Macrophages dans la formation des métastases
Il a été démontré que les macrophages favorisent l’extravasation des CTC et la formation de micrométastases tissulaires chez la souris39,48. Dans les métastases tumorales, on peut trouver une population de macrophages associés aux métastases (MAMs). Dans une étude utilisant un modèle de souris FVB de cancer du sein PyMT métastasant dans les poumons49, il a été montré que ces cellules sont recrutées à partir des monocytes inflammatoires circulants par les cellules tumorales sécrétant du CCL248. Il convient de noter que des études de transfert adoptif ont montré que cette population de monocytes préfère le site de métastase plutôt que le site de la tumeur primaire48. En outre, une étude de l’expression génétique des TAM invasifs isolés in vivo du modèle de souris PyMT a révélé que cette population unique de macrophages phénotypiquement différents est enrichie en gènes liés au développement embryonnaire et tissulaire, ce qui suggère que les TAM pourraient récapituler certaines fonctions trophiques du développement pour favoriser la progression tumorale. Une voie hautement enrichie et validée était la voie de signalisation Wnt, en particulier Wnt7b, qui est connue pour être régulée à la hausse dans les tumeurs mammaires humaines associées à une maladie avancée50.
Il a été démontré que le milieu conditionné provenant de macrophages humains différenciés in vitro et polarisés M1 régulait à la baisse l’expression du récepteur d’œstrogène alpha par la lignée cellulaire de cancer du sein MCF-7 via l’activation de la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK), de la Src kinase c-terminale (c-Src) et de la protéine kinase C (PKC). Il a été démontré que ce processus de régulation à la baisse favorise la résistance endocrinienne des cellules cancéreuses du sein, une caractéristique très importante de 30 % des tumeurs métastatiques21. Dans un autre modèle de souris atteint de cancer du sein, les MTA ont montré une faible activité tumoricide, probablement due à une diminution de l’expression de l’oxyde nitrique synthase inductible (iNOS) et de la production d’oxyde nitrique (NO)51. Une étude sur le cancer mammaire métastatique 4T1 de souris Balb/c établie chez des souris déficientes en CD1 (souris dépourvues de cellules T tueuses naturelles, NKT, qui produisent de l’IL-13) a révélé qu’après l’ablation des tumeurs primaires, les souris survivaient indéfiniment, contrairement aux souris Balb/c de type sauvage. Cet avantage en termes de survie, malgré une maladie métastatique égale au moment de la chirurgie, était dû à trois mécanismes de surveillance immunitaire : génération de macrophages M1 exprimant iNOS, tumoricide pour les cellules tumorales 4T1 ; diminution rapide des MDSC qui suppriment les cellules T en produisant de l’arginase ; et production de lymphocytes activés. Les souris déficientes en CD1 manquent de cellules NKT qui produisent de l’IL-13, une cytokine importante pour la polarisation des macrophages M2. Chez ces souris, une surveillance immunitaire efficace contre la maladie métastatique établie a été obtenue grâce à des macrophages et des lymphocytes M1 tumoricides et à un nombre réduit de cellules MDSC après l’ablation de la tumeur mammaire primaire2. Une autre étude utilisant le modèle 4T1 orthotopique chez des souris Balb/c immunocompétentes a révélé que la co-injection de cellules 4T1 et de macrophages M2 dérivés de la moelle osseuse dans les coussinets adipeux mammaires entraîne une augmentation de la croissance des tumeurs solides et des métastases pulmonaires. Les macrophages M2 ont augmenté la prolifération des cellules cancéreuses, l’angiogenèse, la lymphangiogenèse et l’infiltration des monocytes sanguins52. Le potentiel angiogénique des TAM dans les tumeurs mammaires a été confirmé dans des modèles de souris PyMT avec CSF-1 nul et CSF-1 surexprimé53.
Comme les macrophages résidents dans le développement mammaire physiologique soutiennent la niche des cellules souches mammaires54, les TAM pourraient également promouvoir les phénotypes des cellules souches du cancer du sein dans les cellules cancéreuses du sein murin contribuant ainsi à des tumeurs plus invasives55-57. La capacité observée in vitro des MTA à se différencier en cellules ressemblant à des ostéoclastes dans des conditions imitant le microenvironnement osseux (par exemple, présence de M-CSF, de cellules stromales dérivées de l’os et de 1,25-dihydroxyvitamine D3) pourrait également être pertinente pour le cancer du sein humain58. Cependant, jusqu’à présent, on ne sait pas si cela se produit réellement in vivo. On ne sait pas non plus si les macrophages résidents de la moelle osseuse ou les monocytes circulants envahissant l’os, ou les deux, sont soumis à ces modifications de phénotype par l’action des cellules cancéreuses du sein.
