Makrofager i metastasebildning
Makrofager har visat sig främja extravasering av CTC och bildning av mikrometastaser i vävnad hos möss39,48. I tumörmetastaser kan man hitta en population av metastasisassocierade makrofager (MAMs). I en studie som använde en FVB-musmodell av lungmetastaserande PyMT-bröstcancer49 visades att dessa celler rekryteras från cirkulerande inflammatoriska monocyter av CCL2-sekretande tumörceller48. Noterbart är att denna monocytpopulation genom adoptiv överföringsstudier visade sig föredra metastaseringsplatsen snarare än den primära tumörplatsen48. Vidare visade en genuttrycksstudie av invasiva TAMs som isolerats in vivo från PyMT-musmodellen att denna unika fenotypiskt annorlunda makrofagpopulation är berikad i gener som är relaterade till embryonal- och vävnadsutveckling, vilket tyder på att TAMs kan återskapa vissa utvecklingstrofiska funktioner för att främja tumörprogression. En av de vägar som anrikades och validerades i hög grad var Wnt-signalvägen, särskilt Wnt7b, som är känd för att vara uppreglerad i humana brösttumörer i samband med avancerad sjukdom50.
Konditionerat medium från in vitro differentierade och M1 polariserade humana makrofager visade sig nedreglera uttrycket av östrogenreceptor alfa hos bröstcancercellinjen MCF-7 via aktivering av mitogen aktiverat proteinkinas (MAPK), c-terminalt Src kinas (c-Src) och proteinkinas C (PKC). Denna nedregleringsprocess har visat sig främja endokrin resistens hos bröstcancerceller, en mycket viktig egenskap hos 30 % av de metastatiska tumörerna21. I en annan musmodell för bröstcancer visade TAMs liten tumördödande aktivitet, troligen på grund av minskat uttryck av inducerbart kväveoxidsyntas (iNOS) och minskad produktion av kväveoxid (NO)51. En studie med 4T1 metastaserande bröstcancer hos Balb/c-möss etablerad i CD1-deficienta möss (möss som saknar natural killer T-celler, NKT, som producerar IL-13) visade att efter avlägsnande av primära tumörer överlevde mössen på obestämd tid, till skillnad från Balb/c-möss av vildtyp. Denna överlevnadsfördel, trots lika stor metastatisk sjukdom vid tidpunkten för operationen, berodde på tre immunövervakningsmekanismer: generering av M1-makrofager som uttrycker iNOS, som är tumördödande för 4T1-tumörceller, snabb minskning av MDSC som undertrycker T-celler genom att producera arginas, och produktion av aktiverade lymfocyter. CD1-defekta möss saknar NKT-celler som producerar IL-13, en cytokin som är viktig för polariseringen av M2-makrofager. Hos dessa möss uppnåddes effektiv immunövervakning mot etablerad metastatisk sjukdom genom tumoricidala M1-makrofager och lymfocyter och minskat antal MDSC-celler efter avlägsnande av den primära brösttumören2. En annan studie med den ortotopiska 4T1-modellen i immunkompetenta Balb/c-möss visade att samtidig injektion av 4T1-celler och M2-makrofager från benmärgen i bröstfettkuddar leder till ökad tillväxt av solida tumörer och lungmetastaser. M2-makrofagerna ökade cancercellsproliferationen, angiogenesen lymphangiogenesen och infiltrationen av blodmonocyter52. TAM:s angiogena potential i brösttumörer bekräftades ytterligare i CSF-1 nollmodeller och CSF-1 överuttryckande PyMT-musmodeller53.
Likt residenta makrofager i fysiologisk bröstutveckling stödjer bröststamcellsnischen54 kan TAM:s också främja bröstcancerstamcellsfenotyper i bröstcancerceller i murina bröstcancerceller och på så sätt bidra till mer invasiva tumörer55-57. Av betydelse för bröstcancer hos människa kan också vara den in vitro observerade förmågan hos TAM att differentiera sig till osteoklastliknande celler under förhållanden som efterliknar benets mikromiljö (t.ex. närvaron av M-CSF, stromaceller som härstammar från benet och 1,25-dihydroxyvitamin D3)58. Hittills är det dock inte klart om detta verkligen sker in vivo. Det är inte heller klart om de residenta benmärgsmakrofagerna eller de cirkulerande beninvaderande monocyterna eller båda utsätts för dessa fenotypförändringar genom bröstcancercellernas inverkan.
