Инфламазоми при прогресия на рака и антитуморен имунитет

Инфламазомите са критични регулатори на вродения имунитет, възпалението и клетъчната смърт и се очертават като важни регулатори на развитието и контрола на рака. Инфламазомите се сглобяват от рецептори за разпознаване на образи (PRR) след усещане на микробни или свързани с опасност молекулярни модели (MAMPs/DAMPs) и предизвикват възпаление чрез олигомеризация и активиране на възпалителни каспази. Тези цистеинил-аспартат протеази разцепват провъзпалителните цитокини IL-1 и IL-18 в тяхната биологично активна зряла форма. Ролите на инфламазомите и свързаните с тях провъзпалителни цитокини варират значително в зависимост от вида на рака. Тук обсъждаме скорошни проучвания, подчертаващи контрастиращите роли на пътя на инфламазомата в ограничаването спрямо насърчаването на туморогенезата. От една страна, инфламазомите участват в стимулирането на противотуморния имунитет, но също така е доказано, че допринасят за имуносупресия или директно насърчават оцеляването, пролиферацията и метастазите на туморните клетки. Следователно по-доброто разбиране на функциите на инфламазомата при различни видове рак е от решаващо значение за проектирането на нови имунотерапии за рак.

Ползи от cistanche tubulosa-антитуморен

Ключови думи: инфламазома, каспаза, пироптоза, тумор, имунотерапия, макрофаги, имуносупресия, метастази

Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система

ВЪВЕДЕНИЕ

Cancer development is a complex process that integrates tumor cell-intrinsic and -extrinsic signals that favor cellular transformation, unhinged growth, invasion, and metastasis. Among the hallmarks of cancer (Hanahan and Weinberg, 2011), inflammation and tumor escape from immune destruction exert determining roles. Indeed, cancer control is intricately linked to the potency of the immune response. The fundamental understanding of immune surveillance, immune editing (Dunn et al., 2002) (a process in which the immune 'pressure' shapes tumor immunogenicity), and immune escape has resulted in breakthroughs in cancer immunotherapies, such as immune checkpoint inhibitors (ICI) or chimeric antigen receptor (CAR)-T cell therapy, among others. Such therapies have revolutionized cancer treatment by significantly improving patient survival and quality of life. Notably, the eligibility of patients to ICI immunotherapy has increased from 1.5% in 2011 to 43.6% in 2018, and >В момента са одобрени 29 имунотерапии. Все пак, въпреки този впечатляващ напредък, клиничната реалност разкрива няколко неразрешени предизвикателства: 1) сравнително ниски дялове пациенти показват обективни отговори на тези терапии като самостоятелно лечение и подгрупа пациенти развиват хиперпрогресивно заболяване, 2) ефикасността на имунотерапията често е свързани с възпалителни токсичности, които изискват клинично управление или спиране на лечението, 3) подгрупа от повлияли се пациенти, получаващи имунотерапия, рецидив и развиват агресивно заболяване; 4) ефикасността на терапиите за рак, включително химиотерапии, ICI, адаптивна Т клетъчна терапия и други имунотерапии изисква сигнали от микробиотата; 5) системните и клетъчните метаболизми влияят върху рака и противотуморния имунитет; и 6) имунните отговори насърчават клоналната селекция, трансформацията на туморната микросреда (TME) и установяването на преметастатична ниша. Хетерогенният отговор на пациентите отразява пропуски в знанията, особено в разбирането на органоспецифичните туморни макро- и микросреди и взаимодействията между системите, а именно тази на имунната, метаболитната и микробната системи при контрола на рака. Вродената имунна система е нашата първа линия на защита, тъй като тя бързо усеща сигнали за „опасност“ (Matzinger, 2002) чрез рецептори за разпознаване на образи (PRR), напр. Toll-подобни рецептори (TLR) и Nod-подобни рецептори (NLR), включително инфламазома рецептори и осигурява адювантни ефекти за пълно ангажиране на адаптивния имунитет. По отношение на антитуморния имунитет, PRR лигандите се считат за обещаващ път в имунотерапията на рака. Например, три TLR агонисти, а именно Bacillus Calmette-Guérin (BCG), монофосфорил липид А (MPL) и имиквимод са одобрени за употреба при пациенти с рак, а допълнителни PRR лиганди, предимно миметици на нуклеинови киселини, в момента са в клинично изпитване. Инфламазомите са централни ефектори на вродения имунитет и е доказано, че упражняват важна, макар и контрастираща, роля в туморогенезата, антитуморния имунитет и отговора на терапиите за рак. В този преглед обсъждаме скорошна работа, изследваща функциите на инфламазома при рак и потенциала за разработване на имунотерапии, базирани на инфламазома.

ФИГУРА 1|Различни механизми на активиране на инфламазома. Активирането на инфламазомата по каноничния път разчита на два сигнала, първият или първичният сигнал, позволяващ транскрипция на компоненти на инфламазома, и вторият или активиращ сигнал, задействащ сглобяването на комплекса. Рецепторите за инфламазомно скеле принадлежат към различни семейства (NLR, ALR и PYRIN), като всяко от тях разпознава различни MAMP или DAMP. Каспазата -1 е централна в катализирането на инфламазомните функции, разцепването на провъзпалителни цитокини в тяхната биоактивна форма и гастрин D (GSDMD) в N-терминален домен, образуващ пори, който предизвиква пироптоза. Неканоничният път се медиира чрез директно свързване на LPS или фосфолипиди с каспаза-4/-5 при хора или -11 при мишки.

