Odporność na nowotwór spotyka się z odpornością: od mechanizmu do terapii (część 2)

Aby dowiedzieć się więcej informacji plz kontaktdavid.wan@wecistanche.com

W wielu typach raka, szlaki makrofagów i mikrogleju i/lub czynniki zaangażowane wpro-guzowypolaryzacja obejmuje szlaki STAT3, czynnika jądrowego (NF)-kB i PI3Ky (Kaneda i wsp., 2016; Qian i Pollard, 2010). Wśród nich znaczącą rolę odgrywa czynnik transkrypcyjny STAT3. Makrofag STAT3 jest aktywowany przez pochodzące z CSC IL-6, L-10 i/lub ładunek egzosomów, co powoduje regulację w górę genówpromujący-guzprogramowanie i hamowanie genów kodujących cytokiny przeciwnowotworowe (Malyshev i Malyshev, 2015). Co więcej, hamowanie STAT3 znosi indukowaną przez CSC polaryzację makrofagów pronowotworowych w GBM (Gabru-siewicz i wsp., 2018; Wu i wsp., 2010; Yao i wsp., 2016), rak pęcherza moczowego (Kobatake i wsp., 2020) oraz rak piersi (Weng i in., 2019). Szlak NF-kB jest niezbędny dla indukowanej przez CSC polaryzacji makrofagów proguzowych w raku jajnika (Deng i wsp. 2015). Podsumowując, badanie polaryzacji makrofagów indukowanej przez CSC zidentyfikowało ważne i terapeutycznie możliwe do zastosowania szlaki makrofagowe w określonych nowotworach (Tabela 1).

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o Cistanche

TAM promują pień komórek rakowych i niszę CSC Odzwierciedlając działania CSC, TAM mogą wspierać pień CSC i niszę CSC (ryc. 3). Nisza jest szczególnie ważna w utrzymaniu samoodnowy CSC, potencjału repopulacji i inicjacji nowotworu. To wspierające mikrośrodowisko składa się z komórek rakowych, komórek odpornościowych, mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC), fibroblastów, komórek śródbłonka i składników macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) (Rysunek 3; Plaks i wsp., 2015). Czynniki parakrynne pochodzące z tych różnych typów komórek zrębu odgrywają znaczącą rolę w promowaniu pnia CSC w niszy. W szczególności w przypadku raka piersi i okrężnicy MSC przyczyniają się do tworzenia niszy CSC poprzez wydzielanie prostaglandyny E2(PGE2), IL-6, IL-8 i CXCL1 (Liet al.2012). Fibroblasty mogą indukować niszę przerzutową dla CSC raka piersi poprzez wydzielanie POSTN (Malanchi et al, 2011). TAM wytwarzają czynniki umożliwiające „zróżnicowanym” komórkom nowotworowym nabycie cech podobnych do CSC i utrzymanie pnia CSC w raku piersi (Lu et al, 2014),rak płaskonabłonkowy jamy ustnej(Li i wsp., 2019), rak nerkowokomórkowy (Yang i wsp., 2016), rak wątrobowokomórkowy (HCC) (Wang i wsp., 2016) oraz rak trzustki (Mitchem i wsp., 2013). Odpowiednio, zubożenie TAM poprzez hamowanie receptora czynnika stymulującego tworzenie kolonii 1 (CSF1R) i receptora chemokinowego motywu CC 2 (CCR2) zmniejsza właściwości inicjujące nowotwór CSC w modelach mysich (Mitchem i wsp., 2013). W GBM wsparcie TAM niszy CSC zależy od jej fenotypu pronowotworowego, a przeprogramowanie na fenotyp przeciwnowotworowy (przy użyciu amfoterycyny Bor witamina B3) osłabia macierzyste komórki rakowe i rakotwórczość in vitro i in vivo oraz uwrażliwia te nowotwory na chemioterapię (Sarkar i wsp., 2014 ,2020). Odkrycia te podkreślają potencjał terapeutyczny zakłócania niszy CSC poprzez przeprogramowanie TAM w kierunku fenotypu przeciwnowotworowego.

