Susret otpornosti raka na imunitet: od mehanizma do terapije (1. dio)

Za više informacija kontaktirajtedavid.wan@wecistanche.com

Matične stanice raka (CSC) su samoobnavljajuće stanice koje olakšavajuinicijacija tumora, potiču metastaze i pojačavajuotpornost na terapiju raka. Transkriptomske analize mnogih vrsta raka otkrile su istaknutu povezanost izmeđumatičnostiimunološki potpisi, potencijalno implicirajući biološku interakciju između takvih obilježja raka. Novi eksperimentalni dokazi potkrijepili su utjecaj CSC-a na imunološke stanice, uključujući makrofage povezane s tumorom, supresorske stanice izvedene iz mijeloida i T-stanice, u mikrookruženju tumora i, recipročno, važnost takvih imunoloških stanica u održavanju matičnosti CSC-a i njegovog preživljavanja niša. Ovaj pregled pokriva stanične i molekularne mehanizme koji leže u osnovi simbiotskih interakcija između CSC-a i imunoloških stanica i kako takveheterotipskisignalizacija održava ekosustav koji promiče tumore i informira terapijske strategije presrećući ovu suovisnost.

Kliknite ovdje da saznate više o Cistancheu

UVOD

Paradigma matičnih stanica raka (CSC) proizašla je iz studijeakutna mijeloična leukemija(AML), koji je identificirao subpopulaciju manje diferenciranih CD34*/CD387 stanica koje posjeduju sposobnost obnavljanja sličnu matičnim stanicama i snažnu sposobnost iniciranja tumora (Lapi-dot et al, 1994). Stanice raka s ovim biološkim svojstvima otad su otkrivene u gotovo svim solidnim tumorima, uključujući melanom i rak mozga, dojke, debelog crijeva, štitnjače, gušterače, prostate, jetre, pluća, jajnika, glave i vrata te želuca (Turdo et al. ,2019). Klinički i biološki značaj CSC-a pojačan je pozitivnom korelacijom između potpisa matičnih stanica i lošeg preživljavanja (Ben-Porath et al, 2008.). Iako CSC-ovi dijele svojstva i površinske markere s normalnim matičnim stanicama (Turdo et al., 2019), oni održavaju sposobnost obnavljanja putem specifičnih promijenjenih signalnih putova sa zajedničkim i jedinstvenim obrascima u mnogim tipovima tumora (Slika 1). Na primjer, CSC karcinoma dojke pokazuju CD44 standardnu ​​spojenu izo-formu (CD44s) aktiviranu receptor faktora rasta izvedenog iz trombocita (PDGFR )/pretvornik signala i aktivator transkripcije 3 (STAT3), forkhead box C1 (FOXC1) aktiviran sonic hedgehog ( SHH) i sfingozin-1-fosfat (S1P)/S1PR3-aktivirani NOTCH putevi (Han et al, 2015; Hirata et al, 2014; Zhang et al, 2019b). Nasuprot tome, CSC matičnost u druge vrste raka, poput glioma i karcinoma debelog crijeva, želuca i prostate, održava se preko CD133-posredovane fosfatidilinozitol-3-kinaze (Pl3K)/protein kinaze B(AKT, G-proteina bogatog leucinom- povezanim receptorom 5 (LGR5) posredovanim WNT/-kateninom i NANOG putevima posredovanim proteinom speckle tipa POZ (SPOP) (Morgan i sur., 2018; Wang i sur., 2010b, 2019a; Wei i sur., 2013; Zhang et al., 2019c). Takvi obrasci povezani s CSC-om opovrgavaju visok stupanj biološke složenosti i specifičnosti tipa tumora.

