Kmenovka rakoviny sa stretáva s imunitou: Od mechanizmu k terapii (2. časť)

Ak sa chcete dozvedieť viac informácií, kontaktujte prosímdavid.wan@wecistanche.com

Pri viacerých typoch rakoviny sú zahrnuté makrofágové a mikrogliové dráhy a/alebo faktorypro-tumorpolarizácia zahŕňa dráhy STAT3, nukleárny faktor (NF)-kB a PI3Ky (Kaneda et al., 2016; Qian a Pollard, 2010). Medzi nimi zohráva významnú úlohu transkripčný faktor STAT3. Makrofág STAT3 je aktivovaný CSC odvodeným IL-6, L-10 a/alebo exozómovým nákladom, čo vedie k upregulácii génovpodporujúci nádorprogramovanie a inhibícia génov kódujúcich protinádorové cytokíny (Malyshev a Malyshev, 2015). Okrem toho inhibícia STAT3 ruší CSC-indukovanú polarizáciu protumorových makrofágov v GBM (Gabru-siewicz a kol., 2018; Wu a kol., 2010; Yao a kol., 2016), rakovinu močového mechúra (Kobatake a kol., 2020) a rakovina prsníka (Weng et al., 2019). Dráha NF-kB je nevyhnutná pre CSC-indukovanú polarizáciu protumorových makrofágov pri rakovine vaječníkov (Deng et al.2015). Stručne povedané, štúdia polarizácie makrofágov indukovanej CSC identifikovala prominentné a terapeuticky účinné makrofágové dráhy pri špecifických rakovinách (tabuľka 1).

Kliknutím sem sa dozviete viac o Cistanche

TAM propagujú kmeň rakovinových buniek a výklenok CSC Odzrkadľovaním akcií CSC môžu TAM podporovať kmeňový kmeň CSC a výklenok CSC (obrázok 3). Výklenok je obzvlášť dôležitý pri udržiavaní sebaobnovy CSC, potenciálu repopulácie a iniciácie nádoru. Toto podporné mikroprostredie sa skladá z rakovinových buniek, imunitných buniek, mezenchymálnych kmeňových buniek (MSC), fibroblastov, endotelových buniek a zložiek extracelulárnej matrice (ECM) (obrázok 3; Plaks et al, 2015). Parakrinné faktory odvodené z týchto rôznych typov stromálnych buniek hrajú významnú úlohu pri podpore kmeňa CSC vo výklenku. Konkrétne pri rakovine prsníka a hrubého čreva MSC prispievajú k tvorbe niky CSC vylučovaním prostaglandínu E2 (PGE2), IL-6, IL-8 a CXCL1 (Liet al.2012). Fibroblasty môžu indukovať metastatickú niku pre CSC rakoviny prsníka prostredníctvom sekrécie POSTN (Malanchi et al, 2011). TAM produkujú faktory, ktoré umožňujú „diferencovaným“ rakovinovým bunkám získať vlastnosti podobné CSC a udržiavať kmeň CSC pri rakovine prsníka (Lu et al, 2014),skvamocelulárny karcinóm ústnej dutiny(Li a kol., 2019), karcinóm obličkových buniek (Yang a kol., 2016), hepatocelulárny karcinóm (HCC) (Wang a kol., 2016) a rakovinu pankreasu (Mitchem a kol., 2013). V súlade s tým, deplécia TAM prostredníctvom inhibície receptora faktora 1 stimulujúceho kolónie (CSF1R) a chemokínového receptora 2 s motívom CC (CCR2) znižuje vlastnosti CSC iniciujúce nádor v myšacích modeloch (Mitchem et al, 2013). V GBM podporuje TAM nika CSC závisí od jej protumorového fenotypu a preprogramovanie na protinádorový fenotyp (pomocou amfotericínu Bor vitamín B3) zoslabuje kmeň rakovinových buniek a tumorigenicitu in vitro a in vivo a senzibilizuje tieto nádory na chemoterapiu (Sarkar et al, 2014 ,2020). Tieto zistenia zdôrazňujú terapeutický potenciál narušenia výklenku CSC prostredníctvom preprogramovania TAM smerom k protinádorovému fenotypu.

