Взаимодействие раковых клеток с неопухолевыми клетками
Помимо ВКМ, неопухолевые клетки в микроокружении опухоли сильно влияют на миграционные и инвазивные свойства опухолевых клеток. В поддержку этой идеи в обзоре Calorini и Biancini [ 2 ] критически рассматриваются экспериментальные данные о том, что макрофаги, фибробласты, ЭК и другие типы стромальных клеток, которые не обсуждаются в этой статье (например, МСК), контролируют и изменяют микроокружение опухоли, вызывая изменения. облегчение локальной и отдаленной диссеминации опухолевых клеток. Более того, эти неопухолевые клетки могут изменять свой фенотип при растворимой или опосредованной физическим контактом стимуляции опухолевыми клетками на опухолевый.
ТАМ, полученные из дифференцированных моноцитов, рекрутированных в реактивную строму в ответ на опухолевые хемотаксические факторы, или из резидентных макрофагов, представляют собой основной компонент иммунного инфильтрата при МаСа и PDAC [ 19 , 20 ]. Есть две основные линии, связывающие макрофаги и рак: 1) накопление макрофагов в тканях хронического воспаления, по-видимому, способствует инициации и прогрессированию рака и 2) высокая плотность ТАМ в опухолевых тканях часто коррелирует с неблагоприятным прогнозом для больных раком [ 21 ].]. Поскольку макрофаги, как правило, важны для активации Т-клеток и инициации опосредованных Т-клетками иммунных ответов, неясно, отражают ли противоположные эффекты, оказываемые ТАМ на рост опухоли и развитие метастазов, различные состояния активации, приобретаемые ТАМ в микроокружении опухоли, или существуют ли в опухоли множественные субпопуляции ТАМ [ 22]. Экспериментальные данные показывают, что в зависимости от раздражителей моноциты могут дифференцироваться в провоспалительные (М1-) или противовоспалительные (М2-, альтернативно активированные) макрофаги. ТАМ напоминают макрофаги М2 и, как правило, считается, что они способствуют прогрессированию опухоли из-за их неспособности индуцировать активацию Т-клеток наряду с повышенной экспрессией рецепторов поглотителей и маннозы и высвобождением проонкогенных факторов, таких как TGF-β1, IL-10, pro -ангиогенные факторы и ММП [ 23 ]. Более того, считается, что повышенные уровни IL-10 и TGF-β1, обнаруженные в опухолевом микроокружении многих опухолей, таких как MaCa и PDAC, опосредуют превращение макрофагов M1 в макрофаги M2 [ 24 ].
Хорошо известно, что ТАМ необходимы для миграции, инвазии и образования метастазов опухолевых клеток [ 25-27 ] . В целом, опухолевые клетки, подвергшиеся прометастатической активности ТАМ, проявляют повышенную инвазивность и повышенную способность прикрепляться к ЭК и, таким образом, в конечном итоге (и косвенно) облегчают трансэндотелиальную миграцию. В том же направлении наблюдаются наблюдения, что интравазация опухолевых клеток (по крайней мере, в опухолях молочной железы) происходит в ассоциации с периваскулярными макрофагами [ 28 ].]. Однако лучше всего охарактеризованная проопухолевая функция ТАМ связана с их проангиогенными способностями. ТАМ обычно накапливаются в гипоксических областях опухоли, а гипоксия, в свою очередь, запускает проангиогенную программу в этих клетках. Таким образом, ТАМ способствуют ангиогенному переключению и неоваскуляризации, а также злокачественному переходу опухолевых клеток за счет секреции специфических проангиогенных факторов (VEGF, IL-1β, TNF-α, ангиогенин, семафорин 4D) или опосредованно через высвобождение ММР. -9. Соответственно, опухолевые клетки, совместно культивируемые с макрофагами, демонстрируют повышенную миграцию клеток, которая опосредована TNF-α, высвобождаемым макрофагами [ 29 ].]