Makrofagi w tworzeniu przerzutów
Wykazano, że makrofagi promują ekstrawazję CTC i tworzenie mikroprzerzutów tkankowych u myszy39,48. W przerzutach nowotworowych można znaleźć populację makrofagów związanych z przerzutami (metastasis associated macrophages, MAMs). W badaniu wykorzystującym mysi model FVB przerzutów do płuc raka piersi PyMT49 wykazano, że komórki te są rekrutowane z krążących monocytów zapalnych przez komórki nowotworowe wydzielające CCL248. Warto zauważyć, że w badaniach nad transferem adoptywnym wykazano, że ta populacja monocytów preferuje miejsce przerzutów, a nie miejsce guza pierwotnego48. Co więcej, badanie ekspresji genów inwazyjnych TAM izolowanych in vivo z mysiego modelu PyMT ujawniło, że ta unikalna, fenotypowo odmienna populacja makrofagów jest wzbogacona w geny związane z rozwojem embrionalnym i tkankowym, co sugeruje, że TAM mogą rekapitulować pewne rozwojowe funkcje troficzne w celu promowania progresji guza. Jednym ze szlaków wysoce wzbogaconych i zwalidowanych był szlak sygnałowy Wnt, w szczególności Wnt7b, o którym wiadomo, że jest wyregulowany w ludzkich guzach piersi związanych z zaawansowaną chorobą50.
Wykazano, że pożywka kondycjonowana z makrofagów ludzkich zróżnicowanych in vitro i spolaryzowanych M1 obniża ekspresję receptora estrogenowego alfa przez linię komórkową raka piersi MCF-7 poprzez aktywację kinazy białkowej aktywowanej mitogenami (MAPK), c-końcowej kinazy Src (c-Src) i kinazy białkowej C (PKC). Wykazano, że ten proces downregulacji promuje endokrynną oporność komórek raka piersi, co jest bardzo ważną cechą 30% guzów przerzutowych21. W innym mysim modelu raka piersi, TAMs wykazywały niewielką aktywność przeciwnowotworową, prawdopodobnie z powodu zmniejszonej ekspresji indukowalnej syntazy tlenku azotu (iNOS) i produkcji tlenku azotu (NO)51. Badanie z przerzutowym rakiem sutka 4T1 u myszy Balb/c założonym na myszy z niedoborem CD1 (myszy pozbawione komórek NKT, które produkują IL-13) wykazało, że po usunięciu guzów pierwotnych myszy przeżywały bezterminowo, w przeciwieństwie do myszy Balb/c typu dzikiego. Ta przewaga w przeżyciu, pomimo takiej samej choroby przerzutowej w momencie operacji, wynikała z trzech mechanizmów nadzoru immunologicznego: generowania makrofagów M1 wykazujących ekspresję iNOS, działającej tumorobójczo na komórki guza 4T1; szybkiego spadku liczby MDSC, które tłumią komórki T poprzez produkcję arginazy; oraz produkcji aktywowanych limfocytów. Myszy z niedoborem CD1 nie posiadają komórek NKT, które produkują IL-13, cytokinę ważną dla polaryzacji makrofagów M2. U tych myszy skuteczny nadzór immunologiczny przeciwko ustalonej chorobie przerzutowej został osiągnięty dzięki tumorobójczym makrofagom M1 i limfocytom oraz zmniejszonej liczbie komórek MDSC po usunięciu pierwotnego guza piersi2. Inne badanie z ortotopowym modelem 4T1 u immunokompetentnych myszy Balb/c wykazało, że współwystępowanie komórek 4T1 i makrofagów M2 pochodzących ze szpiku kostnego do opuszki tłuszczowej sutka prowadzi do zwiększonego wzrostu guza litego i przerzutów do płuc. Makrofagi M2 zwiększały proliferację komórek nowotworowych, angiogenezę, limfangiogenezę i infiltrację monocytów krwi52. Potencjał angiogenny TAM w guzach piersi został dodatkowo potwierdzony w modelach mysich PyMT pozbawionych CSF-1 i wykazujących nadekspresję CSF-153.
Podobnie jak makrofagi rezydentne w fizjologicznym rozwoju sutka wspierają niszę komórek macierzystych sutka54, TAM mogą również promować fenotypy komórek macierzystych raka piersi w komórkach raka piersi u myszy, przyczyniając się w ten sposób do powstawania bardziej inwazyjnych guzów55-57. Znaczenie dla ludzkiego raka piersi może mieć również obserwowana in vitro zdolność TAMs do różnicowania się w komórki przypominające osteoklasty w warunkach naśladujących mikrośrodowisko kostne (np. obecność M-CSF, komórek zrębu pochodzenia kostnego i 1,25-dihydroksywitaminy D3)58. Do tej pory nie wiadomo jednak, czy rzeczywiście dzieje się tak in vivo. Nie jest również jasne, czy makrofagi rezydujące w szpiku kostnym lub krążące w kości monocyty inwazyjne, czy też jedne i drugie podlegają tym zmianom fenotypu pod wpływem działania komórek raka piersi.