МОМЕНТНА СНИМКА НА ИНФЛАМАЗОМИТЕ: СТРУКТУРА И АКТИВИРАНЕ

Терминът инфламазома е наречен през 2002 г. от д-р Юрг Чоп, който за първи път описва NLRP1 (Nod-подобен рецептор с пиринов домен) инфламазома като вътреклетъчен мултипротеинов комплекс, състоящ се от сензорния NLRP1 (Nod-подобен рецептор с пиринов домен), адаптер ASC (свързан с апоптоза подобен на петна протеин, съдържащ CARD) и двете възпалителни каспази -1 и -5 (Martinon et al., 2002). Оттогава са характеризирани повече от дванадесет различни инфламазоми, а именно NLRP1, NLRP2, NLRP3, NLRP6, NLRP7, NLRP9, NLRP12, NLCR4/NAIP, AIM2, IFI16, CARD8 и PYRIN. Повечето инфламазомни сензори принадлежат към семейството на Nod-подобни рецептори (NLR), което се състои от 22 члена при хора и 34 при мишки (Ariffin и Sweet, 2013), всички притежаващи централен нуклеотидно-свързващ и олигомеризиращ домен (NOD) и C -терминален богат на левцин повтор (LRR). Членовете на семейството на NLR се класифицират допълнително в четири подфамилии според естеството на техния N-терминален домейн, активиращ домейн (NLRA), бакуловирусен инхибитор на апоптозен протеин (IAP) повтарящ се (BIR) домен (NLRB), активиране и набиране на каспаза домейн (CARD) домейн (NLRC) или пиринов домейн (NLRP). С изключение на NLRA, за членовете на другите NLR подсемейства се съобщава, че събират инфламазоми (Фигура 1). Въпреки че предполагаемите микробни или гостоприемни лиганди са идентифицирани за някои инфламазоми, те остават неуловими за останалите. Примери за известни възпалителни лиганди включват двуверижна ДНК на цитоплазмен гостоприемник или патоген (бактериален или вирусен), които активират отсъстващ в меланома (AIM)2 (Bürckstümmer et al., 2009; Fernandes-Alnemri et al., 2009; Hornung et al., 2009), ядрена вирусна ДНК, която задейства AIM{34}}подобни рецептори (ALR) IFN-индуцируем фактор IFI204 при мишки и IFI16 при хора (Kerur et al., 2011), и вътреклетъчни бактериални протеини, а именно флагелин и компоненти на бактериалната система за секреция тип III, като протеини на игла и вътрешна пръчка, които ангажират NAIP/NLRC4 инфламазоми (Lightfield et al., 2008; Zhao et al., 2011; Rayamajhi et al., 2013; Yang et al., 2013; Reyes Ruiz et al., 2017; Tenthorey et al., 2017). От друга страна, лигандите на NLRP инфламазомите остават неуловими. Например, NLRP1 се активира след неговата зависима от протеозома „функционална деградация“, която освобождава неговия C-терминал CARD, за да взаимодейства с каспаза-1 и да образува инфламазома. Такова функционално разграждане се индуцира от патогенни ефектори като смъртоносен фактор (LF) на Bacillus anthracis (Klimpel et al., 1994; Fink et al., 2008), протеазният компонент на леталния токсин или Shigella flexneri E3 убиквитин лигаза IpaH7.8 (Sandstrom et al., 2019) и следователно посочва NLRP1 като сензор за собствената си стабилност в отговор на активността на патогена. Изчерпването на АТФ, предизвикано от инфекция с Toxoplasma gondii или Listeria monocytogenes, също активира инфламазомата NLRP1 (Liao and Mogridge, 2013; Neiman Zenevich et al., 2017). Съвсем наскоро Bauernfried et al. демонстрира още един активатор на човешки, но не и на миши NLRP1, а именно вирусна dsRNA, бонафиден лиганд, който се свързва с богатите на левцин повторения (LRR) на NLRP1 (Bauernfried et al., 2021).

Китайска билка растение цистанче-Противотуморно

Що се отнася до NLRP1, инфламазомата на Pyrin усеща "промяна", предизвикана от инфекция, а именно инактивирането на малки GTPases от семейство Rho от бактериални Rho-модифициращи токсини (Xu et al., 2014). И накрая, лигандите, отговорни за директното активиране на NLRP3, остават неизвестни. NLRP3 се активира от широк спектър от MAMPs и DAMPs, включително прахови частици, холестеролни кристали, клетъчни метаболити, лизозомни увреждания, дефектна митофагия и йонни смущения, като ефлукс на K+ и приток на Ca++. Активирането на NLRP3 също изисква няколко пост-транслационни модификации, т.е. убиквитиниране, фосфорилиране и сумоилиране, и свързването на NIMA-свързана киназа 7 (NEK7) към нейните LRRs (прегледано в (Swanson et al., 2019)). Активирането на неканоничната NLRP3 инфламазома се задейства чрез директно свързване на цитозолен липополизахарид (LPS) с каспаза-11 при мишки или каспаза-4/-5 при хора (Shi et al., 2014 ). Оксидираният фосфолипид (oxPAPC) се свързва с каспаза- 11 и предизвиква активиране на инфламазома в дендритни клетки (Zanoni et al., 2016), но се конкурира със свързването на LPS и инхибира неканоничното активиране на инфламазома в макрофагите, осигурявайки защита срещу грам-отрицателен бактериален сепсис (Chu et al., 2018). Последни, макар и по-малко проучени, механизмите на активиране на други NLRP инфламазоми, а именно NLRP2 (Zhang et al., 2020), NLRP6 (Shen et al., 2021), NLRP7 (Radian et al., 2015), NLRP9 (прегледан в (Mullins и Chen, 2021)) и NLRP12 (прегледано в (Tuladhar и Kanneganti, 2020)) се появяват. Сглобяването на инфламазома води до мулти-олигомеризация на сензора на инфламазомата, ASC адаптера и проформата на каспаза -1 и/или −11/−4/−5 в перинуклеарен агрегат, известен като ASC „петно“ с прионоидни характеристики (Franklin et al., 2014). Активирането на каспаза насърчава освобождаването на биоактивни IL-1 и IL-18, а в някои случаи и възпалителна клетъчна смърт, наречена пироптоза, чрез разцепване на гастрин-D в N-терминален домен, който генерира пори в плазмена мембрана, водеща до осмотичен лизис [преглед в (Broz et al., 2020)]. Инфламазомите са най-известни със своята функция за защита на гостоприемника срещу патогени. Въпреки това, анормалното активиране на инфламазома също е свързано с развитието на рак. Ролята на инфламазомното сигнализиране при рак варира в зависимост от вида на рака, етиологията на рака и клетките, активиращи пътя на инфламазомата в туморната микросреда. В този преглед ние предоставяме синтез на скорошната литература, изследваща ролята на различни инфламазоми в прогресията на рака или антитуморния имунитет. Ние обсъждаме доказателства, генерирани от in vivo миши модели, или с помощта на фармакологични инхибитори, или генетични модели със загуба на функция, както и доказателства от кохорти на пациенти и клинични изпитвания.

Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система

ПРОТУМОРАЛНИ ФУНКЦИИ НА ВЪЗПАЛИТЕЛНИЯ ПЪТ

Насърчаване на оцеляването, пролиферацията и инвазията на раковите клетки, основно медиирано от IL-1

Ролята на инфламазомата в насърчаването на рака често се медиира от IL-1, който се произвежда от различни клетки в тумора, включително свързани с тумора макрофаги (TAMs) и свързани с рака фибробласти (CAFs). Наистина, миелоидно или CAF специфично заличаване на гени, участващи в Nlrp3 инфламазомна активация, води до намален туморен растеж. Например, доказано е, че сфинголипидният сфингозин{5}}фосфатен (S1P) рецептор активира Nlrp3 инфламазомата в TAMs, а миелоидната специфична делеция на S1pr намалява лимфангиогенезата, управлявана от IL-1 -, и белодробните метастази в средния T полиом ( PyMT) миши модел на рак на гърдата (Weichand et al., 2017). Използвайки същия модел, Ershaid et al. показват, че CAF-специфичната генетична аблация на Nlrp3 или Il1b забавя туморния растеж и отслабва белодробните метастази (Ershaid et al., 2019). Механично, IL-1 насърчава прогресията на тумора и метастазите чрез задвижване на имуносупресивна туморна микросреда (TME) и индуциране на експресията на адхезионни молекули върху ендотелните клетки (Ershaid et al., 2019). Освен това е доказано, че медиираният от Nlrp3 инфламазома IL-1 индуцира производството на насърчаващия рака цитокин IL-22 от CD4+ Т клетки на паметта. Това беше демонстрирано в модели на рак на гърдата и белите дробове, при които неутрализацията на IL-1R сигнализирането с анакинра отменя производството на IL-22 и намалява туморния растеж (Voigt et al., 2017). IL-1, произведен от TAM или освободен от ракови клетки, може също да засили протуморогенната активност на CAF, подчертавайки ролята му на главен оркестратор на туморогенезата (Brunetto et al., 2019). Освен ефектите си върху TME, автокринното сигнализиране на IL-1 е показано, че действа като директен двигател на пролиферацията на ракови клетки. Това беше демонстрирано с помощта на диетилнитрозаминовия (DEN) миши модел на хепатоцелуларен карцином (HCC), в който ефекторът на митофагията FUNDC1 беше специфично изтрит в хепатоцитите, което доведе до анормално активиране на инфламазомата Nlrp3 и хиперпролиферация на хепатоцити, управлявана от IL-1 - (Wenhui Li и др., 2019). Това също беше съобщено в миши модел на AML, управляван от онкогенния KrasG12D път, който активира Nlrp3 инфламазомата чрез Kras-RAC1-индуцирано производство на ROS. Nlrp3 делецията намалява анормалната миелопролиферация и възстановява нормалната хематопоеза (Hamarsheh et al., 2020). В допълнение към индуцирането на пролиферация и оцеляване на раковите клетки, IL-1 може също да благоприятства тяхната миграция и инвазия. В модела на колоректален рак (CRC) е доказано, че извлеченият от макрофагите IL-1 предизвиква производството на серумен амилоид A1 (SAA1) от туморни клетки, което по начин на предаване напред индуцира макрофагите да регулират нагоре металопротеиназата{{45} } секреция, позволяваща миграция на рак и установяване на метастази (Sudo et al., 2021) (Фигура 2A). Докато по-голямата част от доказателствата сочат IL-1 като основен двигател на възпалителен тумор-стимулиращ ефект, скорошно проучване на Hofbauer et al., изучаващо мултиплен миелом в миши модел, описва ролята на Nlrp{{50 }}зависим IL-18 при разрушаване на костите и пролиферация на мултиплен миелом (Hofbauer et al., 2021). На последно място, докладвани са независими от инфламазома функции в промоцията на тумора. Qi и др. показаха, че докато polydA: dT стимулацията на три NSCLC клетъчни линии активира AIM2 инфламазомата, тя не оказва влияние върху техния растеж или оцеляване. За разлика от това, AIM2 насърчава растежа на NSCLC тумор in vivo чрез регулиране на динамиката на митохондриалното сливане и ERK активиране (Qi et al., 2020).

ФИГУРА 2|Протуморни функции на възпалителния път. (A) Инфламазомата, предимно NLRP3, насърчава оцеляването, пролиферацията и инвазията на туморните клетки чрез IL-1. Демонстрирани са също така независими от инфламазома функции на AIM2, при които AIM2 контролира митохондриалната динамика и активира онкогенното ERK активиране чрез реактивни кислородни видове (ROS). (B) Инфламазомата може да стимулира туморогенезата чрез индуциране на хронично възпалително състояние. В червата както IL-18, така и IL-1 се събират в производството на IL-22, което стимулира хиперпролиферацията на чревни епителни клетки. Хроничното възпалително състояние също се активира от производството на IL-17, което набира гранулоцити, за да усили отговора. В черния дроб чернодробното увреждане е свързано с активиране на инфламазома AIM2 както в клетките на Купфер, така и в макрофагите на асцитната течност. IL-1 в този случай насърчава хиперпролиферацията на хепатоцитите. В кожата мутациите на зародишната линия в NLRP1 водят до хронично възпаление и туморогенеза. (C) Инфламазомите могат индиректно да благоприятстват развитието на тумор чрез потискане на антитуморния имунитет. Показано е, че IL-1 подобрява набирането на супресорни клетки, получени от миелоид (MDSC) към мястото на тумора и насърчава толерогенната диференциация на Т клетките.

