Тернистый путь макрофаг-активирующего фактора (GcMAF): от открытия к клинической практике

Витамин Д3-связывающий белок (DBP) представляет собой полифункциональный гликопротеин, основная роль которого заключается в транспорте витамина Д3 и его метаболитов; но он также является предшественником макрофаг-активирующего фактора (GcMAF). DBP конвертируется в GcMAF в результате сайт-специфического селективного дегликозилирования под действием β-галактозидазы и сиалидазы, локализованных на активированных Ви Т-лимфоцитах соответственно. Биологическая активность GcMAF выражается, прежде всего, в его способности активировать макрофаги, усиливая их фагоцитарную функцию и продукцию реактивных форм кислорода. В результате активации на макрофагах повышается экспрессия специфических рецепторов, участвующих в распознавании опухоль-ассоциированных антигенов, а также в реализации прямой противораковой активности через индукцию апоптоза/некроза опухолевых клеток. Повышенный интерес к GcMAF связан с его потенциальной возможностью использования в клинике в качестве нового противоопухолевого препарата. Роль GcMAF проявляется не только при онкологических, но и при целом ряде вирусных и нейродегенеративных заболеваний, при которых в сыворотке больных повышена активность N-ацетилгалактозаминидазы (нагалазы). Нагалаза – это фермент, который полностью, а не селективно дегликозилирует DBP и блокирует, таким образом, образование GcMAF, что приводит к иммунным нарушениям. В обзоре подробно рассмотрены современные данные о структуре и функциях DBP как основного предшественника GcMAF. По своему составу находящийся в циркуляции DBP – это смесь немодифицированных и О-гликозилированных молекул, степень гликозилирования которых определяется генотипом по гену, кодирующему DBP. На роль DBP в устойчивости организма к ряду заболеваний указывает тот факт, что у индивидуумов, гомозиготных по аллелю, кодирующему дефектный DBP, не образуется ни одной молекулы GcMAF, вследствие чего эти индивидуумы имеют высокий риск развития различных тяжелых заболеваний (боковой амиотрофический склероз, колоректальный рак и др.). В обзоре представлены данные об основных механизмах противоопухолевого эффекта GcMAF, опухолевой стратегии нейтрализации активности GcMAF, результаты клинических испытаний GcMAF при различных нозологических формах рака, а также обсуждены имеющиеся противоречия относительно позиционирования GcMAF в качестве эффективного противоопухолевого препарата.

1. Сахно Л.В., Шевела Е.Я., Тихонова М.А., Останин А.А., Черных Е.Р. Молекулярные механизмы иммуносупрессорной активности М2-макрофагов. Иммунология. 2016;37(6):311-315.

2. Allavena P., Sica A., Garlanda C., Mantovani A. The Yin-Yang of tumor-associated macrophages in neoplastic progression and immune surveillance. Immunol. Rev. 2008;222(1):155-161. DOI 10.1111/j.1600-065X.2008.00607.x.

3. Bradstreet J.J., Vogelaar E., Thyer L. Initial observations of elevated alpha-N-acetylgalactosaminidase activity associated with autism and observed reductions from Gcprotein-macrophage activating factor injections. Autism Insights. 2012;4:31-38. DOI 10.4137/AUI.S10485.

4. Delanghe J.R., Speeckaert R., Speeckaert M.M. Behind the scenes of vitamin D binding protein: more than vitamin D binding. Best Pract. Res. Clin. Endocrinol. Metab. 2015;29(5):773-786. DOI 10.1016/j.beem.2015.06.006.

5. Dunn G.P., Bruce A.T., Ikeda H., Old L.J., Schreiber R.D. Cancer immunoediting: from immunosurveillance to tumor escape. Nat. Immunol. 2002;3(11):991-998. DOI 10.1038/ni1102-991.

6. Gregory K.J., Zhao B., Bielenberg D.R., Dridi S., Wu J., Jiang W., Huang B., Pirie-Shepherd S., Fannon M. Vitamin D binding protein-macrophage activating factor directly inhibits proliferation, migration, and uPAR expression of prostate cancer cells. PLoS One. 2010;5(10):e13428. DOI 10.1371/journal.pone.0013428.