Dôležitosť TAM v biológii CSC je posilnená rastúcim zoznamom faktorov odvodených od TAM, ktoré sa podieľajú na udržiavaní kmeňa CSC. Tabuľka 2 sumarizuje takéto faktory a ich údajné mechanizmy v rôznych modeloch rakoviny. EMT je dôležitý proces, ktorý umožňuje rakovinovým bunkám získať vlastnosti podobné CSC a zachovať kmeň CSC (Biddle a Mackenzie, 2012). V bunkách rakoviny prsníka je EMT spojená s upreguláciou CD90 a EphA4, ktoré sprostredkovávajú fyzické interakcie medzi CSC a TAM (Lu et al, 2014). Výsledkom je, že TAM môžu ďalej urýchliť EMT buniek rakoviny prsníka, a tým vyvolať pozitívnu spätnú väzbu na posilnenie kmeňa CSC prostredníctvom vylučovania panelu cytokínov podporujúcich CSC, ako sú IL-6, IL-8 a IL-1 (Guo a kol., 2019a; Let al., 2014; Valeta-Magara a kol., 2019). Podobne, hromadiace sa dôkazy ukazujú, že TAM v GBM (Hide a kol., 2018), HCC (Fan a kol., 2014; Wan a kol., 2014), rakovina pankreasu (Nomura a kol., 2018; Saint al., 2015; Zhang a kol. .,2019a) a rakovina vaječníkov (Raghavan et al.,2019) môžu podporovať EMT rakovinových buniek a/alebo vylučovať rôzne cytokíny podporujúce CSC (vrátane IL-1 , IL-6 a TGF -), čím sa podporuje kmeň CSC, progresia nádoru a rezistencia na liečbu. Okrem cytokínov môžu TAM špecificky produkovať jedinečné faktory na podporu kmeňa CSC. Napríklad CCL5, pleiotropín (PTN), globulový-epidermálny rastový faktor-Val (MFG-E8) a CCL8 sú prednostne exprimované a vylučované TAM pri rakovine prostaty (Huang et al, 2020), lymfóme (Wei et al, 2019b ), kolorektálny karcinóm (CRC) (Jinushi et al, 2011) a GBM (Zhang et al, 2020), v uvedenom poradí, kde podporujú kmeňovosť CSC a progresiu nádoru. Napokon, okrem rozpustných faktorov môžu TAM podporovať kmeň CSC prostredníctvom priamych interakcií. Konkrétne v prípade rakoviny prsníka, pečene a sínusových endotelových buniek lymfatických uzlín typu C je lektín transmembránový proteín vysoko exprimovaný na TAM, ktorý interaguje s hydrofilným 3-členným receptorom podrodiny A3 na rakovinových bunkách, aby sa zvýšila kmeňovosť (Liu et al., 2019) . Faktory odvodené od TAM a fyzické interakcie TAM s rakovinovými bunkami aktivujú niekoľko dráh v rakovinových bunkách, ktoré sú kľúčové pre udržanie kmeňa. Tieto kľúčové dráhy CSC zahŕňajú STAT3, SHH a NOTCH (Han a kol., 2015; Hirata a kol., 2014; Zhang a kol., 2019b), ako aj PI3K/AKT, WNT/-catenin a NANOG (Morgan a kol. al, 2018; Wang a kol., 2010b, 2019a; Wei a kol., 2013; Zhang a kol., 2019c). Dostupné dôkazy podporujú názor, že faktory odvodené od TAM aktivujú tieto dráhy na zvýšenie alebo udržanie kmeňa CSC (tabuľka 2). Spomedzi nich sa STAT3 javí ako najdôležitejší v dôsledku svojej silnej upregulácie génov súvisiacich s kmeňom a aktivácie dráh podporujúcich kmeň, ako je NF-kB (Galoczova et al. 2018). Inhibícia STAT3/NF-kB teda ruší kmeň pri rakovine prsníka podporovaný TAM (Lu a kol., 2014; Val-eta-Magara a kol., 2019; Yang a kol., 2013), HCC (Li a kol., 2017; Wan a kol., 2014), rakoviny prostaty (Huang a kol., 2020), rakoviny pankreasu (Mitchem a kol., 2013; Nomura a kol., 2018) a CRC (Jinushi a kol., 2011). Dráhy WNT/-katenínu a SHH môžu v niektorých prostrediach podporovať aj kmeň CSC. Aberantná aktivácia signalizácie WNT, bežná u mnohých typov nádorov, často definuje stav CSC a udržiavanie biológie CSC (de Sousa E Melo a Vermeulen, 2016). Systémy bunkových kultúr a myších modelov demonštrujú, že TAM aktivujú WNT/-katenínovú dráhu v CSC a inhibícia tejto dráhy zhoršuje TAM-indukovanú upreguláciu CSC kmeňa v HCC (Chen et al., 2019b), rakovine prostaty (Huang et al., 2020) a lymfóm (Wei et al, 2019b). Podobne sa dráha SHH podieľa na regulácii kmeňa CSC buď priamo, alebo prostredníctvom interakcie s inými dráhami súvisiacimi s kmeňom, ako je TGF- (Takebe et al., 2015). Pokiaľ ide o kmeň CSC podporovaný TAM, CRC sa spolieha na dráhu SHH (Jinushi a kol., 2011), rakovina pankreasu na dráhe TGF- 1/SMAD2/3/NANOG (Zhang a kol., 2019a), HCC na dráha NOTCH (Wang a kol. 2016), rakovina prsníka na sarkóme v-src (Schmidt-Ruppin A-2), dráha homológu vírusového onkogénu (vtáčie) (SRC) (Lu a kol., 2014) a glióm na dráhe extracelulárnej regulovanej kinázy 1/2 (ERK1/2) (Zhang et al. 2020). Súhrnne tieto zistenia zdôrazňujú STAT3 / NF-kB a WNT / - katenín ako kľúčové dráhy zodpovedné za kmeň CSC indukovaný TAM. Rozmanitosť dráh v rámci mnohých druhov rakoviny však podčiarkuje potrebu vyvinúť kontextovo špecifické stratégie na ich zacielenie.