Насърчаване на хронично възпаление, възстановяване на тъканите и фиброза

В отговор на увреждане на тъканите избрани възпалителни цитокини насърчават процеса на възстановяване. Когато този отговор е анормален, както в контекста на хронично възпаление, прекомерното възстановяване на тъканите може да доведе до неопластичен растеж. Това е най-добре илюстрирано в свързаните с колит CRC и HCC. Ние и други показахме рано, че зависимото от инфламазома производство на IL-18 е необходимо за възстановяване на чревната тъкан при миши модели на колит и че прекомерното сигнализиране на инфламазома насърчава чревната туморогенеза [прегледано в (Saleh and Trinchieri, 2011)]. Huber et al. по-късно показаха, че IL-18 насърчава биологичната активност на IL-22, важен репаративен цитокин, чрез инхибиране на производството на IL-22-свързващ протеин (IL-22BP), a разтворима форма на IL-22 рецептора и отрицателен регулатор на IL-22 (Фигура 2В). Нокаутът на Il22bp, което води до повишено съотношение IL- 22/IL-22BP, ускорява туморогенезата в CRC миши модел, свързан с декстран сулфат натрий (DSS)-азоксиметан (AOM), както и в Apcmin /+ мишки, които развиват чревни аденоми (Huber et al., 2012). Освен IL-18, прекомерното производство на IL-1 в червата стимулира производството на IL-17 от CD4+ Th17 клетки и вродени лимфоцити (ILC) 3, които набират гранулоцити и задействат чревни възпаление (Coccia et al., 2012). Съвсем наскоро Dmitrieva-Posocco O et al. демонстрира специфична за клетъчния тип функция на IL-1 сигнализиране в чревната туморогенеза. Докато Т-клетъчно-специфичната делеция на Il1ra намалява IL-17A/IL-22-зависимата туморогенеза, аблацията на Il1ra в неутрофилите нарушава тяхната функция при бактериален контрол, което води до инвазия на микробен тумор, което предизвиква изострено възпаление и CRC ( Дмитриева-Посоко и др., 2019). Както при CRC, хронично възпаление и цироза, предизвикани от чернодробно увреждане, предразполагат към HCC. Съобщава се, че инфламазомата AIM2 се активира при пациенти с напреднала цироза, особено в макрофагите на асцита (Lozano-Ruiz et al., 2015) (Фигура 2B). По-късно беше показано, че тази инфламазома задвижва HCC в модела на мишка DEN, където мишките Aim2−/− или Casp1−/− са намалили канцерогенното увреждане на черния дроб и растежа на рака (Martínez-Cardona et al., 2018). В човешката кожа NLRP1 е преобладаващият възпалителен сензор. През 2016 г. Франклин и др. съобщават за мутации на зародишната линия за усилване на функцията в NLRP1, които водят до фамилно кожно възпалително заболяване и свързан карцином. Авторите показват, че активирането на инфламазома в кератиноцитите води до автокринен IL-1, който предизвиква епидермална хиперплазия (Zhong et al., 2016).

Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система

Щракнете тук, за да видите продуктите Cistanche Enhance Imunity

【Попитайте за повече】 Имейл:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Насърчаване на имуносупресия