. ММП, которые важны для деградации ВКМ и инвазии опухолевых клеток через соединительную ткань, могут высвобождаться как опухолевыми клетками, так и ТАМ. Таким образом, опухолевые клетки могут стимулировать ТАМ к продукции ММР паракринным образом посредством секреции интерлейкинов и факторов роста. Также возможно, что ММП, секретируемые ТАМ, могут рекрутироваться на мембраны раковых клеток и использоваться там опухолевыми клетками для прохождения через определенный участок. Ожидается, что паракринная стимуляция ММР, происходящих из макрофагов, будет стимулировать протеазозависимые способы инвазии раковых клеток, которые, вероятно, чувствительны к ингибиторам ММР. Другой способ взаимодействия представлен паракринной петлей GM-CSF/HB-EGF, которая используется макрофагами для стимуляции роста рака [ 30 ].] и может успешно воздействовать на ингибиторы рецептора EGF. Действительно, во время развития рака молочной железы, связанного со старением, обсуждался вклад сигнальных событий между MMP-7 и HB-EGF. Таким образом, в молодых нормальных эпителиальных клетках молочной железы человека (HMEC) ММР-7 может связываться с несколькими ветвями гликозилирования варианта-3 изоформы рецептора CD44 (CD44v3), которые могут совместно локализоваться с ММР-7 и закреплять эту протеиназу на клеточной поверхности в непосредственной близости. близость к мембраносвязанному pro-HB-EGF [ 31 , 32 ]. Это свидетельствует о тесном взаимодействии между MMP-7 и HB-EGF, которое не обнаруживается при старении HMEC [ 32 ].]. Следовательно, внеклеточное расщепление proHB-EGF с помощью MMP-7 увеличивает доступность растворимого HB-EGF (sHB-EGF), который может связываться и взаимодействовать с рецептором ErbB4 [ 33 , 34 ]. Этот процесс можно наблюдать в нормальных молодых пролиферирующих HMEC [ 32 ]. Наоборот, сообщалось об измененных уровнях экспрессии sHB-EGF и рецептора ErbB4 в неопластических клетках рака молочной железы [ 32 , 35 ]. В связи с этими сигналами пролиферации предыдущая работа также предполагала, что MMP-7 может опосредовать неопластический рост эпителиальных клеток молочной железы через рецептор ErbB4 [ 34 ].]. Сигналы, передаваемые HB-EGF через рецептор ErbB4, включают путь митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) и также могут быть идентифицированы в нормальной и неопластической ткани молочной железы, чтобы опосредовать повышенный сигнал пролиферации [ 36 ]. Кроме того, соседние ОАМ, ФАО и МСК в микроокружении неопластической ткани способствуют высвобождению факторов роста (рис.(Фигура 1).1). В частности, МСК, которые представляют различные субпопуляции [ 37 ] и изменяют метаболическую активность в гипоксической микросреде [ 38 ], могут дополнительно усиливать пролиферативную способность во время созревания и взаимодействовать с популяциями опухолевых клеток [ 39 ]. Кроме того, эксперименты по совместному культивированию показали, что стареющие фибробласты человека могут воздействовать на соседние эпителиальные клетки, например, повышая выживаемость и рост предраковых и злокачественных эпителиальных клеток молочной железы или изменяя функциональную дифференцировку и морфогенез ветвления нормальных эпителиальных клеток молочной железы. 40 , 41]. При соответствующих сигналах от опухолевых клеток ТАМ также продуцируют и активируют другие протеазы внеклеточного матрикса, включая активатор плазминогена урокиназного типа (uPA) и его рецептор, uPAR, которые могут вызывать деградацию ECM, способствуя инвазии и распространению опухолевых клеток [ 42 ]. Было показано, что экспрессия uPAR довольно высока в опухоли по сравнению с нормальными, покоящимися тканями, что привело к предложению uPAR в качестве терапевтической мишени, а также в качестве нацеливающего агента для лечения рака [ 43 ].
