Роля на дефензините в биологията на тумора, част 1

Резюме:

Дефензините отдавна са считани просто за антимикробни пептиди. През годините бяха открити повече функции, свързани с имунитета, както за подсемействата -дефензин, така и за -дефензин. Този преглед дава представа за ролята на дефензините в туморния имунитет. Тъй като дефензините присъстват и се експресират различно в определени видове рак, изследователите започнаха да разкриват тяхната роля в туморната микросреда. Доказано е, че човешките неутрофилни пептиди са директно онколитични чрез пермеабилизиране на клетъчната мембрана. Освен това дефензините могат да причинят увреждане на ДНК и да индуцират апоптоза на туморни клетки. В туморната микросреда дефензините могат да действат като хемоатрактанти за подгрупи от имунни клетки, като Т клетки, незрели дендритни клетки, моноцити и мастоцити.

Освен това, чрез активиране на целевите левкоцити, дефензините генерират провъзпалителни сигнали. Освен това, имуно-адювантни ефекти са докладвани в различни модели. Следователно действието на дефензините надхвърля техния директен антимикробен ефект, т.е. лизиране на микроби, нахлуващи в лигавичните повърхности. Като причиняват увеличаване на провъзпалителните сигнални събития, клетъчен лизис (генериране на антигени) и привличане и активиране на антиген-представящи клетки, дефензините могат да имат важна роля в активирането на адаптивната имунна система и генерирането на антитуморен имунитет и по този начин допринасят за успеха на имунната терапия.

Насочването на белите кръвни клетки е нов подход при лечението на рак и имунни заболявания, който може да активира имунната система и по този начин да засили имунитета. Целевата левкоцитна терапия е селективно активиране на имунни клетки като Т-клетки, В-клетки и естествени клетки убийци и насочването им да атакуват ракови клетки или чужди тела в тялото, за да се постигне целта на лечението.

Ключът към насочването на терапията с бели кръвни клетки е да се стимулира реакцията на имунната система и да се предприемат подходящи мерки, за да се гарантира, че има минимално въздействие върху атакуваните клетки. По време на този процес имунните клетки се задействат и освобождават цитокини и катализатори, химикали, които активират реакцията на други имунни клетки, което води до повишено възпаление в тялото, което повишава имунитета.

Следователно, целевата левкоцитна терапия може да активира имунната система на тялото, да подобри имунитета и да си сътрудничи с имунната система на тялото, за да произведе по-добри терапевтични ефекти. Вижда се, че трябва да обърнем специално внимание на подобряването на имунитета. Цистанче може значително да подобри имунитета. Месната пепел съдържа различни биологично активни компоненти, като полизахариди, две гъби, Huang Li и др. Тези съставки могат да стимулират имунната система на различни видове клетки и да увеличат тяхната имунна активност.

Кликнете върху ползите за здравето от цистанче

Ключови думи:

дефензини; туморна биология; имунни клетки.

1. Въведение

Дефензините са семейство от малки катионни пептиди, съдържащи шест цистеинови остатъка, свързани чрез три вътрешномолекулни дисулфидни връзки, с централен лист, доминиращ в тяхната структура [1,2]. Открити са три подсемейства. Lehrer и колеги идентифицираха първите -дефензини на бозайници от заешки гранулоцити през 1984 г. По-късно, през 1985 г., те докладваха за първите човешки дефензинови последователности, които първоначално наричаха антибиотични пептиди, получени от неутрофили или човешки неутрофилни пептиди (HNP) [3,4]. ]. Те също така въведоха термина „дефензини“ за силно свързаните пептиди HNP-1 до 3, въз основа на техните антибактериални, антивирусни и противогъбични свойства, които подсилват защитата на гостоприемника [4].

По-късно беше открит HNP-4 със същия цистеинов скелет като другите миелоидни HNP, но с малко по-различна последователност и значително повече хидрофобни аминокиселини [5]. Само около 2 процента от общото съдържание на неутрофилен дефензин е HNP-4, което вероятно е причината да бъде пренебрегнат по време на откриването на първите три HNP [6]. Не всички бозайници имат левкоцитни дефензини, тъй като те са докладвани само при примати, зайци и някои други видове гризачи [2].