Znaczenie TAM w biologii CSC wzmacnia rosnąca lista czynników pochodzących od TAM, które mają wpływ na utrzymanie pnia CSC. Tabela 2 podsumowuje takie czynniki i ich rzekome mechanizmy w różnych modelach raka. EMT jest ważnym procesem, który umożliwia komórkom nowotworowym nabycie cech podobnych do CSC i utrzymanie łodygi CSC (Biddle i Mackenzie, 2012). W komórkach raka piersi EMT wiąże się z regulacją w górę CD90 i EphA4, które pośredniczą w fizycznych interakcjach między CSC i TAM (Lu i wsp., 2014). W rezultacie TAM mogą dalej przyspieszać EMT komórek raka piersi, indukując w ten sposób pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego, aby wzmocnić pień CSC poprzez wydzielanie panelu cytokin wspierających CSC, takich jak IL-6, IL-8 i IL -1 (Guo i in.,2019a; Let al.,2014; Valeta-Magara i in.,2019). Podobnie, coraz więcej dowodów wskazuje, że TAM w GBM (Hide i wsp. 2018), HCC (Fan i wsp. 2014; Wan i wsp. 2014), raku trzustki (Nomura i wsp. 2018; Saint wsp. 2015; Zhang i wsp. .,2019a) i rak jajnika (Raghavan i wsp.,2019) mogą promować EMT komórek rakowych i/lub wydzielać różne cytokiny wspierające CSC (w tym IL-1, IL-6 i TGF -), promując w ten sposób pień CSC, progresję guza i oporność na terapię. Oprócz cytokin, TAMs mogą w szczególności wytwarzać unikalne czynniki wspierające pień CSC. Na przykład CCL5, pleotrofina (PTN), globulkowo-naskórkowy czynnik wzrostu Val (MFG-E8) i CCL8 są preferencyjnie wyrażane i wydzielane przez TAM w raku prostaty (Huang i wsp., 2020), chłoniaku (Wei i wsp., 2019b ), raka jelita grubego (CRC) (Jinushi i wsp., 2011) i GBM (Zhang i wsp., 2020), gdzie promują pień CSC i progresję guza. Wreszcie, oprócz czynników rozpuszczalnych, TAM mogą promować rdzenność CSC poprzez bezpośrednie interakcje. W szczególności w raku piersi, wątrobie i węzłach chłonnych typu C komórki śródbłonka zatokowego, lektyna jest białkiem transbłonowym o wysokiej ekspresji na TAM, które oddziałuje z hydrofilowym receptorem A3 podrodziny 3 na komórkach rakowych w celu wzmocnienia pnia (Liu i wsp., 2019) . Czynniki pochodzące z TAM i fizyczne interakcje TAM-komórka rakowa aktywują kilka szlaków w komórkach rakowych, które są kluczowe dla utrzymania pnia. Te kluczowe szlaki CSC obejmują STAT3, SHH i NOTCH (Han i in., 2015; Hirata i in., 2014; Zhang i in., 2019b), a także PI3K/AKT, WNT/-katenina i NANOG (Morgan i in. in., 2018; Wang i in., 2010b, 2019a; Wei i in., 2013; Zhang i in., 2019c). Dostępne dowody potwierdzają pogląd, że czynniki pochodzące z TAM aktywują te szlaki w celu wzmocnienia lub utrzymania pnia CSC (Tabela 2). Wśród nich STAT3 wydaje się najważniejszy ze względu na silną regulację w górę genów związanych z łodygą i aktywację szlaków promujących łodygę, takich jak NF-kB (Galoczova i wsp. 2018). W związku z tym hamowanie STAT3/NF-kB znosi promowaną przez TAM pień w raku piersi (Lu i wsp., 2014; Val-eta-Magara i wsp., 2019; Yang i wsp., 2013), HCC (Li i wsp., 2017; Wan et al, 2014), rak prostaty (Huang et al, 2020), rak trzustki (Mitchem et al, 2013; Nomura et al., 2018) oraz CRC (Jinushi et al, 2011). Szlaki WNT/-katenina i SHH mogą również promować w niektórych warunkach pęd CSC. Nieprawidłowa aktywacja sygnalizacji WNT, powszechna w wielu typach nowotworów, często określa stan CSC i utrzymanie biologii CSC (de Sousa E Melo i Vermeulen, 2016). Systemy hodowli komórkowej i mysiego modelu wykazują, że TAM aktywują szlak WNT/-kateniny w CSC, a hamowanie tego szlaku osłabia indukowaną przez TAM regulację w górę łodygi CSC w HCC (Chen i in., 2019b), rak prostaty (Huang i in., 2020) i chłoniaka (Wei i wsp., 2019b). Podobnie szlak SHH został powiązany z regulacją pnia CSC bezpośrednio lub poprzez interakcję z innymi szlakami związanymi z pniami, takimi jak TGF- (Takebe i in., 2015). W odniesieniu do pnia CSC wspieranego przez TAM, CRC opiera się na szlaku SHH (Jinushi i wsp., 2011), rak trzustki na szlaku TGF- 1/SMAD2/3/NANOG (Zhang i wsp., 2019a), HCC na szlak NOTCH (Wang i wsp. 2016), rak piersi na szlaku mięsaka v-src (Schmidt-Ruppin A-2) wirusowego homologu onkogenu (ptasiego) (SRC) (Lu i wsp., 2014) i glejaka na szlaku pozakomórkowej regulowanej kinazy 1/2 (ERK1/2) (Zhang i wsp.2020). Podsumowując, odkrycia te podkreślają, że STAT3/NF-kB i WNT/-katenina są kluczowymi szlakami odpowiedzialnymi za pęd CSC indukowany przez TAM. Jednak różnorodność ścieżek w wielu nowotworach podkreśla potrzebę opracowania strategii dostosowanych do kontekstu, aby je ukierunkować.

Przesłuch CSC-MDSC

Wpływ CSCs na biologię MDSC

MDSC to niejednorodna populacja komórek mieloidalnych, która obejmuje podgrupy granulocytowe lub polimorfojądrowe (PMN-MDSC) i monocytarne (M-MDSC) (Gabrilovich i Nagaraj 2009). PMN-MDSC stanowią ponad 80 procent wszystkich MDSC i M-MDSC mogą różnicować się w TAM (Gabrilovich, 2017; Kumar et al., 2016). MDSC są generowane w szpiku kostnym i rekrutowane do guzów przezchemokiny pochodzenia nowotworowego, takich jak CCL2 i CCL5. Podobnie jak TAM, MDSC odgrywają ważną rolę w regulacji angiogenezy guza, wzrostu, przerzutów i supresji immunologicznej (Gabrilovich, 2017; Kumar i wsp. 2016). Coraz więcej dowodów ujawniło również symbiotyczne interakcje między CSC i MDSC w TME, gdzie CSC przyczyniają się do infiltracji, ekspansji i aktywacji MDSC poprzez wydzielanie rozpuszczalnych czynników i egzosomów w różnych typach raka (ryc. 4; tabela 3). W SCCHN, w porównaniu z komórkami CD44, CD44* CSC wydzielają wyższe poziomy IL-8, czynnika stymulującego tworzenie kolonii granulocytów-makrofagów (GM-CSF) i TGF- i indukują większe populacje MDSC, gdy są hodowane wspólnie z jednojądrzaste komórki krwi obwodowej (PBMC) (Chika-matsu i wsp., 2011). W GBM, GSC nie tylko promują różnicowanie PBMC w M-MDSC poprzez wydzielanie egzosomów (Do-menis i wsp., 2017), ale także aktywują MDSC do tłumienia odpowiedzi immunologicznych poprzez wydzielanie czynnika hamującego migrację makrofagów (MIF) (Otvos i wsp., 2016). W czerniaku ekspresja miR-92 w CD133 plus CSC jest zmniejszona w porównaniu z komórkami CD133-, co zwiększa ekspresję TGF- poprzez szlak integryny x5/SMAD2, co skutkuje większą liczbą PMN-MDSC w TME (Shidal i in., 2019). MDSC promują twardość CSC

