Macrofagele în formarea metastazelor

S-a demonstrat că macrofagele promovează extravazarea CTC și formarea de micrometastaze tisulare la șoareci39,48. În metastazele tumorale, se poate găsi o populație de macrofage asociate metastazelor (MAM). Într-un studiu care a utilizat un model de șoarece FVB de cancer de sân PyMT cu metastaze pulmonare49 , s-a demonstrat că aceste celule sunt recrutate din monocitele inflamatorii circulante de către celulele tumorale care secretă CCL248. Este demn de remarcat faptul că, prin studii de transfer adoptiv, s-a demonstrat că această populație de monocite preferă locul de metastază mai degrabă decât locul tumorii primare48. Mai mult, un studiu privind expresia genică a TAM invazive izolate in vivo din modelul de șoarece PyMT a arătat că această populație unică de macrofage, diferită fenotipic, este îmbogățită în gene legate de dezvoltarea embrionară și tisulară, sugerând că TAM ar putea recapitula unele funcții trofice de dezvoltare pentru a promova progresia tumorală. O cale foarte îmbogățită și validată a fost calea de semnalizare Wnt, în special Wnt7b, despre care se știe că este suprareglementată în tumorile mamare umane asociate cu boala avansată50.

S-a demonstrat că mediul condiționat de la macrofage umane diferențiate in vitro și polarizate M1 reduce expresia receptorului de estrogen alfa de către linia celulară de cancer de sân MCF-7 prin activarea proteinei kinazei activate de mitogen (MAPK), a kinazei Src c-terminale (c-Src) și a proteinei kinazei C (PKC). S-a demonstrat că acest proces de downreglementare promovează rezistența endocrină a celulelor canceroase mamare, o caracteristică foarte importantă a 30% din tumorile metastatice21. Într-un alt model de șoarece cu cancer de sân, TAM-urile au prezentat o activitate tumoricidă redusă, probabil din cauza scăderii expresiei oxidului de azot sintetizat inductibil (iNOS) și a producției de oxid nitric (NO)51. Un studiu cu cancerul mamar metastatic 4T1 de la șoareci Balb/c stabilit la șoareci cu deficit de CD1 (șoareci lipsiți de celule T natural killer, NKT, care produc IL-13) a arătat că, după îndepărtarea tumorilor primare, șoarecii au supraviețuit pe termen nedefinit, spre deosebire de șoarecii Balb/c de tip sălbatic. Acest avantaj de supraviețuire, în ciuda unei boli metastatice egale în momentul operației, s-a datorat a trei mecanisme de supraveghere imunitară: generarea de macrofage M1 care exprimă iNOS, tumoricide pentru celulele tumorale 4T1; scăderea rapidă a MDSC care suprimă celulele T prin producerea de arginază; și producția de limfocite activate. Șoarecilor CD1-deficienți le lipsesc celulele NKT care produc IL-13, o citokină importantă pentru polarizarea macrofagelor M2. La acești șoareci, supravegherea imunitară eficientă împotriva bolii metastatice stabilite a fost realizată prin macrofage și limfocite M1 tumoricide și un număr redus de celule MDSC după îndepărtarea tumorii mamare primare2. Un alt studiu cu modelul 4T1 ortotopic la șoareci Balb/c imunocompetenți a arătat că coinjectarea celulelor 4T1 și a macrofagelor M2 derivate din măduva osoasă în tampoanele adipoase mamare duce la creșterea crescută a tumorii solide și a metastazelor pulmonare. Macrofagele M2 au crescut proliferarea celulelor canceroase, angiogeneza, limfangiogeneza și infiltrarea monocitelor din sânge52. Potențialul angiogenic al TAM în tumorile mamare a fost confirmat în continuare în modelele de șoareci PyMT cu CSF-1 nul și supraexprimare a CSF-153.

La fel cum macrofagele rezidente în dezvoltarea mamară fiziologică susțin nișa celulelor stem mamare54, TAM ar putea, de asemenea, să promoveze fenotipurile celulelor stem ale cancerului mamar în celulele canceroase mamare murine, contribuind astfel la apariția unor tumori mai invazive55-57. Relevantă pentru cancerul mamar uman ar putea fi, de asemenea, capacitatea observată in vitro a TAM de a se diferenția în celule asemănătoare osteoclastelor în condiții care imită micro-mediul osos (de exemplu, prezența M-CSF, a celulelor stromale derivate din os și a 1,25-dihidroxivitaminei D3)58. Cu toate acestea, până în prezent nu este clar dacă acest lucru se întâmplă cu adevărat in vivo. De asemenea, nu este clar nici dacă macrofagele rezidente din măduva osoasă sau monocitele invadatoare osoase circulante sau ambele sunt supuse acestor modificări fenotipice prin acțiunea celulelor canceroase mamare.

