Vähi tüvi vastab immuunsusele: mehhanismist teraapiani (1. osa)

Lisateabe saamiseks võtke palun ühendustdavid.wan@wecistanche.com

Vähi tüvirakud (CSC) on ise uuenevad rakud, mis hõlbustavadkasvaja initsiatsioon, soodustavad metastaase ja suurendavadvähiravi resistentsus. Paljude vähitüüpide transkriptoomilised analüüsid on näidanud silmapaistvat seosttüvelisusjaimmuunsignatuurid, mis võib tähendada bioloogilist koostoimet selliste vähi iseloomulike tunnuste vahel. Uued eksperimentaalsed tõendid on kinnitanud CSC-de mõju immuunrakkudele, sealhulgas kasvajaga seotud makrofaagidele, müeloidist pärinevatele supressorrakkudele ja T-rakkudele kasvaja mikrokeskkonnas ning vastastikku selliste immuunrakkude tähtsust CSC tüve säilitamisel ja selle ellujäämisel. nišš. See ülevaade hõlmab rakulisi ja molekulaarseid mehhanisme, mis on CSC-de ja immuunrakkude vahelise sümbiootilise interaktsiooni aluseks ning kuidas sellisedheterotüüpnesignaalimine säilitab kasvajat soodustavat ökosüsteemi ja teavitab terapeutilistest strateegiatest, mis seda kaassõltuvust katkestavad.

Cistanche kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin

SISSEJUHATUS

Vähi tüvirakkude (CSC) paradigma ilmnes uuringustäge müeloidne leukeemia(AML), mis tuvastas vähem diferentseerunud CD34*/CD387 rakkude alampopulatsiooni, millel on tüvirakulaadne uuenemisvõime ja tugev kasvaja initsiatsioonivõime (Lapi-dot et al, 1994). Nende bioloogiliste omadustega vähirakke on sellest ajast alates avastatud peaaegu kõigis tahketes kasvajates, sealhulgas melanoomides ja aju-, rinna-, käärsoole-, kilpnäärme-, kõhunäärme-, eesnäärme-, maksa-, kopsu-, munasarja-, pea- ja kaela- ning maovähis (Turdo et al. ,2019). CSC-de kliinilist ja bioloogilist tähtsust on tugevdanud positiivne korrelatsioon tüvirakkude signatuuride ja halva ellujäämise vahel (Ben-Porath et al, 2008). Kuigi CSC-del on normaalsete tüvirakkudega ühised omadused ja pinnamarkerid (Turdo et al., 2019), säilitavad nad uuenemisvõime spetsiifiliste muudetud signaaliradade kaudu, millel on paljudes kasvajatüüpides ühised ja ainulaadsed mustrid (joonis 1). Näiteks rinnavähi CSC-d näitavad CD44 standardse splaissimise isovormi (CD44s) aktiveeritud trombotsüütidest pärineva kasvufaktori retseptorit (PDGFR) / signaalimuundurit ja transkriptsiooni 3 aktivaatorit (STAT3), kahvlipea kasti C1 (FOXC1) aktiveeritud sonic hedgehog ( SHH) ja sfingosiin-1-fosfaat (S1P)/S1PR3- aktiveerisid NOTCH-rajad (Han et al, 2015; Hirata jt, 2014; Zhang et al, 2019b). Seevastu CSC tüvi muud vähitüübid, nagu glioom ja käärsoole-, mao- ja eesnäärmevähk, säilivad CD133-vahendatud fosfatidüülinositool-3-kinaasi (Pl3K)/valgukinaasi B (AKT, leutsiinirikas G-valk) kaudu. seotud retseptori 5(LGR5)-vahendatud WNT/-kateniini ja täpitüüpi POZ-valgu (SPOP)-vahendatud NANOG-rajad (Morgan et al., 2018; Wang et al., 2010b, 2019a; Wei jt, 2013; Zhang et al., 2019c). Sellised CSC-ga seotud mustrid lükkavad ümber suure bioloogilise keerukuse ja kasvaja tüübi spetsiifilisuse.