Karakteristične značajke CSC-a dobro su utvrđene i uključuju samoobnavljanje, sposobnost klonske inicijacije tumora, klonski potencijal dugoročne ponovne naseljenosti i plastičnost između stanja matice i nestabljike (Plaks et al., 2015.). Ova plastičnost je posebno važna jer omogućuje CSC-ima da se prilagode i prežive u uvjetima terapeutskih poremećaja, kao i stalno promjenjivih bioloških stresova tumorskog mikrookruženja (TME) tijekom evolucije tumora (Agliano et al., 2017; Hatina, 2012; Müller i sur., 2020.; Plaks i sur., 2015.). Mehanički, pokazalo se da je uloga CSC-a u inicijaciji tumora, metastazama i rezistenciji na terapiju potaknuta interakcijama izmeđustanice rakai stanice domaćina u TME (Ayob i Ramasamy, 2018; Plaks et al, 2015), gdje molekule i putovi koji pokreću biologiju CSC-a često pokreću više znakova raka (Slika 1). Na primjer, sposobnost iniciranja tumora kod CSC-a povezana je s njihovom matičnošću koju pokreće regija Y-box 2 (SOX2) faktora transkripcije koja određuje spol, a koja također regulira gene koji upravljaju obilježjima raka kao što su proliferacija, preživljavanje i invazija (Boumahdi et al. .,2014; Zhou et al, 2009. U slučaju obilježja metastaza, potpisi matičnih stanica pozitivno koreliraju s povećanom sklonošću metastatskim pojavama (Ayob i Ramasamy, 2018.); štoviše, različiti CSC putovi i povezani biološki procesi pridonose svakom koraku metastatskog procesa-od diseminacije do formiranja metastatske niše do rasta udaljenih organa-inducirajući epitelno-mezenhimalni prijelaz (EMT, stimulirajući proizvodnju egzosoma iz mijeloidnih stanica i pojačavajući faktore koji potječu iz niše , kao što je faktor rasta sličan inzulinu-1 (IGF-1) i interleukin (L)-6 (Agliano et al., 2017; Ayob i Ramasamy, 2018; Shiozawa et al. Doista, eksperimentalni i klinički dokazi pokazuju da CSC u primarnim tumorima šire i koloniziraju distalna mjesta (de Sousae Melo et al., 2017.) i da njihov položaj na invazivnom prednjem dijelu negativno korelira s preživljavanjem bolesnika (Kodamaet al., 2017.). ). Konačno, s obzirom na rezistenciju na terapiju, CSC putovi mijenjaju signalne molekule koje upravljaju metabolizmom lijeka (npr. visoka ekspresija ATP-vezujućih kazeta transportnih proteina koji povećavajuefluks lijekabrzina), EMT (npr. povećani SOX2, transkripcijski faktor 4 koji veže oktamer [OCT4] i ekspresija NANOG) i metaboličko reprogramiranje (npr. poboljšani prijenosnik glukoze 1, oksidativna fosforilacija i aktivnost reaktivnih kisikovih vrsta; Ayob i Ramasamy, 2018. ). Fenotipska plastičnost CSC-a može pridonijeti dodatnim obilježjima raka putem njihove sposobnosti transdiferencijacije u pericite, endotelne stanice i fibroblaste, pridonoseći tako angiogenezi tumora, razvoju niše matičnih stanica i upali (Slika 1; Cheng et al, 2013; Dongre i Weinberg, 2019; Huet sur., 2016; Nair i sur., 2017; Ricci-Vitiani i sur., 2010; Wang i sur., 2010a). Ta se plastičnost također odražava u sposobnosti "diferenciranih" stanica raka da ponovno usvoje nezrelo CSC stanje, proces dediferencijacije koji se može stimulirati signalima koji potječu iz TME-a, uključujući makrofage povezane s tumorom (TAMs), supresor koji potiče iz mijeloida stanice (MDSC), T-stanice, fibroblasti povezani s rakom (CAF) i druge imunološke stanice (Plaks et al., 2015). Najznačajnije, snažna povezanost CSC-a s imunološkim stanicama dokazana je nepristranim studijama profiliranja, pokazujući snažnu negativnu korelaciju između matičnih stanica raka i protutumorskih imunoloških potpisa u 21 vrsti solidnih tumora (Miranda et al, 2019). Konkretno, povećana matičnost povezana je sa smanjenim imunološkim stanicama protiv raka, uključujući CD8 plus T stanice, stanice prirodne ubojice (NK) i B stanice, te pojačanom polarizacijom infiltrirajućih makrofaga (Miranda et al, 2019). Slično tome, atlas genoma raka (TCGA) i analize mikromreža tkiva otkrile su da je matična stanica raka u negativnoj korelaciji s aktiviranim CD4 plus i CD8 plus T stanicama u čvrstim tumorima (Hou et al., 2019; Malta et al, 2018).

