Ο ρόλος του ανοσοποιητικού συστήματος στην αναπνευστική μεταλλαξιγένεση

Abstract

Introduction: Lung cancer is the leading cause of cancer death worldwide. Adenocarcinoma is the most frequently diagnosed histological type of NSCL and affects both sexes almost equally. Epidemiological studies link an increased risk of adenocarcinoma in people with chronic smoking-related inflammation. It is generally believed that inflammation contributes to the creation of a specific microenvironment that induces the growth and progression of cancer cells. This microenvironment includes complex interactions between myeloid and cancer cells. According to literature mast cells and macrophages in some malignancies have a pro-tumorigenic role while in other cases a protective role for the host. However, the exact function of these cells remains unknown. This study is designed in order to investigate and clarify the role of mast cells and macrophages in all stages of lung adenocarcinoma progression. Materials and methods: We used different strains of mice deficient in mast cells (cKitWsh and Cpa3.Cre) and macrophages (Lyz2Cre;DTA). We induced lung adenocarcinoma using the tobacco chemical carcinogen urethane, expression of the oncogene KRASG12D in respiratory epithelium, and subcutaneous injection of lung adenocarcinoma cells. Moreover, we derived mast cells and macrophages gene signatures from murine bone marrow-derived and used them to interrogate five human cohorts of LADC patients. Finally, the presence of myeloid cells (mast cells and macrophages) was assessed in human lung adenocarcinomas. Results: Our results show that mast cells and macrophages are required in lung adenocarcinoma, since Cpa3.Cre and Lyz2Cre;DTA mice were protected by urethane, cKitWsh mice by KRASG12D, and all lung adenocarcinoma strains induced by LLC, FULA and CULA cell lines. Both KIT+ and KIT- mast cells infiltrated murine lung adenocarcinoma to varying degrees, but KIT+ were more abundant and promoted lung adenocarcinoma initiation and progression through interleukin-1β secretion. Also, M-CSF macrophages promote lung adenocarcinoma partly by secreting IL-1β. The numbers of mast cells and macrophages respectively were increased in human lung adenocarcinomas. Conclusion: In our findings indicate that KIT+ mast cells and M-CSF macrophages fuel the formation, growth, and metastasis of KRAS mutant lung adenocarcinoma in mice partly by secreting interleukin 1β.

Εισαγωγή: Ο καρκίνος του πνεύμονα είναι η κύρια αιτία θανάτου παγκοσμίως από καρκίνο. Το αδενοκαρκίνωμα, είναι ο συχνότερος ιστολογικός τύπος μη-μικροκυτταρικού καρκίνου του πνεύμονα και αφορά σχεδόν εξίσου και τα δύο φύλα. Επιδημιολογικές μελέτες συνδέουν τον αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης αδενοκαρκινώματος σε άτομα με την χρόνια φλεγμονή που σχετίζεται με το κάπνισμα. Είναι ευρέως αποδεκτό, ότι η φλεγμονή συμβάλλει στη δημιουργία ενός ειδικού μικροπεριβάλλοντος που επάγει την ανάπτυξη και την εξέλιξη των καρκινικών κυττάρων. Το μικροπεριβάλλον αυτό περιλαμβάνει σύνθετες αλληλεπιδράσεις μεταξύ κυττάρων του ανοσοποιητικού και καρκινικών κυττάρων. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, τα μαστοκύτταρα και τα μακροφάγα έχουν ογκογενετικό ρόλο σε ορισμένες κακοήθειες, ενώ σε άλλες περιπτώσεις προστατευτικό ρόλο για τον ξενιστή. Παρόλα αυτά, η επιστράτευση και η ακριβής λειτουργία των κυττάρων αυτών στην ανάπτυξη/εξέλιξη του καρκίνου και ειδικότερα του αδενοκαρκινώματος του πνεύμονα δεν έχει διευκρινισθεί πλήρως. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση και αποσαφήνιση του ρόλου των μαστοκυττάρων και των μακροφάγων σε όλα τα στάδια εξέλιξης του αδενοκαρκινώματος πνεύμονα, από την πρωτοπαθή εστία ως την μεταστατική διασπορά. Υλικά και μέθοδοι: Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε διαφορετικά στελέχη ποντικών που παρουσιάζουν έλλειψη μαστοκυττάρων (cKitWsh και Cpa3.Cre) και μακροφάγων (Lyz2Cre;DTA). Στα στελέχη των ποντικών αυτών έγινε επαγωγή της ανάπτυξης αδενοκαρκινώματος πνεύμονα χρησιμοποιώντας, το χημικό καρκινογόνο του καπνού ουρεθάνη, την έκφραση του ογκογονιδίου KRASG12D στο αναπνευστικό επιθήλιο, και την υποδόρια έγχυση κύτταρων αδενοκαρκινώματος πνεύμονα. Επιπλέον, μελετήσαμε την γονιδιακή υπογραφή των μαστοκυττάρων και των μακροφάγων που προέρχονται από μυελό των οστών ποντικού και τις χρησιμοποιήσαμε για να εξετάσουμε πέντε ομάδες ασθενών με αδενοκαρκίνωμα πνεύμονα. Τέλος, η παρουσία των μυελοειδών κυττάρων (μαστοκυττάρων και μακροφάγων) αξιολογήθηκε σε δείγματα ασθενών με αδενοκαρκίνωμα πνεύμονα. Αποτελέσματα: Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα μαστοκυττάρα και τα μακροφάγα είναι σημαντικά για την ανάπτυξη του αδενοκαρκινώματος του πνεύμονα, καθώς τα Cpa3.Cre και Lyz2Cre;DTA στελέχη ποντικών ήταν προστατευμένα από την ουρεθάνη, τα cKitWsh ποντίκια από την επαγωγή KRASG12D, και όλα τα στελέχη από αδενοκαρκίνωμα του πνεύμονα που προκαλείται από τις LLC, FULA και CULA καρκινικές κυτταρικές σειρές. Τόσο τα KIT+ όσο και τα KIT- μαστοκύτταρα διήθησαν το αδενοκαρκίνωμα πνεύμονα ποντικού σε διάφορους βαθμούς, αλλά τα KIT+ ήταν περισσότερα και προώθησαν την έναρξη και την εξέλιξη του αδενοκαρκινώματος πνεύμονα μέσω της έκκρισης IL-1β. Επίσης, τα M-CSF μακροφάγα προάγουν το αδενοκαρκίνωμα πνεύμονα εν μέρει εκκρίνοντας IL-1β. Ο αριθμός των μαστοκυττάρων και των μακροφάγων αντίστοιχα, ήταν αυξημένος στα ιστικά δείγματα αδενοκαρκινώματος πνεύμονα ασθενών. Συμπεράσματα: Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι τα KIT+ μαστοκύτταρα και τα M-CSF μακροφάγα τροφοδοτούν το σχηματισμό, την ανάπτυξη και τη μετάσταση του μεταλλαγμένου KRAS αδενοκαρκινώματος πνεύμονα σε ποντικούς εν μέρει εκκρίνοντας IL-1β.