Makrofágy při tvorbě metastáz
Ukázalo se, že makrofágy podporují extravazaci CTC a tvorbu tkáňových mikrometastáz u myší39,48. V metastázách nádorů lze nalézt populaci makrofágů asociovaných s metastázami (MAM). Ve studii využívající FVB myší model rakoviny prsu PyMT metastazující do plic49 bylo prokázáno, že tyto buňky jsou rekrutovány z cirkulujících zánětlivých monocytů nádorovými buňkami vylučujícími CCL248. Pozoruhodné je, že studiemi adoptivního přenosu bylo prokázáno, že tato populace monocytů preferuje spíše místo metastáz než místo primárního nádoru48. Studie genové exprese invazivních TAM izolovaných in vivo z myšího modelu PyMT navíc odhalila, že tato jedinečná fenotypově odlišná populace makrofágů je obohacena o geny související s embryonálním a tkáňovým vývojem, což naznačuje, že TAM mohou rekapitulovat některé vývojové trofické funkce podporující progresi nádoru. Jednou z vysoce obohacených a validovaných drah byla signální dráha Wnt, zejména Wnt7b, o níž je známo, že je regulována v lidských nádorech prsu spojených s pokročilým onemocněním50.
Ukázalo se, že kondicionované médium z in vitro diferencovaných a M1 polarizovaných lidských makrofágů snižuje expresi estrogenového receptoru alfa buněčnou linií karcinomu prsu MCF-7 prostřednictvím aktivace mitogenem aktivované proteinkinázy (MAPK), c-terminální Src kinázy (c-Src) a proteinkinázy C (PKC). Bylo prokázáno, že tento proces downregulace podporuje endokrinní rezistenci buněk karcinomu prsu, což je velmi důležitý rys 30 % metastazujících nádorů21. V jiném myším modelu karcinomu prsu vykazovaly TAM malou tumoricidní aktivitu, pravděpodobně v důsledku snížené exprese inducibilní syntázy oxidu dusnatého (iNOS) a produkce oxidu dusnatého (NO)51 . Studie s metastatickým karcinomem mléčné žlázy 4T1 myší Balb/c, který byl založen na myších s deficitem CD1 (myši postrádající přirozené zabíječské T-lymfocyty, NKT, které produkují IL-13), ukázala, že po odstranění primárních nádorů myši přežívají na rozdíl od myší Balb/c divokého typu neomezeně dlouho. Tato výhoda v přežití, navzdory stejnému metastatickému onemocnění v době operace, byla způsobena třemi mechanismy imunitního dohledu: tvorbou makrofágů M1 exprimujících iNOS, které jsou tumoricidní vůči nádorovým buňkám 4T1; rychlým poklesem MDSC, které potlačují T-buňky produkcí arginázy; a produkcí aktivovaných lymfocytů. U myší s deficitem CD1 chybí buňky NKT, které produkují IL-13, cytokin důležitý pro polarizaci makrofágů M2. U těchto myší bylo dosaženo účinného imunitního dohledu proti zavedenému metastatickému onemocnění prostřednictvím tumoricidních makrofágů M1 a lymfocytů a sníženého počtu MDSC buněk po odstranění primárního nádoru prsu2. Další studie s ortotopickým modelem 4T1 u imunokompetentních myší Balb/c odhalila, že koinjekce buněk 4T1 a makrofágů M2 odvozených z kostní dřeně do tukových polštářků mléčné žlázy vede ke zvýšenému růstu solidního nádoru a plicním metastázám. Makrofágy M2 zvýšily proliferaci nádorových buněk, angiogenezi lymfangiogenezi a infiltraci krevních monocytů52. Angiogenní potenciál TAM v nádorech prsu byl dále potvrzen u myších modelů PyMT s nulovou a nadměrnou expresí CSF-153.
Podobně jako rezidentní makrofágy ve fyziologickém vývoji mléčné žlázy podporují niku kmenových buněk mléčné žlázy54 , mohou TAM také podporovat fenotypy kmenových buněk karcinomu prsu u myších buněk karcinomu prsu a přispívat tak k invazivnějším nádorům55-57. U lidského karcinomu prsu by mohla mít význam také in vitro pozorovaná schopnost TAM diferencovat se v buňky podobné osteoklastům v podmínkách napodobujících kostní mikroprostředí (např. přítomnost M-CSF, stromálních buněk kostního původu a 1,25-dihydroxyvitaminu D3)58 . Zatím však není jasné, zda k tomu skutečně dochází in vivo. Stejně tak není jasné, zda působením buněk karcinomu prsu dochází k těmto fenotypovým změnám u rezidentních makrofágů kostní dřeně nebo u cirkulujících monocytů napadajících kosti, případně u obou.
