Kasvaja mikrokeskkond (KMK)

VTAK
taavi.pall@vtak.ee

• Kasvajarakud ei eksisteeri organismis isoleeritult,
• neid ümbritseb kompleksne keskkond, mis koosneb:

• normaalsetest rakkudest,
• sekreteeritud valkudest,
• füsioloogilistest madalmolekulaarsetest ühenditest ntx. hormoonid,
• veresoontest

Quail & Joyce (2013)

Fridman et al. (2012)

Anti-tumorigeensed - selgelt assotseeruvad hea prognoosiga

• T_H1
  
  • produtseerivad IL-2 ja INF\( \gamma \)
  • toetavad kasvajale tsütotoksilisi CD8+ mälu T-rakke (CD8+CD45RO+) Fridman et al. (2012)
• CTL - CD8+ tsütotoksilised T-rakud
  • põhjustavad apoptoosi tsütotoksiliste graanulite (perforiin, granzyme) eritamise teel

Enamasti kasvaja arengut võimendav effekt

• T_H2
  • produtseerivad IL-4, IL-5 ja IL-13 ja
  • toetavad B-rakkude aktivatsiooni
  • sekreteerivad immunosuppressiivset IL-10
• T_H17
  • T_H17 polarisatsiooni indutseerivad TGF-\( \beta \) ja IL-6
  • IL-17A, IL17F, IL-21 ja IL-22
  • bakteriaalse põletiku vastus

T_H17-infiltreerumine on pahaloomulistes kasvajates tavaline:

• näo-lõualuu kasvajad, Kesselring et al. (2010)
• rinnakasvajad, Yang et al. (2011)
• neerukasvajad, Attig et al. (2009)
• glioomid, Wainwright et al. (2010)
• medulloblastoomid, Cantini et al. (2011)

Kõige sagedamini kirjeldatud pro-tumorigensete omadustega CD4+ rakud

• iseloomulik FOXP3 ja CD25 ekspressioon
• immuunosupressiivne funktsioon on vahendatud üle
  • TGF-\( \beta \) ja IL-10 sekretsiooni ja
  • CTLA4-vahendatud kontaktinhibitsiooni

TAM-id jagatakse “aktiveeritud” (M1) ja “alternatiivselt aktiveeritud” (M2) makrofaagideks, Gordon (2003)

• M1
  
  • “aktiveeritud” makrofaagid mis on hõlmatud T_H1 rakulises vastuses patogeenidele
  • aktiveeritavad läbi INF\( \gamma \) ja TLR-ide
  • iseloomulik MHC klass II ekspressioon, IL-12, TNF\( \alpha \),
  • genereerivad ROS-e ja NO-d ning on võimelised tapma patogeene ja teisi rakke

Kasvaja keskkond suunab makrofaagid tuumori arengut soodustava fenotüübi tekkele

• M2
  
  • “alternatiivselt aktiveeritud” makrofaagid
  • differentseeruvad vastusena T_H2-tüüpi tsütokiinidele IL-4 ja IL-13 või IL-10
  • osalevad humoraalses immuunvastuses ja haava paranemisel
  • indutseerivad angiogeneesi
  • iseloomulik mannoosi retseptori ja arginaasi ekspressioon

HIF osaleb polarisatsioonis. KMK hüpoksia korral on leitud, et

• HIF1\( \alpha \) indutseerib T_H1 diffrentseerumise, aga
• HIF2\( \alpha \) lükkab immuunrakkude polarisatsiooni T_H2 suunas

Madal INF\( \gamma \) \( \rightarrow \) HIF2\( \alpha \) \( \uparrow \) \( \rightarrow \) Arg1 \( \rightarrow \) NO\( \downarrow \) \( \rightarrow \) T_H2

Kõrge INF\( \gamma \) \( \rightarrow \) HIF1\( \alpha \) \( \uparrow \) \( \rightarrow \) iNOS \( \rightarrow \) NO\( \uparrow \) \( \rightarrow \) T_H1