CCL2, określane również jako monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), jest wytwarzane przez makrofagi, fibroblasty, komórki śródbłonka i komórki nowotworowe. Badania nad nadekspresją i przeciwciałami neutralizującymi zarówno w modelach raka piersi (komórki ludzkie MDA-MB231 na nagich myszach)59,60 jak i prostaty (komórki ludzkie PC3 na myszach SCID)61 wykazały, że CCL2 pochodzące z komórek nowotworowych, poprzez zwiększanie rekrutacji makrofagów, promuje przerzuty nowotworowe w kościach. Ponadto, rekrutując i aktywując osteoklasty, a więc napędzając „błędne koło”, makrofagi promują liczbę i wzrost przerzutów do kości obu tych typów nowotworów.
Wiadomo, że komórki pochodzące ze szpiku kostnego, zwłaszcza makrofagi, są ważne w rozwoju, wzroście i utrzymaniu prostaty. Na przykład, w badaniach nad regeneracją prostaty modulowaną androgenami, wykazano, że makrofagi są rekrutowane do regenerującej się prostaty przez czynnik stymulujący kolonie makrofagów (M-CSF), czynnik regulujący aktywację normalnych komórek T, ekspresję i sekrecję (RANTES) oraz białko zapalne makrofagów 1α (MIP-1α), wyrażane przez regenerującą się tkankę. Prawidłowe i nieprawidłowe komórki nabłonka gruczołu krokowego lokalnie syntetyzują M-CSF, który rekrutuje i indukuje różnicowanie makrofagów. Wykazano, że liczba makrofagów koreluje z aktywno¶ci± proliferacyjn± komórek nabłonka gruczołu krokowego, przyczyniaj±c się w ten sposób do regeneracji nabłonka gruczołu krokowego. Jest to prawdopodobnie istotne w stanach patologicznych tkanki gruczołu krokowego, takich jak łagodny przerost gruczołu krokowego, proliferacyjny zanik zapalny i rak gruczołu krokowego62. Ponadto niektóre badania wykazały, że niektóre linie komórkowe raka prostaty63 i przerzutowe nowotwory prostaty wykazują wysoką ekspresję M-CSF i wysoką infiltrację TAM64, podczas gdy myszy z niedoborem M-CSF miały niższy poziom makrofagów w prostacie65.
W ortotopowym modelu szczurzego guza prostaty AT-1 wykazano, że TAM promują wzrost guza i naczyń krwionośnych, ponieważ redukcja TAM przez CLO-LIP prowadziła do znacznego zmniejszenia wzrostu guza, angiogenezy i arteriogenezy. Ekspresja czynników angiogennych takich jak angiopoetyna 2, CCL2, czynnik wzrostu fibroblastów 2 (FGF-2), MMP-9, TGF-β, IL-1β była podwyższona w guzach AT-1 in vivo w porównaniu do komórek AT-1 hodowanych in vitro, co sugeruje, że były one produkowane przez zdrowe komórki obecne w masie guza. Przy użyciu immunohistochemii stwierdzono, że MMP-9 i IL-1β ulegają ekspresji tylko w komórkach makrofagopodobnych, potwierdzając w ten sposób proangiogenną aktywność TAM3.