Gdy MDSC naciekają do TME, mogą wzajemnie promować pień CSC poprzez odrębne mechanizmy w wielu typach raka (Figura 4; Tabela 3). W raku jajnika MDSC indukują ekspresję miR-101 i GM-CSF w komórkach nowotworowych, co zwiększa płód poprzez regulację w górę białka wiążącego C-końcowy gen korepresora-2 (CtBP2) (Quiet al, 2013) i aktywacja szlaku STAT3 (Li i wsp., 2020). W szpiczaku mnogim PMN-MDSC wyzwalają ekspresję RNA piRNA oddziałującego z piwi -823 w komórkach nowotworowych, co promuje łodygę poprzez aktywację metylotransferazy DNA 3B (DNMT3B) w celu ułatwienia metylacji DNA (Ai et al., 2019 ). Chociaż dane te podkreślają zasadniczą rolę MDSC w promowaniu macierzystej komórki rakowej, tożsamość czynników pochodzących z MDSC w tych typach nowotworów wciąż się ujawnia. Warto zauważyć, że STAT3 ponownie wydaje się być jedną z kluczowych ścieżek odpowiedzialnych za łodygę. W raku piersi i trzustki MDSC wydzielają IL-6 (w obu typach raka) i tlenek azotu (w raku piersi), aby aktywować szlaki STAT3 i NOTCH w celu promowania łodygi (Panini i wsp., 2014; Peng i wsp., 2016) . W raku piersi aktywowany STAT3 promuje aktywację NOTCH, co z kolei ułatwia trwałą aktywację STAT3, tworząc w ten sposób pętlę sprzężenia zwrotnego wzmacniającą łodygę (Peng i in., 2016). Oprócz łodygi, NOS2 pochodzące z M-MDSC może również promować EMT poprzez aktywację szlaku STAT3, który napędza rozprzestrzenianie się komórek rakowych i przerzuty (Ouzounova i wsp., 2017). W CRC PMN-MDSC mogą wydzielać egzosomalne S100A9 w celu promowania raka łodyga komórki poprzez aktywację szlaków STAT3 i NF-kB, która jest dalej wzmacniana w warunkach niedotlenienia (Wang i wsp., 2019b),

ustalenie NF-kB w pniu indukowanym MDSC. W rzeczywistości MDSC są głównym źródłem PGE w kilku typach raka (np. rak jajnika, szyjki macicy i endometrium; Komura i wsp., 2020; Kuroda i wsp., 2018; Yokoi i wsp., 2019), co może sprzyjać macierzystych komórek rakowych poprzez aktywację NF-B za pośrednictwem szlaków receptora prostanoidowego 4 typu E (EP4)-Pl3K i EP4-aktywowanej mitogenem kinazy białkowej (MAPK) (Wang i wsp., 2015). Tak więc szereg czynników i szlaków leży u podstaw interakcji MDSC-CSC, a STAT3 i NF-kB są ponownie bardzo widoczne.

Przesłuch komórek CSC-T

Wpływ CSCs na biologię komórek T

Analizy obliczeniowe ujawniły również korelacje między macierzystością komórek rakowych aLimfocyty T CD8tw szerokim zakresie typów raka (Miranda i wsp., 2019). W SCCHN, GBM i czerniaku wysoka łodyga koreluje z niską ekspresją antygenów związanych z rakiem i cząsteczek immunostymulujących (np. CD86, CD40, główny kompleks zgodności tkankowej [MHC] II, transporter związany z obróbką antygenu, antygen zgodności tkankowej leukocytów [HLA]-A2, antygen czerniaka rozpoznawany przez komórki T 1, inhibitor apoptozy czerniaka, rak płaskonabłonkowy przełyku w stanie Nowy Jork 1 i czerniak- powiązany antygen-A) i wysoka ekspresja inhibitorów immunologicznych punktów kontrolnych (np. PD-L1; Chikamatsu i wsp., 2011; Schatton i wsp., 2010; Wei i wsp., 2010). Zgodnie z tymi korelacjami, CSC regulują skład i funkcję limfocytów T za pomocą kilku potwierdzonych eksperymentalnie mechanizmów (Rysunek 4; Tabela 4). Po pierwsze, w GBM GSC produkują TGF-, CCL2 i galektynę -3, które hamują aktywację i proliferację komórek T CD8 plus i CD4 plus (Wei i wsp., 2010). Po drugie, tenascyna-C egzosomu GSC (TNC) angażuje integryny x5 1 i a5 6 na limfocytach T, aby regulować w dół sygnalizację AKT/mTOR i hamować aktywację i proliferację limfocytów T (Domenis et al, 2017; Mizaei et al. al, 2018). Wreszcie, w raku prostaty, CSC wydzielają TNC, aby zahamować aktywację i proliferację limfocytów T CD8 plus i CD4 plus poprzez interakcję z integryną x5 1 na limfocytach T (Ja-chetti et al., 2015).

