Μια άποψη από πάνω προς τα κάτω του μικροπεριβάλλοντος του όγκου: δομή, κύτταρα και σηματοδότηση
- 1 Cancer Sciences, Faculty of Medicine, University of Southampton, Southampton, UK
- 2 University Surgery, University of Southampton, Southampton General Hospital, Southampton, UK
- 3 Department of Experimental Therapeutics, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX, Η.Π.Α.
Είναι καλά τεκμηριωμένο ότι το μικροπεριβάλλον του όγκου (TME) συμβάλλει στην εξέλιξη του καρκίνου. Τα στρωματικά κύτταρα μπορούν να χωριστούν σε μεσεγχυματικά, αγγειακά και ανοσοποιητικά. Τα μόρια σηματοδότησης που εκκρίνονται από τον όγκο διαφθείρουν αυτά τα κύτταρα για να δημιουργήσουν «ενεργοποιημένο» στρώμα. Ομοίως, η εξωκυτταρική μήτρα (ECM) συμβάλλει στην ανάπτυξη και διήθηση του όγκου σχηματίζοντας ένα βιολογικά ενεργό ικρίωμα. Σε αυτήν την ανασκόπηση περιγράφουμε τα βασικά δομικά, κυτταρικά και σηματοδοτικά συστατικά του TME με μια προοπτική στους στρωματοδιαλυτούς παράγοντες και τα microRNA (miRNAs).
Εισαγωγή
Η σχέση μεταξύ όγκου και στρώματος είναι συμβιωτική. Τα στρωματικά κύτταρα καταστρέφονται από κακοήθη επιθήλιο, δημιουργώντας ένα επιτρεπτό μικροπεριβάλλον που οδηγεί στην εξέλιξη του καρκίνου (Hill et al., 2005). Σε αντίθεση με τα καρκινικά κύτταρα που μετασχηματίζονται μέσω μιας σειράς γενετικών μεταλλάξεων, τα στρωματικά κύτταρα είναι ως επί το πλείστον γενετικά άθικτα (Boehm et al., 1997; Allinen et al., 2004). Επομένως, η στόχευση αυτού του συστατικού του μικροπεριβάλλοντος του όγκου (TME) θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη θεραπεία του καρκίνου. Υπήρξε μια εκθετική άνοδος στην έρευνα σε αυτό το πεδίο (ανασκόπηση στο Witz, 2009). Ο Πίνακας 1 συνοψίζει τις σημαντικές μελέτες.
Πίνακας 1. Βασικά ευρήματα που έχουν ορίσει το TME .
Υπάρχει μια διαφορά μεταξύ του TME και του στρώματος που θα πρέπει να καθοριστεί από την αρχή. Το στρώμα είναι μια ιστολογική μονάδα που αποτελείται από περιογκικά κύτταρα μέσα σε ένα εξωκυτταρικό ικρίωμα. Το TME είναι ένα λειτουργικό οικοσύστημα όγκου και στρωματικών στοιχείων που αλληλεπιδρούν μέσω μορίων σηματοδότησης (Εικόνα 1). Αυτή η ανασκόπηση παρέχει μια περιγραφή σύνθεσης των συστατικών TME που σχετίζονται με την εξέλιξη του καρκίνου. Επιπλέον, έχουμε παραθέσει τα σήματα που παρέχονται από το στρώμα που επηρεάζουν τα καρκινικά κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των αλληλεπιδράσεων κυττάρου-εξωκυττάριας μήτρας, διαλυτών παραγόντων όπως κυτταρο/χημεοκινών και εξωκυτταρικών κυστιδίων όπως τα εξωσώματα.
Εικόνα 1. Μια όψη από πάνω προς τα κάτω του μικροπεριβάλλοντος του όγκου . Αυτό το σχήμα δίνει μια περίληψη των κυτταρικών και ακυτταρικών συστατικών του μικροπεριβάλλοντος του όγκου και της συμβολής τους στην ογκογένεση. ECM, εξωκυτταρική μήτρα; APC, αντιγονοπαρουσιαστικό κύτταρο. NK, φυσικός δολοφόνος. Treg, ρυθμιστικό Τ κύτταρο; Th, βοηθητικό Τ κύτταρο; CAF, ινοβλαστής που σχετίζεται με τον καρκίνο. MSC, μεσεγχυματικό βλαστοκύτταρο.
Μεσεγχυματικά Κύτταρα
Ινοβλάστες που σχετίζονται με τον καρκίνο
Οι ινοβλάστες που σχετίζονται με τον καρκίνο (CAFs) είναι ο κυρίαρχος κυτταρικός τύπος στο στρώμα, υπεύθυνος για τη δομική αρχιτεκτονική της εξωκυτταρικής μήτρας (ECM; Kalluri and Zeisberg, 2006). Ρυθμίζουν την ECM εκφράζοντας πολλές βασικές πρωτεΐνες όπως η περιοστίνη (Kikuchi et al., 2008) και η τενασκίνη-C (De Wever et al., 2004). Στη φυσιολογική φυσιολογία, οι θετικοί α-SMA ινοβλάστες (μυοϊνοβλάστες) έχουν μια συσταλτική λειτουργία για να κλείνουν μια πληγή. Στο πλαίσιο του καρκίνου, οι μυοϊνοβλάστες παραμένουν επίμονα ενεργοποιημένοι, διευκολύνοντας την εξέλιξη του καρκίνου (Marsh et al., 2013). Οι δεσμοπλαστικοί όγκοι που χαρακτηρίζονται από μια πυκνή στρωματική αντίδραση δεν περιέχουν πάντα μυοϊνοβλάστες (Chang et al., 2011), γεγονός που υποδηλώνει ότι δεν είναι όλοι οι CAF μυοϊνοβλάστες.