W mysim modelu ludzkiego raka prostaty postulowano, że IL-6, silny chemoatraktant dla monocytów i makrofagów wydzielany przez komórki raka prostaty PC-3, promował agresywność powstałego nowotworu poprzez rekrutację większej ilości TAM do miejsca guza. TNF-α produkowany przez te TAM-y stymulował komórki raka prostaty do produkcji dodatkowej IL-6 zdolnej przyciągnąć więcej makrofagów, podtrzymując w ten sposób błędne koło niezbędne do wzrostu guza i powstawania przerzutów. W tym samym modelu mysim, pozbawienie TAM lub wyciszenie IL-6 w komórkach nowotworowych prowadziło do znacznego zmniejszenia rozmiarów zmian kostnych, rozpadu kości i częstości występowania przerzutów do węzłów chłonnych66. Podobnym i bardziej aktualnym odkryciem dotyczącym IL-6 i raka prostaty było badanie Lee i współpracowników67, którzy wykazali, że nadekspresja BMP-6 w komórkach ludzkiego raka prostaty prowadzi do powstania opornego na kastrację raka prostaty u myszy. Wykazano, że w oporności na kastrację pośredniczy IL-6 wydzielana przez makrofagi naciekające guz. W tym modelu IL-6 aktywowała szlak PI3K prowadząc do podwyższenia ekspresji receptora androgenowego w komórkach raka prostaty67. W przypadku modelu wzrostu przerzutów śródkostnych raka prostaty z komórek PC-3 u myszy nagich i myszy nagich z niedoborem katepsyny K (CTSK) wykazano, że wzrost zmian kostnych jest zależny od katepsyny K (CTSK). Wzrost zmian kostnych był znacząco zredukowany w przypadku braku CTSK pochodzącej od gospodarza. Wykazano również, że głównym źródłem CTSK są makrofagi rezydujące w szpiku kostnym, a nie osteoklasty. Co więcej, zaobserwowano, że obfitość makrofagów była większa w guzach kostnych pochodzących od myszy typu dzikiego i korelowała z przyspieszonym wzrostem guza. Udowodniono również, że poziom CCL2 wzrasta wraz z poziomem CTSK pochodzącej z makrofagów oraz że nadekspresja CTSK koreluje ze wzrostem ekspresji katepsyny B i COX-2 pochodzącej z makrofagów i guza, które to czynniki mają wpływ na osteoklastogenezę i agresywność guza. U myszy z nowotworami pozbawionymi CTSK stwierdzono niższy poziom ekspresji VEGF i upośledzoną angiogenezę. Łącznie wyniki te sugerują, że CTSK pochodzące z makrofagów i osteoklastów przyczyniają się do kolonizacji i wzrostu guzów prostaty w kości68. W badaniu dotyczącym raka prostaty u ludzi wykazano, że próbki kliniczne guzów prostaty rzadko są wolne od TAM64,69. Ponadto wykazano, że interakcja makrofagów z komórkami raka prostaty powoduje oporność na selektywne modulatory receptora androgenowego (SARMs). W tej osi interakcji IL-1β pochodząca z makrofagów powodowała odrzucenie kompleksu corepressora receptora jądrowego od receptora androgenowego, neutralizując w ten sposób działanie SARM69.
Rola TAM w osteosarcoma, pierwotnym nowotworze kości, jest kontrowersyjna lub co najmniej zależna od stadium nowotworu. Podobnie jak osteoklasty, we wczesnych stadiach rozwoju nowotworu makrofagi czynią ze szpiku kostnego środowisko odżywcze dla komórek osteosarcoma, wzmacniając zlokalizowany wzrost guza. Na wczesnych etapach rozwoju osteosarcoma komórki te wydają się faktycznie zapobiegać migracji komórek nowotworowych z dala od kości, zapobiegając w ten sposób przerzutom. Jednak wraz ze wzrostem objętości guza, czynniki wydzielane przez komórki nowotworowe mogą obniżać liczbę i aktywność osteoklastów w zmianie poniżej progu wymaganego do utrzymania niszy osteoklastycznej. W konsekwencji, zamiast dalszego wzrostu guza pierwotnego, wspierana jest inwazja komórek nowotworowych i tworzenie przerzutów. W ten sam sposób, wraz z rosnącą ilością czynników wydzielanych przez nowotwór, makrofagi M1 rezydujące w miejscu pierwotnego guza mogą zostać przechylone w stronę fenotypu M2, co dodatkowo potęguje powstawanie przerzutów. Stosunek makrofagów M1 do M2 może regulować potencjał osteosarcoma do tworzenia przerzutów poprzez zmianę mikrośrodowiska guza na takie, które sprzyja powstawaniu przerzutów, gdy zostanie osiągnięta progowa liczba któregoś z tych fenotypów70. Badanie biopsji ludzkich osteosarcoma high grade przed chemioterapią wykazało, że TAM w tym typie nowotworu są heterogenną populacją makrofagów M1 i M2. Całkowita liczba makrofagów była związana z dobrym przeżyciem, ale polaryzacja M2 nie. Stwierdzono, że 20% genów ulegających nadekspresji u chorych bez przerzutów w ciągu 5 lat od rozpoznania było związanych z makrofagami. Szczególnie CD14 i HLA-DRA (markery M1) były niezależnie związane z przeżyciem wolnym od przerzutów. Korzyść z przeżycia wynikająca z dużej liczby TAM może być częściowo związana z lepszą odpowiedzią na chemioterapię. Uśmiercenie komórek nowotworowych przez chemioterapię powoduje uwolnienie endogennych sygnałów zagrożenia, które wiążą się z receptorami rozpoznawania wzorca w TAM i mogą zmieniać ich polaryzację z M2 na M1, ułatwiając w ten sposób usuwanie umierających komórek nowotworowych i hamując wzrost przerzutowych komórek nowotworowych71. Dodatkowo, rola TAM w angiogenezie i limfangiogenezie została zaproponowana w nowym modelu mysim osteosarcoma, gdzie inhibicja M-CSF, podobnie jak w innych modelach nowotworów (np. piersi), hamując rekrutację makrofagów zmniejszała unaczynienie guza, zmniejszając tym samym wzrost guza i przerzuty72.
.