Θεραπευτική αναστολή του πυρηνικού παράγοντα ΚΒ σε πειραματική χημική καρκινογένεση του πνεύμονα

Abstract

Background: We have previously shown that airway epithelial nuclear factor (NF)-κB activation promotes urethane-induced lung inflammation and carcinogenesis. The proteasome inhibitor bortezomib blocks NF-κB in various cell types. Also tumor necrosis factor (TNF) has been implicated in inflammation-associated tumor progression. Although multiple reports identified a role for TNF signaling in established cancers, few studies have assessed the impact of TNF blockade on early tumor formation promotion.Aims: To determine the effects of bortezomib on urethane-induced lung inflammation and carcinogenesis. To explore the effects of TNF neutralization in a preclinical mouse model of lung carcinogenesis.Methods: For induction of multi-stage lung adenocarcinogenesis, Balb/c mice received four weekly intraperitoneal(IP) injections of urethane (1g/kg). Specifically designed groups of mice received IP bi-weekly bortezomib (1mg/kg) and soluble TNF receptor (etanercept; 10 mg/kg), during tumor initiation, progression, or continuously. Primary end-points were lung tumor number, size, and histologic distribution at 24 weeks. Lung oncogenesis for TNF receptor was assessed after 8months. In separate short-term studies, Balb/c mice (n=21) received a single control or urethane injection followed by twice-weekly intraperitoneal control or sTNFR:Fc injections. Lung inflammation was assessed after 1 week.Results: Short-term bortezomib treatment (tumor initiation, progression) had no profound effect on the number, size, and type of lung tumors. However, continuous bortezomib treatment resulted in markedly increased lung tumor number and size after 24 weeks, without affecting the histologic distribution of lung neoplastic lesions between hyperplasia, adenoma, and adenocarcinoma. Studies of urethane and bortezomib-treated mice at early time points revealed that bortezomib suppressed the acute, but augmented and perpetuated the chronic inflammatory response to urethane. For sTNFR:Fc treatment we found that - during tumor initiation/promotion resulted in a significant reduction of tumor number but not dimensions. However, sTNFR:Fc administered during tumor progression did not impact tumor multiplicity but significantly decreased tumor diameter. Continued sTNFR:Fc administration was effective in halting both respiratory tumor formation and progression in response to urethane. This favorable impact was associated with impaired cellular proliferation and new vessel formation in lung tumors. In addition, TNF neutralization altered the lung inflammatory response to urethane, evidenced by reductions in TNF and macrophage and increases in interferon γ and interleukin 10 content of the air spaces. sTNFR:Fc treatment of RAW264.7 macrophages downregulated TNF and enhanced interferon γ and interleukin 10 expression.Conclusions: Prolonged proteasome inhibition enhances chemical lung carcinogenesis in mice and may promote lung cancer progression in humans. TNF neutralization is effective against urethane-induced lung oncogenesis in mice and could present a lung chemoprevention strategy worth testing clinically.