Реципрокные взаимодействия опухолевых клеток с внеклеточным матриксом (ECM), опухолеассоциированными макрофагами (TAM), карциномоассоциированными фибробластами (CAF), мезенхимальными стволовыми клетками (MSC) и эндотелиальными клетками (EC) . Эти взаимодействия опосредуются прямым межклеточным контактом и/или высвобождением цитокинов, хемокинов, факторов роста, матриксных металлопротеаз (ММП) и белков ЕСМ. В конечном итоге это приводит к эпителиально-мезенхимальному переходу (ЭМП) опухолевых клеток, их миграции, инвазии, диссеминации в отдаленные органы и образованию метастазов. Для ясности другие популяции стромальных клеток, например лимфоциты, и известные взаимодействия между различными популяциями стромальных клеток не показаны.
Другим важным неопухолевым типом клеток, обнаруживаемым в строме опухоли, является CAF. CAF активно способствуют прогрессированию опухоли [ 44 ], подобно опухолевым клеткам, способным рекрутировать моноциты, и подобно TAM способствуют неоваскуляризации, пролиферации раковых клеток, выживанию и инвазии (рис.(Фигура 1).1). Кроме того, CAF могут быть получены в виде активированных фибробластов или миофибробластов из нормальных фибробластов путем стимуляции TGF-β1. TGF-β, полученный из опухолевых клеток, стимулирует зависимую от активных форм кислорода (АФК) экспрессию α-гладкомышечного актина в фибробластах, что приводит к их дифференцировке в миофибробласты [ 45 ].], предлагая теоретическую возможность терапевтически предотвратить это превращение с помощью поглотителей АФК, таких как N-ацетилцистеин. В этом активированном состоянии CAF продуцируют различные цитокины, факторы роста и белки ECM, с помощью которых они изменяют как опухолевые клетки, так и стромальное микроокружение и способствуют прогрессированию опухоли. Например, фактор роста гепатоцитов, полученный из CAF, приводит к инвазивному фенотипу и, подобно TGF-β, может индуцировать EMT в опухолевых клетках. Как следствие, транскрипционные факторы Twist1 и 2, связанные с ЭМП, могут преобладать над индуцированным онкогеном преждевременным старением в раковых клетках [ 16 ], обеспечивая связь между ранним выходом из отказоустойчивых программ/предотвращением индуцированного онкогеном старения и приобретением раком инвазивных признаков. клетки.
Производя белки ECM, CAF могут определять биофизические свойства ECM (таким образом, косвенно влиять на подвижность раковых клеток и способы инвазии) и действовать как барьер против инфильтрирующих опухоль иммунных клеток и доступа противораковых препаратов к опухолевым клеткам [ 46 ] . облегчают клеточные контакты и подвижность и стимулируют секретируемые белки, которые, в свою очередь, стимулируют инвазивность, ангиогенез и ремоделирование тканей. CAF-секретируемые металлопротеазы, такие как MMP-3, вызывают опосредованное Rac1b (опухолеспецифический вариант сплайсинга Rac1)/ЦОГ-2 высвобождение АФК в клетках карциномы, что является обязательным для ЕМТ, стволовости и диссеминации метастатических клеток. 47]. Таким образом, ингибиторы MMPs, малых GTPases и ROS могут перекрестно нацеливаться на CAF-опосредованные проонкогенные события. Более того, CAF из инвазивных карцином молочной железы человека способствуют росту опухоли и неоангиогенезу посредством SDF-1/CXCR4-зависимого рекрутирования эндотелиальных клеток-предшественников [ 48 ].
