Makrofágok az áttétképződésben

Makrofágokról kimutatták, hogy elősegítik a CTC extravasációt és a szöveti mikrometasztázisok kialakulását egerekben39,48. A daganatos metasztázisban megtalálható a metasztázishoz kapcsolódó makrofágok (MAM-ok) populációja. A tüdőmetasztázist adó PyMT emlőrák FVB egérmodelljét alkalmazó vizsgálatban49 kimutatták, hogy ezeket a sejteket a CCL2-t szekretáló tumorsejtek a keringő gyulladásos monocitákból rekrutálják48. Figyelemre méltó, hogy adoptív transzfer vizsgálatokkal kimutatták, hogy ez a monocita populáció inkább az áttétképződés helyét preferálja, mint a primer tumor helyét48. Továbbá a PyMT egérmodellből in vivo izolált invazív TAM-ok génexpressziós vizsgálata kimutatta, hogy ez az egyedülálló, fenotípusosan eltérő makrofágpopuláció az embrionális és szöveti fejlődéssel kapcsolatos génekben gazdagodott, ami arra utal, hogy a TAM-ok a tumorprogresszió elősegítése érdekében egyes fejlődési trofikus funkciókat ismételhetnek meg. Az egyik erősen feldúsított és validált útvonal a Wnt jelátviteli útvonal volt, különösen a Wnt7b, amelyről ismert, hogy az előrehaladott betegséggel járó humán emlődaganatokban felregulált50.

Az in vitro differenciált és M1 polarizált emberi makrofágokból származó kondicionált közegről kimutatták, hogy a mitogén aktivált protein kináz (MAPK), a c-terminális Src kináz (c-Src) és a protein kináz C (PKC) aktiválásán keresztül csökkenti az MCF-7 emlőrák sejtvonal ösztrogén receptor alfa expresszióját. Ez a downregulációs folyamat bizonyítottan elősegíti az emlőráksejtek endokrin rezisztenciáját, ami az áttétes daganatok 30%-ának nagyon fontos jellemzője21. Egy másik emlőrákos egérmodellben a TAM-ok kevés tumorölő hatást mutattak, valószínűleg az indukálható nitrogén-oxid-szintáz (iNOS) expressziójának és a nitrogén-oxid (NO) termelésének csökkenése miatt51. Egy vizsgálat Balb/c egerek 4T1 metasztatikus emlőrákjával, amelyet CD1-hiányos egerekben (olyan egerekben, amelyekből hiányoznak a természetes ölő T-sejtek, NKT, amelyek IL-13-at termelnek) hoztak létre, kimutatta, hogy a primer tumorok eltávolítása után az egerek korlátlanul túléltek, szemben a vad típusú Balb/c egerekkel. Ez a túlélési előny, annak ellenére, hogy a műtét idején ugyanolyan mértékű volt az áttétes betegség, három immunfelügyeleti mechanizmusnak volt köszönhető: a 4T1 tumorsejtekre tumoricid hatású iNOS-t expresszáló M1 makrofágok termelődése; a T-sejteket argináz termelésével elnyomó MDSC-k gyors csökkenése; és az aktivált limfociták termelődése. A CD1-hiányos egerekből hiányoznak az IL-13-at, az M2 makrofágok polarizációjában fontos citokint termelő NKT-sejtek. Ezekben az egerekben a kialakult metasztatikus betegség elleni hatékony immunfelügyelet a tumoricid M1 makrofágok és limfociták, valamint az MDSC sejtek számának csökkenése révén valósult meg a primer emlőtumor eltávolítása után2. Egy másik, immunkompetens Balb/c egereken végzett ortotópos 4T1 modellel végzett vizsgálat kimutatta, hogy a 4T1 sejtek és a csontvelőből származó M2 makrofágok együttes bejuttatása az emlő zsírpárnáiba a szolid tumor fokozott növekedéséhez és tüdőmetasztázishoz vezet. Az M2 makrofágok fokozták a rákos sejtek proliferációját, az angiogenezis lymphangiogenezisét és a vér monocitáinak infiltrációját52. A TAM-ok angiogén potenciálját az emlődaganatokban tovább igazolták CSF-1 null és CSF-1 túlexpresszáló PyMT egérmodellekben53.

Mint ahogy a fiziológiás emlőfejlődésben a rezidens makrofágok támogatják az emlő őssejt niche-t54, a TAM-ok is elősegíthetik az emlőrák őssejt fenotípusát az egér emlőráksejtekben, így hozzájárulva az invazívabb tumorokhoz55-57. Szintén jelentőséggel bírhat a humán emlőrákban a TAM-ok in vitro megfigyelt azon képessége, hogy csontmikrokörnyezetet utánzó körülmények között (pl. M-CSF, csontból származó stromasejtek és 1,25-dihidroxi-vitamin D3 jelenléte) csontoklasztokra emlékeztető sejtekké differenciálódnak58. Egyelőre azonban nem világos, hogy ez valóban megtörténik-e in vivo. Az sem világos, hogy a rezidens csontvelői makrofágok vagy a keringő, csontba behatoló monociták vagy mindkettő átesik-e ezeken a fenotípus-változásokon az emlőráksejtek hatására.