Ανασκόπηση: Η πρώιμη ενεργοποίηση του φλεγμονώδους μεταγραφικού πυρηνικού παράγοντα (nuclear factor, NF)-κΒ στο αναπνευστικό επιθήλιο με συνακόλουθη φλεγμονή και έκφραση παράγοντα νέκρωσης όγκων (tumor necrosis factor, TNF)-α προάγει την καρκινογένεση του πνεύμονα από ουρεθάνη. Ο αναστολέας πρωτεασώματος bortezomib αναστέλλει τον ΝF-κΒ σε διάφορους τύπους κυττάρων. Επίσης ο TNF εμπλέκεται στη φλεγμονή σχετιζόμενη με την εξέλιξη του όγκου. Πολλές μελέτες αναφέρουν τη σηματοδότηση του TNF σε καθιερωμένες μορφές καρκίνου, ωστόσο λίγες μελέτες έχουν αξιολογήσει την επίδραση της αναστολής του, στην πρώιμη καρκινογένεση του πνεύμονα.Στόχοι: Ο προσδιορισμός των επιπτώσεων του bortezomib στην φλεγμονή και καρκινογένεση των πνευμόνων από ουρεθάνη.Η διερεύνηση των επιδράσεων εξουδετέρωσης του TNF στο προκλινικό μοντέλο ποντικών της καρκινογένεσης του πνεύμονα.Μεθόδοι: Για την επαγωγή του πνευμονικού αδενοκαρκινώματος, ποντίκια Balb/c έλαβαν τέσσερις εβδομαδιαίες ενδοπεριτοναϊκές ενέσεις (ΙΡ) ουρεθάνης (1g/kg). Ομάδες ποντικών έλαβαν ΙΡ bortezomib (1mg/kg) δισεβδομαδιαία και διαλυτό υποδοχέα TNF (etanercept? 10 mg/kg), κατά την έναρξη του όγκου, την εξέλιξη, ή συνεχώς. Αρχικά καταμετρήθηκαν, ο αριθμός, το μέγεθος και η ιστολογική κατανομή των όγκων στις 24 εβδομάδες για το bortezomib και στους 8 μήνες για τον υποδοχέα TNF.Σε βραχυπρόθεσμες μελέτες, ποντίκια Balb/c έλαβαν μια IP ουρεθάνης και φυσιολογικό ορό (NaCl), ακολουθούμενη από δύο φορές την εβδομάδα IP sTNFR: Fc ή NaCl. Η φλεγμονή των πνευμόνων αξιολογήθηκε μετά 1 εβδομάδα.Αποτελέσματα: Η βραχυπρόθεσμη θεραπεία με bortezomib δεν είχε σημαντική επίδραση στον αριθμό, το μέγεθος και τον τύπο των υπερπλασιών. Η συνεχής θεραπεία με bortezomib 24 εβδομάδων, οδήγησε σε σημαντικά αυξημένο αριθμό και μέγεθος όγκων, χωρίς να επηρεάζει την ιστολογική κατανομή των νεοπλασματικών βλαβών του πνεύμονα. Η μελέτη σε πρώιμα χρονικά στάδια, έδειξε ότι το bortezomib καταστέλει την οξεία, αλλά επαυξημένη και χρόνια φλεγμονώδη απόκριση από ουρεθάνη. Στη θεραπεία με sTNFR: Fc κατά την έναρξη του όγκου βρήκαμε ότι μειώθηκε σημαντικά ο αριθμός αλλά όχι οι διαστάσεις του. Ωστόσο, στην ομάδα εξέλιξης του όγκου δεν επηρεάστηκε ο αριθμός των όγκων, αλλά μειώθηκε σημαντικά η διάμετρός τους. Η συνεχής θεραπεία με sTNFR:Fc ανέστειλε τόσο τον σχηματισμό όγκων, όσο την πρόοδό τους. Αυτή η επίδραση σχετίστηκε με εξασθενησμένο κυτταρικό πολλαπλασιασμό και σχηματισμό νέων αιμοφόρων αγγείων στους όγκους του πνεύμονα. Επιπλέον, η εξουδετέρωση του TNF μετέβαλε τη φλεγμονώδη απόκριση των πνευμόνων στην ουρεθάνη και αυτό αποδεικνύεται από την μείωση του TNF και μακροφάγων και την αύξηση της IFN-γ και IL-10 στο περιεχόμενο των αεραγωγών. Η θεραπεία των μακροφάγων RAW264.7 με sTNFR:Fc ελλατώνει την έκφραση του TNF και της αυξημένης IFN-γ και IL-10.Συμπεράσματα: Η παρατεταμένη αναστολή πρωτεασώματος ενισχύει την χημική καρκινογένεση του πνεύμονα σε ποντίκια και μπορεί να προωθήσει την εξέλιξη του καρκίνου του πνεύμονα στους ανθρώπους.Η εξουδετέρωση του TNF είναι αποτελεσματική στην πνευμονική ογκογένεση ποντικών που προκαλείται από ουρεθάνη και ενδέχεται να αντιπροσωπεύσει μια στρατηγική πνευμονικής χημειοπροφύλαξης άξια να δοκιμαστεί κλινικά.