CCL2, označovaný také jako monocytární chemoatraktantový protein 1 (MCP-1), je produkován makrofágy, fibroblasty, endoteliálními buňkami a nádorovými buňkami. Studie nadměrné exprese a neutralizačních protilátek jak na modelech rakoviny prsu (lidské buňky MDA-MB231 na nahých myších)59,60 , tak i prostaty (lidské buňky PC3 na SCID myších)61 ukázaly, že CCL2 odvozený od nádorových buněk zvýšením náboru makrofágů podporuje metastazování rakoviny do kostí. Dále tím, že makrofágy rekrutují a aktivují osteoklasty, a tím podporují „začarovaný kruh“, podporují počet a růst kostních metastáz obou těchto typů rakoviny.
Je známo, že buňky odvozené od kostní dřeně, zejména makrofágy, jsou důležité pro vývoj, růst a udržování prostaty. Například ve studii regenerace prostaty modulované androgeny bylo prokázáno, že makrofágy jsou rekrutovány do regenerující se prostaty, a to prostřednictvím faktoru stimulujícího kolonie makrofágů (M-CSF), regulovaného při aktivaci normálních T-buněk exprimovaného a sekretovaného (RANTES) a makrofágového zánětlivého proteinu 1α (MIP-1α) exprimovaného regenerující se tkání. Normální a abnormální epitelové buňky prostaty lokálně syntetizují M-CSF, který rekrutuje a indukuje diferenciaci makrofágů. Bylo prokázáno, že počet makrofágů koreluje s proliferační aktivitou epiteliálních buněk prostaty, čímž přispívá k regeneraci epitelu prostaty. To je pravděpodobně důležité u patologických stavů prostatické tkáně, jako je benigní hyperplazie prostaty, proliferativní zánětlivá atrofie a rakovina prostaty62. Některé studie dále ukázaly, že některé buněčné linie karcinomu prostaty63 a metastatické karcinomy prostaty vykazují vysokou expresi M-CSF a vysokou infiltraci TAM64, zatímco u myší s deficitem M-CSF byly hladiny makrofágů v prostatě nižší65.
V ortotopickém modelu AT-1 nádoru prostaty u potkanů se ukázalo, že TAM podporují růst nádoru a cév, protože snížení TAM pomocí CLO-LIP vedlo k významnému snížení růstu nádoru, angiogeneze a arteriogeneze. Bylo zjištěno, že exprese angiogenních faktorů, jako jsou angiopoetin 2, CCL2, fibroblastový růstový faktor 2 (FGF-2), MMP-9, TGF-β, IL-1β, je v nádorech AT-1 in vivo ve srovnání s buňkami AT-1 pěstovanými in vitro zvýšená, což naznačuje, že jsou produkovány zdravými buňkami přítomnými v nádorové hmotě. Pomocí imunohistochemie bylo zjištěno, že MMP-9 a IL-1β jsou exprimovány pouze v buňkách podobných makrofágům, což potvrzuje proangiogenní aktivitu TAM3.