В това отношение е важно да се отбележи, че мишките нямат неутрофилни дефензини [7]. Следователно, изследването на ролята на неутрофилните дефензини в миши модели е възможно само при трансгенни мишки. Въпреки това, миши чревни клетки на Панет произвеждат дефензини, които също се наричат ​​​​крипти [8]. Подобно на неутрофилните дефензини, чревните крипти имат антимикробни свойства, но мишите криптове значително превъзхождат групата от четири човешки миелоидни дефензини [9,10]. Около времето на откриването на мишите крипти беше установено също, че два -дефензина се секретират от човешки клетки на Панет: човешки дефензин 5 и човешки дефензин 6 (HD-5 и HD-6), споделящи свойства с миелоидните -дефензини [11,12]. HD-5 и HD-6 завършват групата на шестте известни човешки дефензина.

Следващото подсемейство, което беше идентифицирано, беше -дефензините. Въпреки че името им предполага, че те са възникнали след -дефензините, -дефензините са много по-стари в еволюционен мащаб, тъй като -дефензиновите гени (DEFA) произлизат от -дефензиновите гени (DEFB) и двете семейства изглежда са еволюирали от общ пред- ген на дефензин на бозайници [13,14]. Човешките -дефензини също са по-многобройни, тъй като са идентифицирани почти 40 гена на човешки -дефензин [15,16]. Интересното е, че -дефензините са открити за първи път в лигавицата на трахеята на крави [17], а допълнителни -дефензини са пречистени от говежди неутрофили [18]. През 1995 г., десет години след първото описание на -дефензини при хора, беше изолиран първият човешки -дефензин: човешкият -дефензин-1 или hBD-1 [19]. Оттогава са открити повече -дефензини и всички те се експресират в епителните и/или мукозните тъкани, осигуряващи антимикробна защита на места, които са почти непрекъснато в контакт с микроорганизми [16].

Следващото подсемейство, което беше идентифицирано, беше -дефензините. Въпреки че името им предполага, че те са възникнали след -дефензините, -дефензините са много по-стари в еволюционен мащаб, тъй като -дефензиновите гени (DEFA) произлизат от -дефензиновите гени (DEFB) и двете семейства изглежда са еволюирали от общ пред- ген на дефензин на бозайници [13,14]. Човешките -дефензини също са по-многобройни, тъй като са идентифицирани почти 40 гена на човешки -дефензин [15,16]. Интересното е, че -дефензините са открити за първи път в лигавицата на трахеята на крави [17], а допълнителни -дефензини са пречистени от говежди неутрофили [18]. През 1995 г., десет години след първото описание на -дефензини при хора, беше изолиран първият човешки -дефензин: човешкият -дефензин-1 или hBD-1 [19]. Оттогава са открити повече -дефензини и всички те се експресират в епителните и/или мукозните тъкани, осигуряващи антимикробна защита на места, които са почти непрекъснато в контакт с микроорганизми [16].

Като цяло структурата на човешките дефензини се характеризира с триверижен антипаралелен лист, задържан на място от три дисулфидни връзки [1,21,22] (Фигура 1). При дефензините тези дисулфидни връзки се образуват между цистеиновите остатъци 1–6, 2–4 и 3–5, докато при -дефензините това е между цистеиновите остатъци 1–5, 2–4 и 3–6, което води до малко по-различна структура [2].

Скоро след откриването им се стигна до заключението, че дефензините действат предимно като антимикробни средства, но дори по това време се предполагаше, че дефензините могат също да играят роля при възпаление, увреждане на тъканите и други процеси [26].

Понастоящем дефензините са включени в семейството на алармините. Алармините са обстойно проучени в контекста на ролята им на защитници от първа линия, защитаващи хоста. Те са протеини или пептиди, които действат като инициатори на разнообразен набор от процеси, свързани с имунитета [27]. Те принадлежат към по-широкото семейство на DAMP (молекулни модели, свързани с увреждане) и могат да бъдат разделени въз основа на техния произход: някои са получени от гранули, като дефензини, кателицидин и невротоксин, получен от еозинофили; някои имат ядрен произход, като група с висока мобилност кутия 1; а някои произхождат от цитоплазмата, например протеините на топлинния шок [27]. Повечето алармини, получени от гранули, са известни също като антимикробни пептиди или AMP и тази подгрупа включва дефензини.