7. Haddad J.G., Hu Y.Z., Kowalski M.A., Laramore C., Ray K., Robzyk P., Cooke N.E. Identification of the steroland actin-binding domains of plasma vitamin D binding protein (Gc-globulin). Biochemistry. 1992;31(31):7174-7181. DOI 10.1021/bi00146a021.

8. Homma S., Yamamoto M., Yamamoto N. Vitamin D-binding protein (group-specific component) is the sole serum protein required for macrophage activation after treatment of peritoneal cells with lysophosphatidylcholine. Immunol. Cell Biol. 1993;71(Pt. 4):249-257. DOI 10.1038/icb.1993.29.

9. Inui T., Kuchiike D., Kubo K., Mette M., Uto Y., Hori H., Sakamoto N. Clinical experience of integrative cancer immunotherapy with GcMAF. Anticancer Res. 2013;33(7):2917-2919.

10. Ioannou Y.A., Bishop D.F., Desnick R.J. Overexpression of human alpha-galactosidase A results in its intracellular aggregation, crystallization in lysosomes, and selective secretion. J. Cell Biol. 1992;119: 1137-1150. DOI 10.1083/jcb.119.5.1137.

11. Ishikawa M., Inoue T., Inui T., Kuchiike D., Kubo K., Uto Y., Nishikata T. A novel assay system for macrophage-activating factor activity using a human U937 cell line. Anticancer Res. 2014;34(8):45774581.

12. Kanan R.M., Cook D.B., Datta H.K. Lectin immunoassay for macrophage-activating factor (Gc-MAF) produced by deglycosylation of Gc-globulevidence for noninducible generation of Gc-MAF. Clin. Chem. 2000;46:412-414.

13. Kim R., Emi M., Tanabe K. Cancer immunoediting from immune surveillance to immune escape. Immunology. 2007;121(1):1-14. DOI 10.1111/j.1365-2567.2007.02587.x.

14. Kisker O., Onizuka S., Becker C.M., Fannon M., Flynn E., D’Amato R., Zetter B., Folkman J., Ray R., Swamy N., Pirie-Shepherd S. Vitamin D binding protein-macrophage activating factor (DBP-maf) inhibits angiogenesis and tumor growth in mice. Neoplasia. 2003; 5(1):32-40. DOI 10.1016/S1476-5586(03)80015-5.

15. Korbelik M., Naraparaju V.R., Yamamoto N. Macrophage-directed immunotherapy as adjuvant to photodynamic therapy of cancer. Br. J. Cancer. 1997;75(2):202-207. DOI 10.1038/bjc.1997.34.

16. Kuchiike D., Uto Y., Mukai H., Ishiyama N., Abe C., Tanaka D., Kawai T., Kubo K., Mette M., Inui T., Endo Y., Hori H. Degalactosylated/desialylated human serum containing GcMAF induces macrophage phagocytic activity and in vivo antitumor activity. Anticancer Res. 2013;33(7):2881-2885.

17. Malik S., Fu L., Juras D.J., Karmali M., Wong B.Y., Gozdzik A., Cole D.E. Common variants of the vitamin D binding protein gene and adverse health outcomes. Crit. Rev. Clin. Lab. Sci. 2013;50(1): 1-22. DOI 10.3109/10408363.2012.750262.

18. Mantovani A., Sozzani S., Locati M., Allavena P., Sica A. Macrophage polarization: tumor-associated macrophages as a paradigm for polarized M2 mononuclear phagocytes. Trends Immunol. 2002;23(11): 549-555. DOI 10.1016/S1471-4906(02)02302-5.

19. Martinez F.O., Gordon S., Locati M., Mantovani A. Transcriptional profiling of the human monocyte-to-macrophage differentiation and polarization: new molecules and patterns of gene expression. J. Immunol. 2006;177(10):7303-7311. DOI 10.4049/jimmunol.177.10.7303.