Ovi in ​​silico nalazi u ljudskom raku dobro se slažu s novim eksperimentalnim nalazima iz studija različitih mišjih modela ljudskog raka. Pokazalo se da udio CSC-a u melanomu ovisi o korištenom specifičnom imunokompromitiranom soju miševa, što ukazuje na važnu ulogu imunološkog sustava u regulaciji CSC-a (Quintana et al., 2008.). S druge strane, CSC mogu oblikovati specifičan TME svojom regulacijom imunoloških stanica. Na primjer, ekspresija CSC markera i regulatora kinaze 1 slične dvostrukom kortinu (Westphalen et al., 2014.) pozitivno korelira s obiljem TAM-ova i regulatornih T-stanica (T-reg stanica) i povišenom ekspresijom faktora koji inhibiraju CD8 plus T-stanicu aktivnosti (Wu et al, 2020). MARVEL-slična transmembranska domena 6 koja sadrži transmembransku domenu 6, koja se eksprimira na plazma membranama stanica raka, može poboljšati matičnost CSC putem WNT/-katenin puta, potisnuti antitumorski imunitet putem programirane regulacije liganda smrti 1 (PD-L1), i smanjuju CD8* i CD4* T stanice u mnogim vrstama raka, uključujući karcinom skvamoznih stanica glave i vrata (SCCHN) (Chen et al., 2020a), melanom i rak dojke (Burr et al, 2017; Mezzadraet al. ,2017). Protein povezan s masnom masom i pretilošću (FTO) je demetilaza stupnja A i prekomjerno je izražen u AML-u. Inhibicija FTO narušava matične stanice leukemije i reprogramira imunološki odgovor potiskivanjem gena imunoloških kontrolnih točaka, kao što je LILRB4 (član 4 podfamilije receptora nalik leukocitnom imunoglobulinu), čime senzibilizira AML stanice na citotoksičnost posredovanu T-stanicama (Suet al, 2020). Slično tome, analize jednostaničnog RNA sekvencioniranja (RNA-seq) AML-a otkrile su subpopulaciju matičnih stanica AML-a koje istovremeno eksprimiraju gene povezane s matičnošću i mijeloidne početne gene (van Galen et al, 2019). Osim toga, egzosomi izvedeni iz CSC-a, koji prenose teret između stanica (Mathieu et al, 2019), mogu poboljšati preživljavanje supresivnih neutrofila za poticanje rasta raka debelog crijeva (Hwang et al, 2019). Ova zajednička matičnost i imunološki transkripcijski profil usklađeni su s nedavnim otkrićem da nedostatak Dligandsa, člana grupe 2 prirodnih ubojica, koji definira matične stanice leukemije, doprinosi njihovom selektivnom bijegu od imunološkog nadzora posredovanog NK-stanicama (Paczulla et al., 2019). Osim ovih imunoloških stanica, CAF-ovi i njihove interakcije s CSC-ima također su važni zatumorogenezaiotpornost na terapiju(Chan i sur., 2019.). Zajedno, ovi nalazi naglašavaju blisku vezu između molekula i mehanizama koji upravljaju biologijom CSC-a i imuniteta tumora na mnoge vrste tumora.

Ukratko, sve veći translacijski i eksperimentalni dokazi naglašavaju bezbrojne interakcije i isprepletene tumorske biološke uloge CSC-a i imunoloških stanica, osobito mijeloidnih stanica (TAMs i MDSCs) i T-stanica. Ovaj pregled sažima trenutno znanje o molekularnom preslušavanju i funkcionalnom utjecaju tih simbiotskih interakcija na glavne znakove raka. S obzirom na mijeloične stanice, ističemo TAM i MDSC pojedinačno, iako dijele istu stanicu podrijetla i slične funkcije suzbijanja antitumorskog imuniteta posredovanog T-stanicama (Engblom et al., 2016.). Ovi novi uvidi pružaju putokaz za razvoj novih terapijskih strategija protiv raka koje remete ovaj dinamički krug kod specifičnih tipova tumora.