При нормални обстоятелства вродената и адаптивната имунна система работят заедно, за да ни защитят от нелични заплахи, като бактерии и вируси. Въпреки това, въпреки че ракът произхожда от „собствени“ клетки, нашата имунна система може да разпознае и убие злокачествени клетки поради техния променен антигенен състав и биологично поведение [28,29]. Генетичната нестабилност на раковите клетки е основният източник на тумор-специфични антигени [29]. В допълнение, епигенетичните аномалии, променящи генната експресия, също играят важна роля при рака и могат да причинят транскрипция на гени, обикновено ограничени до феталното развитие по време на зряла възраст [29,30]. Освен че са антигенни, много тумори се опитват да избягат от имунната система, като създават имуносупресивна среда.

Следователно е ясно, че взаимодействието между имунната система и туморните клетки е сложно и с възхода на имунотерапията не трябва да се пренебрегва значението на антитуморния имунитет и възможното имунно бягство. Тук обобщаваме потенциалните роли на дефензините в туморната микросреда (TME), тъй като все повече и повече доказателства сочат функции, свързани с имунитета, извън обикновената антимикробна активност.

2. Директен ефект върху туморните клетки

Първо, подобно на техния антимикробен ефект, -дефензините могат да имат директен цитотоксичен ефект върху туморните клетки. Възможните механизми на действие варират от директни физически взаимодействия с мембраната до активиране на пътищата на клетъчна смърт (Фигура 2). HNP-1 до 3 индуцира клетъчна смърт в A549 клетки и Jurkat Т-клетки, свързани с митохондриално увреждане и други неуточнени пътища, с признаци на активиране на каспаза-3/-7 [31,32]. В допълнение, HNP-1 се натрупва в ендоплазмения ретикулум преди активирането на каспаза-3 в A549 клетки [33]. Когато рекомбинантният HNP-1 се експресира в A549 клетки, той причинява значително инхибиране на растежа поради (вероятно подобен) апоптотичен механизъм, задействан от вътреклетъчния HNP-1. Тази антитуморна активност също е доказана in vivo, като апоптоза на туморни клетки, намалена плътност на микросъдовете и повишена лимфоцитна инфилтрация са наблюдавани при мишки, третирани с еукариотен експресионен плазмид, кодиращ HNP-1 [34].

В биомеханично проучване с PC-3 клетки, Gaspar и колегите демонстрираха цитотоксичността на HNP-1, която причинява морфологични модификации, свързани с мембранната пермеабилизация [35]. Те предложиха двуетапен процес на увреждане на клетката: първо, мембраната се пермеабилизира, позволявайки на HNPs да навлязат в клетката, и следващото увреждане на ДНК настъпва, тъй като HNPs могат да предизвикат прекъсвания на едноверижна ДНК [35,36]. В зависимост от концентрацията на дефензин, разрушаването на мембраната може да бъде причинено от димеризацията на HNP-1, където хидрофобната страна на димера е обърната към липидните вериги на мембраната, докато полярната страна образува водна пора, причинявайки изтичане на клетки [37]. ]. Относителната „селективност“ на HNP за раковите клетъчни мембрани може да се обясни с обогатяването на фосфатидилсерин в раковите клетъчни мембрани, което ги прави по-анионни и увеличава шанса за взаимодействие с катионните HNP [35,38]. Високите локални концентрации на HNP-1 (по-големи или равни на 10 µg/mL) също оказват цитотоксични ефекти върху кератиноцитите, първичните епителни клетки и фибробластите [39,40].