CCL2, även betecknat som monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), produceras av makrofager, fibroblaster, endotelceller och cancerceller. Studier av överuttryck och neutraliserande antikroppar både i bröst- (MDA-MB231 mänskliga celler i nakenmöss)59,60 och prostatacancermodeller (PC3 mänskliga celler i SCID-möss)61 har visat att CCL2 som härrör från cancerceller, genom att öka rekryteringen av makrofager, främjar cancermetastasering i ben. Vidare, genom att rekrytera och aktivera osteoklaster och därmed ge bränsle åt den ”onda cirkeln”, främjar makrofagerna antalet och tillväxten av benmetastaser hos båda dessa cancertyper.
Celler som härrör från benmärgen, särskilt makrofager, är kända för att vara viktiga för utveckling, tillväxt och underhåll av prostata. I en studie av androgenmodulerad prostataregenerering visade det sig till exempel att makrofager rekryteras till den regenererande prostatan genom makrofagkolonistimulerande faktor (M-CSF), Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted (RANTES) och makrofaginflammatoriskt protein α (MIP-1α) som uttrycks av den regenererande vävnaden. Normala och onormala epitelceller i prostatan syntetiserar lokalt M-CSF som rekryterar och inducerar differentiering av makrofager. Det visades att antalet makrofager korrelerade med proliferationsaktiviteten hos prostatapitelcellerna och därmed bidrog till regenerationen av prostatapitelcellerna. Detta kan ha betydelse för patologiska tillstånd i prostatavävnaden, t.ex. godartad prostatahyperplasi, proliferativ inflammatorisk atrofi och prostatacancer62. Vidare har vissa studier visat att vissa cellinjer för prostatacancer63 och metastatisk prostatacancer uppvisar ett högt uttryck av M-CSF och hög TAM-infiltration64, medan M-CSF-bristande möss hade lägre makrofagenivåer i prostatan65.
I en ortotopisk AT-1-prostatatumormodell från råtta visades TAM:er främja tumör- och kärltillväxt, eftersom en minskning av TAM:erna med hjälp av CLO-LIP ledde till en signifikant minskning av tumörtillväxt, angiogenes och arteriogenes. Uttrycket av angiogena faktorer som angiopoietin 2, CCL2, fibroblast growth factor 2 (FGF-2), MMP-9, TGF-β, IL-1β visade sig vara uppreglerat i AT-1-tumörer in vivo jämfört med AT-1-celler som odlats in vitro, vilket tyder på att de producerades av friska celler som finns i tumörmassan. Med hjälp av immunohistokemi fann man att MMP-9 och IL-1β endast uttrycktes i makrofagliknande celler, vilket bekräftar TAMs pro-angiogena aktivitet3.
I en musmodell av mänsklig prostatacancer postulerades att IL-6, en stark kemoattraktor för monocyter och makrofager som utsöndras av PC-3-prostatacancerceller, främjade den bildade cancerns aggressivitet genom att rekrytera fler TAMs till tumörplatsen. TNF-α som produceras av dessa TAMs stimulerade prostatacancercellerna att producera ytterligare IL-6 som kunde locka fler makrofager, vilket upprätthöll den onda cirkel som är nödvändig för tumörtillväxt och metastasering. I samma musmodell ledde utarmning av TAM eller tystande av IL-6 i tumörceller till signifikant minskad storlek på benlesioner, benlysning och förekomst av lymfkörtelmetastaser66. Ett liknande och nyare resultat som involverar IL-6 och prostatacancer var studien av Lee och medarbetare67 , som visade att överuttryck av BMP-6 i humana prostatacancerceller leder till uppkomsten av kastrationsresistent prostatacancer hos möss. Kastrationsresistensen visade sig vara medierad av IL-6 som utsöndras av tumörinfiltrerande makrofager. I denna modell aktiverade IL-6 PI3K-vägen vilket ledde till en uppreglering av androgenreceptoruttrycket i prostatacancercellerna67. Med den intratibiella PC-3-cellmodellen för tillväxt av intraosseös metastasering av prostatacancer i nakna möss och nakna