Makrofagit metastaasien muodostumisessa

Makrofagien osoitettiin edistävän CTC:n ekstravasaatiota ja kudoksen mikrometastaasien muodostumista hiirissä39,48. Kasvainmetastaaseissa esiintyy metastaasiin liittyvien makrofagien (MAM) populaatiota. Tutkimuksessa, jossa käytettiin FVB-hiirimallia keuhkoihin metastasoituvasta PyMT-rintasyövästä49 , osoitettiin, että CCL2:ta erittävät kasvainsolut rekrytoivat näitä soluja kiertävistä tulehdusmonosyyteistä48. Huomionarvoista on, että adoptiosiirtotutkimuksissa osoitettiin, että tämä monosyyttipopulaatio suosii pikemminkin metastaasipaikkaa kuin primaarikasvaimen paikkaa48. Lisäksi PyMT-hiirimallista in vivo eristettyjen invasiivisten TAM-geenien geeniekspressiotutkimus osoitti, että tämä ainutlaatuinen fenotyyppisesti erilainen makrofagipopulaatio on rikastunut alkion- ja kudoskehitykseen liittyvillä geeneillä, mikä viittaa siihen, että TAM-geenit saattaisivat toistaa joitain kehitystrofisia toimintoja edistääkseen kasvaimen etenemistä. Yksi voimakkaasti rikastunut ja validoitu reitti oli Wnt-signalointireitti, erityisesti Wnt7b, jonka tiedetään olevan ylösreguloitunut ihmisen rintakasvaimissa, jotka liittyvät pitkälle edenneeseen tautiin50.

In vitro erilaistuneiden ja M1-polarisoituneiden ihmisen makrofagien ilmastoidun väliaineen osoitettiin alentavan estrogeenireseptori alfa:n ilmentymistä rintasyöpäsolulinjassa MCF-7 mitogeeniaktivoituneen proteiinikinaasin (MAPK), c-terminaalisen Src-kinaasin (c-Src) ja proteiinikinaasi C:n (PKC) aktivoitumisen kautta. Tämän downregulaatioprosessin on osoitettu edistävän rintasyöpäsolujen endokriiniresistenssiä, joka on erittäin tärkeä piirre 30 prosentissa metastaattisista kasvaimista21. Toisessa rintasyöpähiirimallissa TAM-hiiret osoittivat vain vähän kasvaimia tuhoavaa vaikutusta, mikä johtui todennäköisesti indusoituvan typpioksidisyntaasin (iNOS) vähentyneestä ilmentymisestä ja typpioksidin (NO) tuotannosta51. Tutkimus Balb/c-hiirten 4T1-metastaattisella rintasyövällä, joka oli perustettu CD1-puutteisissa hiirissä (hiiret, joilta puuttuu luonnollisia tappaja-T-soluja, NKT, jotka tuottavat IL-13:aa), osoitti, että primaarikasvainten poistamisen jälkeen hiiret selvisivät loputtomiin, toisin kuin villityyppiset Balb/c-hiiret. Tämä eloonjäämisetu, vaikka metastaattinen tauti oli leikkaushetkellä yhtä suuri, johtui kolmesta immuunivalvontamekanismista: iNOS:ää ilmentävien M1-makrofagien muodostuminen, jotka ovat tumorisidejä 4T1-kasvainsoluille; T-soluja tukahduttavien MDSC-solujen nopea väheneminen arginaasia tuottamalla; ja aktivoituneiden lymfosyyttien tuotanto. CD1-puutteellisilla hiirillä ei ole NKT-soluja, jotka tuottavat IL-13:a, sytokiinia, joka on tärkeä M2-makrofagien polarisaation kannalta. Näillä hiirillä saavutettiin tehokas immuunivalvonta vakiintunutta metastaattista tautia vastaan kasvaimia tappavien M1-makrofagien ja -lymfosyyttien avulla ja MDSC-solujen vähentynyt määrä primaarisen rintakasvaimen poistamisen jälkeen2. Toisessa ortotooppisella 4T1-mallilla immunokompetenteissa Balb/c-hiirissä tehdyssä tutkimuksessa kävi ilmi, että 4T1-solujen ja luuytimestä peräisin olevien M2-makrofagien samanaikainen injektio rintarauhasen rasvatyynyihin johtaa kiinteän kasvaimen lisääntyneeseen kasvuun ja keuhkometastaasiin. M2-makrofagit lisäsivät syöpäsolujen proliferaatiota, angiogeneesiä, lymfangiogeneesiä ja veren monosyyttien infiltraatiota52. TAM:ien angiogeeninen potentiaali rintakasvaimissa vahvistettiin edelleen CSF-1-nolla- ja CSF-1:tä yliekspressoivissa PyMT-hiirimalleissa53.