CSC-MDSC Crosstalk

Vplyv CSC na biológiu MDSC

MDSC sú heterogénnou populáciou myeloidných buniek, ktoré zahŕňajú granulocytárne alebo polymorfonukleárne (PMN-MDSC) a monocytové (M-MDSC) podskupiny (Gabrilovich a Nagaraj 2009). PMN-MDSC tvoria viac ako 80 percent všetkých MDSC a M-MDSC sa môžu diferencovať na TAM (Gabrilovich, 2017; Kumar et al., 2016). MDSC sú generované v kostnej dreni a prijímané do nádorovchemokíny odvodené od nádoruako CCL2 a CCL5. Podobne ako TAM, MDSC hrajú dôležitú úlohu pri regulácii nádorovej angiogenézy, rastu, metastáz a imunitnej supresie (Gabrilovich, 2017; Kumar et al 2016). Narastajúce dôkazy tiež odhalili symbiotické interakcie medzi CSC a MDSC v TME, kde CSC prispievajú k infiltrácii, expanzii a aktivácii MDSC prostredníctvom sekrécie rozpustných faktorov a exozómov u rôznych typov rakoviny (obrázok 4; tabuľka 3). V SCCHN v porovnaní s bunkami CD44 vylučujú CD44* CSC vyššie hladiny IL-8, faktora stimulujúceho kolónie granulocytov a makrofágov (GM-CSF) a TGF- a indukujú väčšie populácie MDSC, keď sú kultivované spoločne s mononukleárne bunky periférnej krvi (PBMC) (Chika-matsu et al., 2011). V GBM GSC nielen podporujú diferenciáciu PBMC na M-MDSC prostredníctvom sekrécie exozómov (Do-menis et al., 2017), ale tiež aktivujú MDSC na potlačenie imunitných reakcií prostredníctvom sekrécie inhibičného faktora migrácie makrofágov (MIF) (Otvos et al, 2016). Pri melanóme je expresia miR-92 v CD133 plus CSC znížená v porovnaní s CD133- bunkami, čo zvyšuje expresiu TGF- cez x5 integrín/SMAD2 dráhu, čo vedie k väčšiemu počtu PMN-MDSC v TME (Shidal et al, 2019). MDSC Propagujte kmeňovosť CSC

Akonáhle MDSC infiltrujú do TME, môžu recipročne podporovať kmeň CSC prostredníctvom odlišných mechanizmov v mnohých typoch rakoviny (obrázok 4; tabuľka 3). Pri rakovine vaječníkov indukujú MDSC expresiu miR-101 a GM-CSF v rakovinových bunkách, čo zvyšuje kmeňovosť prostredníctvom upregulácie C-terminálneho väzbového proteínu korepresorového génu-2 (CtBP2) (Quiet al, 2013) a aktiváciu dráhy STAT3 (Li et al., 2020), resp. Pri mnohopočetnom myelóme spúšťajú PMN-MDSC expresiu RNA piRNA-823 pôsobiacej na piwi v rakovinových bunkách, čo podporuje kmeň prostredníctvom aktivácie DNA metyltransferázy 3B (DNMT3B) na uľahčenie metylácie DNA (Ai et al., 2019 ). Hoci tieto údaje zdôrazňujú zásadnú úlohu MDSC pri podpore kmeňa rakovinových buniek, stále sa objavujú identity faktorov odvodených od MDSC v týchto typoch rakoviny. Je potrebné poznamenať, že STAT3 sa opäť javí ako jedna z kľúčových ciest zodpovedných za kmeň. Pri rakovine prsníka a pankreasu MDSC vylučujú IL-6 (pri oboch typoch rakoviny) a oxid dusnatý (pri rakovine prsníka), aby aktivovali dráhy STAT3 a NOTCH na podporu stopky (Panini a kol., 2014; Peng a kol., 2016) . Pri rakovine prsníka aktivovaný STAT3 podporuje aktiváciu NOTCH, čo zase uľahčuje pretrvávajúcu aktiváciu STAT3, čím sa vytvára spätná väzba na posilnenie kmeňa (Peng et al., 2016). Okrem kmeňa môže NOS2 odvodený od M-MDSC tiež podporovať EMT prostredníctvom aktivácie dráhy STAT3, ktorá poháňa šírenie rakovinových buniek a metastázy (Ouzounova et al, 2017). V CRC môžu PMN-MDSC vylučovať exozomálny S100A9 na podporu rakoviny bunkový kmeň prostredníctvom aktivácie dráh STAT3 a NF-kB, ktorá sa ďalej amplifikuje za hypoxických podmienok (Wang et al., 2019b),

stanovenie NF-kB v MDSC-indukovanom kmeňu. MDSC sú skutočne hlavným zdrojom PGE pri niekoľkých typoch rakoviny (napr. rakoviny vaječníkov, krčka maternice a endometria; Komura a kol., 2020; Kuroda a kol., 2018; Yokoi a kol., 2019), ktoré môžu podporiť kmeňovosť rakovinových buniek aktiváciou NF-B prostredníctvom prostanoidného receptora 4 (EP4)-Pl3K a EP4-mitogénom aktivovanej proteínkinázy (MAPK) typu E (Wang et al, 2015). Základom interakcií MDSC-CSC je teda množstvo faktorov a dráh a STAT3 a NF-kB sú opäť veľmi výrazné.

CSC-T Cell Crosstalk

Vplyv CSC na biológiu T buniek

Výpočtové analýzy tiež odhalili korelácie medzi kmeňom rakovinových buniek aCD8t T bunkyv širokom spektre typov rakoviny (Miranda et al., 2019). Pri SCCHN, GBM a melanóme koreluje vysoká kmeňovosť s nízkou expresiou antigénov spojených s rakovinou a imunostimulačných molekúl (napr. CD{3}}, CD40, hlavný histokompatibilný komplex [MHC] II, transportér spojený so spracovaním antigénu, histokompatibilný leukocytový antigén [HLA]-A2, melanómový antigén rozpoznávaný T-bunkami 1, melanómový inhibítor apoptózy, newyorský spinocelulárny karcinóm pažeráka 1 a melanóm- asociovaný antigén-A) a vysoká expresia inhibítorov imunitných kontrolných bodov (napr. PD-L1; Chikamatsu a kol., 2011; Schatton a kol., 2010; Wei a kol., 2010). V súlade s týmito korelátmi CSC regulujú zloženie a funkciu T buniek prostredníctvom niekoľkých experimentálne overených mechanizmov (obrázok 4; tabuľka 4). Po prvé, v GBM GSC produkujú TGF-, CCL2 a galektín-3, ktoré potláčajú aktiváciu a proliferáciu T buniek CD8 plus a CD4 plus (Wei et al, 2010). Po druhé, GSC exozóm tenascín-C (TNC) zapája x5 1 a 5 6 integríny na T bunkách, aby znížili reguláciu signalizácie AKT/mTOR a inhibovali aktiváciu a proliferáciu T buniek (Domenis et al, 2017; Mizaei et al, 2018). Nakoniec, pri rakovine prostaty CSC vylučujú TNC, aby inhibovali aktiváciu a proliferáciu CD8 plus a CD4 plus T buniek prostredníctvom interakcie s x5 1 integrínom na T bunkách (Ja-chetti et al., 2015).