Limfocyty T-reg są immunosupresyjnym podzbioremCD4 plus limfocyty Tcharakteryzuje się ekspresją forkhead box P3 (FoxP3) i promocją guza poprzez hamowanie efektorowych komórek T (Togashi i wsp., 2019). CSC przyciągają i aktywują komórki T-reg za pośrednictwem różnych rozpuszczalnych czynników (Rysunek 4; Tabela 4), w tym: przede wszystkim TGF-, który kontroluje rekrutację i ekspansję komórek T-reg. Na przykład CSC mogą wytwarzać wysokie poziomy TGF- w SCCHN (Chikamatsu i wsp., 2011), GBM (Wei i wsp., 2010) i czerniaku (Shidal i wsp., 2019), co z kolei promuje komórki T-reg rekrutacja i ekspansja poprzez aktywację integryny/matek a5 przeciwko szlakowi dekapentaplegicznego homologu 2 (SMAD2), indukując w ten sposób apoptozę komórek T i hamując proliferację i aktywację komórek T. Ponadto wykazano, że kilku członków rodziny chemokin CC, takich jak CCL1 (Xu i in., 2017a), CCL2 (Wei i in., 2010) i CCL5 (You i in., 2018), jest wysoce wytwarzanych przez CSC w różne typy raka, w których mogą stymulować infiltrację komórek T-reg do TME. Razem, TGF wydzielane przez CSC i specyficzne chemokiny odgrywają kluczową rolę w rekrutacji i ekspansji komórek T-reg w TME. Komórki T regulują CSC Stemness

Nowe dowody wskazują, że różne podzbiory komórek T mogą regulować łodygę CSC (Figura 4; Tabela 4). W GBM podłoże kondycjonowane komórkami T hamuje samoodnowę GSC poprzez wydzielanie TNF- i interferonu (IFN)-r (Mirzaeiet al, 2018). InNSCLC, CD8 plus komórki T są głównym źródłem IFN-Y, gdzie niski poziomy IFN- promują pień CSC poprzez aktywację szlaku PI3K/AKT/NOTCH1 i wysoki poziom IFN-y indukują apoptozę komórek rakowych poprzez aktywację szlaku kinazy Janus 1 (JAK1)/STAT1/kaspazy (Song i in., 2019 ).W raku trzustki naciekające komórki Th2 wytwarzają cytokiny-4 i IL-13, aby aktywować szlak JAK1/STAT6 w komórkach nowotworowych, co z kolei zwiększa glikolizę sterowaną przez MYC (Dey i wsp., 2020), proces anaboliczny, który wspiera pnie CSC (Chen i in., 2020b; Sancho i in., 2015). Oprócz wydzielania czynników rozpuszczalnych, limfocyty T mogą regulować pnie CSC poprzez mechanizm bezpośredniego kontaktu między komórkami w raku piersi, gdzie pokrewne nielityczne interakcje między limfocytami T CD8 plus a komórkami rakowymi mogą promować pnie komórek rakowych (Stein et al. al.,2019).

Oprócz efektorowych limfocytów T, limfocyty T-reg i limfocyty Th17 mogą również regulować łodygę. Na przykład w AML komórki T-reg wydzielają IL-10 w celu promowania macierzystych komórek macierzystych białaczki poprzez aktywację szlaku PI3K/AKT/OCT4/NANOG (Xu i wsp.,2017b). Promujący łodygę wpływ komórek T-reg obserwuje się również w raku piersi, gdzie nieznane czynniki rozpuszczalne w komórkach reg regulują w górę szlaki związane z łodygą: SOX2; NANOG; i OCT4 (Xu et al,2017a). W HCC komórki T-reg wydzielają TGF- w celu wsparcia pnia CSC poprzez promowanie EMT (Shi et al,2018a; Xu et al, 2009), podczas gdy w CRC T-reg- TGF-pochodzący z komórek TGF- kieruje odróżnicowaniem komórek rakowych (Nakano i wsp., 2019), sugerując specyficzne dla kontekstu działania TGF- w CSC. Obserwacje te są zgodne ze znanymi wysoce kontekstowymi funkcjami TGF- w raku (Massagué, 2008). Chociaż Th17 jest podzbiorem komórek T pomocniczych, które pośredniczą w przeciwnowotworowych odpowiedziach immunologicznych (Guery i Hugues, 2015), IL-17 z komórek Th17 lub komórek CD4 plus również promuje pnie CSC poprzez aktywację NF-kB i szlaki p38 MAPK w raku jajnika i trzustki (Kiang i wsp., 2015; Zhang i wsp., 2018) oraz szlak STAT3 w raku żołądka (Jiang i wsp., 2017). Ponadto, IL-17 może być podwyższona w komórkach T-reg w warunkach niedotlenienia, co z kolei sprzyja pniu CSC w CRC (Yang et al., 2011). W ten sposób różne podzbiory komórek T przyczyniają się do utrzymania CSC poprzez różne mechanizmy obejmujące czynniki rozpuszczalne i kontakt komórka z komórką.