Δεν είναι σαφές πώς οι CAF συμβάλλουν στην ογκογένεση, αλλά μελέτες έχουν δείξει νεοπλασματικό μετασχηματισμό παρουσία τους (Hayward et al., 2001). Olumi et al. (1999) έδειξαν ότι όταν τα CAF ανθρώπινου προστάτη συγκαλλιεργήθηκαν με φυσιολογικά επιθηλιακά κύτταρα του προστάτη, διεγείρουν την ταχεία ανάπτυξη του επιθηλίου και άλλαξαν την ιστολογία. Επιπλέον, η προσομοίωση της σηματοδότησης CAF από επιμολυσμένους με Wnt-1 ινοβλάστες προκάλεσε μορφολογικό μετασχηματισμό σε επιθηλιακά κύτταρα του μαστού (Jue et al., 1992). Είναι σημαντικό ότι η έκκριση διαλυτών παραγόντων όπως ο αυξητικός παράγοντας μετασχηματισμού β (TGF-β) και ο αυξητικός παράγοντας ηπατοκυττάρων από τους στρωματικούς ινοβλάστες αποδείχθηκε ότι προκαλεί κακοήθη μετασχηματισμό (Kuperwasser et al., 2004)
Στο πρώιμο καρκίνο, ο ιστός του ξενιστή αναδιαμορφώνεται για να φιλοξενήσει τον αναπτυσσόμενο όγκο. Μικροσκοπικά αυτό χαρακτηρίζεται από αλλαγές στη σύνθεση και ακαμψία του ECM (Bonnans et al., 2014). Για να συμβεί αυτό, το κολλαγόνο διασυνδέεται με άλλα μόρια ECM όπως η ελαστίνη, μια διαδικασία που καταλύεται από την λυσυλοξειδάση (LOX· Erler et al., 2006). Τα CAF παράγουν LOX και κολλαγόνο σε επαρκείς ποσότητες για να διευκολύνουν αυτή τη διαδικασία (Levental et al., 2009). Είναι σημαντικό ότι οι αναστολείς LOX όπως το βήτα-αμινοπροπιονιτρίλιο και η μαγνολόλη μειώνουν συνεργιστικά τη μετανάστευση και την εισβολή των καρκινικών κυττάρων του μαστού MDA231 (Chen et al., 2012).
Τα CAF παίζουν σημαντικό ρόλο στην αγγειογένεση. Όταν ο αυξητικός παράγοντας-2 ινοβλαστών που εκκρίνεται από το CAF (FGF-2) αναστέλλεται, η αγγειογένεση μειώνεται (Pietras et al., 2008). Επιπλέον, το brivanib (ένας διπλός αναστολέας της κινάσης τυροσίνης VEGF/FGF) αναστέλλει αποτελεσματικά την αγγειογένεση σε ένα μοντέλο παγκρεατικού νευροενδοκρινικού όγκου (Allen et al., 2011). Αυτό έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον επειδή η εκλεκτική αναστολή του VEGF μόνο με bevacizumab οδηγεί σε αντοχή στο φάρμακο (Lieu et al., 2013). Η στόχευση στρωματικής και αγγειογενετικής σηματοδότησης σε συνδυασμό με τον καρκίνο μπορεί να αποτελεί μια πιο αποτελεσματική θεραπευτική επιλογή. Είναι σημαντικό ότι οι αγγειογενετικές επιδράσεις των CAF δεν περιορίζονται στο τοπικό τους περιβάλλον. Για παράδειγμα, η έκφραση ινοβλαστών του παράγοντα-1 που προέρχεται από στρωματικά κύτταρα (SDF-1/CXCL12) δρα ως συστηματικό χημειοτακτικό σήμα για τα κυκλοφορούντα ανώριμα ενδοθηλιακά κύτταρα (ECs).
Υπάρχουν αυξανόμενα στοιχεία που υποδηλώνουν ότι τα CAFs επάγουν διεισδυτικότητα και μεταστατική ικανότητα των καρκινικών κυττάρων. Η επιθηλιακή-μεσεγχυματική μετάβαση (EMT) είναι ένα κυτταρικό πρόγραμμα που προκαλεί μετάσταση καρκινικών κυττάρων (ανασκόπηση στο Kalluri και Weinberg, 2009). Τα CAF προωθούν αυτή τη μετάβαση σε πολλαπλούς καρκίνους (Yu et al., 2014; Zhou et al., 2014). Επιπλέον, υπάρχουν στοιχεία που υποδεικνύουν ότι τα CAF καθοδηγούν τα μεταστατικά κύτταρα για να ξεκινήσουν τη δευτερεύουσα θέση για αποικισμό (Xu et al., 2010).
Μεσεγχυματικά Βλαστοκύτταρα
Τα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα (MSCs) ορίζονται από τις ιδιότητες προσκόλλησής τους, την ικανότητά τους να διαφοροποιούνται σε διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους και επιφανειακούς δείκτες (CD73, CD90 και CD105; Dominici et al., 2006). Τουλάχιστον το 20% των CAF προέρχονται από MSCs και η στρατολόγηση εξαρτάται από τους TGF-β και SDF-1 (Quante et al., 2011). Τα CAF εκφράζουν άφθονα αυτά τα χημειοτακτικά σήματα. Επιπλέον, τα καρκινικά κύτταρα μπορούν να προκαλέσουν διαφοροποίηση των MSC σε CAF. Πράγματι, η έκθεση ανθρώπινων MSCs σε ρυθμισμένα μέσα από καρκινικά κύτταρα μαστού MDA231 διέγειρε την έκφραση δεικτών μυοϊνοβλαστών όπως το α-SMA (Mishra et al., 2008).
Ο Weinberg και οι συνεργάτες του επεσήμαναν τη σημασία των MSC για τη μετάσταση του καρκίνου του μαστού. Μόλις στρατολογηθούν στο TME, τα στρωματικά MSCs εκκρίνουν CCL5 (RANTES) και ενισχύουν τη μεταστατική ικανότητα των καρκινικών κυττάρων του μαστού (Karnoub et al., 2007). Ομοίως, τα στρωματικά κύτταρα ανθρώπινου μυελού των οστών HS-5 αύξησαν τον πολλαπλασιασμό, τη μετανάστευση και την εισβολή των ηπατοκυτταρικών καρκινικών κυττάρων Huh7. Αυτά τα λειτουργικά αποτελέσματα μετριάστηκαν με την κατάρριψη του CCL5 (Bai et al., 2014).