Niin kuin fysiologisessa maitorauhasen kehityksessä asuvat makrofagit tukevat maitorauhasen kantasolujen kapeikkoa54, TAM:t saattavat myös edistää rintasyövän kantasolujen fenotyyppejä hiirten rintasyöpäsoluissa, mikä edesauttaa invasiivisempien kasvainten syntymistä55-57. Ihmisen rintasyövän kannalta voisi olla merkityksellistä myös TAM:ien in vitro havaittu kyky erilaistua osteoklastia muistuttaviksi soluiksi luun mikroympäristöä jäljittelevissä olosuhteissa (esim. M-CSF:n, luusta peräisin olevien stroomasolujen ja 1,25-dihydroksivitamiini D3:n läsnäollessa)58. Toistaiseksi ei kuitenkaan ole selvää, tapahtuuko tämä todella in vivo. Ei ole myöskään selvää, tapahtuvatko rintasyöpäsolujen vaikutuksesta nämä fenotyyppimuutokset luuytimen residenttimakrofageissa vai verenkierrossa olevissa luuhun tunkeutuvissa monosyyteissä vai molemmissa.

CCL2:ta, jota kutsutaan myös nimellä monosyyttien kemoattraktanttiproteiini 1 (MCP-1), tuottavat makrofagit, fibroblastit, endoteelisolut ja syöpäsolut. Yliekspressio- ja neutraloivien vasta-aineiden tutkimukset sekä rintasyöpämalleissa (MDA-MB231-ihmissolut nude-hiirissä)59,60 että eturauhassyöpämalleissa (PC3-ihmissolut SCID-hiirissä)61 ovat osoittaneet, että syöpäsoluista peräisin oleva CCL2 edistää syövän etäpesäkkeiden muodostumista luuhun lisäämällä makrofagien rekrytointia. Lisäksi rekrytoimalla ja aktivoimalla osteoklasteja ja siten ruokkimalla ”noidankehää” makrofagit edistävät molempien näiden syöpätyyppien luustometastaasien määrää ja kasvua.

Luuydinsoluista peräisin olevien solujen, erityisesti makrofagien, tiedetään olevan tärkeitä eturauhasen kehityksessä, kasvussa ja ylläpidossa. Esimerkiksi androgeenimoduloitua eturauhasen regeneraatiota koskevassa tutkimuksessa osoitettiin, että makrofagit rekrytoituvat regeneroivaan eturauhaseen makrofagikolonioita stimuloivan tekijän (M-CSF), Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted (RANTES) ja makrofagien tulehdusproteiini 1α:n (MIP-1α) ilmentämän makrofage inflammatory protein 1α:n avulla. Normaalit ja epänormaalit eturauhasen epiteelisolut syntetisoivat paikallisesti M-CSF:ää, joka rekrytoi ja indusoi makrofagien erilaistumista. Osoitettiin, että makrofagien määrä korreloi eturauhasen epiteelisolujen proliferatiivisen aktiivisuuden kanssa, mikä edistää eturauhasen epiteelin uusiutumista. Tällä on mahdollisesti merkitystä eturauhaskudoksen patologisissa tiloissa, kuten eturauhasen hyvänlaatuisessa liikakasvussa, proliferatiivisessa tulehdusatrofiassa ja eturauhassyövässä62. Lisäksi joissakin tutkimuksissa on osoitettu, että joissakin eturauhassyövän solulinjoissa63 ja metastaattisissa eturauhassyövissä M-CSF:n ilmentyminen on voimakasta ja TAM-infiltraatio on voimakasta64 , kun taas M-CSF-puutteisilla hiirillä oli alhaisemmat makrofagipitoisuudet eturauhasessa65.