Помимо взаимодействия с TAM и CAF, взаимодействие опухолевых клеток с EC также имеет ключевое значение для прогрессирования опухоли и развития метастазов. Обычно считается, что миграция раковых клеток через соединительную ткань слишком медленная и ненаправленная, чтобы объяснить быстрое распространение и образование метастазов, наблюдаемое во многих опухолях, и что раковые клетки гораздо быстрее и эффективнее распространяются через лимфу или кровеносные сосуды в отдаленные места. Эндотелий и базальная мембрана представляют собой сильный физический барьер, поэтому процесс интравазации потенциально занимает много времени и ограничивает скорость развития метастазов. Механизмы, с помощью которых раковые клетки могут трансмигрировать через эндотелиальную выстилку, изучены недостаточно. Сигнальные перекрестные помехи между раковыми клетками и ЭК могут включать усиление экспрессии молекул адгезии эндотелием, а также опухолевыми клетками, реорганизацию актомиозинового цитоскелета и Src-опосредованное разрушение эндотелиальных клеток VE-кадгерин-β-катенина. - клеточные спайки. В настоящее время обсуждается парацеллюлярная трансмиграция за счет образования отверстий внутри монослоя и за счет индукции апоптоза ЭК. Подобные механизмы могут также действовать при образовании плеврального выпота, часто наблюдаемого у пациентов с раком молочной железы, или асцита у пациентов с PDAC. В настоящее время обсуждается парацеллюлярная трансмиграция за счет образования отверстий внутри монослоя и за счет индукции апоптоза ЭК. Подобные механизмы могут также действовать при образовании плеврального выпота, часто наблюдаемого у пациентов с раком молочной железы, или асцита у пациентов с PDAC. В настоящее время обсуждается парацеллюлярная трансмиграция за счет образования отверстий внутри монослоя и за счет индукции апоптоза ЭК. Подобные механизмы могут также действовать при образовании плеврального выпота, часто наблюдаемого у пациентов с раком молочной железы, или асцита у пациентов с PDAC.49 ]. Как упоминалось выше, интравазация опухолевых клеток может происходить в ассоциации с периваскулярными макрофагами [ 29 ], обогащенными молекулами сигнального пути Wnt [ 50 ]. Сигналы от раковых клеток (и, возможно, периваскулярных макрофагов), например продукция воспалительных цитокинов, таких как TNF-α и IL-1β, способствуют трансмиграции и инвазии с помощью нескольких механизмов, в то время как сигналы от ЭК, таких как хемокины (GRO-β, IL-8), приводят к усиление сократительной силы и ремоделирования цитоскелета. Лучшее понимание трансмиграции раковых клеток может предоставить множество потенциальных мишеней для терапевтического вмешательства.
TGF-β: фактор роста, имеющий ключевое значение для миграции/инвазии раковых клеток и образования метастазов
Важность передачи сигналов TGF-β для прогрессирования инвазивного MaCa и PDAC хорошо документирована [ 51 , 52 ]. Недавно путь TGF-β был идентифицирован как один из 4 сигнальных путей со 100% изменением при PDAC [ 53 ]. Как указано выше, TGF-β может напрямую регулировать миграцию и инвазию клеток на более поздних стадиях прогрессии опухоли, способствуя ЭМП и подвижности одиночных клеток. Чтобы индуцировать эту промиграционную функцию, TGF-β может использовать сигнальные перекрестные помехи с другими онкогенами и малыми ГТФазами с известными ролями в клеточной адгезии, миграции и инвазии, такими как Src [ 54 ], K-ras [ 55 ] и Rac1 [ 56 ].]. Кроме того, TGF-β участвует во многих аспектах диалога раковых клеток с неопухолевыми клетками микроокружения опухоли, в частности, в образовании/конверсии ТАМ и ФАФ из моноцитов и фибробластов, соответственно, и в индукции экспрессии молекул адгезии. в соседних нормальных клетках [ 57 ]. Однако передача сигналов TGF-β, опосредованная CAF, может подавлять образование и прогрессирование опухоли в прилегающем эпителии [ 58 ]. Кроме того, TGF-β может также непосредственно регулировать натяжение и жесткость ВКМ (путем увеличения экспрессии белков ВКМ опухолевыми клетками или CAF и/или функции LOX) и тем самым повышать онкогенную активность ( например ,пролиферация) раковых клеток. При карциноме молочной железы TGF-β, по-видимому, играет ключевую роль в поддержании пула эпителиальных (раковых) стволовых клеток молочной железы, отчасти за счет индукции мезенхимального фенотипа, в то время как дифференцированные, положительные по рецептору эстрогена клетки просвета не реагируют на TGF-β, поскольку ген рецептора TGFBR2 транскрипционно молчит [ 59 ].