Κύτταρα του ανοσοποιητικού
Τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος στο TME μπορεί να έχουν προ- ή κατά του όγκου αποτελέσματα. Η εξέλιξη του όγκου μπορεί να καθυστερήσει ή να ανασταλεί από την ανοσοεπιτήρηση, αλλά οι εγκατεστημένοι όγκοι και οι μεταστάσεις έχουν την ικανότητα να τροποποιούν το TME προκειμένου να διαφύγουν την ανοσία (Vesely et al., 2011). Η ανοσοαπόκριση που παράγεται από τα μακροφάγα Μ1, τα Τ βοηθητικά κύτταρα, τα κυτταροτοξικά Τ κύτταρα, τα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα (APC) και τα κύτταρα φυσικού φονέα (ΝΚ) υποστηρίζει την απόρριψη όγκου. ενώ τα μακροφάγα Μ2, τα ρυθμιστικά Τ κύτταρα και τα Τ βοηθητικά κύτταρα-2 υποστηρίζουν την εξέλιξη του όγκου (Verbeke et al., 2011).
Μακροφάγα
Τα μακροφάγα είναι φαγοκυτταρικά κύτταρα που παίζουν κρίσιμο ρόλο στην έμφυτη και προσαρμοστική ανοσία. Ταξινομούνται σε προφλεγμονώδεις υποτύπους Μ1 και αντιφλεγμονώδεις Μ2. Τα μακροφάγα Μ1 συμμετέχουν στην ανοσοεπιτήρηση. Μέσω της απελευθέρωσης προφλεγμονωδών κυτοκινών όπως η ιντερλευκίνη-1 και ο παράγοντας άλφα νέκρωσης όγκου (TNF-α), αναστέλλουν την εξέλιξη του όγκου (Noy and Pollard, 2014). Αντίθετα, τα μακροφάγα Μ2 απελευθερώνουν ανοσοκατασταλτικές κυτοκίνες όπως η ιντερλευκίνη-10 και επιτρέπουν την εξέλιξη του όγκου (Mantovani et al., 2002; Solinas et al., 2009). Ως εκ τούτου ονομάζονται μακροφάγα που σχετίζονται με όγκους (TAMs). Τα TAMs έχει αποδειχθεί ότι διευκολύνουν την ογκογένεση και την εξέλιξη του όγκου σε καρκινώματα του παχέος εντέρου (Liu et al., 2011a) και των νεφρικών κυττάρων (Daurkin et al., 2011), αντίστοιχα. Οι επιδράσεις των ΤΑΜ δεν περιορίζονται στη διαμόρφωση του ανοσοποιητικού συστήματος. Στο μελάνωμα, Τα ΤΑΜ προάγουν την ενδοθηλιακή στρατολόγηση και την αγγειογένεση μέσω της απελευθέρωσης αδρενομεδουλλίνης (Chen et al., 2011). Σε μια άλλη μελέτη, τα TAMs ενίσχυσαν άμεσα τη διεισδυτικότητα των καρκινικών κυττάρων του μαστού SKBR3 εξάγοντας ένα συγκεκριμένο microRNA (miR-223) σε εξωκυτταρικά κυστίδια (Yang et al., 2011).
Τ-λεμφοκύτταρα
Τα κυτταροτοξικά Τ κύτταρα CD8 προκαλούν διακοπή της ανάπτυξης, νέκρωση και απόπτωση σε καρκινικά κύτταρα με την απελευθέρωση διαφόρων κυτοκινών συμπεριλαμβανομένης της ιντερφερόνης γάμμα (IFN-γ; Matsushita et al., 2015). Τα υπολειμματικά πρωτεϊνικά συστατικά των αποπτωτικών κυττάρων στη συνέχεια φαγοκυτταρώνονται από APC και εκτίθενται σε λεμφοκύτταρα ωρίμανσης σε λεμφοειδή όργανα (Chiang et al., 2015). Αυτό ενισχύει την καταστολή του όγκου. Αντίθετα, τα ρυθμιστικά Τ κύτταρα (Tregs) προάγουν την ανοσολογική ανοχή εκφράζοντας ένα προφίλ κυτοκίνης που εξασθενεί τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων CD8 , αναστέλλει τα APC και τα μακροφάγα και μειώνει τη λυτική δραστηριότητα των ΝΚ κυττάρων (Facciabene et al., 2012). Αυτό ενισχύει την εξέλιξη του όγκου. Πράγματι, οι Tregs έχουν βρεθεί σε υψηλότερους αριθμούς σε διάφορους καρκίνους όπως του ήπατος (Gao et al., 2007) και του μαστού (Bates et al., 2006). Θεωρητικά, θεραπείες που αυξάνουν την αναλογία των κυττάρων CD8 σε Tregs μπορεί να μετριάσουν την εξέλιξη του όγκου. Για παράδειγμα, η λεμφική εξάντληση ακολουθούμενη από αυτόλογη μετάγγιση κυττάρων CD8 που διεισδύουν στον όγκο σε ασθενείς με μεταστατικό μελάνωμα προκάλεσε κλινική και ακτινολογική υποχώρηση των μεταστάσεων σε 18 από 35 ανθρώπους (Dudley et al., 2005). Πιο πρόσφατα, το αντι-CD25 μονοκλωνικό αντίσωμα daclizumab έχει αποδειχθεί ότι καταστέλλει το Tregs και ενισχύει την αντικαρκινική απόκριση (Ohmura et al., 2008). Σε μια άλλη μελέτη, το daclizumab εξάντλησε τα Tregs υψηλά σε CD25 και επέτρεψε μια ενισχυμένη απόκριση CD4/CD8 με τη μεσολάβηση IFN-γ σε ασθενείς με μεταστατικό καρκίνο