Туморите използват множество средства, за да избегнат антитуморния имунитет. Например, те могат да узурпират възпалителни пътища, за да създадат имуносупресивна среда. Инфламазомният път е един такъв път, демонстриран при някои видове рак, за да благоприятства имуносупресията чрез насърчаване на генезиса и набирането на супресорни клетки, получени от миелоид (MDSC) или чрез индуциране на диференциацията на TAMs в толерогенен фенотип (Фигура 2C). През 2010 г., използвайки слабо имуногенния модел на меланома B16-F10, van Deventer et al. показаха, че инфламазомата Nlrp3 потиска отговора на мишката към ваксини за дендритни клетъчни тумори чрез набиране на MDSC (van Deventer et al., 2010). В модел на панкреатичен дуктален аденокарцином (PDAC), Daley et al. допълнително включва Nlrp3 сигнализиране в TAM-медиирана имуносупресия. Те показаха, че делецията или инхибирането на Nlrp3 инфламазомни компоненти е защитно срещу PDAC. IL-1 медиира толерогенната функция на Nlrp3 чрез регулиране на производството на IL-10 и Т клетъчна диференциация в Treg, Th2 и Th17 клетки (Daley et al., 2017). Освен TAMs, PDAC туморните клетки също активират Nlrp3 инфламазомата и действат като виден източник на IL-1 (Das et al., 2020). Произведеният от тумор IL-1 може също да действа чрез IL-6-STAT3 възпалителна верига, за да разшири MDSC и да индуцира имуносупресия (Tengesdal et al., 2021a). Tengesdal и др. демонстрираха това, използвайки модела на меланома B16-F10 и допълнително показаха, че инхибирането на Nlrp3 с дапан сутрил (OLT1177) отменя експресията на имуносупресивни гени в PMN-MDSC и повишава антитуморния имунитет in vivo (Tengesdal et al., 2021б). Докато изглежда, че NLRP3 има преобладаваща роля в потискането на антитуморния имунитет, както е илюстрирано по-горе, други инфламазоми също са замесени в този процес. Например, показано е, че пътят на NLRP1-IL- 18 насърчава генерирането на зрели MDSCs при мултиплен миелом (Nakamura et al., 2018), а инфламазомата Nlrc4 при контролиране на CRC метастази в черния дроб при неалкохолна мастна чернодробна болест (NAFLD) (Ohashi et al., 2019). Освен това, инфламазомата AIM2 предизвиква имуносупресия след антитяло-зависима клетъчна фагоцитоза (ADCP) и отчитане на ДНК на туморни клетки, чрез регулиране на PD-L1 и IDO експресията, които инхибират антитуморния имунитет от NK и Т клетки (Su et al., 2018). Трябва да се отбележи, че зависимите от инфламазомите цитокини като IL-1 могат да бъдат произведени в TME независимо от инфламазомите. Неотдавнашна работа, използваща миши модели на недребноклетъчен рак на белия дроб (NSCLC) и тройно негативен рак на гърдата (TNBC), показа, че секрецията на IL-1 от миелоидните клетки е независима от активирането на инфламазома и образуването на пори на гастрин D. IL-1 насърчава имуносупресията чрез набиране на неутрофили в леглото на тумора. Авторите показват, че туморната инфилтрация на неутрофили е отменена при Il1b−/− мишки, което води до загуба на имуносупресия и възстановяване на антитуморен имунитет по време на лечение с антиангиогенни агенти, насочени към VEGF. Въпреки че каспаза-8 се активира в тумор-инфилтриращи миелоидни клетки, нейната делеция не е достатъчна, за да блокира напълно освобождаването на биоактивен IL-1 и инфилтрацията на неутрофили (Kiss et al., 2021). Също така си струва да се отбележи, че са документирани цитокин-независими функции на NLRP3 или AIM2 при имуносупресия. Petrilli и колеги съобщават за имуносупресивна роля на пътя на Nlrp3- Asc-Caspase-1, който притъпява набирането и активирането на NK клетъчен тумор, но това е независимо от IL-1, IL{{62 }} или IL-1 рецепторно сигнализиране. Това беше показано с помощта на ортотопична имплантация на клетъчна линия 4T1 на рак на гърдата в BALB/c мишки или с MMTV NeuV664E на фона на BALB/c, кръстосан с C57Bl/6 мишки с дефицит на инфламазомни компоненти (Guey et al., 2020). В допълнение, Theivanthiran et al. са показали, че анти-PD1 имунотерапията води до повишаване на регулацията на PD-L1 на повърхността на туморните клетки, което се сближава с активирането на NLRP3 и освобождаването надолу по веригата на протеина на топлинен шок (HSP) 70. По автокринен и паракринен начин, HSP70 усещането от TLR4 и последващата експресия и секреция на Wnt5a стимулира производството на CXCL5, който привлича PMN-MDSCs към тумора (Theivanthiran et al., 2021).

ФИГУРА 3|Антитуморни функции на възпалителния път. (A) Инфламазомата може да потисне пролиферацията на туморни клетки и да насърчи тъканната хомеостаза и клетъчната диференциация. (B) Активирането на инфламазома благоприятства антитуморния имунитет чрез повишаване на NK и CD8 Т клетъчните туморогенни активности. Това се осъществява главно от IL-18. Инфламазомните тригери повишават ефикасността на инхибиторите на имунните контролни точки. (C) Пироптотичната клетъчна смърт след активирането на инфламазома създава имуногенна среда чрез освобождаване на няколко DAMPs и имуностимулиращи молекули. Пироптозата се инициира от каспаза-зависима обработка на газдермини, които образуват пори, водещи до осмотичен лизис на клетката. Някои химиотерапии предизвикват токсичност поради пироптотичната смърт на здрави клетки чрез разцепване на мозъка Е от каспаза-3.

АНТИТУМОРАЛНИ ФУНКЦИИ НА ВЪЗПАЛИТЕЛНИЯ ПЪТ

Поддържане на тъканната хомеостаза, насърчаване на клетъчната диференциация и инхибиране на пролиферацията

Възпалението е защитен биологичен отговор, индуциран физиологично за противодействие на патогенна инфекция или увреждане на тъканите. Ранни проучвания от нас и други показаха, че пътят на инфламазомата има защитна роля при увреждане, предизвикано от DSS, като насърчава възстановяването на чревната тъкан чрез IL-18-медиирана IEC регенерация (Dupaul-Chicoine et al., 2010). Съответно, загубата на Nlrp3, Asc или каспаза -1 доведе до тежък колит, но също и до свързан с колит CRC (CAC) (Allen et al., 2010). По подобен начин, ролята на Nlrp6 (Elinav et al., 2011), Nlrc4 (Rauch et al., 2017), Aim2 (Man et al., 2015) и пирин (Sharma et al., 2018) инфламазоми за поддържане на чревната хомеостаза и се съобщава за противодействие на CAC (Фигура 3A). Flavell, Elinav и колеги показаха, че това е медиирано от промени в чревната микробна екология, причинени от липсата на IL-18-инструктирано производство на антимикробни пептиди (AMP) (Elinav et al., 2011; Levy et al., 2015 ). Такава дисбиоза на микробиотата насърчава неутрофилна инфилтрация, хронично възпаление и хиперпролиферация на чревни епителни клетки (IEC), управлявана от IL-6- (Hu et al., 2013). Освен контролиране на тъканната хомеостаза чрез задействане на компенсаторна пролиферация, инфламазомното сигнализиране противодейства на туморогенезата чрез регулиране на програмите за диференциация. В модела на мишка MMTV-PyMT, Castaño Z et al. са демонстрирали антиметастатична роля на IL-1. Те показаха, че произхождащият от миелоид IL-1 налага "блок" на диференциация върху иницииращи метастази клетки (MICs) чрез регулиране на зависимата от ZEB1- диференциация, която противодейства на техния пролиферативен капацитет (Castaño et al., 2018) ( Фигура 3А). Въпреки че в повечето случаи основните механизми на инфламазомата включват IL-18 или IL-1, също са описани роли, независими от инфламазомата. Например, доказано е, че Aim2 ограничава CAC и спорадичния рак на дебелото черво чрез потискане на сигнализирането на Akt (Wilson et al., 2015) (Фигура 3A). Независими от инфламазома функции също са докладвани за Nlrc4 в подкожен B16-F10 меланомен миши модел. Експресията на Nlrc4 в TAM насърчава защитен антитуморен отговор, противно на каспаза-1 или Asc, което предполага, че Nlrc4 действа чрез алтернативен механизъм (Janowski et al., 2016).