T-reg bunky sú imunosupresívnou podskupinouCD4 plus T bunkycharakterizované expresiou forkhead boxu P3 (FoxP3) a podporou nádoru prostredníctvom inhibície efektorových T buniek (Togashi et al, 2019). CSC priťahujú a aktivujú T-reg bunky prostredníctvom rôznych rozpustných faktorov (obrázok 4; tabuľka 4), vrátane, predovšetkým TGF-, ktorý riadi nábor a expanziu T-reg buniek. Napríklad CSC môžu produkovať vysoké hladiny TGF- v SCCHN (Chikamatsu a kol., 2011), GBM (Wei a kol., 2010) a melanóme (Shidal a kol., 2019), čo zase podporuje bunky T-reg nábor a expanzia prostredníctvom aktivácie a5 integrínu/matiek proti dekapentaplegickej homológnej 2 (SMAD2) dráhe, čím sa indukuje apoptóza T buniek a inhibuje proliferácia a aktivácia T buniek. Okrem toho sa ukázalo, že niekoľko členov rodiny chemokínov CC, ako napríklad CCL1 (Xu a kol., 2017a), CCL2 (Wei a kol., 2010) a CCL5 (You a kol., 2018), je vysoko produkovaných CSC v odlišné typy rakoviny, kde môžu stimulovať infiltráciu T-reg buniek do TME. TGF- a špecifické chemokíny vylučované CSC spoločne hrajú kľúčovú úlohu pri nábore a expanzii buniek T-reg v TME. T bunky regulujú kmeň CSC

Nové dôkazy ukazujú, že rôzne podskupiny T buniek môžu regulovať kmeň CSC (obrázok 4; tabuľka 4). V GBM médium upravené T-bunkami inhibuje samoobnovu GSC prostredníctvom sekrécie TNF- a interferónu (IFN)-r (Mirzaeiet al, 2018). V NSCLC sú CD8 plus T-bunky hlavnými zdrojmi IFN-Y, kde je nízka hladiny IFN- podporujú kmeň CSC prostredníctvom aktivácie dráhy PI3K/AKT/NOTCH1 a vysoké hladiny IFN-y indukujú apoptózu rakovinových buniek prostredníctvom aktivácie dráhy Janusovej kinázy 1 (JAK1)/STAT1/kaspázy (Song et al., 2019 ). Pri rakovine pankreasu produkujú infiltrujúce Th2 bunky cytokíny-4 a IL-13 na aktiváciu dráhy JAK1/STAT6 v rakovinových bunkách, čo zase zvyšuje glykolýzu riadenú MYC (Dey et al, 2020), anabolický proces, ktorý podporuje kmeň CSC (Chen a kol., 2020b; Sancho a kol., 2015). Okrem sekrécie rozpustných faktorov môžu T bunky regulovať kmeň CSC prostredníctvom mechanizmu priameho kontaktu medzi bunkami pri rakovine prsníka, kde príbuzné nelytické interakcie medzi CD8 plus T bunkami a rakovinovými bunkami môžu podporovať kmeň rakovinových buniek (Stein et al., 2019).

Okrem efektorových T buniek môžu kmeňovosť regulovať aj T-reg bunky a Th17 bunky. Napríklad v AML bunky T-reg vylučujú IL-10, aby podporili kmeň leukemických kmeňových buniek prostredníctvom aktivácie dráhy PI3K/AKT/OCT4/NANOG (Xu et al., 2017b). Účinok T-reg buniek podporujúci kmeňovosť je tiež pozorovaný pri rakovine prsníka, kde rozpustné faktory neznámych buniek reg upregulujú dráhy súvisiace s kmeňom: SOX2; NANOG; a OCT4 (Xu et al, 2017a). V HCC bunky T-reg vylučujú TGF- na podporu kmeňového kmeňa CSC podporou EMT (Shi et al, 2018a; Xu et al, 2009), zatiaľ čo v CRC T-reg- z buniek odvodený TGF- riadi dediferenciáciu rakovinových buniek (Nakano et al, 2019), čo naznačuje kontextovo špecifické pôsobenie TGF- v CSC. Tieto pozorovania sú v súlade so známymi vysoko kontextovými funkciami TGF- pri rakovine (Massagué, 2008). Hoci Th17 je podskupina T pomocných buniek, ktoré sprostredkovávajú protinádorové imunitné reakcie (Guery a Hugues, 2015), IL-17 z buniek Th17 alebo CD4 plus T buniek tiež podporuje kmeň CSC prostredníctvom aktivácie NF-kB a p38 MAPK dráhy pri rakovine vaječníkov a pankreasu (Kiang a kol., 2015; Zhang a kol., 2018) a dráha STAT3 pri rakovine žalúdka (Jiang a kol., 2017). Okrem toho IL-17 môže byť upregulovaný v T-reg bunkách za hypoxických podmienok, čo zase podporuje kmeň CSC v CRC (Yang et al., 2011). Rôzne podskupiny T buniek teda prispievajú k udržiavaniu CSC prostredníctvom rôznych mechanizmov zahŕňajúcich rozpustné faktory a kontakt medzi bunkami.