του μαστού (Rech et al., 2012). Η λεμφική εξάντληση ακολουθούμενη από αυτόλογη μετάγγιση κυττάρων CD8 που διεισδύουν στον όγκο σε ασθενείς με μεταστατικό μελάνωμα προκάλεσε κλινική και ακτινολογική υποχώρηση των μεταστάσεων σε 18 από 35 ανθρώπους (Dudley et al., 2005). Πιο πρόσφατα, το αντι-CD25 μονοκλωνικό αντίσωμα daclizumab έχει αποδειχθεί ότι καταστέλλει το Tregs και ενισχύει την αντικαρκινική απόκριση (Ohmura et al., 2008). Σε μια άλλη μελέτη, το daclizumab εξάντλησε τα Tregs υψηλά σε CD25 και επέτρεψε μια ενισχυμένη απόκριση CD4/CD8 με τη μεσολάβηση IFN-γ σε ασθενείς με μεταστατικό καρκίνο του μαστού (Rech et al., 2012). Η λεμφική εξάντληση ακολουθούμενη από αυτόλογη μετάγγιση κυττάρων CD8 που διεισδύουν στον όγκο σε ασθενείς με μεταστατικό μελάνωμα προκάλεσε κλινική και ακτινολογική υποχώρηση των μεταστάσεων σε 18 από 35 ανθρώπους (Dudley et al., 2005). Πιο πρόσφατα, το αντι-CD25 μονοκλωνικό αντίσωμα daclizumab έχει αποδειχθεί ότι καταστέλλει το Tregs και ενισχύει την αντικαρκινική απόκριση (Ohmura et al., 2008). Σε μια άλλη μελέτη, το daclizumab εξάντλησε τα Tregs υψηλά σε CD25 και επέτρεψε μια ενισχυμένη απόκριση CD4/CD8 με τη μεσολάβηση IFN-γ σε ασθενείς με μεταστατικό καρκίνο του μαστού (Rech et al., 2012).
Υπάρχουν πολλές κατηγορίες CD4 βοηθητικών Τ (Th) κυττάρων αλλά τα Th1 και Th2 είναι λειτουργικά εμφανή στην εξέλιξη του καρκίνου (Knutson and Disis, 2005). Τα κύτταρα Th1 είναι απαραίτητα για την ενεργοποίηση και την επιμονή των κυττάρων CD8 . Πράγματι, η ενδοφλέβια έγχυση αντιγονοειδικών κυττάρων Th1 προκάλεσε υποχώρηση όγκου με τη μεσολάβηση CD8 σε μοντέλο ινοσαρκώματος (Surman et al., 2000). Ο ρόλος των κυττάρων Th2 είναι λιγότερο σαφής, αλλά σε ασθενείς με νεφρικό καρκίνωμα και μελάνωμα, τα κυκλοφορούντα κύτταρα CD4 εμφανίζουν Th2-πολωμένες (IL-5) αποκρίσεις στους επιτόπους MAGE-6 στην ενεργό νόσο και Th1-πολωμένες (IFN-γ) αποκρίσεις σε ύφεση (Tatsumi et al., 2002). Ομοίως, τα κύτταρα CD4 από ασθενείς με νεφρικό καρκίνωμα σταδίου Ι έδειξαν κυρίως Th1-πολωμένες αποκρίσεις στο EphA2, ενώ τα κύτταρα CD4 από μεταγενέστερα στάδια έδειξαν προοδευτικά πιο πολωμένες Th2 αποκρίσεις (Tatsumi et al., 2003).
Κύτταρα που παρουσιάζουν αντιγόνο
Τα APC επεξεργάζονται και εμφανίζουν αντιγόνα με πρωτεΐνες MHC σε παρθένα Τ κύτταρα. Τα κύτταρα που εκφράζουν MHC I διεγείρουν τα κύτταρα CD8 ενώ τα κύτταρα που εκφράζουν MHC II διεγείρουν τα κύτταρα CD4 . Γενικά, τα APC ταξινομούνται σε επαγγελματικά και μη επαγγελματικά κύτταρα. Τα πιο σημαντικά επαγγελματικά APC είναι τα δενδριτικά κύτταρα (DC). Οι ινοβλάστες είναι ένα παράδειγμα μη επαγγελματικών APC που δεν εκφράζουν συστατικά το MHC II αλλά μπορούν να διεγείρουν τα Τ-κύτταρα εκφράζοντας την IFN-γ (Sprent, 1995).
Τα APC από το ΤΜΕ του καρκινώματος του παχέος εντέρου αρουραίου δεν διέγειραν κύτταρα CD8 καθώς και μη καρκινικά APC (Chaux et al., 1997). Αυτό αποδόθηκε στην έλλειψη συν-διεγερτικού παράγοντα Β7, υποδηλώνοντας ότι τα καρκινικά κύτταρα καθιστούν τα APC λειτουργικά ανεπαρκή. Οι ανθρώπινες κυτταρικές σειρές καρκίνου του νεφρού και του παγκρέατος εκφράζουν την ιντερλευκίνη-6 και τον διεγερτικό παράγοντα αποικίας μακροφάγων, οι οποίοι μεταβάλλουν τη διαφοροποίηση των APCs από CD34 σε CD14 προγονικά. Τα κύτταρα CD14 εκφράζουν λίγο MHC II και δεν μπορούν να προκαλέσουν σημαντική ανοσοαπόκριση, στερώντας έτσι τη λειτουργία APC και επιτρέποντας τη διαφυγή του όγκου (Menetrier-Caux et al., 1998; Bharadwaj et al., 2007). Επιπλέον, παρουσία κακοήθων κυττάρων, οι πρόγονοι APC διαφοροποιούνται σε ανώριμους καταστολείς προερχόμενους από μυελοειδή (Almand et al., 2001) και TAMs (Cortez-Retamozo et al., 2012), τα οποία είναι και τα δύο ανοσοκατασταλτικά.
