Macrofagi nella formazione di metastasi
I macrofagi hanno dimostrato di promuovere lo stravaso di CTC e la formazione di micrometastasi nei tessuti nei topi39,48. Nelle metastasi tumorali si può trovare una popolazione di macrofagi associati alle metastasi (MAM). In uno studio che utilizza un modello di topo FVB di metastasi polmonari del cancro al seno PyMT49, è stato dimostrato che queste cellule sono reclutate dai monociti infiammatori circolanti da cellule tumorali secernenti CCL248. Degno di nota, da studi di trasferimento adottivo, questa popolazione di monociti ha dimostrato di preferire il sito di metastasi piuttosto che il sito del tumore primario48. Inoltre, uno studio di espressione genica di TAMs invasivo isolato in vivo dal modello di topo PyMT ha rivelato che questa popolazione di macrofagi unico fenotipicamente diverso è arricchito in geni correlati allo sviluppo embrionale e tessuto, suggerendo che TAMs potrebbe essere ricapitolare alcune funzioni trofiche di sviluppo per promuovere la progressione del tumore. Un percorso altamente arricchito e convalidato è stato il percorso di segnalazione Wnt, in particolare Wnt7b, che è noto per essere upregolato nei tumori al seno umani associati alla malattia avanzata50.
Il mezzo condizionato da macrofagi umani differenziati in vitro e polarizzati M1 ha dimostrato di downregolare l’espressione del recettore degli estrogeni alfa dalla linea cellulare del cancro al seno MCF-7 attraverso l’attivazione della proteina chinasi attivata da mitogeno (MAPK), la chinasi Src c-terminale (c-Src) e la protein chinasi C (PKC). Questo processo di downregulation ha dimostrato di promuovere la resistenza endocrina delle cellule del cancro al seno, una caratteristica molto importante del 30% dei tumori metastatici21. In un altro modello murino di cancro al seno, le TAM hanno mostrato una scarsa attività tumoricida, probabilmente a causa della diminuita espressione dell’ossido nitrico sintasi inducibile (iNOS) e della produzione di ossido nitrico (NO)51. Uno studio con il cancro mammario metastatico 4T1 di topi Balb/c stabilito in topi CD1-deficienti (topi privi di cellule T natural killer, NKT, che producono IL-13) ha rivelato che dopo la rimozione dei tumori primari i topi sono sopravvissuti indefinitamente, al contrario dei topi Balb/c wild type. Questo vantaggio di sopravvivenza, nonostante la stessa malattia metastatica al momento della chirurgia, era dovuto a tre meccanismi di immunosorveglianza: generazione di macrofagi M1 che esprimono iNOS, tumoricida per le cellule tumorali 4T1; rapida diminuzione delle MDSC che sopprimono le cellule T producendo arginasi; e produzione di linfociti attivati. I topi CD1-deficienti mancano di cellule NKT che producono IL-13, una citochina importante per la polarizzazione dei macrofagi M2. In questi topi, un’efficace sorveglianza immunitaria contro la malattia metastatica stabilita è stata ottenuta attraverso macrofagi e linfociti M1 tumoricidi e un numero ridotto di cellule MDSC dopo la rimozione del tumore primario al seno2. Un altro studio con il modello 4T1 ortotopico in topi Balb/c immunocompetenti ha rivelato che la co-iniezione di cellule 4T1 e macrofagi M2 derivati dal midollo osseo nei cuscinetti di grasso mammari porta ad un aumento della crescita del tumore solido e delle metastasi polmonari. I macrofagi M2 hanno aumentato la proliferazione delle cellule tumorali, l’angiogenesi, la linfoangiogenesi e l’infiltrazione dei monociti del sangue52. Il potenziale angiogenico dei TAM nei tumori al seno è stato ulteriormente confermato in modelli di topi PyMT CSF-1 nulli e CSF-1 sovraesposti53.
Come i macrofagi residenti nello sviluppo mammario fisiologico sostengono la nicchia delle cellule staminali mammarie54, i TAM potrebbero anche promuovere i fenotipi delle cellule staminali del cancro al seno nelle cellule del cancro al seno murino contribuendo così a tumori più invasivi55-57. Anche la capacità osservata in vitro delle TAM di differenziarsi in cellule simili agli osteoclasti in condizioni che simulano il microambiente osseo (per esempio, presenza di M-CSF, cellule stromali derivate dall’osso e 1,25-diidrossivitamina D3) potrebbe essere rilevante nel cancro al seno umano58 . Tuttavia, finora non è chiaro se questo accade davvero in vivo. Né è chiaro se i macrofagi del midollo osseo residenti o i monociti invasori dell’osso circolanti o entrambi siano soggetti a queste alterazioni del fenotipo dall’azione delle cellule del cancro al seno.