CSC-de iseloomulikud tunnused on hästi välja kujunenud ja hõlmavad eneseuuenemist, klonaalse kasvaja initsiatsioonivõimet, klonaalset pikaajalist taaspopulatsiooni potentsiaali ning plastilisust tüvi- ja mittetüveliste olekute vahel (Plaks et al., 2015). See plastilisus on eriti oluline, kuna see võimaldab CSC-del kohaneda ja ellu jääda nii terapeutiliste häirete kui ka kasvaja mikrokeskkonna (TME) pidevalt muutuvate bioloogiliste pingete korral kasvaja evolutsiooni vältel (Agliano et al., 2017; Hatina, 2012; Müller et al., 2020; Plaks jt, 2015). Mehhaaniliselt on näidatud, et CSC-de roll kasvaja initsiatsioonis, metastaasides ja raviresistentsuses on tingitud interaktsioonidestvähirakudja peremeesrakud TME-s (Ayob ja Ramasamy, 2018; Plaks jt, 2015), kus CSC bioloogiat juhtivad molekulid ja rajad mõjutavad sageli mitmeid vähi tunnuseid (joonis 1). Näiteks on CSC-de kasvaja initsiatsioonivõime seotud nende tüvega, mida juhib transkriptsioonifaktori soo määrav piirkond Y-box 2 (SOX2), mis reguleerib ka geene, mis reguleerivad vähktõve proliferatsiooni, ellujäämise ja invasiooni tunnuseid (Boumahdi et al. .,2014; Zhou et al, 2009).Metastaaside tunnuse korral korreleeruvad tüvirakkude signatuurid positiivselt suurenenud metastaatilise kalduvusega (Ayob ja Ramasamy, 2018); pealegi aitavad mitmesugused CSC rajad ja nendega seotud bioloogilised protsessid kaasa metastaatilise protsessi igale etapile – alates levikust kuni metastaatilise niši moodustumiseni kuni elundite kauge kasvuni – indutseerides epiteeli-mesenhümaalset üleminekut (EMT, stimuleerides eksosoomide tootmist müeloidrakkudest ja ülesreguleerides nišist tulenevaid tegureid). , nagu vastavalt insuliinitaoline kasvufaktor -1 (IGF-1) ja interleukiin (L)-6 (Agliano et al., 2017; Ayob ja Ramasamy, 2018; Shiozawa et al. Tõepoolest, eksperimentaalsed ja kliinilised tõendid näitavad, et primaarsete kasvajate CSC-d levitavad ja koloniseerivad distaalseid kohti (de Sousae Melo et al., 2017) ning et nende asukoht invasiivsel rindel korreleerub negatiivselt patsiendi ellujäämisega (Kodamaet al., 2017). Lõpuks, mis puudutab raviresistentsust, siis CSC rajad muudavad ravimite metabolismi reguleerivaid signaalmolekule (nt ATP-d siduvate kassettide transportervalkude kõrge ekspressioon, mis suurendabravimite väljavoolkiirus), EMT (nt suurenenud SOX2, oktameeriga seonduv transkriptsioonifaktor 4 [OCT4] ja NANOG ekspressioon) ja metaboolne ümberprogrammeerimine (nt tõhustatud glükoosi transporter 1, oksüdatiivne fosforüülimine ja reaktiivsete hapnikuliikide aktiivsus; Ayob ja Ramasamy, 2018 ). CSC-de fenotüübiline plastilisus võib kaasa aidata vähi täiendavatele tunnustele nende võime kaudu diferentseeruda periotsüütideks, endoteelirakkudeks ja fibroblastideks, aidates seega kaasa kasvaja angiogeneesile, tüvirakkude niši arengule ja põletikule (joonis 1; Cheng et al, 2013; Dongre ja Weinberg, 2019; Huet al., 2016; Nair jt, 2017; Ricci-Vitiani jt, 2010; Wang et al., 2010a). See plastilisus kajastub ka "diferentseerunud" vähirakkude võimes uuesti omaks võtta ebaküpse CSC oleku, mis on dediferentseerumisprotsess, mida saab stimuleerida TME-st lähtuvate signaalidega, sealhulgas kasvajaga seotud makrofaagid (TAM), müeloidist tuletatud supressor. rakud (MDSC-d), T-rakud, vähiga seotud fibroblastid (CAF) ja muud immuunrakud (Plaks et al., 2015). Eelkõige näitasid tugevat CSC-immuunrakkude seost erapooletud profiiliuuringud, mis näitasid tugevat negatiivset korrelatsiooni vähirakkude tüvirakkude ja kasvajavastase immuunsuse allkirjade vahel 21 tüüpi tahkete kasvajate puhul (Miranda et al, 2019). Täpsemalt seostati suurenenud tüvirakkude vähenemist vähivastaste immuunrakkudega, sealhulgas CD8 pluss T-rakkudega, looduslike tapjarakkudega (NK) ja B-rakkudega, ning infiltreeruvate makrofaagide suurenenud polarisatsiooniga (Miranda et al, 2019). Samamoodi on vähi genoomi atlase (TCGA) ja kudede mikrokiibi analüüsid näidanud, et vähirakkude tüvilisus korreleerub negatiivselt aktiveeritud CD4 pluss ja CD8 pluss T-rakkudega tahkete kasvajate korral (Hou et al., 2019; Malta et al., 2018).