Ortotooppisessa rotan AT-1-etäisenneljänneksen kasvainmallissa TAM:ien osoitettiin edistävän kasvaimen ja vaskulaarisen kudoskasvun lisääntymistä, sillä TAM:ien vähentäminen CLO-LIP:llä johti kasvaimen kasvun, angiogeneesin ja arteri- ja suonikalvojen kasvun huomattavaan vähenemiseen. Angiogeenisten tekijöiden, kuten angiopoietiini 2:n, CCL2:n, fibroblastikasvutekijä 2:n (FGF-2), MMP-9:n, TGF-β:n ja IL-1β:n, ilmentymisen havaittiin olevan korkeammalla tasolla AT-1-kasvaimissa in vivo kuin in vitro kasvatetuissa AT-1-soluissa, mikä viittaa siihen, että niitä tuottavat terveet solut kasvainmassassa. Immunohistokemian avulla MMP-9:n ja IL-1β:n havaittiin ilmentyvän vain makrofagin kaltaisissa soluissa, mikä vahvistaa TAM:ien pro-angiogeenisen aktiivisuuden3.

Miehen eturauhassyövän hiirimallissa väitettiin, että PC-3-eturauhassyöpäsolujen erittämä monosyyttien ja makrofagien voimakas kemoattraktantti IL-6 edistää muodostuneen syövän aggressiivisuutta rekrytoimalla enemmän TAM:eja kasvainpaikkaan. Näiden TAM-solujen tuottama TNF-α stimuloi eturauhassyöpäsoluja tuottamaan lisää IL-6:ta, joka kykeni houkuttelemaan lisää makrofageja, ja siten ylläpitämään noidankehää, joka on välttämätön kasvaimen kasvulle ja etäpesäkkeille. Samassa hiirimallissa TAM:ien vähentäminen tai IL-6:n vaimentaminen kasvainsoluissa johti siihen, että luuleesioiden koko, luun lyysi ja imusolmukemetastaasien esiintyvyys vähenivät merkittävästi66. Samankaltainen ja tuoreempi IL-6:een ja eturauhassyöpään liittyvä havainto oli Leen ja kollegoiden tutkimus67 , jossa he osoittivat, että BMP-6:n yliekspressio ihmisen eturauhassyöpäsoluissa johtaa kastraatioresistentin eturauhassyövän syntyyn hiirissä. Kastrointiresistenssin osoitettiin johtuvan kasvaimeen tunkeutuvien makrofagien erittämästä IL-6:sta. Tässä mallissa IL-6 aktivoi PI3K-reitin, joka johtaa androgeenireseptorin ilmentymisen säätelyyn eturauhassyöpäsoluissa67. Luunsisäisen eturauhassyövän metastaasikasvun intratibiaalisella PC-3-solumallilla, jossa eturauhassyöpä kasvaa nude-hiirissä ja katekpsiini K:n (CTSK) puutteellisilla nude-hiirillä, on osoitettu, että luuvaurion kasvu on riippuvainen katekpsiini K:sta (CTSK). Luuvaurion kasvu väheni merkittävästi ilman isäntäperäistä CTSK:ta. Lisäksi osoitettiin, että luuytimessä asuvat makrofagit, eivät osteoklastit, ovat tärkeimmät CTSK:n lähteet. Lisäksi havaittiin, että makrofagien määrä oli suurempi villityypin hiirten luukasvaimissa ja korreloi kasvaimen nopeutuneen kasvun kanssa. Osoitettiin myös, että CCL2-tasot kasvoivat makrofageista peräisin olevan CTSK:n määrän myötä ja että CTSK:n yliekspressio korreloi makrofagien ja kasvaimesta peräisin olevan katepsiini B:n ja COX-2:n lisääntyneen ilmentymisen kanssa, jotka molemmat vaikuttavat osteoklastogeneesiin ja kasvaimen aggressiivisuuteen. Kasvainta kantavilla CTSK-puutteisilla hiirillä VEGF-ekspressio oli vähäisempää ja angiogeneesi heikentynyt. Kaiken kaikkiaan nämä tulokset viittaavat siihen, että makrofageista ja osteoklasteista peräisin oleva CTSK edistää eturauhaskasvainten kolonisaatiota ja kasvua luussa68. Ihmisen eturauhassyöpätutkimus osoitti, että eturauhaskasvaimen kliiniset näytteet ovat harvoin TAM-vapaita64,69. Lisäksi makrofagien ja eturauhassyöpäsolujen vuorovaikutuksen osoitettiin aiheuttavan resistenssin selektiivisille androgeenireseptorimodulaattoreille (SARM). Tässä vuorovaikutusakselissa makrofageista peräisin oleva IL-1β aiheutti ydinreseptorin korepressorikompleksin irtisanoutumisen androgeenireseptorista neutralisoiden näin SARM-vaikutukset69.