20. Matsuura T., Uematsu T., Yamaoka M., Furusawa K. Effect of salivary gland adenocarcinoma cell-derived alpha-N-acetylgalactosaminidase on the bioactivity of macrophage activating factor. Int. J. Oncol. 2004;24(3):521-528. DOI 10.3892/ijo.24.3.521.

21. McCarty F. Overview of macrophage activating factor and the nagalase assay – potential for control of micrometastatic or early primary cancer. 2013. Available at https://pdfs.semanticscholar.org/8c6d/d28ae1280f52d857145bbd7b14d4a6146e2d.pdf.

22. Mohamad S.B., Nagasawa H., Uto Y., Hori H. Tumor cell alpha-N-acetylgalactosaminidase activity and its involvement in GcMAF-related macrophage activation. Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 2002a;132(1):1-8. DOI 10.1016/S1095-6433(02)00190-3.

23. Mohamad S.B., Nagasawa H., Uto Y., Hori H. Preparation of Gc protein-derived macrophage activating factor (GcMAF) and its structural characterization and biological activities. Anticancer Res. 2002b; 22(6C):4297-4300.

24. Morales E.M. GcMAF: a polemic or a highly promising molecule? World Scientific News. 2017;65:20-36.

25. Nagasawa H., Uto Y., Sasaki H., Okamura N., Murakami A., Kubo S., Kirk K.L., Hori H. Gc protein (vitamin D-binding protein): Gc genotyping and GcMAF precursor activity. Anticancer Res. 2005;25: 3689-3696.

26. Nonaka K., Onizuka S., Ishibashi H., Uto Y., Hori H., Nakayama T., Matsuura N., Kanematsu T., Fujioka H. Vitamin D binding proteinmacrophage activating factor inhibits HCC in SCID mice. J. Surg. Res. 2012;172(1):116-122. DOI 10.1016/j.jss.2010.07.057.

27. Ohm J.E., Carbone D.P. VEGF as a mediator of tumor-associated immunodeficiency. Immunol. Res. 2001;23(2-3):263-272. DOI 10.1385/IR:23:2-3:263.

28. Otterbein L.R., Cosio C., Graceffa P., Dominguez R. Crystal structures of the vitamin D-binding protein and its complex with actin: structural basis of the actin-scavenger system. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002;99:8003-8008. DOI 10.1073/pnas.122126299.

29. Pacini S., Morucci G., Punzi T., Gulisano M., Ruggiero M. Gc proteinderived macrophage-activating factor (GcMAF) stimulates cAMP formation in human mononuclear cells and inhibits angiogenesis in chick embryo chorionallantoic membrane assay. Cancer Immunol. Immunother. 2011;60(4):479-485. DOI 10.1007/s00262-010-0953-7.

30. Pacini S., Morucci G., Punzi T., Gulisano M., Ruggiero M., Amato M., Aterini S. Effect of paricalcitol and GcMAF on angiogenesis and human peripheral blood mononuclear cell proliferation and signaling. J. Nephrol. 2012a;25(4):577-581. DOI 10.5301/jn.5000035.

31. Pacini S., Punzi T., Morucci G., Gulisano M., Ruggiero M. Effects of vitamin D-binding protein-derived macrophage-activating factor on human breast cancer cells. Anticancer Res. 2012b;32(1):45-52.

32. Rehder D.S., Nelson R.W., Borges C.R. Glycosylation status of vitamin D binding protein in cancer patients. Protein Sci. 2009;18(10): 2036-2042. DOI 10.1002/pro.214.

33. Saburi E., Saburi A., Ghanei M. Promising role for Gc-MAF in cancer immunotherapy: from bench to bedside. Caspian J. Intern. Med. 2017;8(4):228-238. DOI 10.22088/cjim.8.4.228.

34. Song Y.H., Naumova A.K., Liebhaber S.A., Cooke N.E. Physical and meiotic mapping of the region of human chromosome 4q11-q13 encompassing the vitamin D binding protein DBP/Gc-globulin and albumin multigene cluster. Genome Res. 1999;9(6):581-587.