CCL2, également désignée sous le nom de protéine chimioattractante monocytaire 1 (MCP-1) est produite par les macrophages, les fibroblastes, les cellules endothéliales et les cellules cancéreuses. Des études de surexpression et d’anticorps neutralisants dans des modèles de cancer du sein (cellules humaines MDA-MB231 dans des souris nude)59,60 et de la prostate (cellules humaines PC3 dans des souris SCID)61 ont montré que le CCL2 dérivé des cellules cancéreuses, en augmentant le recrutement des macrophages, favorise les métastases du cancer dans les os. De plus, en recrutant et en activant les ostéoclastes, alimentant ainsi le « cercle vicieux », les macrophages favorisent le nombre et la croissance des métastases osseuses de ces deux types de cancer.
Les cellules dérivées de la moelle osseuse, en particulier les macrophages, sont connues pour être importantes dans le développement, la croissance et l’entretien de la prostate. Par exemple, dans une étude sur la régénération de la prostate modulée par les androgènes, il a été démontré que les macrophages étaient recrutés dans la prostate en régénération, par le facteur de stimulation des colonies de macrophages (M-CSF), le facteur RANTES (Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted) et la protéine 1α inflammatoire des macrophages (MIP-1α) exprimés par le tissu en régénération. Les cellules épithéliales normales et anormales de la prostate synthétisent localement du M-CSF qui recrute et induit la différenciation des macrophages. Il a été démontré que le nombre de macrophages est corrélé à l’activité proliférative des cellules épithéliales de la prostate, contribuant ainsi à la régénération de l’épithélium de la prostate. Cela peut être pertinent dans des conditions pathologiques du tissu prostatique comme l’hyperplasie bénigne de la prostate, l’atrophie inflammatoire proliférative et le cancer de la prostate62. De plus, certaines études ont montré que certaines lignées cellulaires du cancer de la prostate63 et les cancers métastatiques de la prostate présentent une expression élevée de M-CSF et une infiltration élevée de TAM64, alors que les souris déficientes en M-CSF avaient des niveaux de macrophages plus faibles dans la prostate65.
Dans un modèle orthotopique de tumeur de la prostate AT-1 de rat, il a été montré que les TAMs favorisaient la croissance tumorale et vasculaire, car la réduction des TAMs par CLO-LIP a conduit à une réduction significative de la croissance tumorale, de l’angiogenèse et de l’artériogenèse. L’expression de facteurs angiogéniques comme l’angiopoïétine 2, le CCL2, le facteur de croissance des fibroblastes 2 (FGF-2), la MMP-9, le TGF-β, l’IL-1β s’est avérée être régulée à la hausse dans les tumeurs AT-1 in vivo par rapport aux cellules AT-1 cultivées in vitro, ce qui suggère qu’ils sont produits par les cellules saines présentes dans la masse tumorale. En utilisant l’immunohistochimie, on a constaté que MMP-9 et IL-1β étaient exprimés uniquement dans les cellules de type macrophage, confirmant ainsi l’activité pro-angiogénique des TAM3.
Dans un modèle murin de cancer de la prostate humain, il a été postulé que l’IL-6, un puissant chimioattractant pour les monocytes et les macrophages sécrété par les cellules cancéreuses de la prostate PC-3, favorisait l’agressivité du cancer formé en recrutant davantage de TAM sur le site tumoral. Le TNF-α produit par ces TAMs a stimulé les cellules cancéreuses de la prostate à produire de l’IL-6 supplémentaire capable d’attirer davantage de macrophages, entretenant ainsi le cercle vicieux indispensable à la croissance tumorale et aux métastases. Dans le même modèle de souris, la déplétion des TAM ou la mise sous silence de l’IL-6 dans les cellules tumorales a entraîné une diminution significative de la taille des lésions osseuses, de la lyse osseuse et de l’incidence des métastases des ganglions lymphatiques66. Une découverte similaire et plus récente impliquant l’IL-6 et le cancer de la prostate est l’étude de Lee et ses collègues67, qui ont démontré que la surexpression de la BMP-6 dans les cellules cancéreuses de la prostate humaine conduit à l’émergence d’un cancer de la prostate résistant à la castration chez la souris. Il a été démontré que la résistance à la castration était médiée par l’IL-6 sécrétée par les macrophages infiltrant la tumeur. Dans ce modèle, l’IL-6 a activé la voie PI3K, ce qui a entraîné une régulation à la hausse de l’expression du récepteur des androgènes dans les cellules cancéreuses de la prostate67. Avec le modèle intratibial de cellules PC-3 de croissance de métastases intra-osseuses du cancer de la prostate chez des souris