Насърчаване на антитуморен имунитет чрез инфламазомно-зависими цитокини

Развитието на тумора зависи от баланса между способността на тумора да избегне имунното наблюдение и антитуморните имунни отговори. Зависимите от инфламазома цитокини IL-18 и IL-1 играят централна роля в антитуморния имунитет. През 2009 г. Ghiringhelli et al. първи съобщава, че освобождаването на АТФ от туморни клетки се усеща от рецептора P2X7 върху дендритни клетки (DC), който активира инфламазомата Nlrp3, задействайки освобождаването на IL-1. Дефицитът на каспаза-1 или IL-1r нарушава праймирането на INF-продуциращи CD8+ Т клетки (Ghiringhelli et al., 2009) (Фигура 3B). Последователно кондиционирането на IL-1 позволява по-добър отговор на адоптивно прехвърлените антитуморни Т-клетки. Механично, IL-1 насърчава насочването на Т-клетките към мястото на тумора и подобрява оцеляването и активирането на Т-клетките (Lee et al., 2019). Що се отнася до IL-1, IL-18 е основен индуктор на антитуморен имунитет. От една страна, той подобрява узряването на NK клетките и FasL-медиираната литична активност, както е показано в модел на CRC метастази в черния дроб (Dupaul-Chicoine et al., 2015) (Фигура 3B). От друга страна, IL-18 увеличава броя на тумор-инфилтриращите лимфоцити (TIL), както е показано в подкожен модел на меланом (Zhou et al., 2020). Въпреки това, IL-18 преди това не е успял да демонстрира ефикасност в клинични изпитвания за рак. Потенциална причина може да бъде експресията на IL-18BP, отрицателен регулатор, който потиска циркулиращия IL-18. В действителност е показано, че вариант на IL-18, резистентен на IL-18BP, предизвиква повишена честота и функция на TIL и разширява интратуморен стволовиден TCF1+ CD8+ Т клетки в миши тумори (Zhou et al., 2020). Подобно на ролята си в естествения антитуморен имунитет, инфламазомата също медиира синтетичен антитуморен имунитет, управляван от някои инхибитори на имунни контролни точки и инхибитори на малки молекули на ектонуклеотидази. Например, инхибирането на CD39, което води до извънклетъчно натрупване на АТФ, засилва анти-PD- 1 антитуморните имунни отговори чрез ангажиране на P2x7-Nlrp3- IL-18 пътя (Xian- Yang Li et al., 2019; Yan et al., 2020) (Фигура 3B). По подобен начин, отприщването на активността на Nlrp3 чрез инхибирането на трансмембранен протеин 176B (TMEM176B), имунорегулиращ катионен канал, засилва антитуморната активност на TIL в отговор на инхибитори на имунната контролна точка (Segovia et al., 2019). Съвсем наскоро Kuchroo и колеги демонстрираха, че инхибирането на имунната контролна точка TIM- 3 върху мигриращи DC води до силен антитуморен имунитет, медииран от ROS-задвижвано Nlrp3 възпалително активиране (Dixon et al., 2021) (Фигура 3B) ).

растение цистанче, повишаващо имунната система

Имуногенна клетъчна смърт на туморни клетки чрез пироптоза

Пироптозата е литична и имуногенно регулирана клетъчна смърт, която се индуцира от активиране на каспаза. Основният механизъм на пироптозата включва обработка на GSDMD в домен, образуващ пори. Семейството GSDM е добре запазено при гръбначните животни и се състои от шест паралога при хората, GSDMA, GSDMB, GSDMC, GSDMD, GSDME (DFNA5) и GSDMF (DFNB59). Мишките нямат GSDMB хомолог и имат три GSDMDA хомолога, четири GSDMC хомолога, GSDMD, GSDME и GSDMF [прегледано в (Zou et al., 2021)]. Пироптозата на туморните клетки освобождава спектър от молекули, позволяващи ефективен антитуморен имунен отговор и регресия на тумора. Това беше елегантно демонстрирано в биортогонална система при мишки, която разкри, че пироптозата на по-малко от 15% от туморните клетки е достатъчна, за да изчисти цялата туморна присадка. Такъв антитуморен отговор се медиира от компетентна имунна система, тъй като имунодефицитни мишки или мишки с дефицит на Т-клетки не са в състояние да индуцират антитуморен имунитет (Wang et al., 2020). В допълнение към GSDMD, GSDME може да предизвика пироптоза. Доказано е, че неговото разцепване от каспаза-3 надолу по веригата на TNF или химиотерапевтичните лекарства предизвиква пироптоза (Wang et al., 2017). Туморните клетки, но не и нормалните клетки, са склонни да регулират надолу GSDME, което отчасти обяснява нецелевата токсичност на някои терапии за рак (Фигура 3C). Последователно, мишките Gsdme−/− бяха защитени от увреждане на тъканите, предизвикано от химиотерапия (Wang et al., 2017). За разлика от GSDME, GSDMC се регулира нагоре в туморните клетки. Чрез взаимодействието си със Stat3, PD-L1 контролира GSDMC транскрипцията. TNF, освободен от TAM, активира каспаза -8, която обработва GSDMC, което води до пироптоза (Hou et al., 2020).