Terapeutyczny potencjał przechwytywaniaCSC-odpornyPrzesłuchy komórkowe

Kierowanie Przesłuch CSC-TAM

Zgodnie z wcześniejszym przeglądem (Agliano i in., 2017; Pathria i in., 2019; Zhao i in., 2018), główne wysiłki przedkliniczne i kliniczne miały na celu ukierunkowanie na różne cechy biologiczne i kluczowe ścieżki sygnałowe CSC i TAM. Jak podsumowano na Rycinie 5, badania kliniczne, które mogą być ukierunkowane na biologię CSC obejmują inhibitory szlaków SHH, NOTCH, WNT/-kateninę, STAT3 i NANOG (Agliano i wsp., 2017; Zhao i wsp., 2018) oraz anty-CD44 przeciwciała (Menke-van der Houven van Oordt i in., 2016). Do tej pory inhibitor SHH, wismodegib, został zatwierdzony do leczenia przerzutowego lub miejscowo zaawansowanego raka podstawnokomórkowego (Sekulic i wsp., 2012), a obecnie trwają badania kliniczne środków ukierunkowanych na rekrutację makrofagów (CR2, CXCR4, podjednostka alfa 4 integryny [ITGA4 ] i ITGA5)), polaryzacja (receptor Toll-podobny 4 [TLR4], aktywatory TLR7, TLR9 i CD40 oraz inhibitor PI3Ky) i przeżycie (inhibitory CSF1R; Gregoire i wsp., 2020; Pathria i wsp., 2019). Jednak pomimo atrakcyjności środków ukierunkowanych na CSC, nie zaobserwowano dramatycznych odpowiedzi, być może z powodu braku prawdziwie specyficznych celów CSC (Agliano i in., 2017; Turdo i in., 2019), a także wysokiej plastyczności CSC, który umożliwia utratę i odzyskanie siły

w różnych warunkach TME (Agliano i in., 2017; Müller i in., 2020; Plakset al., 2015). Podobnie terapie ukierunkowane na TAM, takie jak hamowanie CSF1R, wykazały słabą odpowiedź przeciwnowotworową w GBM, częściowo odporność nadawana przez aktywowaną sygnalizację Pl3K w komórkach glejaka (Quail i wsp., 2016).

Kuszące jest spekulowanie, że bardziej celowe skupienie się na splecionych współzależnościach CSC i TAM oraz ich plastyczności w określonych kontekstach może dać bardziej solidne odpowiedzi. Na przykład, IL-6/STAT3 i Pl3K są niezbędne do regulacji polaryzacji zarówno pnia CSC, jak i makrofagowej polaryzacji pro-guza w wielu typach nowotworów; hamowanie tych szlaków wykazało aktywność przeciwnowotworową (Agliano i wsp., 2017; Kobatake i wsp., 2020; Pathria i wsp., 2019; Weng i wsp., 2019). Co więcej, wybór pacjentów z wysokimi sygnaturami CSC i TAM może wzmocnić odpowiedzi na środki ukierunkowane na te ścieżki (Agliano i wsp., 2017; Pathria i wsp., 2019). Takie badania mogłyby jeszcze bardziej skorzystać na ocenie farmakodynamicznej, czy środki te mogą modulować te szlaki i związaną z nimi biologię nowotworu (ryc. 5). Wreszcie, biorąc pod uwagę plastyczność tego systemu, te badania farmakodynamiczne należy uzupełnić zintegrowanymi analizami omicznymi adaptacyjnych odpowiedzi na te interwencje terapeutyczne, co może dodatkowo wzbogacić badania skojarzone środków synergistycznych.

Atrakcyjna strategia zakłócania przesłuchu CSC-TAM może obejmować blokadę szlaku białka regulatorowego alfa sygnału CD47-(SIRPa). CD47 to białko transbłonowe wyrażane na CSC i komórkach nowotworowych, które działa jako sygnał „nie jedz mnie” (Cioffi i wsp. 2015); interakcja CD47 z SIRPa na makrofagach skutkuje hamowaniem fagocytozy przez TAM (Matozaki et al, 2009). Terapia anty-CD47 zwiększa fagocytozę CSC in vitro i zmniejsza obciążenie nowotworem in vivo (Chan i wsp., 2009; Cioffi i wsp., 2015; Majeti i wsp., 2009), co jest dodatkowo wzmacniane, gdy ta terapia jest połączona z chemioterapią (Cioffi i in., 2015). Trwa kilka badań klinicznych testujących przeciwciała monoklonalne anty-CD47 (Hu5F9-G4, SFR231, CC-90002 i IBlI188) oraz inhibitory małocząsteczkowe (TTI-621 i ALX148) (Rysunek 5 Gregoire i in., 2020; Pathria i in., 2019). Kolejna okazja do zakłócenia przesłuchu CSC-TAM skupia się na ukierunkowaniu na rozpuszczalne czynniki, które wzajemnie wspierają każdy typ komórki. Na przykład wykazano, że hamowanie specyficznego dla CSC POSTN i związanego z nim szlaku (Zhou et al, 2015) lub CCL5 pochodzącego z TAM (Huang et al, 2020) przerywa przesłuch CSC-TAM, hamuje wzrost guza i wydłuża czas przeżycia w mysich modelach GBM i raka prostaty.