Terapeutický potenciál odpočúvaniaCSC-ImmuneCell Crosstalk

Cielenie CSC-TAM Crosstalk

Hlavné predklinické a klinické úsilie sa snažilo zamerať sa na odlišné biologické charakteristiky a kľúčové signálne dráhy CSC a TAM, ako už bolo uvedené (Agliano a kol., 2017; Pathria a kol., 2019; Zhao a kol., 2018). Ako je zhrnuté na obrázku 5, klinické štúdie, ktoré sa môžu zamerať na biológiu CSC, zahŕňajú inhibítory dráh SHH, NOTCH, WNT/-katenín, STAT3 a NANOG (Agliano a kol., 2017; Zhao a kol., 2018) a anti-CD44 protilátky (Menke-van der Houven van Oordt et al., 2016). Inhibítor SHH, vismodegib, bol doteraz schválený pre metastatický alebo lokálne pokročilý bazocelulárny karcinóm (Sekulic et al., 2012) a prebiehajú klinické štúdie s látkami zameranými na získavanie makrofágov (CR2, CXCR4, integrínová podjednotka alfa 4 [ITGA4 ] a inhibítory ITGA5), polarizáciu (toll-like receptor 4 [TLR4], aktivátory TLR7, TLR9 a CD40 a inhibítor PI3Ky) a prežitie (inhibítory CSF1R; Gregoire a kol., 2020; Pathria a kol., 2019). Napriek príťažlivosti činidiel zameraných na CSC však neboli pozorované dramatické reakcie, možno kvôli nedostatku skutočne špecifických cieľov CSC (Agliano a kol., 2017; Turdo a kol., 2019), ako aj vysokej plasticite CSC, ktorý umožňuje stratu a opätovné získanie kmeňa

za rôznych podmienok TME (Agliano et al., 2017;Müller et al., 2020; Plakset al., 2015). Podobne aj terapie zamerané na TAM, ako je inhibícia CSF1R, ukázali slabé protinádorové reakcie v GBM čiastočne kvôli rezistencie udelenej aktivovanou signalizáciou Pl3K v gliómových bunkách (Quail et al, 2016).

Je lákavé špekulovať, že zámernejšie zacielenie na prepletené spoločné závislosti CSC a TAM a ich plasticitu v špecifických kontextoch by mohlo priniesť robustnejšie reakcie. Napríklad IL-6/STAT3 a Pl3K sú nevyhnutné pre reguláciu CSC kmeňa a polarizácie protumorov makrofágov v mnohých typoch nádorov; inhibícia týchto dráh preukázala protinádorovú aktivitu (Agliano a kol., 2017; Kobatake a kol., 2020; Pathria a kol., 2019; Weng a kol., 2019). Okrem toho výber pacientov s vysokými podpismi CSC a TAM by mohol zlepšiť reakcie na činidlá zacielené na tieto dráhy (Agliano a kol., 2017; Pathria a kol., 2019). Takéto štúdie by mohli ďalej profitovať z farmakodynamického hodnotenia toho, či tieto látky môžu modulovať tieto dráhy a s nimi súvisiacu biológiu nádoru (obrázok 5). Nakoniec, vzhľadom na plasticitu tohto systému, tieto farmakodynamické štúdie by mali byť doplnené integrovanými omickými analýzami adaptívnych reakcií na tieto terapeutické zásahy, ktoré môžu ďalej informovať o kombinovaných štúdiách synergických činidiel.

Príťažlivá stratégia na prerušenie presluchu CSC-TAM môže zahŕňať blokádu dráhy CD47-signálneho regulačného proteínu alfa (SIRPa). CD47 je transmembránový proteín exprimovaný na CSC a rakovinových bunkách, ktorý funguje ako signál „nezjedz ma“ (Cioffi et al. 2015); interakcia CD47 so SIRPa na makrofágoch vedie k inhibícii fagocytózy pomocou TAM (Matozaki et al, 2009). Anti-CD47 terapia zvyšuje fagocytózu CSC in vitro a znižuje nádorovú záťaž in vivo (Chan a kol., 2009; Cioffi a kol., 2015; Majeti a kol., 2009), ktorá sa ďalej zvyšuje, keď sa táto terapia kombinuje s chemoterapiou (Cioffi et al, 2015). Prebieha niekoľko klinických štúdií testujúcich monoklonálne protilátky proti CD47 (Hu5F9-G4, SFR231, CC-90002 a IBlI188) a inhibítory malých molekúl (TTI-621 a ALX148) (obrázok 5 Gregoire a kol., 2020; Pathria a kol., 2019). Ďalšia príležitosť na narušenie presluchu CSC-TAM sa sústreďuje na zacielenie na rozpustné faktory, ktoré recipročne podporujú každý typ bunky. Napríklad sa ukázalo, že inhibícia CSC-špecifického POSTN a jeho súvisiacej dráhy (Zhou a kol., 2015) alebo CCL5 odvodeného od TAM (Huang a kol., 2020) prerušuje CSC-TAM presluchy, potláča rast nádoru a predlžuje prežitie. na myšacích modeloch GBM a rakoviny prostaty.