При карциноме человека автономная экспрессия TGF-β в опухолевых клетках часто повышена, тогда как экспрессия рецептор-зависимых сигнальных компонентов снижена, мутирована или подавлена. TGF-β является ранним опухолевым супрессором, который впоследствии может способствовать прогрессированию опухоли за счет взаимодействий опухолевых клеток и автономных клеток и опухоли со стромой, что приводит к развитию метастазов, уклонению от иммунного ответа и стимуляции ангиогенеза [ 58 ]. Это говорит о том, что терапевтическое нацеливание на передачу сигналов TGF-β в раковых клетках и ТАМ является возможным терапевтическим вариантом. Ингибиторы пути TGF-β, включая малые и большие молекулы, в настоящее время проходят клинические испытания. Доклинические исследования этих ингибиторов показали многообещающие результаты на различных моделях опухолей [ 60 ].]. Совсем недавно мы обнаружили, что общие ингибиторы киназ семейства Src PP1 и PP2 являются мощными ингибиторами in vitro TβRI и II [ 61 ]. Если это также относится к их действию in vivo , они могут иметь преимущество двойного ингибирования онкогенной передачи сигналов Src и TGF-β и, вероятно, будут гораздо более эффективными при лечении MaCa и PDAC на поздних стадиях, чем агенты с одной специфичностью.
Выводы
Строма опухоли обладает уникальными структурными особенностями, которые значительно отличаются от соответствующих нормальных тканей. С одной стороны, раковые клетки реагируют на эту среду посредством модуляции молекул клеточной адгезии/миграции (например, L1-CAM, интегринов), контактного руководства, реорганизации цитоскелета, изменения формы клеток, а также секреции протеолитических ферментов (ММР-7/-). 9), факторы роста (HB-EGF), хемокины и цитокины (TNFα, TGF-βs). С другой стороны, сигналы, исходящие от опухолевых клеток, рекрутируют и активируют клетки-хозяева, среди которых моноциты/ТАМ, фибробласты/КАФ и МСК являются наиболее многочисленными популяциями в микроокружении опухоли. Таким образом, динамические и реципрокные взаимодействия между опухолевыми клетками и клетками микроокружения опухоли, а также ВКМ организуют события, критические для прогрессирования опухоли и образования метастазов.
Текущие усилия направлены на изучение этих различных типов взаимодействия опухолевых клеток со стромальными клетками и опухолевых клеток с матриксом в различных экспериментальных условиях. Интенсивные исследования в этой области показали, что механизмы, которые позволяют CAF и TAM или ECM способствовать прогрессированию опухоли, также определяют чувствительность опухолевых клеток к химиотерапевтическим препаратам. Резистентность к лекарственным средствам, врожденная или приобретенная, существенно ограничивает эффективность химиотерапии у многих онкологических больных и является результатом снижения доступности или накопления лекарственного средства в опухолевой ткани ( например ,как следствие повышенного отложения матрикса, действующего как физический барьер), но и защиты от индукции и осуществления апоптоза в раковых клетках. Таким образом, взаимодействуя с ЕСМ и/или клетками стромы, опухолевые клетки становятся высокозащищенными от индукции апоптоза, включая изменения в экспрессии молекул адгезии, таких как L1CAM или интегрины, или повышенную секрецию цитокинов (TGF-β) и хемокинов. Поскольку многие из этих молекул и их сигнальные интермедиаты одновременно участвуют в контроле миграции и инвазии клеток, выживании клеток и апоптозе, они представляют собой особенно интересные молекулярные мишени для противораковой терапии.