КЛИНИЧНИ ИЗПИТВАНИЯ, НАСОЧЕНИ КЪМ ВЪЗПАЛИТЕЛНИЯ ПЪТ

Множество подходи могат да бъдат използвани за насочване на активността на инфламазомата, включително инхибиране на сигнални пътища нагоре по веригата, инхибиране на компоненти на инфламазома или неутрализиране на цитокини (допълнителна таблица S1). Разцепването на зависими от инфламазома цитокини от каспаза-1 го прави привлекателна терапевтична цел. Талидомидът, който е насочен към каспаза- 1, е ефикасно противовъзпалително и антиангиогенно лекарство. Терапевтичната му употреба е одобрена за лечение на възпалителни кожни заболявания и някои видове рак. При мултиплен миелом тестването на талидомид в комбинация с други терапии е достигнало фаза III или IV клинични изпитвания. Други инхибитори на каспаза-1, използвани при възпалителни заболявания, като Pralnacasan или VX-765 (Belnacasan), все още не се използват в клинични изпитвания за рак. Инхибирането на специфични рецептори на инфламазома като NLRP3 също е интересен подход. Лекарството за инхибиране на освобождаването на цитокини (CRID)3, известно още като MCC950 и Dapansutrile (OLT1177), са инхибитори на NLRP3, които са показали обещаващи резултати при мишки (Hamarsheh и Zeiser, 2020; Tengesdal et al., 2021b; Oizumi et al., 2021) и се очаква да преминат към клинични изпитвания. Въпреки това, в клиничните проучвания блокадата на цитокини е най-успешният подход и IL-1 изглежда една от най-обещаващите цели. Въз основа на проучването CANTOS, оценяващо ефекта на канакинумаб върху предотвратяването на неблагоприятни сърдечни събития, Novartis води няколко клинични изпитвания, насочени към IL-1 при рак, включително три във фаза III при NSLC. CANOPY-A (NCT03447769) е клинично изпитване, комбиниращо канакинумаб с цисплатин при пациенти с NSLC след хирургична резекция за предотвратяване на рецидив. CANOPY-1 (NCT03631199) оценява канакинумаб като лечение от първа линия за напреднал или метастазирал NSCLC в комбинация с пембролизумаб и базирана на платина дублетна химиотерапия. Въпреки това, той не достига първичните крайни точки за обща преживяемост (OS) и преживяемост без прогресия (PFS). CANOPY-2 (NCT03626545) изследва комбинацията от канакинумаб с доцетаксел във втора или трета линия терапия срещу доцетаксел самостоятелно при NSCLC. Той обаче също не достигна първата си крайна точка. MABp1, моноклонално антитяло на Janssen, насочено към IL-1, показа клинична полза във фаза III клинично изпитване (NCT02138422), увеличавайки средната преживяемост на пациенти с CRC, рефрактерни на стандартна терапия. Фаза II клинично изпитване от Mayo Clinic (NCT00635154) изследва ефекта на анакинра при пациенти с ранен стадий на мултиплен миелом. Резултатите показват, че IL-1Ra потиска маркерите за прогресия на заболяването. Друг подход, който се изследва, е този за стимулиране на антитуморен имунитет чрез активиране на инфламазомата NLRP3. Клинично изпитване фаза III (NCT03329846) оценява BMS-986299, лекарство, разработено за активиране на инфламазома NLRP3, в комбинация с ниволумаб при пациенти с напреднал меланом. Използването на рекомбинантни цитокини също е начин за насърчаване на антитуморната активност и SB-485232, рекомбинантен човешки IL-18, е използван в седем клинични изпитвания, макар и без да е показал ефикасност.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Инфламазомите играят двойна роля в туморогенезата и антитуморния имунитет. От една страна, те насърчават растежа на рака и метастазите чрез инструктиране на имуносупресивен TME, главно чрез IL-1, и чрез стимулиране на пролиферацията на туморни клетки в автокринни и паракринни амплификационни бримки. В допълнение, те предизвикват механизми на компенсаторна пролиферация в отговор на продължително тъканно увреждане, благоприятстващо туморогенезата. От друга страна, активирането на инфламазома повишава туморогенната активност на CD8+ Т клетките и NK клетките по IL-18-зависим начин и допълнително насърчава антитуморния имунитет чрез пироптоза, имуногенна клетъчна смърт, която активира антигена -представяне на клетки чрез освобождаване на туморни антигени и адюванти в ТМЕ. С оглед на различните компоненти на инфламазома и техните възпалителни цитокини надолу по веригата, в момента се изследват няколко атрактивни терапевтични цели, базирани на инфламазома. Независимо от това, все още е необходима много работа преди обобщаването на такива потенциални имунотерапии, тъй като по-голямата част от предклиничната работа, цитирана тук, изисква валидиране в други модели на рак, транслационни проучвания и ранни клинични изпитвания. В допълнение, като се вземат плейотропните роли на инфламазомите и техните цитокини, както и при други имунотерапии, е необходимо специално внимание на потенциалната възпалителна токсичност или вредните имуносупресивни ефекти с тези подходи.

ПРЕПРАТКИ

Allen, IC, Tekippe, EM, Woodford, RM, Uronis, JM, Holl, EK, Rogers, AB, et al. (2010). Инфламазомата NLRP3 функционира като отрицателен регулатор на туморогенезата по време на рак, свързан с колит. J. Exp. Med. 207, 1045–1056. doi:10.1084/jem.20100050

Ariffin, JK и Sweet, MJ (2013). Разлики в репертоара, регулирането и функцията на Toll-подобни рецептори и образуващи инфламазома Nod-подобни рецептори между хора и мишки. Curr. мнение Microbiol. 16, 303–310. doi:10.1016/j.mib.2013.03.002

Bauernfried, S., Scherr, MJ, Pichlmair, A., Duderstadt, KE, and Hornung, V. (2021). Човешкият NLRP1 е сензор за двойноверижна РНК. Наука 371, eabd0811. doi:10.1126/science.abd0811

Броз, П., Пелегрин, П. и Шао, Ф. (2020). Gasdermins, семейство протеини, извършващи клетъчна смърт и възпаление. Нац. Rev. Immunol. 20, 143–157. doi:10.1038/s41577-019-0228-2

Brunetto, E., De Monte, L., Balzano, G., Camisa, B., Laino, V., Riba, M., et al. (2019 г.). IL-1/IL-1 рецепторната ос и освободеният от туморни клетки възпалителен адаптер ASC са ключови регулатори на секрецията на TSLP от свързаните с рака фибробласти при рак на панкреаса. J. Имунотерапия при рак 7, 45. doi:10.1186/ s40425-019-0521-4