По подобен начин, излагането на орални клетки от плоскоклетъчен карцином на високи концентрации на HNP-1 води до онколитичен ефект [41]. дефензините, пречистени от неутрофили, също показват синергичен антитуморен ефект, когато се прилагат с антибиотика низин, чрез индуциране на апоптоза на клетъчни линии на простатата (PC-3) и колоректален рак (HCT-116) [42] . Не само получените от неутрофилите дефензини са цитотоксични, но -дефензин 5, който се експресира главно в клетките на Панет, засяга жизнеспособността на туморните клетки. Пролиферацията на ракови клетки на дебелото черво и капацитетът за образуване на колонии бяха значително намалени от свръхекспресията на DEFA5. При голи мишки свръхекспресията на този ген потиска растежа на тумора. Механизмите зад неговия тумор-супресивен ефект включват фосфоинозитид 3-киназа, тъй като DEFA5 се свързва директно с неговия сигнален комплекс, което води до забавен клетъчен растеж и метастази [43]. Интересно е, че hBD-1 може да промени сигналната трансдукция на рецептора на човешкия епидермален растежен фактор 2 (HER2), а извлеченият от урината hBD-1 успя да потисне растежа на рак на пикочния мехур [44].

В клетъчните линии на човешки хепатоцелуларен карцином (HCC) експресията на hBD-1 е драстично понижена и спасяването на нейната експресия ефективно потиска клетъчната пролиферация и способността за образуване на колонии. При тестване в модел на хепатоцелуларен карцином на голи мишки, експресията на hBD-1 инхибира растежа на тумора чрез индуциране на разграждане на протеини и стрес на ендоплазмения ретикулум (ER), и това впоследствие активира пътя на c-Jun N-терминална киназа (JNK), който медиира инхибиторния ефект на hBD-1 [45]. Освен това се съобщава, че hBD-2 и -3 съдържат онколитичен мотив, който се свързва с фосфатидилинозитол 4,5-бифосфат. Това взаимодействие е критично за медиирането на цитолизата на туморните клетки и експериментите с hBD-2 показват, че дефензинът убива туморните клетки чрез остра литична клетъчна смърт вместо апоптоза [46,47]. Други изследвания потвърждават това, тъй като клетките на аденокарцином A549, третирани с hBD-3, показват незабавно увреждане на клетъчната мембрана.

Освен това, Defb14, мишият хомолог на hBD-3, успя значително да намали туморния растеж на белодробния карцином на Lewis при мишки, когато се влива непрекъснато [48]. hBD-5 също показа обещаваща in vivo противоракова ефикасност при модел на рак на дебелото черво, предизвикан от 1,2-диметилхидразин. Наблюдавани са намаление на туморните параметри, аберантни криптови фокуси и повишаване на скоростта на апоптоза, съпътстващо туморна инфилтрация от неутрофилни гранулоцити. Колоните на мишки, третирани с hBD-5-, дори разкриват възстановяване на нормалната архитектура. hBD-5 се свързва повече с раковите клетки, поради променената течливост на техните клетъчни мембрани, като в крайна сметка не засяга здравите клетки гостоприемници [49]. Въпреки че θ-дефензините се срещат само в някои видове маймуни от Стария свят, техният капацитет за убиване на туморни клетки не може да бъде пренебрегнат. Богатите на серин аналози на θ-дефензин показват по-голяма цитотоксичност към клетъчните линии на рак на гърдата, отколкото към нормалните епителни клетки на млечната жлеза.

По-важното е, че аналозите имат синергичен ефект върху лечението с цисплатин и доксорубицин хидрохлорид на тройно отрицателна клетъчна линия от рак на гърдата [50]. Не само животните имат антимикробни пептиди. PvD1 е пример за подобен на дефензин антимикробен пептид, открит в обикновения фасул (Phaseolus vulgaris), който също изглежда има известна директна противоракова активност [51,52]. Пептидът има различен ефект върху нормалните в сравнение с туморните клетки, тъй като е в състояние да достигне вътрешността на клетките на тумора на гърдата и да предизвика апоптотични събития. Подобно на други дефензини, PvD1 взаимодейства с мембраните и понякога причинява смущения. В допълнение, PvD1 модулира адхезията клетка към клетка. Това може да бъде интересен начин за предотвратяване на адхезията на раковите клетки към здравата тъкан и потискане на метастатичното разпространение [52].

For more information:1950477648nn@gmail.com