Φυσικά Φονικά Κύτταρα
Τα κύτταρα ΝΚ είναι έμφυτα ανοσοκύτταρα τα οποία είναι σημαντικά για την ανάσχεση της εξέλιξης του όγκου (Eguizabal et al., 2014). Τα κύτταρα ΝΚ καταστρέφουν κύτταρα όγκου σε ζωικά μοντέλα αρκετών ανθρώπινων καρκίνων (ανασκόπηση στο Schiavoni et al., 2013) ανιχνεύοντας αλλαγές στην κυτταρική επιφάνεια όπως το μειωμένο MHC I (Karre et al., 1986). Σε ένα ανοσοεπαρκές περιβάλλον, τα κύτταρα ΝΚ επιλέγουν τα APC που δεν εκφράζουν επαρκώς το MHC I, διατηρώντας έτσι μια δεξαμενή APC που είναι καλύτερα εξοπλισμένα για να παρουσιάζουν ξένα αντιγόνα (Moretta, 2002). Ωστόσο, η μεσολαβούμενη από ΝΚ ανοσία μειώνεται στο TME από κυτοκίνες που εκκρίνονται από όγκους όπως ο TGF-β (Wilson et al., 2011). Τα κύτταρα ΝΚ που απομονώθηκαν από τριπλούς αρνητικούς καρκίνους του μαστού εμφάνισαν λιγότερη κυτταροτοξικότητα που προκαλείται από αντισώματα, ένα φαινόμενο που μπορεί να αντιστραφεί με την προσθήκη του προφλεγμονώδους συμπλόκου IL-2/IL-15 (Roberti et al., 2012). Σε αντίθεση με αυτό, Η ανάλυση μικροσυστοιχίας ενδοογκικών ΝΚ κυττάρων από ασθενείς με μη μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα έδειξε αύξηση της ρύθμισης των προ-κυτταροτοξικών γονιδίων (NKp44, granzyme-A και -B) σε σύγκριση με τα εξωογκικά ΝΚ κύτταρα (Gillard-Bocquet et al., 2013) . Για να το εξηγήσουν αυτό, οι συγγραφείς προτείνουν ότι τα κύτταρα ΝΚ ενεργοποιούνται αλλά λειτουργικά εξαντλούνται στο πλαίσιο του όγκου. Έτσι, η δραστηριότητα, και όχι η παρουσία, των ΝΚ κυττάρων υποδηλώνει καλή πρόγνωση σε ασθενείς με καρκίνο.
Αγγειοποίηση
Το στρωματικό αγγείο αποτελείται από ένα τριχοειδές δίκτυο ECs που περιβάλλεται από περικύτταρα που παρέχουν δομική και φυσιολογική υποστήριξη. Είναι καλά τεκμηριωμένο ότι η υποξία περιορίζει την εξέλιξη του όγκου και ότι αυτό οδηγεί την αγγειογένεση (Folkman, 1971). Η παθοφυσιολογία της αγγειογένεσης έχει ανασκοπηθεί εκτενώς αλλού (Otrock et al., 2007).
Ενδοθηλιακά Κύτταρα
Τα EC στο TME είναι μικροσκοπικά διαφορετικά από τα κανονικά EC. Δεν διαθέτουν κάλυμμα περικυττάρου, έχουν στενές διασταυρώσεις και παρουσιάζουν βλάστηση (Carmeliet and Jain, 2011). Η υποξία του στρωματικού ιστού πυροδοτεί την απελευθέρωση του VEGF από τα περικύτταρα, ενεργοποιώντας τους υποδοχείς VEGF-2 σε γειτονικά ECs. Αυτά τα EC γίνονται κύτταρα «άκρου» και μεταναστεύουν προς τον υποξικό ιστό που έχει την υψηλότερη συγκέντρωση VEGF. Τα EC που υστερούν πίσω από το «άκρο» συνδέονται μεταξύ τους μέσω συμπλεγμάτων επιφανειακής ρίζας-υποδοχέα, επιβραδύνοντας τη δική τους μετανάστευση και επιτρέποντας στην αλυσίδα των EC να επιμηκυνθεί ή να φυτρώσει (Gerhardt et al., 2003). Σε μειωμένη συγκέντρωση οξυγόνου, η έκφραση των επαγόμενων από υποξία μεταγραφικών παραγόντων (HIF) -1 και -2 από τα ECs ρυθμίζεται προς τα πάνω (Wong et al., 2013). Το HIF-1 σχετίζεται με αυξημένο πολλαπλασιασμό και μετανάστευση των ECs (Tang et al., 2004), ενώ το HIF-2 προάγει την ωρίμανση και την ηρεμία της ΕΚ (Skuli et al., 2009). Η διαγραφή τόσο του HIF-1 όσο και του -2 καταστέλλει την εισβολή του πρωτοπαθούς όγκου, αλλά ενώ η διαγραφή του HIF-1 μειώνει τη μετάσταση, η διαγραφή του HIF-2 την αυξάνει (Branco-Price et al., 2012). Τα στοιχεία υποδεικνύουν ότι η τροποποίηση των HIF και τα κατάντη αποτελέσματά τους μπορεί κάλλιστα να είναι μια θεραπευτική επιλογή παράλληλα με τις καθιερωμένες θεραπείες anti-VEGF.