Need inimese vähi in silico leiud on hästi kooskõlas inimese vähi erinevate hiiremudelite uuringute uute eksperimentaalsete leidudega. On näidatud, et CSC-de osakaal melanoomi korral sõltub konkreetsest kasutatavast immuunpuudulikkusega hiiretüvest, mis viitab immuunsüsteemi olulisele rollile CSC-de reguleerimisel (Quintana et al., 2008). Teisest küljest võivad CSC-d immuunrakkude reguleerimise kaudu kujundada spetsiifilist TME-d. Näiteks CSC markeri ja regulaatori topeltkortiinilaadse kinaasi 1 (Westphalen et al., 2014) ekspressioon korreleerub positiivselt TAM-ide ja regulatoorsete T-rakkude (T-reg-rakkude) rohkusega ning CD8 pluss T-rakku inhibeerivate tegurite kõrgenenud ekspressiooniga. aktiivsus (Wu et al, 2020). CKLF-i sarnane MARVEL transmembraanset domeeni sisaldav 6, mida ekspresseeritakse vähirakkude plasmamembraanidel, võib suurendada CSC tüve WNT / -kateniini raja kaudu, pärssida kasvajavastast immuunsust programmeeritud surma ligandi 1 (PD-L1) ülesreguleerimise kaudu, ja vähendada CD8* ja CD4* T-rakke paljudes vähitüüpides, sealhulgas pea ja kaela lamerakk-kartsinoom (SCCHN) (Chen et al., 2020a), melanoom ja rinnavähk (Burr et al, 2017; Mezzadraet al. ,2017). Rasvamassi ja rasvumisega seotud valk (FTO) on A-astme demetülaas ja AML-i korral üleekspresseeritud. FTO pärssimine kahjustab leukeemia tüvirakkude tüvi ja programmeerib immuunvastust ümber, surudes alla immuunkontrollpunkti geene, nagu LILRB4 (leukotsüütide immunoglobuliinitaolise retseptori alamperekonna B liige 4), sensibiliseerides seega AML-rakke T-rakkude poolt vahendatud tsütotoksilisuse suhtes (Suet al, 2020). Samamoodi näitasid AML-i üherakulise RNA sekveneerimise (RNA-seq) analüüsid tüvisarnaste AML-rakkude alampopulatsiooni, mis ekspresseerivad koos tüvega seotud ja müeloidseid praimivaid geene (van Galen et al, 2019). Lisaks võivad CSC-st pärinevad eksosoomid, mis kannavad lasti rakkude vahel (Mathieu et al, 2019), suurendada supresseerivate neutrofiilide ellujäämist, et soodustada käärsoolevähi kasvu (Hwang et al, 2019). See ühine tüvi- ja immuuntranskriptsiooniprofiil on kooskõlas hiljutise avastusega, et leukeemia tüvirakke määratlevate looduslike tapjarühma 2 liikme Dligandide puudumine aitab kaasa nende selektiivsele põgenemisele NK-rakkude poolt vahendatud immuunseirest (Paczulla et al., 2019). Lisaks nendele immuunrakkudele on CAF-id ja nende koostoimed CSC-dega olulised katuumorigeneesjateraapia resistentsus(Chan jt, 2019). Need leiud koos toovad esile intiimse seose molekulide ja mehhanismide vahel, mis reguleerivad CSC bioloogiat ja tuumori immuunsust paljudes kasvajatüüpides.

Kokkuvõtteks võib öelda, et translatsiooniliste ja eksperimentaalsete tõendite kogumine rõhutab CSC-de ja immuunrakkude, eriti müeloidrakkude (TAM-id ja MDSC-d) ja T-rakkude lugematuid koostoimeid ja põimunud kasvaja bioloogilisi rolle. See ülevaade võtab kokku praegused teadmised molekulaarsest läbirääkimisest ja nende sümbiootiliste koostoimete funktsionaalsest mõjust vähi tunnustele. Müeloidrakkude osas tõstame TAM-i ja MDSC-d eraldi esile, kuigi neil on sama päritolurakk ja sarnased funktsioonid T-rakkude poolt vahendatud kasvajavastase immuunsuse pärssimiseks (Engblom et al., 2016). Need esilekerkivad teadmised annavad teekaardi uudsete vähivastaste terapeutiliste strateegiate väljatöötamiseks, mis häirivad seda dünaamilist ahelat konkreetsetes kasvajatüüpides.