CCL2, desemnată, de asemenea, ca proteină chemoatractivă a monocitelor 1 (MCP-1) este produsă de macrofage, fibroblaste, celule endoteliale și celule canceroase. Studiile de supraexprimare și de neutralizare a anticorpilor, atât în modelele de cancer de sân (celule umane MDA-MB231 în șoareci nude)59,60 , cât și în cele de cancer de prostată (celule umane PC3 în șoareci SCID)61 , au arătat că CCL2 derivată din celulele canceroase, prin creșterea recrutării macrofagelor, promovează metastazarea cancerului în os. Mai mult, prin recrutarea și activarea osteoclastelor, alimentând astfel „cercul vicios”, macrofagele promovează numărul și creșterea metastazelor osoase ale acestor două tipuri de cancer.

Celulele derivate din măduva osoasă, în special macrofagele, sunt cunoscute ca fiind importante în dezvoltarea, creșterea și întreținerea prostatei. De exemplu, într-un studiu privind regenerarea prostatei modulată de androgeni, s-a demonstrat că macrofagele sunt recrutate în prostata în curs de regenerare, prin intermediul factorului de stimulare a coloniilor de macrofage (M-CSF), al factorului Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted (RANTES) și al proteinei inflamatorii macrofage 1α (MIP-1α) exprimate de țesutul în curs de regenerare. Celulele epiteliale normale și anormale ale prostatei sintetizează local M-CSF care recrutează și induce diferențierea macrofagelor. S-a demonstrat că numărul de macrofage este corelat cu activitatea proliferativă a celulelor epiteliale ale prostatei, contribuind astfel la regenerarea epiteliilor prostatei. Acest lucru este posibil să fie relevant în condițiile patologice ale țesutului prostatic, cum ar fi hiperplazia benignă a prostatei, atrofia inflamatorie proliferativă și cancerul de prostată62. Mai mult, unele studii au arătat că unele linii celulare de cancer de prostată63 și cancerele de prostată metastatice prezintă o expresie ridicată a M-CSF și o infiltrare ridicată a TAM64, în timp ce șoarecii cu deficit de M-CSF au avut niveluri mai scăzute de macrofage în prostată65.

Într-un model ortotopic de tumoră de prostată AT-1 de șobolan, s-a demonstrat că TAM-urile promovează creșterea tumorală și vasculară, deoarece reducerea TAM-urilor prin CLO-LIP a condus la o reducere semnificativă a creșterii tumorale, a angiogenezei și a arteriogenezei. S-a constatat că expresia factorilor angiogenici, cum ar fi angiopoietina 2, CCL2, factorul de creștere a fibroblastelor 2 (FGF-2), MMP-9, TGF-β, IL-1β, a fost crescută în tumorile AT-1 in vivo în comparație cu celulele AT-1 cultivate in vitro, sugerând că aceștia au fost produși de celulele sănătoase prezente în masa tumorală. Prin utilizarea imunohistochimiei, s-a constatat că MMP-9 și IL-1β sunt exprimate numai în celulele de tip macrofag, confirmând astfel activitatea pro-angiogenică a TAMs3.