Mówiąc bardziej konwencjonalnie, standardowa chemioterapia opiekuńcza okazała się mało obiecująca w przypadku zaawansowanej choroby przerzutowej ze względu na poważną toksyczność i szybki rozwój oporności. Ponieważ CSC i TAM odgrywają kluczową rolę w rozwoju lekooporności (Agliano i in., 2017; De Palma i Lewis, 2013), zakłócenie przesłuchu CSC-TAM może poprawić odpowiedź na chemioterapię. Zgodnie z tymi liniami CSCs w nowotworach chemoopornych wydzielają cytokiny, aby stworzyć pro-guzogenne mikrośrodowisko poprzez przekrzywienie makrofagów w kierunku fenotypu guza fartuchowego (Yama-shiniest al., 2014). Rzeczywiście, zubożenie TAM zmniejsza CSC-pień hamuje przerzuty i poprawia reaktywność chemioterapeutyczną w raku trzustki (Mitchem et al, 2013). Mechanicznie, TAM promują pęd CSC i chemooporność poprzez uwalnianie MFG-E8, co może wyzwalać aktywację szlaków STAT3 i SHH w CSC CRC (Jinushi i wsp., 2011). W związku z tym coraz więcej dowodów wskazuje na potencjał celowania w obwody CSC-TAM pod kątem nowatorskich metod leczenia raka, a także zwiększenia skuteczności chemioterapii.

KierowanieCSC-MDSCPrzesłuch

Znaczenie MDSC w promowaniu wzrostu nowotworu, przerzutów, angiogenezy, pnia CSC i supresji immunologicznej zmotywowało środki testujące, które hamują MDSC (Fleming i wsp., 2018). Strategie hamowania MDSC ukierunkowane są na rekrutację (np. hamowanie CCR5 i CXCR2), promują zubożenie (np. inhibitory kinazy tyrozynowej i środki chemioterapeutyczne) i blokują aktywność immunosupresyjną (np. hamowanie STAT3, fosfodiesterazy-5 i klasy I deacetylazy histonowe; Fleming i wsp., 2018). Jednak rozwój terapii ukierunkowanych na MDSC jest utrudniony przez heterogeniczność MDSC i brak markerów komórkowych (Lu i in., 2019). Oznacza to, że MDSC są heterogenicznymi niedojrzałymi komórkami szpikowymi złożonymi z PMN-MDSC i M-MDSC, które posiadają różne funkcje biologiczne. Obecni agenci ukierunkowani na MDSC mogą celować zarówno w podgrupy MDSC, jak i inne typy komórek w TME. Ponadto brak specyficznych markerów dla ludzkich MDSC i identyfikacja równoważnych mysich MDSC utrudnia badania translacyjne. Wreszcie gęstość i stany aktywacji MDSC mogą zmieniać się dynamicznie w TME.

Niezależnie od tych wyzwań, warto rozważyć kilka strategii ukierunkowanych na przesłuchy CSC-MDSC. Jedną ze strategii byłoby ukierunkowanie na STAT3, który jest podwójnie istotny dla utrzymania CSC i naciekania/aktywacji MDSC, a hamowanie STAT3 wykazało silną aktywność przeciwnowotworową związaną z upośledzoną łodyżką CSC i naciekiem/aktywacją MDSC w mysich modelach raka (Fleming i in. ,2018; Peng i wsp., 2016). Drugą strategią byłoby ukierunkowanie na rozpuszczalne czynniki sprzyjające przesłuchowi CSC-MDSC. Na przykład hamowanie pochodzącej z CSC MIF lub IL pochodzącej z MDSC-6 przedłuża przeżycie w mysich modelach GBM (Otvos i in., 2016) i raka piersi (Peng i in., 2016). Trzecia strategia obejmowałaby neutralizację stymulowanej egzosomami symbiozy CSC-MDSC. W szczególności knockdown S100A9 w egzosomach MDSC osłabia aktywację STAT3 i hamuje wzrost guza w mysich modelach CRC (Wang i wsp., 2019b). Te różne spostrzeżenia mechanistyczne łącznie wskazują na zakłócenie szlaku IL-6/STAT3 jako strategię zakłócania przesłuchu CSC-MDSC i hamowania wzrostu guza. KierowanieCSC-T komórkaPrzesłuch