CSC-TAM preslušavanje

Utjecaj CSC-a na biologiju makrofaga

Poznato je da faktori koje izlučuju različiti tipovi stanica u TME-u, uključujući CSC-ove, regrutiraju i polariziraju TAM-ove (Chen et al., 2017, 2019a, 2020b; Colegio et al, 2014). Ovi TAM-ovi potječu iz makrofaga izvedenih iz koštane srži (BMDM) i makrofaga koji se nalaze u lokalnom tkivu (npr. mikroglija u mozgu, Kupfferove stanice u jetri i alveolarni makrofagi u plućima), a koji potječu iz hematopoetskih matičnih stanica i progenitora nasađivanje u embrionalna tkiva (npr. žumanjčana vrećica za mikrogliju i fetalna jetra za Kupfferove stanice i alveolarne makrofage), redom (Slika 2; Pathriaet al., 2019). Regrutiranje TAM-a pokreću različiti kemokini, uključujući kemokin CC motiva ligand 2 (CCL2), CCL3, CXC motiv kemokin ligand 14 (CXCL14) i lizil oksidaza (LOX), koje izlučuju stanice raka, makrofagi i druge stromalne stanice u TME (Chen et al., 2019a; Pathria et sur., 2019.; Wei i sur., 2020. Sve više dokaza pokazuje da CSC također doprinose infiltraciji makrofaga i mikroglije putem različitih molekula i mehanizama u različitim vrstama raka (Slika 2; Tablica 1). Treba napomenuti da su neki od ovih kemokina posebno proizveden od strane CSC-a, koji visok h ističe jedinstvenu ulogu CSC-a u regulaciji infiltracije TAM-a. Na primjer, periostin (POSTN) preferirano eksprimiraju i luče CSC u glioblastomu (GBM) i kolangiokarcinomu (CCA), koji zauzvrat regrutira BMDM putem vezanja s xvB3 integrinom (Zeng et al, 2018; Zhou et al, 2015).

Genetske i epigenetske promjene u CSC reguliraju proizvodnju kemokina. Na primjer, prekomjerna ekspresija PTEN-a ili AKT-a u GSC-ima i živčanim matičnim stanicama pojačava LOX i CXCL12B, koji regrutira TAM-ove kroz 1 integrin (Chen et al., 2019a) odnosno CXC motiv kemokinskog receptora 4 (CXCR4) (Chia et al., 2018). Optički GSC izolirani iz Nf1loxneo; Mišji model glioma niskog stupnja GFAP-Cre izlučuje CX3CL1 i CCL5 za regrutiranje mikroglije, a taj se učinak dodatno pojačava gubitkom Ptena (Guo et al, 2019b). Slično, nedostatak F1 u ljudskim GSC-ima može pospješiti infiltraciju makrofaga i mikroglije, iako kemokini regulirani NF1- nisu poznati (Wang et al, 2017.). U mnogim tipovima tumora, pojačanje receptora epidermalnog faktora rasta (EGFR) a mutacija može potaknuti CSC matičnost i regrutiranje makrofaga (An et al, 2018; McCann et al, 2018; Rutkowska et al, 2019). Kod raka jetre, aktivacija EGFR/AKT aktivira kompleks transkripcijskih faktora člana obitelji povezanih proteina (YAP)/TEA (TEAD) u CSC-u, što zauzvrat pojačava faktore regrutiranja makrofaga CCL2 i faktor stimulacije kolonije makrofaga (M-CSF) (Guo i sur. 2017.). Kod raka pluća nemalih stanica (NSCLC), povećana ubikvitin-specifična proteaza 17, deubikvitinaza potrebna za trgovinu i onkogenu aktivnost mutantnog EGFR-a (McCann et al., 2018.), povećava matičnost stanica raka, što zauzvrat pojačava infiltraciju makrofaga putem povećana proizvodnja citokina, uključujući faktor nekroze tumora (TNF)-a, IL-1 i IL-6 (Lu et al., 2018.). Kod raka mokraćnog mjehura, mutacije gubitka funkcije histonskog modifikatora gena lizin (K)-specifične demetilaze 6A (KDM6A) potiču matičnost CSC-a i izlučivanje IL-6 i CCL2, što zauzvrat povećava regrutiranje makrofaga (Kobatake et. al., 2020). U GBM-u, cirkadijalni lokomotorni izlazni ciklus kaput (CLOCK), epigenetski i cirkadijalni regulator pojačan u 5 posto slučajeva, pojačava matičnost GSC-a i izlučivanje proteina 3 sličnog kemokinu olfaktomedinu (OLFML3), koji regrutira mikrogliju u TME ( Chen i sur., 2020b). Naposljetku, upozorenje, iako su mnoge studije utvrdile uključenost faktora izvedenih iz CSC-a u infiltraciju makrofaga, primijećeno je i obrnuto zbog specifičnog genotipa CSC-a i njegovog jedinstvenog TME-a. Na primjer, TP53-mutirane i cisplatin-rezistentne CSC iz raka pluća inhibiraju infiltraciju makrofaga u TME (Xu et al., 2019).