CCL2, designata anche come proteina 1 chemoattrattiva dei monociti (MCP-1) è prodotta da macrofagi, fibroblasti, cellule endoteliali e cellule tumorali. Studi sulla sovraespressione e sugli anticorpi neutralizzanti sia nel seno (cellule umane MDA-MB231 in topi nudi)59,60 che nella prostata (cellule umane PC3 in topi SCID)61 hanno dimostrato che la CCL2 derivata dalle cellule tumorali, aumentando il reclutamento dei macrofagi, promuove la metastasi del cancro nell’osso. Inoltre, reclutando e attivando gli osteoclasti, quindi alimentando il “circolo vizioso”, i macrofagi promuovono il numero e la crescita delle metastasi ossee di entrambi questi tipi di cancro.
Le cellule derivate dal midollo osseo, in particolare i macrofagi, sono note per essere importanti nello sviluppo, crescita e mantenimento della prostata. Per esempio, in uno studio sulla rigenerazione della prostata modulata dagli androgeni, è stato dimostrato che i macrofagi sono stati reclutati nella prostata in via di rigenerazione dal fattore stimolante le colonie di macrofagi (M-CSF), dal Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted (RANTES) e dalla macrophage inflammatory protein 1α (MIP-1α) espressa dal tessuto rigenerante. Le cellule epiteliali prostatiche normali e anormali sintetizzano localmente M-CSF che recluta e induce la differenziazione dei macrofagi. È stato dimostrato che il numero di macrofagi è correlato all’attività proliferativa delle cellule epiteliali prostatiche, contribuendo così alla rigenerazione degli epiteli prostatici. Questo è probabilmente rilevante in condizioni patologiche del tessuto prostatico come l’iperplasia prostatica benigna, l’atrofia infiammatoria proliferativa e il cancro alla prostata62. Inoltre, alcuni studi hanno dimostrato che alcune linee cellulari di cancro alla prostata63 e i tumori metastatici della prostata mostrano un’alta espressione di M-CSF e un’alta infiltrazione di TAM64, mentre i topi carenti di M-CSF avevano livelli più bassi di macrofagi nella prostata65.
In un modello di tumore alla prostata AT-1 di ratto ortotopico, le TAM hanno dimostrato di promuovere la crescita tumorale e vascolare, poiché la riduzione delle TAM mediante CLO-LIP ha portato a una riduzione significativa della crescita tumorale, dell’angiogenesi e dell’arteriogenesi. L’espressione di fattori angiogenici come l’angiopoietina 2, CCL2, il fattore di crescita dei fibroblasti 2 (FGF-2), MMP-9, TGF-β, IL-1β è stata trovata upregolata nei tumori AT-1 in vivo rispetto alle cellule AT-1 coltivate in vitro, suggerendo che erano prodotti da cellule sane presenti nella massa tumorale. Usando l’immunoistochimica, MMP-9 e IL-1β sono stati trovati espressi solo nelle cellule simili ai macrofagi, confermando così l’attività pro-angiogenetica delle TAM3.
In un modello murino di cancro alla prostata umano, è stato postulato che IL-6, un forte chemoattrattore per monociti e macrofagi secreto dalle cellule del cancro alla prostata PC-3, ha promosso l’aggressività del cancro formato reclutando più TAM al sito tumorale. Il TNF-α prodotto da queste TAM ha stimolato le cellule del cancro alla prostata a produrre ulteriore IL-6 in grado di attrarre più macrofagi, mantenendo così il circolo vizioso indispensabile per la crescita del tumore e le metastasi. Nello stesso modello di topo, la deplezione delle TAM o il silenziamento di IL-6 nelle cellule tumorali ha portato a una significativa diminuzione delle dimensioni delle lesioni ossee, della lisi ossea e dell’incidenza delle metastasi linfonodali66. Una scoperta simile e più recente che coinvolge IL-6 e il cancro alla prostata è stato lo studio di Lee e colleghi67, che ha dimostrato che la sovraespressione di BMP-6 nelle cellule tumorali della prostata umana porta alla comparsa di un cancro alla prostata resistente alla castrazione nei topi. È stato dimostrato che la resistenza alla castrazione è mediata dall’IL-6 secreta dai macrofagi infiltrati nel tumore. In questo modello, l’IL-6 ha attivato la via PI3K portando all’upregolazione dell’espressione del recettore degli androgeni nelle cellule del cancro alla prostata67. Con il modello cellulare PC-3 intratibiale di crescita intraossea di metastasi di cancro alla prostata in topi nudi e topi nudi carenti di catepsina K (CTSK), è stato dimostrato che la crescita della lesione ossea dipende