Εξωκυτταρική μήτρα
Το ECM αποτελεί το κυτταρικό ικρίωμα του ΤΜΕ παρέχοντας δομική υποστήριξη τόσο στο επιθήλιο του όγκου όσο και στα στρωματικά κύτταρα. Το ECM παράγεται από τύπους μεσεγχυματικών κυττάρων συμπεριλαμβανομένων των ινοβλαστών, των χονδροκυττάρων και των οστεοβλαστών και αποτελείται από διάφορα συστατικά συμπεριλαμβανομένων κολλαγόνων, γαλακτινών, πρωτεογλυκανών και γλυκοπρωτεϊνών (Denys et al., 2009). Η ECM έχει την ικανότητα να εκκινεί και να διοχετεύει καταρράκτες σηματοδότησης εντός του TME (Hynes, 2009) και μέσω αμφίδρομης αλληλεπίδρασης με κακοήθη κύτταρα, επηρεάζοντας την εξέλιξη του όγκου και τη μετάσταση (Murphy et al., 1992· Sadej et al., 2008). Επιπλέον, οι εμβιομηχανικές του ιδιότητες καθορίζουν σε ένα βαθμό τη δυναμική του κύκλου εργασιών της ECM, επηρεάζοντας έτσι την ικανότητα των κακοήθων κυττάρων να εισβάλλουν (Egeblad et al., 2010). Εξίσου, Το ECM μπορεί να παρέχει μια θέση «καρκινικών βλαστοκυττάρων» και εμπλέκεται σε μονοπάτια αγγειογένεσης και φλεγμονής που συμβάλλουν σε μια προ-μεταστατική ΤΜΕ. (Κριτική από Lu et al., 2012). Στην επόμενη ενότητα θα επισημάνουμε τα βασικά συστατικά του ECM, τους ρόλους τους κατά την εξέλιξη της νόσου και την κλινική τους σημασία στον καρκίνο.
Το κολλαγόνο τύπου IV είναι το κύριο συστατικό της βασικής μεμβράνης (Mariyama et al., 1992) και πιθανώς η πιο σημαντική πρωτεΐνη στο ECM, που διαχωρίζει το επιθήλιο από το στρώμα. Σε δεσμοπλαστικούς όγκους όπως το παγκρεατικό καρκίνωμα, το κολλαγόνο τύπου IV, όπως και άλλες πρωτεΐνες ECM, συνδέεται με υποδοχείς ιντεγκρίνης στα καρκινικά κύτταρα, προάγοντας την επιβίωσή τους (Ohlund et al., 2013). Η γαλεκτίνη-1 είναι μια πρωτεΐνη που δεσμεύει υδατάνθρακες με πολλές σημαντικές επιδράσεις στα καρκινικά κύτταρα και συγκεκριμένα: προσκόλληση στο ECM, αυξημένη μετανάστευση και στρωματική ανοσοκαταστολή (Rabinovich, 2005). Οι πρωτεογλυκάνες όπως η θειική ηπαράνη διατηρούν τις φυσικές συνδέσεις μεταξύ διαφορετικών συστατικών ECM (Vlodavsky and Friedmann, 2001). Πράγματι, οι όγκοι των σιελογόνων αδένων που εκφράζουν περισσότερη ηπαρανάση σχετίζονται με φτωχότερη επιβίωση (Ben-Izhak et al., 2006). Οι γλυκοπρωτεΐνες όπως η φιμπρονεκτίνη και η λαμινίνη-1 είναι συνδέτες για τις β-ιντεγκρίνες, κυτταρικές πρωτεΐνες που μεσολαβούν στη σηματοδότηση κυττάρων-ECM (Hynes, 2002). Η έκφραση ECM της φιμπρονεκτίνης και της λαμινίνης-1 συσχετίζεται με κακά προγνωστικά χαρακτηριστικά στον καρκίνο του μαστού (Ioachim et al., 2002). Σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο καρκίνου του μαστού, η αναστολή της δέσμευσης φιμπρονεκτίνης/α5β 1-ιντεγκρίνης προκάλεσε απόπτωση και μεγαλύτερη ραδιοευαισθησία (Nam et al., 2010).
Τα βασικά ένζυμα που ρυθμίζουν τον κύκλο εργασιών της ECM είναι οι μεταλλοπρωτεϊνάσες μήτρας (MMPs) και οι ιστικοί αναστολείς των μεταλλοπρωτεϊνασών (TIMPs). Οι MMPs είναι ενδοπεπτιδάσες εξαρτώμενες από ψευδάργυρο, ικανές να αποικοδομούν σχεδόν όλες τις πρωτεΐνες ECM. Η αυξημένη έκφραση MMP σχετίζεται με τους περισσότερους όγκους (McCawley and Matrisian, 2000). Παραδοσιακά, πιστευόταν ότι τα καρκινικά κύτταρα εκκρίνουν MMPs προκειμένου να αφομοιώσουν το ECM και να επιτρέψουν την εισβολή (Recklies et al., 1980). Τώρα γνωρίζουμε ότι τα MMPs εκκρίνονται τόσο από κύτταρα όγκου όσο και από στρωματικά κύτταρα και είναι σημαντικά σε άλλες πτυχές της εξέλιξης του καρκίνου όπως η αγγειογένεση (Gonzalez-Villasana et al., 2015) και η μετάσταση (Che et al., 2015). Τα TIMP ρυθμίζουν αρνητικά τη δραστηριότητα MMP. Το TIMP-3 είναι πιο συγκεκριμένο για το ECM (Gu et al., 2014). Όταν οι κυτταρικές γραμμές καρκίνου του μαστού και οφθαλμικού μελανώματος επιμολύνθηκαν με TIMP-3 και εγχύθηκαν σε γυμνά ποντίκια, Η ανάπτυξη του όγκου μειώθηκε σημαντικά (Anand-Apte et al., 1996). Η μεθυλίωση του προαγωγέα γονιδίου TIMP-3 είναι ο μηχανισμός με τον οποίο το TIMP-3 αδρανοποιείται στον καρκίνο (Gu et al., 2008). Τα TIMP δεν είναι απλώς αναστολείς MMP. Το TIMP-3 για παράδειγμα, αποτρέπει τη δέσμευση του VEGF στον υποδοχέα VEGF-2, αναστέλλοντας έτσι την αγγειογένεση (Qi et al., 2003).