Bežnejšie povedané, štandardné chemoterapie preukázali obmedzený prísľub pre pokročilé metastatické ochorenie v dôsledku závažnej toxicity a rýchleho rozvoja rezistencie. Keďže CSC a TAM hrajú rozhodujúcu úlohu pri rozvoji rezistencie na lieky (Agliano et al., 2017; De Palma a Lewis, 2013), narušenie presluchu CSC-TAM by mohlo zlepšiť jeho odpoveď na chemoterapiu. V súlade s týmito líniami CSC v chemorezistentných nádoroch vylučujú cytokíny, aby vytvorili protumorogénne mikroprostredie vychýlením makrofágov smerom k fenotypu nádoru zástery (Yama-shiniest al., 2014). Deplécia TAM skutočne znižuje CSC kmeň inhibuje metastázy a zlepšuje chemoterapeutickú odozvu pri rakovine pankreasu (Mitchem et al, 2013). Mechanicky TAM podporujú kmeň a chemorezistenciu CSC prostredníctvom uvoľňovania MFG-E8, čo môže spustiť aktiváciu dráh STAT3 a SHH v CSC CRC (Jinushi et al, 2011). Rastúce dôkazy teda poukazujú na potenciál zacielenia obvodov CSC-TAM na nové liečby rakoviny, ako aj na zvýšenie účinnosti chemoterapie.

ZacielenieCSC-MDSCPresluchy

Dôležitosť MDSC pri podpore rastu nádoru, metastáz, angiogenézy, kmeňového kmeňa CSC a potlačenia imunity motivovala testovacie činidlá, ktoré inhibujú MDSC (Fleming et al, 2018). Stratégie inhibície MDSC sa zameriavajú na nábor (napr. inhibícia CCR5 a CXCR2), podporujú depléciu (napr. inhibítory tyrozínkinázy a chemoterapeutické látky) a blokujú imunosupresívnu aktivitu (napr. inhibícia STAT3, fosfodiesterázy-5 a triedy I históndeacetylázy; Fleming a kol., 2018). Vývoju terapií zameraných na MDSC však bráni heterogenita MDSC a nedostatok bunkových markerov (Lu et al., 2019). To znamená, že MDSC sú heterogénne nezrelé myeloidné bunky zložené z PMN-MDSC a M-MDSC, ktoré majú odlišné biologické funkcie. Súčasné prostriedky zacielené na MDSC sa môžu zameriavať na podskupiny MDSC aj iné typy buniek v TME. Okrem toho nedostatok špecifických markerov pre ľudské MDSC a identifikácia ekvivalentných myších MDSC bránili translačnému výskumu. Nakoniec sa hustota a aktivačné stavy MDSC môžu v TME dynamicky meniť.

Napriek týmto výzvam stojí za zváženie niekoľko stratégií zameraných na presluchy CSC-MDSC. Jednou stratégiou by bolo zacieliť sa na STAT3, ktorý je duálne nevyhnutný na udržiavanie CSC a infiltráciu/aktiváciu MDSC a inhibícia STAT3 preukázala silnú protinádorovú aktivitu spojenú s narušeným kmeňom CSC a infiltráciou/aktiváciou MDSC v modeloch myší s rakovinou (Fleming et al. 2018; Peng a kol., 2016). Druhou stratégiou by bolo zamerať sa na rozpustné faktory podporujúce presluchy CSC-MDSC. Napríklad inhibícia MIF odvodeného od CSC alebo IL odvodeného od MDSC-6 predlžuje prežitie u myších modelov GBM (Otvos a kol., 2016) a rakoviny prsníka (Peng a kol., 2016). Tretia stratégia by zahŕňala neutralizáciu symbiózy CSC-MDSC stimulovanej exozómami. Konkrétne knockdown S100A9 v exozómoch MDSC zhoršuje aktiváciu STAT3 a inhibuje rast nádoru v myšacích modeloch CRC (Wang et al, 2019b). Tieto rôzne mechanické poznatky spolu poukazujú na prerušenie dráhy IL-6/STAT3 ako stratégiu na zasahovanie do presluchu CSC-MDSC a inhibíciu rastu nádoru. ZacielenieCSC-T CellPresluchy