CCL2, más néven monocita kemoattraktáns protein 1 (MCP-1) makrofágok, fibroblasztok, endotélsejtek és rákos sejtek termelik. Mind az emlőrák (MDA-MB231 humán sejtek meztelen egerekben)59,60 , mind a prosztatarák (PC3 humán sejtek SCID egerekben)61 modellekben végzett overexpressziós és semlegesítő antitestes vizsgálatok kimutatták, hogy a rákos sejtekből származó CCL2 a makrofágok toborzásának fokozása révén elősegíti a rák metasztázisát a csontban. Továbbá, az osteoclastok toborzásával és aktiválásával, tehát az “ördögi kör” táplálásával a makrofágok elősegítik mindkét említett ráktípus csontmetasztázisainak számát és növekedését.

A csontvelőből származó sejtekről, különösen a makrofágokról ismert, hogy fontos szerepet játszanak a prosztata kialakulásában, növekedésében és fenntartásában. Például egy androgénmodulált prosztata-regenerációt vizsgáló tanulmányban kimutatták, hogy a makrofágokat a makrofág kolóniát stimuláló faktor (M-CSF), a Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted (RANTES) és a makrofág gyulladásos fehérje 1α (MIP-1α) által kifejezett makrofágok toborozzák a regenerálódó prosztatába. A normális és kóros prosztata hámsejtek lokálisan szintetizálják az M-CSF-et, amely toborozza és indukálja a makrofágok differenciálódását. Kimutatták, hogy a makrofágok száma korrelált a prosztata epitélsejtek proliferatív aktivitásával, így hozzájárulva a prosztata epitél regenerációjához. Ez valószínűleg releváns a prosztataszövet olyan kóros állapotaiban, mint a jóindulatú prosztata hiperplázia, proliferatív gyulladásos atrófia és prosztatarák62. Továbbá néhány vizsgálat kimutatta, hogy egyes prosztatarák-sejtvonalak63 és metasztatikus prosztatarákok magas M-CSF-expressziót és magas TAM-infiltrációt mutatnak64 , míg az M-CSF-hiányos egereknél alacsonyabb volt a makrofágszint a prosztatában65.

Egy ortotópos patkány AT-1 prosztata tumor modellben a TAM-ok elősegítették a tumor és az érrendszer növekedését, mivel a TAM-ok CLO-LIP általi csökkentése a tumor növekedésének, az angiogenezisnek és az arteriogenezisnek jelentős csökkenéséhez vezetett. Az olyan angiogén faktorok, mint az angiopoietin 2, CCL2, fibroblaszt növekedési faktor 2 (FGF-2), MMP-9, TGF-β, IL-1β expresszióját in vivo AT-1 tumorokban in vitro termesztett AT-1 sejtekhez képest felszabályozottnak találták, ami arra utal, hogy ezeket a tumorban jelen lévő egészséges sejtek termelték. Immunhisztokémiai módszerrel az MMP-9 és az IL-1β csak a makrofágszerű sejtekben fejeződött ki, ami megerősíti a TAM-ok pro-angiogén aktivitását3.