Symbiotyczne interakcje między CSC i komórkami T mogą również oferować kilka precyzyjnych strategii terapeutycznych. Po pierwsze, w raku piersi, blokada czynników T-reg pochodzących z CSC, takich jak CCL1, okazała się znacząco hamować wzrost guza i infiltrację komórek T-reg (Xu i wsp., 2017a). Podobny efekt przeciwnowotworowy zaobserwowano w mysim modelu raka trzustki poprzez hamowanie czynników podtrzymujących pnia wywodzących się z komórek T, takich jak IL pochodzący z komórek Th17 -17, który dramatycznie zaburzał wzrost guza i CSC pnia (Xiang i in., 2015). Drugie podejście polega na wykorzystaniu potencjału immunoterapii opartych na limfocytach T, zwłaszcza hamowania immunologicznego punktu kontrolnego (ICI). Skuteczność przeciwnowotworowa ICls odnosi się do ekspresji cząsteczek immunologicznych punktów kontrolnych, takich jak PD-L1, w TME (Ravindran i wsp., 2019). Po aktywacji szlaków STAT3 i NOTCH3/mTOR (Lee i wsp., 2016; Mansour i wsp., 2020), CSC wyrażają wyższe poziomy PD-L1 w porównaniu z nie-CSC w wielu typach nowotworów, w tym GBM, czerniaku, SCCHN, CRC , rak piersi, rak żołądka i rak jajnika, w których PD-L1 może dalej promować pień CSC, indukując w ten sposób pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego (Gao i in., 2019; Gupta i in., 2016; Ravindran i in., 2019; Wei et al.,2019a). Ponadto poziomy PD-L1 można wzmocnić po symbiotycznych interakcjach komórek odpornościowych na CSC. Na przykład MDSC mogą promować łodygę i regulować w górę PD-L1 w CSC poprzez aktywację szlaku PI3K/AKT/mTOR (Komura i wsp., 2020). W konsekwencji CSC wydzielają egzosomy, aby zwiększyć PD-L1 w makrofagach poprzez aktywację szlaku STAT3 (Gabrusie-wicket al, 2018). Razem te odkrycia wskazują na potencjalną użyteczność IClagents, koncepcji wspieranej przez wzmocnienie terapii anty-PD1 aktywności przeciwnowotworowej szczepionki CSC w mysim modelu raka pęcherza moczowego (Shi i wsp., 2018b). Trzecim podejściem byłoby opracowanie terapii skojarzonych ukierunkowanych na przesłuch komórek immunologicznych CSC i punkty kontrolne odporności. OIOM dają niezwykłe odpowiedzi u niektórych pacjentów z rakiem; jednak większość pacjentów nie ma odpowiedzi. Badania mechanistyczne wykazały, że skuteczność OIT w dużym stopniu zależy od TME (Murciano-Goroff et al.,2020). TAM, MDSC i komórki T-reg są najbardziej widocznymi komórkami odpornościowymi w TME, gdzie tworzą symbiotyczne interakcje z CSC, oddziałują ze sobą i tłumią funkcję komórek T (Figura 4). Mechanicznie, TAM i MDSC mogą hamować przeciwnowotworową odpowiedź immunologiczną, w której pośredniczą limfocyty T poprzez wysoką ekspresję immunologicznych punktów kontrolnych (np. PD-L1, PD-L2, CD80 i CD86), wytwarzanie immunosupresyjnych cytokin (np. IL-10 i TGF- ) oraz rekrutacja immunosupresyjnych komórek T-reg do TME (Engblom i in., 2016; Kumar i in., 2016; Manto-vani i in., 2017). Badania te podkreślają obietnicę terapii ukierunkowanych na TAM lub MDSC, które poprawią skuteczność ICl. Rzeczywiście, coraz więcej dowodów wskazuje, że terapie ukierunkowane na makrofagi, takie jak aktywacja fagocytozy makrofagów (Lian i in., 2019; Liu i in., 2018) lub przeprogramowanie TAM z pro- na przeciwnowotworowe fenotyp (Baer i in., 2016; Guerriero i in., 2017; Kaneda i in., 2016; Zhu i in., 2014), działają w synergii z ICls w wielu mysich modelach raka. Podobnie terapie ukierunkowane na MDSC, poprzez hamowanie naciekania MDSC (Flores-Toro i in., 2020; Highfillet in., 2014; Liao i in., 2019; Zhao i in., 2020) lub blokowanie aktywacji MDSC (Davis i in., 2017; Liu i wsp. 2020; Lu i wsp. 2017) wykazują silną synergię z OIT w modelach mysich. Te badania przedkliniczne skłoniły do ​​prób terapii skojarzonej dla wielu typów nowotworów (Hou i wsp., 2020; Pathria i wsp., 2019).

Uwagi końcowe i perspektywy na przyszłość

Paradygmat genetyczny zdominował nasze podejście do terapii raka, generując wiele czynników ukierunkowanych na czynniki onkogenne w komórkach nowotworowych. W ostatnich latach sukces celowania w odporność i angiogenezę zwiększył zainteresowanie celami działającymi w ekosystemie TME. W tym przeglądzie w szczególności skatalogowano układy molekularne leżące u podstaw wzajemnych interakcji między CSC i komórkami układu odpornościowego, w tym TAM, MDSC i limfocytami T, w utrzymaniu guza. Ten dwukierunkowy crosstalk przejawia się na kilku poziomach, w tym rekrutacji i aktywacji komórek odpornościowych kierowanej przez CSC oraz roli tych komórek odpornościowych w promowaniu macierzystych komórek rakowych i tworzeniu wspierającej niszy CSC. Molekularna charakterystyka symbiozy komórek odpornych na CSC ujawniła potencjalne strategie terapeutyczne, w tym podwójne ukierunkowanie na ważne szlaki aktywowane zarówno w CSC, jak i komórkach odpornościowych (np. STAT3 i PI3K, zaburzając cząsteczki odpowiedzialne za fizyczne interakcje komórek odpornościowych na CSC (np. CD). 47-SIRPa) i neutralizują rozpuszczalne czynniki, które wzajemnie wspierają zarówno CSC, jak i komórki odpornościowe (np. IL-6).Odporny na CSCinterakcje komórkowe ujawniły również centralne znaczenie tych nowych mechanizmów molekularnych w kierowaniu onkogenezą, przerzutami i opornością na chemioterapię. Zatem celowanie w ten obwód molekularny może potencjalnie zakłócić współzależność komórek odpornościowych na CSC i zwiększyć skuteczność konwencjonalnych terapii.