Symbiotické interakcie medzi CSC a T bunkami môžu tiež ponúknuť niekoľko presných terapeutických stratégií. Po prvé, pri rakovine prsníka sa ukázalo, že blokáda podporných faktorov T-reg buniek odvodených od CSC, ako je CCL1, významne inhibuje rast nádoru a infiltráciu T-reg buniek (Xu et al, 2017a). Podobný protinádorový účinok sa pozoroval na myšom modeli rakoviny pankreasu inhibíciou kmeňových podporných faktorov odvodených od T-buniek, ako je IL odvodený z buniek Th17-17, ktorý dramaticky narušil rast nádoru a CSC stonkovosť (Xiang et al, 2015). Druhým prístupom je využiť potenciál imunoterapií založených na T-bunkách, najmä inhibície imunitného kontrolného bodu (ICI). Protinádorová účinnosť ICls súvisí s expresiou molekúl imunitného kontrolného bodu, ako je PD-L1, v TME (Ravindran et al., 2019). Po aktivácii dráh STAT3 a NOTCH3/mTOR (Lee a kol., 2016; Mansour a kol., 2020) CSC exprimujú vyššie hladiny PD-L1 v porovnaní s non-CSC pri mnohých typoch rakoviny, vrátane GBM, melanómu, SCCHN, CRC , rakovina prsníka, rakovina žalúdka a rakovina vaječníkov, pri ktorých PD-L1 môže ďalej podporovať kmeň CSC, a tak indukovať slučku pozitívnej spätnej väzby (Gao a kol., 2019; Gupta a kol., 2016; Ravindran a kol., 2019; Wei a kol., 2019a). Okrem toho môžu byť hladiny PD-L1 amplifikované po interakciách symbiotických CSC-imunitných buniek. Napríklad MDSC môžu podporovať kmeň a upregulovať PD-L1 v CSC prostredníctvom aktivácie dráhy PI3K / AKT / mTOR (Komura et al, 2020). V dôsledku toho CSC vylučujú exozómy na upreguláciu PD-L1 v makrofágoch prostredníctvom aktivácie dráhy STAT3 (Gabrusie-wicket al, 2018). Tieto zistenia spoločne poukazujú na potenciálnu užitočnosť IClagentov, koncept podporovaný anti-PD1 terapiou zosilnením protinádorovej aktivity CSC vakcíny na myšom modeli rakoviny močového mechúra (Shi et al., 2018b). Tretím prístupom by bol vývoj kombinovaných terapií zameraných na presluchy CSC-imunitných buniek a imunitné kontrolné body. JIS produkujú pozoruhodné reakcie u niektorých pacientov s rakovinou; väčšina pacientov však nemá odpovede. Mechanistické štúdie ukázali, že účinnosť JIS vysoko závisí od TME (Murciano-Goroff et al., 2020). TAM, MDSC a T-reg bunky sú najvýznamnejšími imunitnými bunkami v TME, kde tvoria symbiotické interakcie s CSC, interagujú medzi sebou a potláčajú funkciu T buniek (obrázok 4). Mechanicky môžu TAM a MDSC potlačiť protinádorové imunitné reakcie sprostredkované T-bunkami vysokou expresiou molekúl imunitných kontrolných bodov (napr. PD-L1, PD-L2, CD80 a CD86), produkciou imunosupresívnych cytokínov (napr. IL-10 a TGF-) a nábor imunosupresívnych T-reg buniek do TME (Engblom a kol., 2016; Kumar a kol., 2016; Manto-vani a kol., 2017). Tieto štúdie zdôrazňujú prísľub terapií zameraných na TAM alebo MDSC na zlepšenie účinnosti ICl. Rastúci počet dôkazov skutočne ukazuje, že terapie zamerané na makrofágy, ako je aktivácia fagocytózy makrofágov (Lian a kol., 2019; Liu a kol., 2018) alebo preprogramovanie TAM z pro- na protinádorové fenotyp (Baer a kol., 2016; Guerriero a kol., 2017; Kaneda a kol., 2016; Zhu a kol., 2014), synergizujú s ICls vo viacerých modeloch myší s rakovinou. Podobne terapie zamerané na MDSC inhibíciou infiltrácie MDSC (Flores-Toro a kol., 2020; Highfillet a kol., 2014; Liao a kol., 2019; Zhao a kol., 2020) alebo blokovaním aktivácie MDSC (Davis a kol., 2017; Liu a kol., 2020; Lu a kol., 2017), vykazujú silnú synergiu s JIS v myšacích modeloch. Tieto predklinické štúdie podnietili štúdie kombinovanej terapie pre mnohé typy rakoviny (Hou a kol., 2020; Pathria a kol., 2019).

Záverečné poznámky a perspektívy do budúcnosti

V našom prístupe k liečbe rakoviny dominovala genetická paradigma, ktorá generuje mnohé činidlá zamerané na hnacie onkogénne udalosti v rakovinových bunkách. V posledných rokoch úspech zacielenia na imunitu a angiogenézu zvýšil záujem o ciele fungujúce v rámci ekosystému TME. Tento prehľad špecificky katalogizoval molekulárne obvody, ktoré sú základom recipročných interakcií medzi CSC a imunitnými bunkami, vrátane TAM, MDSC a T buniek, pri udržiavaní nádoru. Tento obojsmerný presluch sa prejavuje na niekoľkých úrovniach, vrátane CSC-riadeného získavania a aktivácie imunitných buniek a úlohy týchto imunitných buniek pri podpore kmeňa rakovinových buniek a vytváraní podporného výklenku CSC. Molekulárna charakterizácia symbiózy CSC-imunitná bunka odhalila potenciálne terapeutické stratégie, vrátane duálneho zacielenia životne dôležitých dráh aktivovaných v CSC aj v imunitných bunkách (napr. STAT3 a PI3K, ktoré narušujú molekuly zodpovedné za fyzické interakcie CSC-imunitné bunky (napr. CD 47-SIRPa) a neutralizujúce rozpustné faktory, ktoré recipročne podporujú CSC aj imunitné bunky (napr. IL-6). Súhrnne objasnenie týchto symbiotickýchCSC-imúnnebunkové interakcie tiež odhalili ústrednosť týchto nových molekulárnych mechanizmov pri riadení tumorigenézy, metastáz a rezistencie na chemoterapiu. Zacielenie na tento molekulárny okruh má teda potenciál narušiť spoločné popieranie CSC-imunitných buniek a zvýšiť účinnosť konvenčných terapií.