dalla catepsina K (CTSK). La crescita della lesione ossea era significativamente ridotta in assenza di CTSK derivata dall’ospite. Inoltre, è stato dimostrato che i macrofagi residenti nel midollo osseo, non gli osteoclasti, sono le fonti principali di CTSK. Inoltre, è stato osservato che l’abbondanza dei macrofagi era maggiore nei tumori ossei dei topi wild type ed era correlata alla crescita accelerata del tumore. È stato anche dimostrato che i livelli di CCL2 aumentavano con i livelli di CTSK derivati dai macrofagi e che la sovraespressione di CTSK era correlata a un aumento dell’espressione della catepsina B e della COX-2 dei macrofagi e dei tumori, entrambi implicati nell’osteoclastogenesi e nell’aggressività del tumore. I topi carenti di CTSK che portano il tumore hanno mostrato livelli inferiori di espressione di VEGF e un’angiogenesi compromessa. Nel complesso questi risultati suggeriscono che la CTSK derivata dai macrofagi e dagli osteoclasti contribuisce alla colonizzazione e alla crescita dei tumori alla prostata nell’osso68. Uno studio sul cancro alla prostata umano ha dimostrato che i campioni clinici di tumore alla prostata sono raramente privi di TAM64,69. Inoltre, è stato dimostrato che l’interazione tra macrofagi e cellule di cancro alla prostata causa la resistenza ai modulatori selettivi del recettore degli androgeni (SARM). In questo asse di interazione, l’IL-1β derivato dai macrofagi ha causato il distacco del complesso corepressore del recettore nucleare dal recettore degli androgeni neutralizzando così gli effetti dei SARM69.
Il ruolo delle TAM nell’osteosarcoma, un tumore osseo primario, è controverso o almeno dipende dallo stadio del tumore. Analogamente agli osteoclasti, nelle prime fasi dello sviluppo del tumore i macrofagi rendono il midollo osseo un ambiente di nutrimento per le cellule dell’osteosarcoma, migliorando la crescita del tumore localizzato. Nelle fasi iniziali dello sviluppo dell’osteosarcoma queste cellule sembrano effettivamente prevenire la migrazione delle cellule tumorali lontano dall’osso, impedendo così le metastasi. Tuttavia, quando il volume del tumore aumenta, i fattori secreti dalle cellule tumorali possono abbassare il numero e l’attività degli osteoclasti nella lesione al di sotto della soglia necessaria per mantenere la nicchia osteoclastica. Di conseguenza, l’invasione delle cellule tumorali e la formazione di metastasi sono supportate invece di un’ulteriore crescita del tumore primario. Allo stesso modo, con l’aumento della quantità di fattori secreti dal tumore, i macrofagi M1 residenti nel sito del tumore primario possono essere deviati verso il fenotipo M2 che potenzia ulteriormente la formazione di metastasi. Il rapporto tra macrofagi M1 e M2 può regolare il potenziale di metastatizzazione dell’osteosarcoma cambiando il microambiente tumorale in uno che è favorevole alle metastasi una volta raggiunto un numero soglia di uno dei due fenotipi70. Uno studio sulle biopsie pre-chemioterapia di osteosarcoma umano di alto grado ha rivelato che i TAM in questo tipo di cancro sono una popolazione eterogenea di macrofagi M1 e M2. Il numero totale di macrofagi era associato a una buona sopravvivenza, ma la polarizzazione M2 non lo era. Si è visto che il 20% dei geni sovraespressi nei pazienti senza metastasi entro 5 anni dalla diagnosi erano associati ai macrofagi. In particolare, CD14 e HLA-DRA (marcatori M1) erano indipendentemente associati alla sopravvivenza libera da metastasi. Il beneficio di sopravvivenza di un alto numero di TAM potrebbe essere parzialmente dovuto a una migliore risposta alla chemioterapia. L’uccisione delle cellule tumorali da parte della chemioterapia provoca il rilascio di segnali di pericolo endogeni che si legano ai recettori di riconoscimento del modello nelle TAM e possono deviare la loro polarizzazione da M2 a M1, facilitando così l’eliminazione delle cellule tumorali morenti e inibendo la crescita delle cellule tumorali metastatiche71. Inoltre, un ruolo delle TAM nell’angiogenesi e nella linfoangiogenesi è stato proposto da un nuovo modello murino di osteosarcoma, in cui l’inibizione del M-CSF, come in altri modelli di tumore (per esempio al seno), mentre inibisce il reclutamento dei macrofagi, diminuisce la vascolarizzazione del tumore e quindi la crescita del tumore e le metastasi72.