Na myším modelu lidského karcinomu prostaty bylo postulováno, že IL-6, silný chemoatraktant pro monocyty a makrofágy vylučovaný buňkami karcinomu prostaty PC-3, podporuje agresivitu vytvořeného karcinomu tím, že rekrutuje více TAM do místa nádoru. TNF-α produkovaný těmito TAM stimuloval buňky karcinomu prostaty k produkci dalšího IL-6 schopného přilákat další makrofágy, čímž se udržoval začarovaný kruh nezbytný pro růst a metastazování nádoru. Na stejném myším modelu vedla deplece TAM nebo umlčení IL-6 v nádorových buňkách k významnému snížení velikosti kostních lézí, kostní lýzy a výskytu metastáz v lymfatických uzlinách66. Podobným a novějším zjištěním týkajícím se IL-6 a rakoviny prostaty byla studie Leeho a jeho kolegů67 , kteří prokázali, že nadměrná exprese BMP-6 v buňkách lidského karcinomu prostaty vede ke vzniku kastračně rezistentního karcinomu prostaty u myší. Ukázalo se, že kastrační rezistence je zprostředkována IL-6 vylučovaným makrofágy infiltrujícími nádor. V tomto modelu IL-6 aktivoval dráhu PI3K, což vedlo ke zvýšení exprese androgenního receptoru v buňkách karcinomu prostaty67. U modelu intratibiálního růstu metastáz karcinomu prostaty z buněk PC-3 u nahých myší a nahých myší s deficitem katepsinu K (CTSK) bylo prokázáno, že růst kostních lézí je závislý na katepsinu K (CTSK). Růst kostních lézí byl významně snížen při absenci CTSK odvozeného od hostitele. Dále bylo prokázáno, že hlavním zdrojem CTSK jsou makrofágy sídlící v kostní dřeni, nikoli osteoklasty. Navíc bylo zjištěno, že množství makrofágů bylo větší v kostních nádorech divokého typu myší a korelovalo se zrychleným růstem nádoru. Bylo také prokázáno, že hladina CCL2 se zvyšuje s hladinou CTSK pocházejícího z makrofágů a že nadměrná exprese CTSK koreluje se zvýšením exprese katepsinu B a COX-2 pocházejícího z makrofágů a nádoru, které se podílejí na osteoklastogenezi a agresivitě nádoru. Myši s nádorem s deficitem CTSK vykazovaly nižší hladiny exprese VEGF a zhoršenou angiogenezi. Souhrnně tyto výsledky naznačují, že CTSK odvozený od makrofágů a osteoklastů přispívá ke kolonizaci a růstu nádorů prostaty v kosti68. Studie lidského karcinomu prostaty prokázala, že klinické vzorky nádorů prostaty jsou zřídkakdy bez TAM64,69. Dále bylo prokázáno, že interakce makrofágů a buněk karcinomu prostaty způsobuje rezistenci vůči selektivním modulátorům androgenních receptorů (SARM). V této ose interakce způsobil IL-1β odvozený od makrofágů propuštění komplexu corepresoru jaderného receptoru z androgenního receptoru, čímž neutralizoval účinky SARM69.
Úloha TAM u osteosarkomu, primárního kostního nádoru, je kontroverzní nebo přinejmenším závislá na stadiu nádoru. Podobně jako osteoklasty vytvářejí makrofágy v časných stadiích vývoje nádoru kostní dřeň jako živné prostředí pro buňky osteosarkomu, což zvyšuje lokalizovaný růst nádoru. Zdá se, že v časných stadiích vývoje osteosarkomu tyto buňky ve skutečnosti brání migraci nádorových buněk z kosti, čímž zabraňují metastazování. S rostoucím objemem nádoru však mohou faktory vylučované nádorovými buňkami snižovat počet a aktivitu osteoklastů v lézi pod hranici potřebnou k udržení osteoklastické niky. V důsledku toho je podporována invaze nádorových buněk a tvorba metastáz namísto dalšího růstu primárního nádoru. Stejně tak se s rostoucím množstvím faktorů vylučovaných nádorem mohou makrofágy M1 sídlící v místě primárního nádoru vychýlit k fenotypu M2, což dále potencuje tvorbu metastáz. Poměr makrofágů M1 a M2 může regulovat potenciál osteosarkomu metastazovat tím, že mění mikroprostředí nádoru na prostředí, které je pro metastazování příznivé, jakmile je dosaženo prahového počtu jednoho z obou fenotypů70. Studie biopsie lidských osteosarkomů vysokého stupně před chemoterapií odhalila, že TAM u tohoto typu nádoru jsou heterogenní populací makrofágů M1 i M2. Celkový počet makrofágů byl spojen s dobrým přežitím, ale polarizace M2 nikoli. Bylo zjištěno, že 20 % genů nadměrně exprimovaných u pacientů bez metastáz do 5 let od diagnózy bylo asociováno s makrofágy. Zejména CD14 a HLA-DRA (markery M1) byly nezávisle spojeny s přežitím bez metastáz. Přínos vysokého počtu TAM pro přežití by mohl být částečně způsoben lepší odpovědí na chemoterapii. Usmrcení nádorových buněk chemoterapií má za následek uvolnění endogenních signálů nebezpečí, které se vážou na receptory rozpoznávání vzorů v TAM a mohou vychýlit jejich polarizaci z M2 na M1, čímž usnadňují odstraňování odumírajících nádorových buněk a brání prorůstání metastatických nádorových buněk71. Kromě toho byla role TAM v angiogenezi a lymfangiogenezi navržena na novém myším modelu osteosarkomu, kde inhibice M-CSF, podobně jako u jiných modelů nádorů (např. prsu), při inhibici náboru makrofágů snížila vaskularizaci nádoru, a tím snížila růst nádoru a metastáz72.
.