СОВРЕМЕННЫЕ ИММУНОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ ТАРГЕТНЫЕ СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ГРАНЗИМОВ В ЛЕЧЕНИИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ

Основное свойство, которым обладают киллерные клетки человека, – цитотоксичность. Реакция цитотоксичности киллерных клеток человека достигается при помощи комплекса молекул, в том числе перфоринов, гранзима, катепсина и др. При этом для гибели клеток-мишеней достаточно всего 1 молекулы – гранзима, тогда как остальные молекулы предназначены для его активации и доставки в цитоплазму клеток-мишеней.
Предметом настоящего обзора являются гранзимы, которые представляют собой семейство сериновых протеаз и выполняют свою функцию в  организме человека как  интегральные цитолитические эффекторы во время программируемой клеточной смерти раковых и патоген-инфицированных клеток. Секретируемые преимущественно цитотоксическими Т-лимфоцитами и натуральными киллерами, гранзимы осуществляют инициацию апоптоза по каспазозависимым и каспазонезависимым путям. Данные природные свойства делают гранзимы одними из наиболее перспективных человеческих ферментов для использования при разработке целевых терапевтических стратегий в лечении различных видов рака. При  этом наиболее привлекательным является гранзим B, так как он обладает наиболее сильными эффекторными свойствами. К настоящему времени разработано несколько подходов для доставки молекул гранзима к опухолевым клеткам и облегчения его проникновения через клеточную мембрану. Более того, предлагаются некоторые решения по преодолению резистентности клеток-мишеней к гранзим-опосредованному апоптозу.
Цель данного обзора литературы – систематизация информации о применении гранзима B в исследованиях как компонента наноструктурных систем доставки лекарственных препаратов для лечения со́лидных и гематологических злокачественных новообразований. Кроме того, в настоящем обзоре рассмотрены преимущества и сложности использования гранзимов.

1. Kataoka T., Nagai K. Molecular dissection of cytotoxic functions mediated by T cells. ProGrBiotechnol 2002;22:13–23. DOI: 10.1016/s0921-0423(02)80039-9.

2. De Armas L.R., Podack E.R. Natural killer cytolytic activity. In: Natural Killer Cells. Ed. by M.T. Lotze, A.W. Thomson. Elsevier Ltd., 2010. Pp. 215–227. DOI: 10.1016/b978-0-12-370454-2.00016-8.

3. Masson D., Tschopp J. A family of serine esterases in lytic granules of cytolytic T lymphocytes. Cell 1987;49(5):679–85. DOI: 10.1016/0092-8674(87)90544-7.

4. Bladergroen B.A., Meijer C.J., ten Berge R.L. et al. Expression of the granzyme B inhibitor, protease inhibitor 9, by tumor cells in patients with nonHodgkin and Hodgkin lymphoma: a novel protective mechanism for tumor cells to circumvent the immune system? Blood 2002;99(1):232–7. DOI: 10.1182/blood.v99.1.232.

5. Boivin W.A., Cooper D.M., Hiebert P.R., Granville D.J. Intracellular versus extracellular granzyme B in immunity and disease: challenging the dogma. Lab Invest 2009;89(11):1195–220. DOI: 10.1038/labinvest.2009.91.

6. Granville D.J. Granzymes in disease: bench to bedside. Cell Death Differ 2010;17(4):565–6. DOI: 10.1038/cdd.2009.218.

7. Pinkoski M.J., Hobman M., Heibein J.A. et al. Entry and trafficking of granzyme B in target cells during granzyme B-perforin mediated apoptosis. Blood 1998;92(3):1044–54. PMID: 9680374.

8. Cremer C., Hehmann-Titt G., Schiffer S. et al. Engineered Versions of Granzyme B and Angiogenin Overcome Intrinsic Resistance to Apoptosis Mediated by Human Cytolytic Fusion Proteins. In: Resistance to Immunotoxins in Cancer Therapy. Ed. by R.S. Verma, B. Bonavida. Springer, 2015. Pp. 185–219. DOI: 10.1007/978-3-319-17275-0_8.

9. Kurschus F.C., Fellows E., Stegmann E., Jenne D.I. Granzyme B delivery via perforin is restricted by size, but not by heparan sulfate-dependent endocytosis. Proc Natl Acad Sci U S A 2008;105(37):13799–804. DOI: 10.1073/pnas.0801724105.

10. Beseničar M.P., Metkar S., Wang B. et al. Granzyme B translocates across the lipid membrane only in the presence of lytic agents. Biochem Biophys Res Commun 2008;371(3):391–4. DOI: 10.1016/j.bbrc.2008.04.071.

11. Bots M., Medema J.P. Granzymes at a glance. J Cell Sci 2006;119(24): 5011–14. DOI:10.1242/jcs.03239.

12. Киселевский Д.Б. Гранзимы и митохондрии. Биохимия 2020;85(2):155–64. [Kiselevskiy D.B. Granzymes and mitochondria. Biokhimiya = Biochemistry 2020;85(2):155–64. (In Russ.)]. DOI: 10.31857/S0320972520020013.

13. Bird C.H., Christensen M.E., Mangan M.S.J. et al. The granzyme B-Serpinb9 axis controls the fate of lymphocytes after lysosomal stress. Cell Death Differ 2014;21(6):876–7. DOI: 10.1038/cdd.2014.7.

14. Cullen S.P., Martin S.J. Mechanisms of granule-dependent killing. Cell Death Differ 2008;15(2):251–62. DOI: 10.1038/sj.cdd.4402244.

15. Lieberman J. The ABCs of granulemediated cytotoxicity: new weapons in the arsenal. Nat Rev Immunol 2003;3(5):361–70. DOI: 10.1038/nri1083.