Chociaż nasza wiedza na temat przesłuchu komórek odpornościowych na CSC jest coraz większa, trzeba będzie odpowiedzieć na wiele pytań, aby skutecznie i systematycznie przekształcić mechanistyczne spostrzeżenia w nowe interwencje terapeutyczne. Po pierwsze, wiele badań dotyczących przesłuchu komórek immunologicznych CSC opierało się na modelach wspólnej hodowli linii komórkowych lub izolowanych komórkach z tkanek nowotworowych, co podkreśla potrzebę badań uzupełniających z wykorzystaniem modeli in vivo, walidacji genetycznej i dynamicznych analiz TME przy użyciu śledzenia linii oraz technologie obrazowania mikropozytonowej tomografii emisyjnej na żywo (microPET)/tomografii komputerowej (CT). Takie modele in vivo można uzupełnić kulturami organoidalnymi, które wydają się wierniej rekapitulować cechy ich tkanek źródłowych (Baker, 2018). Oznacza to, że organoidy komórek rakowych i wspólne hodowle komórek odpornościowych mogą służyć jako solidniejsze i wydajniejsze systemy modelowe do badania dynamicznych i wzajemnych interakcji między CSC a komórkami układu odpornościowego oraz do testowania środków terapeutycznych ukierunkowanych na przenikanie komórek immunologicznych CSC. Po drugie, niezwykła plastyczność i niejednorodność zarówno CSC (przejście między stanami macierzystymi a nie-pniami) oraz komórek odpornościowych (w tym przejścia w obrębie i między typami komórek, takie jak przejście przez spektrum fenotypowe w TAM, różnicowanie MDSC do PMN- Podgrupy MDSC i M-MDSC oraz różnicowanie M-MDSC do TAM) podkreślają wyzwania związane z identyfikacją specyficznego kontekstu charakteru odrębnych, krytycznych obwodów komórek immunologicznych CSC w różnych stadiach zaawansowania i w różnych typach raka, a także zmian w CSC -oddziaływania komórek odpornościowych wynikające z interwencji terapeutycznych. Zatem wykorzystanie pełnego potencjału ukierunkowanego na przesłuch komórek immunologicznych CSC będzie wymagało szerokiego wykorzystania sekwencji siRNA w celu identyfikacji nowych subpopulacji i zdefiniowania stanów fizjologicznych CSC i komórek odpornościowych, a także ich przesłuchu w określonych kontekstach guza i przy ekspozycji na określone terapie. Taki audyt pojedynczych komórek musi być uzupełniony analizami funkcjonalnymi i genetycznymi z wykorzystaniem systemów modelowych in vivo w celu identyfikacji i walidacji celów i mechanizmów rządzących współzależnością komórek immunologicznych CSC. Biorąc pod uwagę liczbę zaangażowanych czynników, biswoiste przeciwciała podwójnie skierowane na kluczowe czynniki, działające wspólnie wkomórka odporna na CSCnależy wziąć pod uwagę obwód. Po trzecie, w wielu typach nowotworów szlak IL-6/IL-6R/STAT3 wydaje się być najważniejszą i najważniejszą siłą napędową przenikania się komórek immunologicznych CSC, o czym świadczy odkrycie, że hamowanie szlaku IL-6R/STAT3 upośledza progresję nowotworu i zmniejsza pień CSC, TAM i MDSC w mysich modelach raka pęcherza moczowego, raka piersi i HCC (Kobatake i in., 2020; Peng i in. , 2016; Wan i in., 2014). Potrzebne jest jednak bardziej szczegółowe badanie działania tych leków, ponieważ działają one również na inne komórki zrębowe w TME. Oznacza to, że działania przeciwnowotworowe mogą nie dotyczyć przesłuchu komórek immunologicznych CSC i/lub mogą być ukierunkowane na komórki zrębowe o działaniu przeciwstawnym do CSC, TAM i MDSC. W związku z tym genetycznie zmodyfikowane modele myszy byłyby przydatne do analizy niezliczonych ról szlaku IL-6/L-6R/STAT3, w szczególności w CSC, TAM, MDSC i/lub limfocytach T w porównaniu inne komórki w ekosystemie TME. Wreszcie, oprócz TAM, MDSC i limfocytów T, bezstronne analizy zestawów danych TGGA wykazały, że wysoka macierzystość komórek rakowych jest związana ze zmniejszoną liczbą komórek NK (Miranda i wsp., 2019), co sugeruje potencjalny crosstalk komórek CSC-NK. CSC są ogólnie podatne na zabijanie przez aktywowane komórki NK; jednak coraz więcej dowodów wskazuje, że CSC mogą być oporne na komórki NK w niektórych typach nowotworów, takich jak GBM, AML i rak piersi (Sultan i wsp., 2017). Pojawiające się dowody wskazują, że aktywność komórek NK przeciwko CSC jest w dużej mierze zależna od TME i że aktywacja komórek NK może być tłumiona przez komórki TAM, MDSC i T-reg (Bruno i wsp., 2019; Ghiringhel i wsp., 2006; Kmeta i in., 2017). Oprócz komórek NK bardzo ograniczone dowody wskazują, że macierzyste komórki rakowe są związane z obecnością komórek dendrytycznych (DCS), komórek B (Hsuet al., 2018; Miranda i wsp., 2019) oraz neutrofili (Hira i wsp. ,2015; Hwang i in.,2019). Jednak charakter interakcji między CSC a tymi czterema typami komórek odpornościowych (komórkami NK, komórkami B, DC i neutrofilami) jest w dużej mierze nieznany. Dlatego dalsze badania charakteryzujące taki przesłuch, a także związek tych czterech typów komórek z innymi komórkami układu odpornościowego, w tym TAM, MDSC i komórkami T, utorują drogę do opracowania nowych i bardziej skutecznych immunoterapii.

Podsumowując, przedstawiliśmy coraz więcej dowodów wskazujących na interakcje komórek immunologicznych CSC jako czynniki napędzające rozwój nowotworu obejmujące wiele cech charakterystycznych raka oraz jako modulatory odpowiedzi na interwencje terapeutyczne. Wykorzystanie potencjału terapeutycznego tych interakcji będzie wymagało rygorystycznej walidacji celów i mechanizmów leżących u podstaw tej symbiotycznej relacji, a także głębszego zrozumienia konkretnych kontekstów biologicznych, w których odgrywają one istotną rolę ograniczającą częstość występowania nowotworu. Pomyślne osiągnięcie tego celu przyniosłoby znaczne korzyści pacjentom chorym na raka.