TAM:ien rooli osteosarkoomassa, joka on primaarinen luusyöpä, on kiistanalainen tai ainakin riippuvainen kasvaimen vaiheesta. Osteoklastien tavoin makrofagit tekevät kasvaimen kehityksen alkuvaiheessa luuytimestä osteosarkoomasolujen kasvatusympäristön, mikä tehostaa kasvaimen paikallista kasvua. Osteosarkooman varhaisissa kehitysvaiheissa nämä solut näyttävät itse asiassa estävän kasvainsolujen siirtymistä pois luusta ja siten estävän etäpesäkkeiden muodostumista. Kasvaimen määrän kasvaessa syöpäsolujen erittämät tekijät saattavat kuitenkin alentaa osteoklastien lukumäärää ja aktiivisuutta leesiossa alle kynnysarvon, joka on tarpeen osteoklastisen kapean alueen ylläpitämiseksi. Näin ollen syöpäsolujen invaasiota ja etäpesäkkeiden muodostumista tuetaan sen sijaan, että primaarikasvain kasvaisi edelleen. Samalla tavalla kasvaimesta erittyvien tekijöiden määrän lisääntyessä primaarikasvaimen paikalla olevat M1-makrofagit voivat muuttua M2-fenotyypiksi, mikä edelleen edistää etäpesäkkeiden muodostumista. M1- ja M2-makrofagien suhde voi säädellä osteosarkooman metastasoitumispotentiaalia muuttamalla kasvaimen mikroympäristön sellaiseksi, että se on metastasoitumista edistävä, kun jommankumman fenotyypin kynnysarvo on saavutettu70. Ihmisen korkea-asteisesta osteosarkoomasta ennen kemoterapiaa otetuista biopsioista tehdyssä tutkimuksessa kävi ilmi, että tämän syöpätyypin TAM:t ovat heterogeeninen populaatio, joka koostuu sekä M1- että M2-makrofageista. Makrofagien kokonaismäärä oli yhteydessä hyvään selviytymiseen, mutta M2-polarisaatio ei. Nähtiin, että 20 prosenttia geeneistä, joita yliekspressoitiin potilailla, joilla ei ollut etäpesäkkeitä viiden vuoden kuluessa diagnoosista, oli makrofageihin liittyviä. Erityisesti CD14 ja HLA-DRA (M1-markkerit) olivat riippumattomasti yhteydessä metastaasivapaaseen eloonjäämiseen. Suuren TAM-määrän aiheuttama eloonjäämishyöty voi osittain johtua paremmasta vasteesta kemoterapiaan. Kemoterapian aiheuttama kasvainsolujen tappaminen johtaa sellaisten endogeenisten vaarasignaalien vapautumiseen, jotka sitoutuvat TAM:ien hahmontunnistusreseptoreihin ja saattavat muuttaa niiden polarisaatiota M2:sta M1:ksi, mikä helpottaa kuolevien kasvainsolujen poistumista ja estää metastaattisten kasvainsolujen kasvua71. Lisäksi TAM:ien roolia angiogeneesissä ja lymfangiogeneesissä on ehdotettu uudessa osteosarkooma-hiirimallissa, jossa M-CSF:n esto, kuten muissakin kasvainmalleissa (esim. rintarauhaskasvaimissa), samalla kun se esti makrofagien rekrytoitumista, vähensi kasvaimen vascularisoitumista ja siten kasvaimen kasvua ja etäpesäkkeiden muodostumista72.

.