16. Voskoboinik I., Dunstone M.A., Baran K. et al. Perforin: structure, function, and role in human immunopathology. Immunonol Rev 2010;235(1):35–54. DOI: 10.1111/j.0105-2896.2010.00896.x.

17. Bird C.H., Sun J., Ung K. et al. Cationic Sites on Granzyme B Contribute to Cytotoxicity by Promoting Its Uptake into Target Cells. Mol Cell Biol 2005;25(17):7854–67. DOI: 10.1128/mcb.25.17.7854-7867.2005.

18. Azzi J., Ohori S., Ting C. et al. Serine protease inhibitor-6 differentially affects the survival of effector and memory alloreactive CD8-T cells. Am J Transplant 2015;15(1):234–41. DOI: 10.1111/ajt.13051.

19. Ashton-Rickardt P.G. An emerging role for Serine Protease Inhibitors in T lymphocyte immunity and beyond. Immunol Lett 2013;152(1):65–76. DOI: 10.1016/j.imlet.2013.04.004.

20. Kaiserman D., Bird P.I. Control of granzymes by serpins. Cell Death Differ 2010;17(4):586–95. DOI: 10.1038/cdd.2009.169.

21. Rosenblum M.G., Barth S. Development of novel, highly cytotoxic fusion constructs containing granzyme B: Unique mechanisms and functions. Curr Pharm Des 2009;15(23):2676–92. DOI: 10.2174/138161209788923958.

22. Schiffer S., Rosinke R., Jost E. et al. Targeted ex vivo reduction of CD64- positive monocytes in chronic myelomonocytic leukemia and acute myelomonocytic leukemia using human granzyme B-based cytolytic fusion proteins. Int J Cancer 2014;135(6): 1497–508. DOI: 10.1002/ijc.28786.

23. Mathew M., Verma R.S. Humanized immunotoxins: a new generation of immunotoxins for targeted cancer therapy. Cancer Sci 2009;100(8): 1359–65.DOI: 10.1111/j.1349-7006.2009.01192.x.

24. Niesen J., Hehmann-Titt G., Woitok M. et al. A novel fully-human cytolytic fusion protein based on granzyme B shows in vitro cytotoxicity and ex vivo binding to solid tumors overexpressing the epidermal growth factor receptor. Cancer Lett 2016;374(2):229–40. DOI: 10.1016/j.canlet.2016.02.020.

25. Amoury M., Kolberg K., Pham A.T. et al. Granzyme B-based cytolytic fusion protein targeting EpCAM specifically kills triple negative breast cancer cells in vitro and inhibits tumor growth in a subcutaneous mouse tumor model. Cancer Lett 2016;372(2):201–9. DOI: 10.1016/j.canlet.2016.01.027.

26. Kurschus F.C., Kleinschmidt M., Fellows E. et al. Killing of target cells by redirected granzyme B in the absence of perforin. FEBS Lett 2004; 562(1–3):87–92. DOI: 10.1016/s0014-5793(04)00187-5.

27. Losasso V., Schiffer S., Barth S., Carloni P. Design of human granzyme B variants resistant to serpin B9. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 2012;80(11): 2514–22. DOI: 10.1002/prot.24133.

28. Mohamedali K.A., Cheung L.H., Rosenblum M.G. Tumor-targeted fusion constructs containing engineered granzyme B variants with optimized stability and potency. Cancer Res 2015;75(15 suppl):632. DOI: 10.1158/1538-7445.AM2015-632.

29. Stahnke B., Thepen T., Stöcker M. et al. Granzyme B-H22(scFv), a human immunotoxin targeting CD64 in acute myeloid leukemia of monocytic subtypes. Mol Cancer Ther 2008;7(9):2924–32. DOI: 10.1158/1535-7163.mct-08-0554.

30. Alimonti J.B., Shi L., Baijal P.K., Greenberg A.H. Granzyme B Induces BID-mediated Cytochrome c Release and Mitochondrial Permeability Transition. J Biol Chem 2001;276(10): 6974–82. DOI: 10.1074/jbc.m008444200.

31. D’Eliseo D., Pisu P., Romano C. et al. Granzyme B is expressed in urothelial carcinoma and promotes cancer cell invasion. Int J Cancer 2009;127(6): 1283–94. DOI: 10.1002/ijc.25135.

32. Yang J., Pemberton A., Morrison W.I., Connelley T. Granzyme B Is an Essential Mediator in CD8+ T Cell Killing of Theileria parva-infected cells. Infect Immun 2018;87(1):e00386–18. DOI: 10.1128/iai.00386-18.

33. Uranga S., Marinova D., Martin C. et al. Granzyme A is expressed in mouse lungs during Mycobacterium tuberculosis infection but does not contribute to protection in vivo. PLoS One 2016;11(4):e0153028. DOI: 10.1371/journal.pone.0153028.

34. Qian X., Shi Z., Qi H. et al. A novel Granzyme B nanoparticle delivery system simulates immune cell functions for suppression of solid tumors. Theranostics 2019;9(25):7616–27. DOI: 10.7150/thno.35900.

35. Schanoski A.S., Le T.T., Kaiserman D. et al. Granzyme A in Chikungunya and Other Arboviral Infections. Front Immunol 2020;10:3083. DOI: 10.3389/fimmu.2019.03083.

36. Shevtsov M., Stangl S., Nikolaev B. et al. Granzyme B Functionalized Nanoparticles Targeting Membrane Hsp70-Positive Tumors for Multimodal Cancer Theranostics. Small 2019;15(13):e1900205. DOI: 10.1002/smll.201900205.