Νέοι παίκτες στην αλληλεπίδραση στρώματος-καρκινικού κυττάρου: MicroRNA
Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει προφανές ότι η αλληλεπίδραση του όγκου του στρώματος δεν αποτελείται απλώς από παρακρινή σηματοδότηση διαλυτών παραγόντων και προσκόλληση κυττάρου-μήτρας. Μικρά κυστίδια που συνδέονται με τη μεμβράνη των λιπιδίων, συγκεκριμένα τα εξωσώματα, εκκρίνονται τόσο από καρκινικά όσο και από στρωματικά κύτταρα και επηρεάζουν την έκφραση γονιδίων των κυττάρων στη γύρω περιοχή (Valadi et al., 2007). Αυτά τα κυστίδια παραδίδουν το φορτίο RNA και πρωτεΐνης τους και αλλάζουν την έκφραση γονιδίων στα κύτταρα λήπτες. Μεταξύ του φορτίου τους, τα miRNA ξεχωρίζουν ως σημαντικοί παίκτες επειδή είναι σχετικά σταθερά σε σύγκριση με το mRNA και τις πρωτεΐνες και επομένως μπορούν να συσσωρευτούν σε ένα επίπεδο που μπορεί να ασκήσει σταθερή βιολογική επίδραση (Valadi et al., 2007). Τα MiRNA είναι μη κωδικοποιητικά RNA που έχουν μήκος περίπου 20 νουκλεοτίδια. Υποβάλλονται σε ενζυμική ενεργοποίηση στο κυτταρόπλασμα, όπου συνδέονται με το 3′ αμετάφραστη περιοχή κωδικοποίησης mRNA για την πρόληψη της μετάφρασης πρωτεϊνών (ανασκόπηση στο Mirnezami et al., 2009). Τα MiRNA ρυθμίζουν μια ποικιλία κυτταρικών διεργασιών όπως ο πολλαπλασιασμός, η διαφοροποίηση και η απόπτωση (Esquela-Kerscher και Slack, 2006). Τα ανώμαλα miRNA αποτυγχάνουν να ρυθμίσουν σωστά αυτές τις διαδικασίες, οδηγώντας σε κακοήθη μετασχηματισμό (Calin et al., 2002). Η συσχέτιση μεταξύ ορισμένων υπογραφών miRNA και ορισμένων καρκίνων (Grange et al., 2014; Wang et al., 2014), έχει τροφοδοτήσει μεγάλο ενδιαφέρον για τα miRNAs ως διαγνωστικούς και προγνωστικούς καρκινικούς δείκτες. Επιπλέον, τα στρωματικά εξωσώματα αποδείχθηκε ότι επάγουν συμπεριφορά καρκινικών κυττάρων με μεταφορά RNA (Boelens et al., 2014). Παρακάτω συζητάμε τρία σημαντικά στρωματικά miRNA που μπορούν να παίξουν ρόλο στην εξέλιξη του καρκίνου με διαφορετικούς μηχανισμούς. Τα MiRNA ρυθμίζουν μια ποικιλία κυτταρικών διεργασιών όπως ο πολλαπλασιασμός, η διαφοροποίηση και η απόπτωση (Esquela-Kerscher και Slack, 2006). Τα ανώμαλα miRNA αποτυγχάνουν να ρυθμίσουν σωστά αυτές τις διαδικασίες, οδηγώντας σε κακοήθη μετασχηματισμό (Calin et al., 2002). Η συσχέτιση μεταξύ ορισμένων υπογραφών miRNA και ορισμένων καρκίνων (Grange et al., 2014; Wang et al., 2014), έχει τροφοδοτήσει μεγάλο ενδιαφέρον για τα miRNAs ως διαγνωστικούς και προγνωστικούς καρκινικούς δείκτες. Επιπλέον, τα στρωματικά εξωσώματα αποδείχθηκε ότι επάγουν συμπεριφορά καρκινικών κυττάρων με μεταφορά RNA (Boelens et al., 2014). Παρακάτω συζητάμε τρία σημαντικά στρωματικά miRNA που μπορούν να παίξουν ρόλο στην εξέλιξη του καρκίνου με διαφορετικούς μηχανισμούς. Τα MiRNA ρυθμίζουν μια ποικιλία κυτταρικών διεργασιών όπως ο πολλαπλασιασμός, η διαφοροποίηση και η απόπτωση (Esquela-Kerscher και Slack, 2006). Τα ανώμαλα miRNA αποτυγχάνουν να ρυθμίσουν σωστά αυτές τις διαδικασίες, οδηγώντας σε κακοήθη μετασχηματισμό (Calin et al., 2002). Η συσχέτιση μεταξύ ορισμένων υπογραφών miRNA και ορισμένων καρκίνων (Grange et al., 2014; Wang et al., 2014), έχει τροφοδοτήσει μεγάλο ενδιαφέρον για τα miRNAs ως διαγνωστικούς και προγνωστικούς καρκινικούς δείκτες. Επιπλέον, τα στρωματικά εξωσώματα αποδείχθηκε ότι επάγουν συμπεριφορά καρκινικών κυττάρων με μεταφορά RNA (Boelens et al., 2014). Παρακάτω συζητάμε τρία σημαντικά στρωματικά miRNA που μπορούν να παίξουν ρόλο στην εξέλιξη του καρκίνου με διαφορετικούς μηχανισμούς. που οδηγεί σε κακοήθη μεταμόρφωση (Calin et al., 2002). Η συσχέτιση μεταξύ ορισμένων υπογραφών miRNA και ορισμένων καρκίνων (Grange et al., 2014; Wang et al., 2014), έχει τροφοδοτήσει μεγάλο ενδιαφέρον για τα miRNAs ως διαγνωστικούς και προγνωστικούς καρκινικούς δείκτες. Επιπλέον, τα στρωματικά εξωσώματα αποδείχθηκε ότι επάγουν συμπεριφορά καρκινικών κυττάρων με μεταφορά RNA (Boelens et al., 2014). Παρακάτω συζητάμε τρία σημαντικά στρωματικά miRNA που μπορούν να παίξουν ρόλο στην εξέλιξη του καρκίνου με διαφορετικούς μηχανισμούς. που οδηγεί σε κακοήθη μεταμόρφωση (Calin et al., 2002). Η συσχέτιση μεταξύ ορισμένων υπογραφών miRNA και ορισμένων καρκίνων (Grange et al., 2014; Wang et al., 2014), έχει τροφοδοτήσει μεγάλο ενδιαφέρον για τα miRNAs ως διαγνωστικούς και προγνωστικούς καρκινικούς δείκτες. Επιπλέον, τα στρωματικά εξωσώματα αποδείχθηκε ότι επάγουν συμπεριφορά καρκινικών κυττάρων με μεταφορά RNA (Boelens et al., 2014). Παρακάτω συζητάμε τρία σημαντικά στρωματικά miRNA που μπορούν να παίξουν ρόλο στην εξέλιξη του καρκίνου με διαφορετικούς μηχανισμούς.
