi dengan domain SH2. Sinyal intraseluler lain yang dilaporkan berinteraksi dengan TIM-3 yaitu p85 dari PI3K, PLC-γ, ZAP-70, Lck, dan SLP-76. Dalam satu laporan ditemukan bawha HLA-B-associated transcript 3 (Bat3) berikatan dengan domain sitoplasmik dari TIM-3 mencegah disfungsi dan kelelahan dari sel T. Selain itu, TIM-3 juga bisa mempromosikan persinyalan Akt/mTOR yang esensial dalam respon efektor optimal dari sel T.

Namun, pada tikus dengan defisiensi TIM-3 tidak tampak ada proses autoimun tetapi secara konsisten terdapat refrakter terhadap proses induksi toleransi yang berkaitan dengan fungsi inhibisi dari TIM-3. Namun,disisi lain, tikus dengan TIM-3 knocked out, memperlihatkan terdapat pengurangan dari respon primer maupun sekunder dari sel T CD8. Hal bisa saja menjadi petunjuk bahwa terdapat ciri khas intraseluler tertentu dimana pada sel T CD8, TIM-3 berfungsi dalam mediasi stimulasi respon dari sel T CD8. Sampai saat ini, pemanfaatan inhibisi terhadap TIM-3 dalam pengobatan kanker masih dalam proses penelitian.

Peranan Immune Checkpoint Inhibitor untuk Terapi Kanker

Seperti dijelaskan di atas bahwa ternyata sel kanker mampu mengaktivasi immune checkpoint ini. Jaringan kanker sebenarnya dikelilingi atau didekati oleh sel imunitas pasien. Akan tetapi, dengan mengeluarkan ligan yang bereaksi dengan reseptor immune checkpoint, sel kanker dapat lolos atau tidak diserang oleh sistem imunitas tubuh.

Dengan mengetahui proses ini, ilmuwan kemudian melakukan penelitian bagaimana apabila kita memblok kemampuan sel kanker untuk mengaktivasi immune checkpoint ini. Oleh sebab itu, dikembangkanlah kelompok obat yang dinamakan immune checkpoint inhibitor. Saat ini ada dua kelompok obat immune checkpoint inhibitor yaitu anti PD-1/PD-L1 dan anti CTLA-4.

Perkembangan di Masa Depan Pemanfaatan Immune Checkpoint Inhibitor

Dari penemuan-penemuan terbaru, didapati bahwa stimulasi secara persisten dari sel imun dapat menyebabkan kelelahan dari sel-sel imun tersebut. Akibatnya, terjadi stimulasi untuk ekspresi immune check point sehingga mengurangi respon imun tubuh. Pemberian inhibitor PD-L1 memperlihatkan proses pembalikan dari keadaan kelelahan sel imun tersebut. Namun, ekspresi immune checkpoint ini tidak terbatas pada keadaan kelelahan dari sel imun sehingga immune checkpoin ini belum tentu menjadi penyebab dari terjadinya proses kelelahan dari sel imun.

Hal yang menarik lainnya adalah peranan sel T regulator (Treg) pada proses imun toleran dan penghambatan reaksi sel imun terhadap penyakit infeksi maupun kanker. Pengetahuan mengenai hubungan peran immune checkpoint dengan Treg ini perlu diteliti lebih lanjut terutama untuk mengetahui apakah immune checkpoint dapat mengurangi atau menambah peran dari fungsi Treg.

Efek Samping Penggunaan Immune Checkpoint Inhibitor

Dikarenakan fungsinya mengerem proses imun, maka pemberian immune checkpoint inhibitor dapat meningkatkan proses penyakit autoimun. Diantaranya adalah sebagai berikut:

  • Komplikasi penyakit autoimun sistemik
    1. Kolitis
    2. Hepatitis
    3. Penumonitis
    4. Hipotiroidisme
    5. Retinopati, uveitis, iritis
    6. Rheumatik atau penyakit muskuloskeletal
  • Komplikasi autoimun neurologis
    1. Gejala neurologis nonspesifik ringan: nyeri kepala, pusing, parestesi, neuropati sensoris serta kecil
    2. Gejala berat seperti:
      • Miopati inflamasi
      • Myasthenia gravis
      • Vaskulitis
      • Neuropati
      • Meningitis aseptik
      • Ensefalitis autoimun
      • Multiple sclerosis
      • Hypophysitis
    3. Triger gejala autoimun neurologis yang telah ada sebelumnya

Kesimpulan

Penemuan immune checkpoint inhibitor merevolusi pengobatan kanker dengan memperkenalkan bidang imunoterapi pada pengobatan kanker. Tujuannya adalah memperkuat sistem imunitas pasien sehingga sistem imun dapat lebih aktif dalam memerangi sel kanker. Selama ini, pemanfaatan immune checkpoint inhibitor ini terbukti membantu memperbaiki luaran atau hasil dari terapi beberapa jenis kanker. Pada artikel lain dapat disimak pula mengenai hadiah Nobel Fisiologi/Kedokteran untuk tahun 2019.

Sumber

  1. Alsaab HO, Sau S, Alzhrani R, Tatiparti K, Bhise K, Kashaw SK, et al. PD-1 and PD-L1 Checkpoint Signaling Inhibition for Cancer Immunotherapy: Mechanism, Combinations, and Clinical Outcome. Front Pharmacol. 2017;8(AUG):561.
  2. Buchbinder EI, Desai A. CTLA-4 and PD-1 pathways similarities, differences, and implications of their inhibition. Am J Clin Oncol Cancer Clin Trials. 2016;39(1):98–106.
  3. Dalakas MC. Neurological complications of immune checkpoint inhibitors: what happens when you ‘take the brakes off’ the immune system. Ther Adv Neurol Disord. 2018 Jan 14;11:175628641879986.
  4. De Sousa Linhares A, Leitner J, Grabmeier-Pfistershammer K, Steinberger P. Not All Immune Checkpoints Are Created Equal. Front Immunol. 2018 Aug 31;9.

Tinggalkan Balasan