Într-un model de șoarece de cancer de prostată uman, s-a emis ipoteza că IL-6, un puternic chemoattractant pentru monocite și macrofage secretat de celulele canceroase de prostată PC-3, a promovat agresivitatea cancerului format prin recrutarea mai multor TAMs la locul tumorii. TNF-α produs de aceste TAM-uri a stimulat celulele canceroase de prostată să producă IL-6 suplimentară capabilă să atragă mai multe macrofage, menținând astfel ciclul vicios indispensabil pentru creșterea tumorală și metastaze. În același model de șoarece, epuizarea TAM sau reducerea la tăcere a IL-6 în celulele tumorale a dus la o scădere semnificativă a dimensiunii leziunilor osoase, a lizei osoase și a incidenței metastazelor ganglionare limfatice66. O descoperire similară și mai recentă care implică IL-6 și cancerul de prostată a fost studiul realizat de Lee și colegii săi67, care au demonstrat că supraexprimarea BMP-6 în celulele umane de cancer de prostată duce la apariția cancerului de prostată rezistent la castrare la șoareci. S-a demonstrat că rezistența la castrare este mediată de IL-6 secretată de macrofagele infiltrate în tumori. În acest model, IL-6 a activat calea PI3K, ceea ce a dus la creșterea expresiei receptorilor androgenici în celulele cancerului de prostată67. În cazul modelului intratibial cu celule PC-3 de creștere a metastazelor intraosoase ale cancerului de prostată la șoarecii nude și la șoarecii nude cu deficit de catepsină K (CTSK), s-a demonstrat că creșterea leziunii osoase depinde de catepsina K (CTSK). Creșterea leziunii osoase a fost semnificativ redusă în absența CTSK derivată din gazdă. Mai mult, s-a demonstrat că macrofagele rezidente în măduva osoasă, și nu osteoclastele, sunt principalele surse de CTSK. Mai mult, s-a observat că abundența macrofagelor a fost mai mare în tumorile osoase de la șoarecii de tip sălbatic și a fost corelată cu creșterea accelerată a tumorii. S-a dovedit, de asemenea, că nivelurile de CCL2 au crescut odată cu nivelurile de CTSK derivate din macrofage și că supraexprimarea CTSK s-a corelat cu o creștere a expresiei catepsinei B și a COX-2 derivate din macrofage și tumori, ambele implicate în osteoclastogeneză și în agresivitatea tumorală. Șoarecii purtători de tumori cu deficit de CTSK au prezentat niveluri mai scăzute de expresie a VEGF și o angiogeneză afectată. Luate împreună, aceste rezultate sugerează că CTSK derivate din macrofage și osteoclaste contribuie la colonizarea și creșterea tumorilor de prostată în os68. Un studiu privind cancerul de prostată la om a demonstrat că probele clinice de tumori de prostată sunt rareori lipsite de TAM64,69. Mai mult, s-a demonstrat că interacțiunea dintre macrofage și celulele canceroase de prostată determină rezistența la modulatorii selectivi ai receptorilor androgenici (SARM). În această axă de interacțiune, IL-1β derivată din macrofage a cauzat respingerea complexului corepresor al receptorului nuclear de la receptorul de androgeni, neutralizând astfel efectele SARM69.

Rolul TAM-urilor în osteosarcom, un cancer osos primar, este controversat sau cel puțin dependent de stadiul tumorii. În mod similar cu osteoclastele, în stadiile timpurii ale dezvoltării tumorale, macrofagele fac din măduva osoasă un mediu hrănitor pentru celulele osteosarcomului, sporind creșterea localizată a tumorii. În stadiile timpurii de dezvoltare a osteosarcomului, aceste celule par să împiedice de fapt migrarea celulelor tumorale departe de os, prevenind astfel metastazele. Cu toate acestea, pe măsură ce volumul tumorii crește, factorii secretați de celulele canceroase pot scădea numărul și activitatea osteoclastelor din leziune sub pragul necesar pentru a menține nișa osteoclastică. În consecință, invazia celulelor canceroase și formarea de metastaze este susținută în locul creșterii în continuare a tumorii primare. În același mod, odată cu creșterea cantității de factori secretați de tumori, macrofagele M1 rezidente la locul tumorii primare pot fi înclinate spre fenotipul M2, ceea ce potențează și mai mult formarea metastazelor. Raportul dintre macrofagele M1 și M2 poate regla potențialul osteosarcomului de a face metastaze prin schimbarea micro-mediului tumoral într-unul care să permită metastazele odată ce se atinge un număr limită al oricăruia dintre cele două fenotipuri70. Un studiu efectuat pe biopsii umane de osteosarcom de grad înalt înainte de chimioterapie a arătat că TAM-urile din acest tip de cancer sunt o populație eterogenă de macrofage M1 și M2. Numărul total de macrofage a fost asociat cu o supraviețuire bună, dar nu și polarizarea M2. S-a observat că 20% dintre genele supraexprimate la pacienții fără metastaze în termen de 5 ani de la diagnosticare au fost asociate cu macrofagele. În special, CD14 și HLA-DRA (markeri M1) au fost asociate în mod independent cu supraviețuirea fără metastaze. Beneficiul de supraviețuire al numărului mare de TAM ar putea fi parțial datorat unui răspuns mai bun la chimioterapie. Distrugerea celulelor tumorale prin chimioterapie are ca rezultat eliberarea de semnale de pericol endogene care se leagă de receptorii de recunoaștere a tiparelor din TAM și pot devia polarizarea acestora de la M2 la M1, facilitând astfel eliminarea celulelor tumorale muribunde și inhibând creșterea celulelor tumorale metastatice71. În plus, un rol al TAM în angiogeneză și limfangiogeneză a fost propus de un nou model de șoarece cu osteosarcom, în care inhibarea M-CSF, la fel ca în alte modele tumorale (de exemplu, la sân), în timp ce inhiba recrutarea macrofagelor, a scăzut vascularizarea tumorală, reducând astfel creșterea tumorală și metastazele72.

.