CSC-TAM Crosstalk

CSC-de mõju makrofaagide bioloogiale

Teadaolevalt värbavad ja polariseerivad TME-s erinevate rakutüüpide, sealhulgas CSC-de poolt sekreteeritud tegurid TAM-e (Chen et al., 2017, 2019a, 2020b; Colegio jt, 2014). Need TAM-id pärinevad luuüdist pärinevatest makrofaagidest (BMDM) ja kohalikest kudedest pärinevatest makrofaagidest (nt ajus olevad mikrogliia, maksa Kupfferi rakud ja kopsu alveolaarsed makrofaagid), mis pärinevad vereloome tüvirakkudest ja eellasrakkudest. embrüonaalsetesse kudedesse külvamine (nt mikrogliia munakollane ja Kupfferi rakkude ja alveolaarsete makrofaagide loote maks) (joonis 2; Pathriaet al., 2019).TAM-i värbamist juhivad mitmesugused kemokiinid, sealhulgas CC motiivi kemokiin ligand 2 (CCL2), CCL3, CXC motiiv kemokiini ligand 14 (CXCL14) ja lüsüüloksüdaas (LOX), mida sekreteerivad vähirakud, makrofaagid ja teised stroomarakud TME-s (Chen et al., 2019a; Pathria et al. al., 2019; Wei et al., 2020. Üha rohkem tõendeid näitab, et CSC-d soodustavad ka makrofaagide ja mikrogliia infiltratsiooni erinevate vähkkasvajate erinevate molekulide ja mehhanismide kaudu (joonis 2; tabel 1). Mõned neist kemokiinidest spetsiaalselt CSC-de poolt toodetud, mis hig rõhutab CSC-de ainulaadset rolli TAM-i infiltratsiooni reguleerimisel. Näiteks periostiini (POSTN) ekspresseerivad ja sekreteerivad eelistatavalt CSC-d glioblastoomi (GBM) ja kolangiokartsinoomi (CCA) korral, mis omakorda värbab BMDM-e xvB3 integriiniga seondumise kaudu (Zeng et al., 2018; Zhou et al., 2015).

CSC-de geneetilised ja epigeneetilised muutused reguleerivad kemokiini tootmist. Näiteks PTEN-defitsiit või AKT-üleekspressioon GSC-des ja neuraalsetes tüvirakkudes reguleerib üles LOX-i ja CXCL12B-d, mis värbavad TAM-e vastavalt 1 integriini (Chen et al., 2019a) ja CXC motiivi kemokiini retseptori 4 (CXCR4) kaudu (Chia et al., 2018). Nfloxneost eraldatud optilised GSC-d; GFAP-Cre madala kvaliteediga glioomi hiiremudel sekreteerib mikrogliia värbamiseks CX3CL1 ja CCL5 ning seda efekti võimendab veelgi Pteni kadu (Guo et al, 2019b). Samamoodi võib F1 puudulikkus inimese GSC-des soodustada makrofaagide ja mikrogliia infiltratsiooni, kuigi NF1-reguleeritud kemokiinid ei ole teada (Wang et al, 2017). Paljude kasvajatüüpide puhul amplifikeerub epidermaalse kasvufaktori retseptori (EGFR) ja mutatsioon võib soodustada CSC tüve ja makrofaagide värbamist (An et al, 2018; McCann jt, 2018; Rutkowska jt, 2019). Maksavähi korral aktiveerib EGFR / AKT aktiveerimine jah-seotud valgu (YAP) / TEA domeeni perekonnaliikme (TEAD) transkriptsioonifaktori kompleksi CSC-des, mis omakorda reguleerib makrofaagide värbamisfaktoreid CCL2 ja makrofaagide kolooniaid stimuleerivat faktorit (M-CSF) (Guo et al.2017). Mitteväikerakk-kopsuvähi (NSCLC) korral suurendab ubikvitiini-spetsiifilise proteaasi 17 (deubikvitinaas), mis on vajalik mutantse EGFR-i kaubitsemiseks ja onkogeenseks aktiivsuseks (McCann et al., 2018), vähirakkude tüve, mis omakorda suurendab makrofaagide infiltratsiooni. tsütokiinide, sealhulgas kasvaja nekroosifaktori (TNF)-a, IL-1 ja IL-6 suurenenud tootmine (Lu et al., 2018). Põievähi korral soodustavad histooni modifikaatori geeni lüsiini (K)-spetsiifilise demetülaasi 6A (KDM6A) funktsioonikadu mutatsioonid CSC tüve ja IL-6 ja CCL2 sekretsiooni, mis omakorda suurendab makrofaagide värbamist (Kobatake et al., 2020). GBM-is suurendavad ööpäevased lokomotoorsed väljundtsüklid kaput (CLOCK), epigeneetiline ja ööpäevane regulaator, mida võimendatakse 5 protsendil juhtudest, GSC tüve ja kemokiini olfaktomediinitaolise valgu 3 (OLFML3) sekretsiooni, mis värbab mikrogliia TME-sse ( Chen et al., 2020b). Lõpuks, hoiatus, kuigi paljud uuringud on tuvastanud CSC-st pärinevate tegurite kaasamise makrofaagide infiltratsiooni, on CSC spetsiifilise genotüübi ja selle ainulaadse TME tõttu täheldatud ka vastupidist. Näiteks TP53-muteerunud ja tsisplatiiniresistentsed kopsuvähi CSC-d pärsivad makrofaagide infiltratsiooni TME-sse (Xu et al., 2019).