A humán prosztatarák egérmodelljében azt feltételezték, hogy a PC-3 prosztataráksejtek által szekretált IL-6, a monociták és makrofágok erős kemoattraktánsa elősegíti a kialakult rák agresszivitását azáltal, hogy több TAM-ot toboroz a tumor helyére. Az e TAM-ok által termelt TNF-α további IL-6 termelésére serkentette a prosztataráksejteket, amelyek képesek további makrofágokat vonzani, így fenntartva a tumor növekedéséhez és áttétképzéséhez nélkülözhetetlen ördögi ciklust. Ugyanebben az egérmodellben a TAM depletiója vagy a tumorsejtekben az IL-6 csendesítése a csontléziók méretének, a csontlízisnek és a nyirokcsomó-metasztázis előfordulásának szignifikáns csökkenéséhez vezetett66. Hasonló és újabb, az IL-6-ot és a prosztatarákot érintő eredmény volt Lee és munkatársai67 vizsgálata, akik kimutatták, hogy a BMP-6 túlterjedése humán prosztataráksejtekben kasztrációrezisztens prosztatarák kialakulásához vezet egerekben. Kimutatták, hogy a kasztrációs rezisztenciát a tumorba beszivárgó makrofágok által szekretált IL-6 közvetíti. Ebben a modellben az IL-6 aktiválta a PI3K útvonalat, ami az androgénreceptor expressziójának felszabályozásához vezetett a prosztataráksejtekben67. A csonton belüli prosztatarák metasztázis növekedésének intratibialis PC-3 sejtes modelljével meztelen egerekben és katepszin K (CTSK) hiányos meztelen egerekben kimutatták, hogy a csontlézió növekedése a katepszin K (CTSK) függvénye. A csontlézió növekedése jelentősen csökkent a gazdaszervezetből származó CTSK hiányában. Továbbá kimutatták, hogy a csontvelőben rezidens makrofágok, nem pedig az oszteoklasztok a CTSK fő forrásai. Megfigyelték továbbá, hogy a makrofágok mennyisége nagyobb volt a vad típusú egerek csonttumoraiban, és korrelált a felgyorsult tumornövekedéssel. Az is bebizonyosodott, hogy a CCL2 szintje a makrofágokból származó CTSK szintjével együtt nőtt, és hogy a CTSK túlterjedése korrelált a makrofágokból és a tumorból származó kathepszin B és COX-2 expressziójának növekedésével, amelyek mindketten szerepet játszanak az oszteoklasztogenezisben és a tumor agresszivitásában. A tumort hordozó, CTSK-hiányos egerek alacsonyabb VEGF-expressziós szintet és károsodott angiogenezist mutattak. Összességében ezek az eredmények arra utalnak, hogy a makrofágokból és oszteoklasztokból származó CTSK hozzájárul a prosztatadaganatok csontban történő kolonizációjához és növekedéséhez68. Egy humán prosztatarákos vizsgálat kimutatta, hogy a prosztatadaganat klinikai mintái ritkán TAM-mentesek64,69. Továbbá kimutatták, hogy a makrofág/prosztataráksejt kölcsönhatás rezisztenciát okoz a szelektív androgénreceptor-modulátorokkal (SARM) szemben. Ebben a kölcsönhatási tengelyben a makrofágokból származó IL-1β a nukleáris receptor korepresszor komplex elbocsátását okozta az androgénreceptorról, így semlegesítve a SARM hatását69.

A TAM-ok szerepe az osteosarcomában, egy primer csontrákban ellentmondásos, vagy legalábbis a tumor stádiumától függ. Az oszteoklasztokhoz hasonlóan a tumorfejlődés korai szakaszában a makrofágok a csontvelőt az oszteoszarkóma sejtek tápláló környezetévé teszik, fokozva a lokális tumor növekedését. Az oszteoszarkóma fejlődésének korai szakaszában úgy tűnik, hogy ezek a sejtek valójában megakadályozzák a tumorsejtek vándorlását a csontból, és így megakadályozzák az áttétképződést. A tumor térfogatának növekedésével azonban a rákos sejtek által szekretált faktorok csökkenthetik az oszteoklasztok számát és aktivitását az elváltozásban az oszteoklasztikus niche fenntartásához szükséges küszöbérték alá. Következésképpen a primer tumor további növekedése helyett a rákos sejtek inváziója és a metasztázisok kialakulása támogatottá válik. Ugyanígy a tumor által szekretált faktorok mennyiségének növekedésével a primer tumor helyén rezidens M1 makrofágok az M2 fenotípus felé tolódhatnak el, ami tovább erősíti az áttétképződést. Az M1 és M2 makrofágok aránya szabályozhatja az oszteoszarkóma metasztázisképződési potenciálját azáltal, hogy a tumor mikrokörnyezetét metasztázist elősegítővé változtatja, amint bármelyik fenotípus küszöbszámát elérjük70. A humán magas fokú osteosarcoma kemoterápia előtti biopsziáin végzett vizsgálat kimutatta, hogy a TAM-ok ebben a daganattípusban M1 és M2 makrofágokból álló heterogén populációt alkotnak. A makrofágok összlétszáma a jó túléléssel volt összefüggésben, az M2-polarizáció azonban nem. Megállapították, hogy a diagnózistól számított 5 éven belül metasztázis nélküli betegeknél a diagnózistól számított 5 éven belül a gének 20%-a makrofág-asszociált volt. Különösen a CD14 és a HLA-DRA (M1 markerek) független kapcsolatban álltak az áttét nélküli túléléssel. A magas TAM-szám túlélési előnye részben a kemoterápiára adott jobb válasznak tudható be. A daganatsejtek kemoterápia általi elpusztítása endogén veszélyjelek felszabadulását eredményezi, amelyek a TAM-ok mintafelismerő receptoraihoz kötődnek, és eltolhatják polarizációjukat M2-ről M1-re, ezáltal elősegítve a haldokló daganatsejtek kiürülését és gátolva az áttétes daganatsejtek elszaporodását71. Emellett a TAM-ok angiogenezisben és lymphangiogenezisben betöltött szerepét javasolta egy új osteosarcoma egérmodell, ahol az M-CSF gátlása, hasonlóan más tumormodellekhez (pl. emlő), a makrofágok toborzásának gátlása mellett csökkentette a tumor vaszkularizációját, ezáltal csökkentve a tumor növekedését és az áttétképződést72.

.