Το MiR-21 είναι ονκομίρ και σχετίζεται με επιθετικό καρκίνο του παχέος εντέρου (CRC; Liu et al., 2011b). Είναι σημαντικό ότι πρόσφατα άρθρα απέδειξαν σθεναρά ότι τα ίδια τα κύτταρα CRC δεν εκφράζουν το miR-21. παράγεται από στρωματικούς ινοβλάστες (Nielsen et al., 2011; Bullock et al., 2013). Είναι πολύ πιθανό ότι το στρωματικό mir-21 μεταφέρεται στα κύτταρα CRC από εξωσώματα. Το MiR-21 στοχεύει άμεσα την ογκοκατασταλτική πρωτεΐνη PDCD4 και προστατεύει τα καρκινικά κύτταρα από την απόπτωση (Asangani et al., 2008). Ένας δευτερεύων στόχος miR-21 είναι πρωτεΐνη πλούσια σε κυστεΐνη που προκαλεί αναστροφή με μοτίβα Kazal (RECK; Gabriely et al., 2008; Reis et al., 2012). Το RECK είναι ένας αναστολέας MMP που αποτρέπει την υποβάθμιση της ECM. Οι επιμολυσμένοι με MiR-21 ινοβλάστες εκφράζουν λιγότερο RECK και περισσότερη MMP-2, επιτρέποντας μεγαλύτερη εισβολή από κύτταρα CRC (Bullock et al., 2013).
Οι Bronisz et al. (2012) όρισε έναν άξονα μεταξύ της ογκοκατασταλτικής πρωτεΐνης PTEN, miR-320 και του ογκογόνου μεταγραφικού παράγοντα ETS2. Όταν το γονίδιο PTEN αφαιρέθηκε επιλεκτικά από μαστικούς ινοβλάστες ποντικού, η έκφραση miR-320 μειώθηκε και η έκφραση ETS2 αυξήθηκε. Αυτό οδήγησε στην ενεργοποίηση ενός ογκογόνου εκκρίματος από στρωματικούς ινοβλάστες, υπεύθυνους για την προώθηση της αγγειογένεσης και της εισβολής του όγκου. Για να επιβεβαιωθεί αυτό, η ανάλυση μικροσυστοιχιών 126 καρκινωμάτων ανθρώπινου μαστού έδειξε σημαντική αντίστροφη συσχέτιση μεταξύ του miR-320 και του ETS2. Έτσι ένα στρωματικό microRNA μπορεί να προκαλέσει ένα προογκογονικό/φλεγμονώδες έκκριμα για να συμβάλει στην εξέλιξη του καρκίνου.
Υπάρχει ένας σημαντικός στρωματικός τόπος miRNA (οικογένεια miR-212/132) που ρυθμίζει τη φυσιολογική ανάπτυξη του μαστού (Ucar et al., 2010). Όταν το miR-212/132 διαγράφεται, το MMP-9 αυξάνεται και η εναπόθεση κολλαγόνου γύρω από τους μαστικούς πόρους αλλάζει. Αυτό αντιστοιχεί στην ενεργοποίηση του TGF-β περιπόρων, που οδηγεί σε μη φυσιολογικές εκβολές του πόρου. Θα έχει μεγάλο ενδιαφέρον να μελετηθεί εάν το miR-212/132 απορυθμίζεται στο στρώμα του καρκίνου του μαστού αλλάζοντας την ECM και ενεργοποιώντας τον TGF-β.
συμπέρασμα
Λαμβάνοντας μια συστημική προσέγγιση, έχουμε αναλύσει τα συστατικά του ΤΜΕ και τη σχέση τους με την εξέλιξη του καρκίνου. Έχουμε περιγράψει αρκετούς πιθανούς θεραπευτικούς στόχους στο TME εκτός από τα καρκινικά κύτταρα. Ίσως η πανταχού παρουσία αυτών των στόχων σε φυσιολογικό και κακοήθη ιστό είναι ένας περιοριστικός παράγοντας. Ωστόσο, η καλύτερη κατανόηση του TME θα είναι το κλειδί για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα.
Συνεισφορές Συγγραφέων
Η AM σχεδίασε αυτήν την ανασκόπηση. Η RB και η AM αποφάσισαν για το περιεχόμενο. Η RB και η AS συνέταξαν το έργο με σημαντικές συνεισφορές από τους MB, HS, JP. Ο RG ετοίμασε το σχήμα. Όλοι οι συγγραφείς εγκρίνουν την τελική έκδοση του χειρογράφου και συμφωνούν να είναι υπεύθυνοι για όλες τις πτυχές του έργου.
Δήλωση Σύγκρουσης Συμφερόντων
Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.
Ευχαριστίες
Ο RB είναι ακαδημαϊκός κλινικός συνεργάτης που χρηματοδοτείται από το NIHR με χρηματοδότηση έργου από την Επιτροπή Διαχείρισης Έρευνας του Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον.
Μικροπεριβάλλον όγκου, στρώμα καρκίνου, ινοβλάστες που σχετίζονται με καρκίνο, εξωκυτταρική μήτρα, MicroRNA