Lisaks TAM-i värbamise stimuleerimisele võivad CSC-d mõjutada nende makrofaagide bioloogilist seisundit. Makrofaagidel on teadaolevalt mitmesuguseid fenotüüpe, mis ulatuvad kasvajavastasest kuni kasvajaeelse fenotüübini (varem viidatud kui M1 ja M2; Pathria et al., 2019). Kui makrofaagid infiltreeruvad kasvajatesse, polariseeruvad nad tavaliselt kasvajat soodustava fenotüübi suunas – protsessi juhivad kemokiinid (nt IL-4 ja IL-13) ja metaboliidid (nt laktaat). nii vähirakkudest kui ka peremeesrakkudest TME-s (Chen et al., 2017; Colegio et al., 2014; Qian ja Pollard, 2010). Mitmed tõendid näitavad, et CSC-d võivad veelgi provotseerida makrofaagide kasvajavastast polarisatsiooni. Esiteks, CSC-dega koos kultiveerimisel on kasvajaeelsed makrofaagimarkerid (nt CD206, IL-10 ja arginaas 1) ülesreguleeritud, samas kui kasvajavastased makrofaagimarkerid (nt TNF-, lämmastikoksiidi süntaas 2). NOS2] ja CD86) on allareguleeritud (Deng et al, 2015). Teiseks võivad CSC-d sekreteerida erinevaid lahustuvaid tegureid, mis kutsuvad esile polarisatsiooni kasvajaeelse fenotüübi suunas (joonis 2; tabel 1). Näiteks Wnt-indutseeritud signaalvalku 1 (WSP1) eritavad GBM-is GSC-d, mis soodustab kasvajaeelsete TAM-ide ellujäämist, aktiveerides makrofaagidel integriini/AKT raja x6 1 (Tao et). al, 2020). Samamoodi võivad CSC-st pärinevad IL-6 ja IL-10 TAM-e kallutada kasvajat soodustava fenotüübi suunas munasarjavähi (Raghavan et al, 2019), põievähi (Kobatake jt, 2020), GBM ( Wu et al., 2010; Yao jt, 2016) ja rinnavähki (Weng et al., 2019). Lisaks sekreteeritavatele teguritele vabastavad GSC-d eksosoome, mis sisaldavad eukarüootset initsiatsioonifaktorit 2, imetajate rapamütsiini (mTOR) sihtmärki ja efriini B-signalisatsiooniteed, mis on koduks monotsüütide membraanile ja soodustavad makrofaagide kasvajaeelset polarisatsiooni (Gabrusiewiczet al, 2018). Lõpuks võivad GBM-i kasvajanekroosi kontekstis GSC-st pärinevad osakesed, mis on määratletud kui "autoskiisilaadsed tooted", haarata TAM-i poolt, mis omakorda reguleerivad L-12 üles, et polariseerida need TAM-id kasvajavastaseks. fenotüüp (Tabu et al, 2020). Seega eritavad CSC-d mitmesuguseid tooteid, mis soodustavad makrofaagide polarisatsiooni.