Osim što stimuliraju regrutiranje TAM-a, CSC mogu utjecati na biološko stanje tih makrofaga. Poznato je da makrofagi pokazuju spektar fenotipova, u rasponu od antitumorskog do protumorskog fenotipa (prije nazivani M1 i M2; Pathria et al., 2019). Jednom kada se makrofagi infiltriraju u tumore, tipično se podvrgavaju polarizaciji prema protumorskom fenotipu, procesu kojeg pokreću kemokini (npr. IL-4 i IL-13) i metaboliti (npr. laktat), koji su izvedeni iz stanica raka i stanica domaćina u TME (Chen i sur., 2017.; Colegio i sur., 2014.; Qian i Pollard, 2010.). Nekoliko linija dokaza pokazuje da CSC mogu dodatno izazvati anti- do protumorsku polarizaciju makrofaga. Prvo, nakon sukulture s CSC-ima, pro-tumorski makrofagni markeri (npr. CD206, IL-10 i arginaza 1) su regulirani na gore, dok su antitumorski makrofagni markeri (npr. TNF-, sintaza dušikovog oksida 2 [ NOS2], i CD86) su regulirani prema dolje (Deng et al, 2015). Drugo, CSC mogu lučiti različite topive faktore koji induciraju polarizaciju prema pro-tumorskom fenotipu (Slika 2; Tablica 1). Na primjer, Wnt-inducirani signalni protein 1 (WSP1) je poželjan-tally koji izlučuju GSC-i u GBM-u, koji potiče preživljavanje pro-tumorskih TAM-ova putem aktivacije puta x6 1 integrin/AKT na makrofagima (Tao et. al, 2020). Slično tome, IL-6 i IL-10 izvedeni iz CSC-a mogu iskriviti TAM-ove prema pro-tumorskom fenotipu kod raka jajnika (Raghavan et al, 2019), raka mjehura (Kobatake et al, 2020), GBM ( Wu i sur., 2010.; Yao i sur., 2016.) i rak dojke (Weng i sur., 2019.). Osim izlučenih faktora, GSC otpuštaju egzosome koji sadrže eukariotski inicijacijski faktor 2, metu rapamicina (mTOR) u sisavaca i efrin B signalni putovi koji su dom membrane monocita i promiču pro-tumorsku polarizaciju makrofaga (Gabrusiewiczet al, 2018). Konačno, u kontekstu nekroze tumora u GBM-u, čestice izvedene iz GSC-a, definirane kao "produkti slični autoshizisu", mogu biti zahvaćene TAM-ovima, koji zauzvrat pojačavaju L-12 kako bi polarizirali te TAM-ove prema antitumorskom fenotip (Tabu et al, 2020). Stoga CSC izlučuju različite proizvode koji potiču polarizaciju makrofaga.