Hoci naše znalosti o presluchoch CSC-imunitných buniek dozrievajú, bude potrebné odpovedať na viacero otázok, aby sa efektívne a systematicky premenili mechanické poznatky na nové terapeutické zásahy. Po prvé, mnohé štúdie skúmajúce presluchy CSC-imunitných buniek sa spoliehali na modely spoločnej kultúry bunkových línií alebo izolované bunky z nádorových tkanív, čo zdôrazňuje potrebu doplnkových štúdií s použitím modelov in vivo, genetickej validácie a dynamických analýz TME pomocou sledovania línií. a zobrazovacie technológie živej mikropozitrónovej emisnej tomografie (microPET)/počítačovej tomografie (CT). Takéto in vivo modely by mohli byť doplnené organoidnými kultúrami, ktoré podľa všetkého vernejšie rekapitulujú vlastnosti svojich zdrojových tkanív (Baker, 2018). To znamená, že organoidy rakovinových buniek a spoločné kultúry imunitných buniek by mohli slúžiť ako robustnejšie a výkonnejšie modelové systémy na štúdium dynamických a recipročných interakcií medzi CSC a imunitnými bunkami a na testovanie terapeutických činidiel zameraných na presluchy CSC-imunitných buniek. Po druhé, pozoruhodná plasticita a heterogenita CSC (prechod medzi kmeňovými verzus nekmeňovými stavmi) a imunitných buniek (vrátane prechodov v rámci a medzi typmi buniek, ako je prechod cez fenotypové spektrum v TAM, diferenciácia MDSC na PMN- Podskupiny MDSC a M-MDSC a diferenciácia M-MDSC na TAM) zdôrazňujú výzvy pri identifikácii kontextovo špecifickej povahy odlišných kritických CSC-imunitných bunkových okruhov v rôznych štádiách nádoru a pri rôznych typoch rakoviny, ako aj zmeny v CSC. -interakcie imunitných buniek vyplývajúce z terapeutických zásahov. Využitie plného potenciálu zacielenia presluchu CSC-imunitných buniek si teda bude vyžadovať rozsiahle používanie siRNA-seq na identifikáciu nových subpopulácií a definovanie fyziologických stavov CSC a imunitných buniek, ako aj ich presluchy v špecifických kontextoch nádoru a pri vystavení určitým terapie. Takýto jednobunkový audit musí byť doplnený funkčnými a genetickými analýzami pomocou in vivo modelových systémov na identifikáciu a overenie cieľov a mechanizmov, ktorými sa riadi ko-závislosť-popieranie CSC-imunitných buniek. Vzhľadom na počet zapojených faktorov sa bišpecifické protilátky duálne zameriavajú na kľúčové faktory pôsobiace v zhodeCSC-imunitná bunkaobvod by sa mal zvážiť. Po tretie, naprieč mnohými typmi nádorov sa dráha IL{0}}/IL-6R/STAT3 javí ako najvýznamnejšia a najdôležitejšia hnacia sila krížových rozhovorov medzi CSC a imunitnými bunkami, o čom svedčí zistenie, že farmakologické inhibícia dráhy IL-6R/STAT3 zhoršuje progresiu nádoru a znižuje kmeňovosť CSC, TAM a MDSC u myších modelov s rakovinou močového mechúra, prsníka a HCC (Kobatake a kol., 2020; Peng a kol. , 2016; Wan a kol., 2014). Je však potrebné podrobnejšie skúmanie účinkov týchto liekov, pretože sa zameriavajú aj na iné stromálne bunky v TME. To znamená, že protinádorové účinky sa nemusia týkať presluchu CSC-imunitných buniek a/alebo sa môžu zameriavať na stromálne bunky s opačnými účinkami ako CSC, TAM a MDSC. V tomto ohľade by boli geneticky upravené myšacie modely užitočné na rozobratie nespočetných úloh dráhy IL-6/L-6R/STAT3 konkrétne v CSC, TAM, MDSC a/alebo T-bunkách oproti iných buniek v rámci ekosystému TME. Nakoniec, okrem TAM, MDSC a T buniek, nezaujaté analýzy súborov údajov TGGA preukázali, že vysoká kmeňovosť rakovinových buniek je spojená so zníženými NK bunkami (Miranda et al, 2019), čo naznačuje potenciálne presluchy CSC-NKbunky. CSC sú vo všeobecnosti náchylné na zabíjanie aktivovanými NK bunkami; rastúce množstvo dôkazov však ukazuje, že CSC môžu byť odolné voči NK bunkám pri niektorých typoch rakoviny, ako je GBM, AML a rakovina prsníka (Sultan et al, 2017). Nové dôkazy ukazujú, že anti-CSC aktivita NK buniek je do značnej miery závislá od TME a že aktivácia NK buniek môže byť potlačená bunkami TAM, MDSC a T-reg (Bruno a kol., 2019; Ghiringhel a kol., 2006; Kmeta a kol., 2017). Okrem NK buniek veľmi obmedzené dôkazy ukazujú, že kmeň rakovinových buniek súvisí s prítomnosťou dendritických buniek (DCS), B-buniek (Hsuet al., 2018; Miranda et al., 2019) a neutrofilov (Hira et al. 2015; Hwang a kol., 2019). Povaha presluchu medzi CSC a týmito štyrmi typmi imunitných buniek (NK bunky, B bunky, DC a neutrofily) je však do značnej miery neznáma. Preto ďalšie štúdie charakterizujúce takéto presluchy, ako aj vzťah týchto štyroch typov buniek s inými imunitnými bunkami, vrátane TAM, MDSC a T buniek, vydláždia cestu pre vývoj nových a účinnejších imunoterapií.

V súhrne sme predložili narastajúce dôkazy naznačujúce interakcie CSC-imunitné bunky ako hnacie sily vývoja nádoru zahŕňajúce mnohé charakteristické znaky rakoviny a ako modulátory odpovede na terapeutické zásahy. Využitie terapeutického potenciálu týchto interakcií si bude vyžadovať dôslednú validáciu cieľov a mechanizmov, ktoré sú základom tohto symbiotického vzťahu, ako aj hlbšie pochopenie špecifických biologických súvislostí, v ktorých hrajú zásadnú úlohu obmedzujúcu rýchlosť pri udržiavaní nádoru. Úspešné dosiahnutie tohto cieľa by výrazne prospelo pacientom s rakovinou.