möss med catepsin K (CTSK)-brist har det visat sig att tillväxten av benlesioner är beroende av cathepsin K (CTSK). Benskadorna växte betydligt mindre i avsaknad av CTSK som härrör från värden. Vidare har det visats att benmärgsresistenta makrofager, inte osteoklaster, är de viktigaste källorna till CTSK. Dessutom observerades att mängden makrofager var större i bentumörer från vildtypmöss och korrelerade med accelererad tumörtillväxt. Det bevisades också att CCL2-nivåerna ökade med makrofagavledda CTSK-nivåer och att överuttryck av CTSK korrelerade med en ökning av makrofag- och tumöravledda kathepsin B- och COX-2-expressioner, som båda är inblandade i osteoklastogenes och tumöraggressivitet. Tumörbärande CTSK-bristfälliga möss uppvisade lägre nivåer av VEGF-uttryck och försämrad angiogenes. Sammantaget tyder dessa resultat på att CTSK som härrör från makrofager och osteoklaster bidrar till kolonisering och tillväxt av prostatatumörer i ben68. En studie av mänsklig prostatacancer visade att kliniska prostatatumörprover sällan är fria från TAM64,69. Vidare visades att interaktion mellan makrofager och prostatacancerceller orsakar resistens mot selektiva androgenreceptormodulatorer (SARM). I denna interaktionsaxel orsakade makrofagbaserat IL-1β avskedande av kärnreceptorkomplexet corepressor från androgenreceptorn och neutraliserade därmed SARM-effekterna69.
TAMs roll i osteosarkom, en primär bencancer, är kontroversiell eller åtminstone beroende av tumörstadiet. I likhet med osteoklasterna gör makrofagerna i tidiga skeden av tumörutvecklingen benmärgen till en närande miljö för osteosarkomceller, vilket ökar den lokaliserade tumörtillväxten. I tidiga skeden av osteosarkomutvecklingen tycks dessa celler faktiskt förhindra att tumörcellerna vandrar bort från benet och därmed förhindra metastasering. När tumörvolymen ökar kan dock faktorer som utsöndras av cancercellerna sänka antalet osteoklaster och osteoklastaktiviteten i skadan under den tröskel som krävs för att bibehålla den osteoklastiska nischen. Följaktligen stöds cancercellsinvasion och metastasbildning i stället för ytterligare tillväxt av primärtumören. På samma sätt kan de M1-makrofager som finns på platsen för primärtumören med den ökande mängden tumörutsöndrade faktorer bli snedvridna till M2-fenotypen, vilket ytterligare förstärker bildandet av metastaser. Förhållandet mellan M1- och M2-makrofager kan reglera osteosarkoms potential att metastasera genom att förändra tumörens mikromiljö till en miljö som tillåter metastasering när ett tröskelvärde för någon av fenotyperna har uppnåtts70. En studie av humana höggradiga osteosarkombiopsier före kemoterapi visade att TAMs i denna cancertyp är en heterogen population av både M1- och M2-makrofager. Det totala antalet makrofager var förknippat med god överlevnad, men M2-polarisering var det inte. Man såg att 20 % av de gener som överuttrycktes hos patienter utan metastaser inom 5 år efter diagnosen var makrofagassocierade. Särskilt CD14 och HLA-DRA (M1-markörer) var oberoende associerade med metastasfri överlevnad. Överlevnadsfördelen med ett högt antal TAM kan delvis bero på bättre respons på kemoterapi. Tumörcellsdödning genom kemoterapi resulterar i frisättning av endogena farosignaler som binder till mönsterigenkänningsreceptorerna i TAM:s och kan snedvrida deras polarisering från M2 till M1, vilket underlättar rensning av döende tumörceller och hämmar utväxten av metastaserande tumörceller71. Dessutom har TAM:s roll i angiogenes och lymfangiogenes föreslagits i en ny musmodell för osteosarkom, där M-CSF-hämning, liksom i andra tumörmodeller (t.ex. bröst), samtidigt som makrofagrekryteringen hämmades, minskade tumörvaskulariseringen och därmed tumörtillväxten och metastaseringarna72.
.