nude et des souris nude déficientes en cathepsine K (CTSK), il a été démontré que la croissance des lésions osseuses dépendait de la cathepsine K (CTSK). La croissance des lésions osseuses était significativement réduite en l’absence de CTSK dérivée de l’hôte. En outre, il a été démontré que les macrophages résidents de la moelle osseuse, et non les ostéoclastes, sont les principales sources de CTSK. De plus, il a été observé que l’abondance des macrophages était plus importante dans les tumeurs osseuses des souris de type sauvage et qu’elle était corrélée à une accélération de la croissance tumorale. Il a également été prouvé que les niveaux de CCL2 augmentaient avec les niveaux de CTSK dérivés des macrophages et que la surexpression de CTSK était corrélée à une augmentation de l’expression de la cathepsine B et de la COX-2 dérivées des macrophages et des tumeurs, toutes deux impliquées dans l’ostéoclastogenèse et l’agressivité des tumeurs. Les souris déficientes en CTSK, porteuses de tumeurs, ont montré des niveaux plus faibles d’expression du VEGF et une angiogenèse altérée. L’ensemble de ces résultats suggère que les CTSK dérivés des macrophages et des ostéoclastes contribuent à la colonisation et à la croissance des tumeurs de la prostate dans les os68. Une étude sur le cancer de la prostate chez l’homme a démontré que les échantillons cliniques de tumeurs de la prostate sont rarement exempts de TAM64,69. En outre, il a été démontré que l’interaction macrophage/cellules cancéreuses de la prostate entraîne une résistance aux modulateurs sélectifs des récepteurs des androgènes (SARM). Dans cet axe d’interaction, l’IL-1β dérivé des macrophages a provoqué le renvoi du complexe corépresseur du récepteur nucléaire du récepteur des androgènes, neutralisant ainsi les effets des SARM69.
Le rôle des TAM dans l’ostéosarcome, un cancer osseux primaire, est controversé ou du moins dépend du stade de la tumeur. De même que les ostéoclastes, aux premiers stades du développement de la tumeur, les macrophages rendent la moelle osseuse comme un environnement nourricier pour les cellules de l’ostéosarcome, ce qui favorise la croissance localisée de la tumeur. Aux premiers stades du développement de l’ostéosarcome, ces cellules semblent en fait empêcher la migration des cellules tumorales hors de l’os et donc la formation de métastases. Cependant, lorsque le volume de la tumeur augmente, les facteurs sécrétés par les cellules cancéreuses peuvent faire baisser le nombre et l’activité des ostéoclastes dans la lésion en dessous du seuil requis pour maintenir la niche ostéoclastique. Par conséquent, l’invasion des cellules cancéreuses et la formation de métastases sont favorisées au lieu de poursuivre la croissance de la tumeur primaire. De la même manière, avec l’augmentation de la quantité de facteurs sécrétés par la tumeur, les macrophages M1 résidant au site de la tumeur primaire peuvent passer au phénotype M2, ce qui potentialise encore la formation de métastases. Le rapport entre les macrophages M1 et M2 peut réguler le potentiel de métastase de l’ostéosarcome en changeant le microenvironnement tumoral en un environnement favorable aux métastases une fois qu’un nombre seuil de l’un ou l’autre phénotype est atteint70. Une étude de biopsies pré-chimiothérapie d’ostéosarcomes humains de haut grade a révélé que les TAM de ce type de cancer sont une population hétérogène de macrophages M1 et M2. Le nombre total de macrophages était associé à une bonne survie, mais pas la polarisation M2. On a constaté que 20 % des gènes surexprimés chez les patients sans métastase dans les 5 ans suivant le diagnostic étaient associés aux macrophages. En particulier, CD14 et HLA-DRA (marqueurs M1) étaient indépendamment associés à la survie sans métastase. Le bénéfice en termes de survie d’un nombre élevé de TAM pourrait être partiellement dû à une meilleure réponse à la chimiothérapie. La destruction des cellules tumorales par la chimiothérapie entraîne la libération de signaux de danger endogènes qui se lient aux récepteurs de reconnaissance des formes dans les TAM et peuvent dévier leur polarisation de M2 à M1, facilitant ainsi l’élimination des cellules tumorales mourantes et inhibant la croissance des cellules tumorales métastatiques71. De plus, un rôle pour les TAMs dans l’angiogenèse et la lymphangiogenèse a été proposé par un nouveau modèle de souris ostéosarcome, où l’inhibition du M-CSF, comme dans d’autres modèles de tumeurs (par exemple le sein), tout en inhibant le recrutement des macrophages, a diminué la vascularisation de la tumeur, diminuant ainsi la croissance de la tumeur et les métastases72.