35. Thyer L., Ward E., Smith R., Branca J.J., Morucci G., Gulisano M., Noakes D., Eslinger R., Pacini S. GC protein-derived macrophageactivating factor decreases α-N-acetylgalactosaminidase levels in advanced cancer patients. Oncoimmunology. 2013a;2(8):e25769. DOI 10.4161/onci.25769.

36. Thyer L., Ward E., Smith R., Fiore M.G., Magherini S., Branca J.J., Morucci G., Gulisano M., Ruggiero M., Pacini S. A novel role for a major component of the vitamin D axis: vitamin D binding proteinderived macrophage activating factor induces human breast cancer cell apoptosis through stimulation of macrophages. Nutrients. 2013b;5(7):2577-2589. DOI 10.3390/nu5072577.

37. Toutirais O., Chartier P., Dubois D., Bouet F., Leveque J., CatrosQuemener V., Genetet N. Constitutive expression of TGF-beta1, interleukin-6 and interleukin-8 by tumor cells as a major component of immune escape in human ovarian carcinoma. Eur. Cytokine Netw. 2003;14(4):246-255.

38. Toyohara Y., Hashitani S., Kishimoto H., Noguchi K., Yamamoto N., Urade M. Inhibitory effect of vitamin D-binding protein-derived macrophage activating factor on DMBA-induced hamster cheek pouch carcinogenesis and its derived carcinoma cell line. Oncol. Lett. 2011;2(4):685-691. DOI 10.3892/ol.2011.306.

39. Ugarte A., Bouche G., Meheus L. Inconsistencies and questionable reliability of the publication “Immunotherapy of metastatic colorectal cancer with vitamin D-binding protein-derived macrophages-activating, GcMAF” by Yamamoto et al. Cancer Immunol. Immunother. 2014;63(12):1347-1348. DOI 10.1007/s00262-014-1587-y.

40. Uto Y., Hori H., Kubo K., Ichihashi M., Sakamoto N., Mette M., Inui T. GcMAF: our next-generation immunotherapy. Nature. 2012;485: S67-S70.

41. Verboven C., Rabijns A., De Maeyer M., Van Baelen H., Bouillon R., De Ranter C. A structural basis for the unique binding features of the human vitamin D-binding protein. Nat. Struct. Biol. 2002;9(2):131136. DOI 10.1038/nsb754.

42. Yamamoto N., Homma S. Vitamin D3 binding protein (group-specific component) is a precursor for the macrophage-activating signal factor from lysophosphatidylcholine-treated lymphocytes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991;88(19):8539-8543. DOI 10.1073/pnas. 88.19.8539.

43. Yamamoto N., Kumashiro R. Conversion of vitamin D3 binding protein (group-specific component) to a macrophage activating factor by the stepwise action of beta-galactosidase of B cells and sialidase of T cells. J. Immunol. 1993;151(5):2794-2802.

44. Yamamoto N., Naraparaju V.R., Asbell S.O. Deglycosylation of serum vitamin D3-binding protein leads to immunosuppression in cancer patients. Cancer Res. 1996;56(12):2827-2831.

45. Yamamoto N., Suyama H., Nakazato H., Yamamoto N., Koga Y. Immunotherapy of metastatic colorectal cancer with vitamin D-binding protein-derived macrophage-activating factor, GcMAF. Cancer Immunol. Immunother. 2008a;57:1007-1016. DOI 10.1007/s00262-007-0431-z.

46. Yamamoto N., Suyama H., Yamamoto N. Immunotherapy for prostate cancer with Gc protein-derived macrophage-activating factor, GcMAF. Transl. Oncol. 2008b;1(2):65-72. DOI 10.1593/tlo.08106.

47. Yamamoto N., Suyama H., Yamamoto N., Ushijima N. Immunotherapy of metastatic breast cancer patients with vitamin D-binding proteinderived macrophage activating factor (GcMAF). Int. J. Cancer. 2008c;122:461-467. DOI 10.1002/ijc.23107.

48. Yamamoto N., Ushijima N., Koga Y. Immunotherapy of HIV-infected patients with Gc protein-derived macrophage activating factor (GcMAF). J. Med. Virol. 2009;81:16-26. DOI 10.1002/jmv.21376.