Bürckstümmer, T., Baumann, C., Blüml, S., Dixit, E., Dürnberger, G., Jahn, H., et al. (2009). Ортогонален протеомно-геномен екран идентифицира AIM2 като цитоплазмен ДНК сензор за инфламазомата. Нац. Immunol. 10, 266–272. doi:10.1038/ni.1702

Castaño, Z., San Juan, BP, Spiegel, A., Pant, A., DeCristo, MJ, Laszewski, T. и др. (2018). IL-1 Възпалителният отговор, предизвикан от първичен рак на гърдата, предотвратява клетъчна колонизация, инициираща метастази. Нац. Cel Biol 20, 1084–1097. doi:10.1038/s41556-018-0173-5

Chu, LH, Indramohan, M., Ratsimandresy, RA, Gangopadhyay, A., Morris, EP, Monack, DM, et al. (2018). Оксидираният фосфолипид oxPAPC предпазва от септичен шок чрез насочване към неканоничната инфламазома в макрофагите. Нац. Общ. 9, 996. doi:10.1038/s41467-018-03409-3

Coccia, M., Harrison, OJ, Schiering, C., Asquith, MJ, Becher, B., Powrie, F., et al. (2012). IL-1 медиира хронично чревно възпаление чрез насърчаване на натрупването на IL-17A секретиращи вродени лимфоидни клетки и CD4+ Th17 клетки. J. Exp. Med. 209, 1595–1609. doi:10.1084/jem.20111453

Daley, D., Mani, VR, Mohan, N., Akkad, N., Pandian, GSDB, Savadkar, S., et al. (2017). Сигнализирането на NLRP3 задвижва индуцираната от макрофагите адаптивна имунна супресия при карцином на панкреаса. J. Exp. Med. 214, 1711–1724. направи:10. 1084/джем.20161707

Das, S., Shapiro, B., Vucic, EA, Vogt, S. и Bar-Sagi, D. (2020). IL1, получен от туморни клетки, насърчава десмоплазия и имунна супресия при рак на панкреаса. Cancer Res. 80, 1088–1101. doi:10.1158/0008-5472.CAN-19-2080

Dixon, KO, Tabaka, M., Schramm, MA, Xiao, S., Tang, R., Dionne, D., et al. (2021). TIM-3 ограничава антитуморния имунитет чрез регулиране на активирането на инфламазома. Природа 595, 101–106. doi:10.1038/s41586-021-03626-9

Дмитриева-Посоко, О., Джуцев, А., Посоко, Д. Ф., Хоу, В., Юан, У., Товарай, В., и др. (2019 г.). Специфични за клетъчния тип отговори на интерлевкин-1 контролират микробната инвазия и предизвиканото от тумор възпаление при колоректален рак. Имунитет 50, 166–180. e167. doi:10.1016/j.immuni.2018.11.015

Dunn, GP, Bruce, AT, Ikeda, H., Old, LJ и Schreiber, RD (2002). Имуноредактиране на рака: от имунологично наблюдение до бягство от тумор. Нац. Immunol. 3, 991–998. doi:10.1038/ni1102-991

Dupaul-Chicoine, J., Arabzadeh, A., Dagenais, M., Douglas, T., Champagne, C., Morizot, A., et al. (2015). Инфламазомата Nlrp3 потиска метастатичния растеж на колоректалния рак в черния дроб чрез насърчаване на тумороцидната активност на естествените клетки убийци. Имунитет 43, 751–763. doi:10.1016/j.immuni.2015. 08.013

Dupaul-Chicoine, J., Yeretssian, G., Doiron, K., Bergstrom, KS, McIntire, CR, LeBlanc, PM, et al. (2010). Контрол на чревната хомеостаза, колит и свързан с колит колоректален рак от възпалителните каспази. Имунитет 32, 367–378. doi:10.1016/j.immuni.2010.02.012

Elinav, E., Strowig, T., Kau, AL, Henao-Mejia, J., Thaiss, CA, Booth, CJ, et al. (2011). NLRP6 инфламазома регулира микробната екология на дебелото черво и риска от колит. Клетка 145, 745–757. doi:10.1016/j.cell.2011.04.022

Ershaid, N., Sharon, Y., Doron, H., Raz, Y., Shani, O., Cohen, N., et al. (2019 г.). NLRP3 инфламазомата във фибробластите свързва увреждането на тъканите с възпалението при прогресия и метастази на рак на гърдата. Нац. Общ. 10, 4375. doi:10. 1038/s41467-019-12370-8

Fernandes-Alnemri, T., Yu, JW, Datta, P., Wu, J. и Alnemri, ES (2009). AIM2 активира инфламазомата и клетъчната смърт в отговор на цитоплазмената ДНК. Nature 458, 509–513. doi:10.1038/nature07710

Fink, SL, Bergsbaken, T. и Cookson, BT (2008). Антраксният летален токсин и салмонелата предизвикват общия път на клетъчна смърт на каспаза-1-зависимата пироптоза чрез различни механизми. Proc. Natl. акад. Sci. 105, 4312–4317. doi:10.1073/pnas.0707370105

Франклин, BS, Bossaller, L., De Nardo, D., Ratter, JM, Stutz, A., Engels, G., et al. (2014 г.). Адаптерът ASC има извънклетъчни и „прионоидни“ дейности, които разпространяват възпаление. Нац. Immunol. 15, 727–737. doi:10.1038/ni.2913

Ghiringhelli, F., Apetoh, L., Tesniere, A., Aymeric, L., Ma, Y., Ortiz, C., et al. (2009). Активирането на NLRP3 инфламазома в дендритни клетки индуцира IL-1 - зависим адаптивен имунитет срещу тумори. Нац. Med. 15, 1170–1178. doi:10.1038/nm.2028