Inhibitoorsed immuunrakud erinevates hiire ja inimese kasvajates

• MDSC-d inhibeerivad CD8+ T-rakkude aktivatsiooni, Bronte et al. (2003)
• makrofaagide polarisatsiooni (IL-10), Sinha et al. (2007)
• indutseerivad T_reg, Huang (2006)

Algselt hiire mudelites CD11b ja Gr1+ fenotüüp, kuid pilt palju kirjum, Gabrilovich et al. (2012)

• Koe kahjustuste korral diferentseeruvad fibroblastid müofibroblastideks
• Paljudes kasvajates on rohkelt müofibroblaste ehk CAF-e
• CAF-id võivad olla erinevat päritolu ja diferentseeruda ka
  • endoteelist (endothelial-to-mesenchymal transition) Potenta et al. (2008),
  • silelihasrakkudest,
  • müoepiteelist või
  • mesenhümaalsetest tüvirakkudest

Indutseerivad ja soosivad tuumori kasvu, angiogeneesi, põletikku ning metastaase

• Sekreteerivad tervet rida pro-tumorigeenseid kasvufaktoreid, sh. HGF, FGF-e ja TGF-\( \beta \)
• TGF-\( \beta \) on teada-tuntud epiteel-mesenhümaalse transformatsiooni (EMT) induktor,
  • põhjustab ka immunosuppressiooni
• ECM-i komponentide ja remodelleerivate ensüümide sekretsioon

• CAF-id naha, rinna, ja pankrease tuumorites ekspresseerivad pro-inflammatoorseid geene
• Pro-tuumorigeenne aktiivsus naha CAF-idel on NF-\( \kappa \)B sõltuv ja aktiveeritav IL-1\( \beta \) poolt
  • algselt IL-1\( \beta \) pärit residentsetest immuunrakkudest (TAM-id)
• Kasvajarakud võivad pöörata naha fibroblastid pro-inflammatoorseteks CAF-ideks

Erez et al. (2010)

• vähile on iseloomulik dereguleeritud ECM-i dünaamika
  • MMP-d, plasmin
• protelüütline aktiivsus pärit kasvajas resideeruvatest stroomarakkudest sh. TAM-d, CAF-d
• erinevaid kollageene kasvajates oluliselt rohkem
  • kasvajad sellest tingituna füüsiliselt jäigemad
• üle-ekspresseeritud proteoglükaanid, CD44: kasvufaktorite presenteerimine

Kasvaja mikrokeskkond on oluline kõigis kliinilistes staadiumites

• vähi tekkes,
• progressioonis,
• metastaseerumises,
• ravimi resistentsuses.

• angiogeneesi blokaatorid nagu sunitinib, sorafenib, bevacizumab vähendavad müeloidset päritolu suppressor rakkude (MDSC) arvu, tsirkuleerivaid ja kasvaja T_reg rakke
• anti-CTLA4, anti-PD1 või anti-PD1 ligandi blokeerivad antikehad tõstavad tsütotoksiliste CD8+ T-rakkude infiltratsiooni kasvajasse

• Kasvaja vaktsiinid tõstavad tsütotoksiliste T rakkude infiltratsiooni tuumorisse
  • VTAK-is arendatakse taimeviiruste kattevalkudel põhinevat vähivastast vaktsiini Lilian Järvekülje juhatusel
• kasvaja spetsiifilised antikehad, et indutseerida vähirakkudele immuunvastus
  • ntx. anti-ErbB2 teraapia

• vähkkasvaja pole arenguline protsess vaid evolutsioon
  • edukad on ainult vähesed pahaloomulised rakud
• kasvaja mikrokeskond omab tugevat negatiivset efekti värskele kasvajarakule
  • see tappev keskond allutatakse või tasalülitatakse pahaloomulistes kasvajates