Efectele paradoxale ale chimioterapiei asupra recidivei tumorale și promovării metastazelor

Abstract

Câteva linii de dovezi pre-clinice convingătoare identifică chimioterapia ca o sabie potențial cu două tăișuri: eficacitatea terapeutică asupra tumorii primare poate fi de fapt contrabalansată prin inducerea răspunsurilor reactive tumorii / gazdă care susțin supraviețuirea și diseminarea subpopulațiilor celulelor canceroase. Acest efect paradoxal al chimioterapiei poate afecta diferite raioane, cum ar fi tumora primară, circulația și organele îndepărtate prin conturarea simultană a proprietăților și compoziției tumorii și a celulelor stromale.

La locul tumorii primare, a fost raportată chimioterapia pentru a promova selecția de celule tumorale chimiresistente și diseminatoare înzestrate cu proprietăți ale celulelor stem canceroase (CSC) prin activarea căilor de auto-reînnoire / supraviețuire autocrine și paracrine promovate în comun de tumori selectate terapie și stromală celule. CSC rezistente reprezintă semințele pentru recidiva tumorii și infiltrarea crescută de către celulele imune, împreună cu permeabilitatea vasculară crescută indusă de chimioterapie, facilitează intravasarea celulelor tumorale, primul pas al cascadei metastatice. Ca urmare a re-modelării tumorii / metastazelor primare indusă de chimioterapie, celulele tumorale circulante (CTC) detectate în timpul terapiei pot afișa o schimbare către un fenotip mai mezenchimal și asemănător unei tulpini, care conduce la o capacitate crescută de supraviețuire în circulație și semințe îndepărtate. organe. La locul metastatic, răspunsurile gazdelor la terapie activează căile inflamatorii care în cele din urmă facilitează extrădarea celulelor tumorale și colonizarea metastatică. În cele din urmă, cooperarea dintre celulele imune și celulele endoteliale la nișele perivasculare favorizează extravazarea celulelor tumorale înzestrate cu potențial ridicat pentru inițierea metastazei și le protejează de chimioterapie.

Această revizuire evidențiază efectele pro-metastatice paradoxale ale chimioterapiei care leagă răspunsurile reactive la tratamentul la recidiva tumorii și formarea metastazelor prin remodelarea tumorii primare și generarea unei nișe pro-metastazice favorabile.

1. Introducere

Boala metastatică reprezintă principala cauză a mortalității cauzate de cancer [ 1 ]. Deși apariția unor noi terapii bazate pe inhibitori ai punctului de control imun (ICI) schimbă rapid tratamentul pacienților metastatici în mai multe setări [ [2] , [3] , [4] standardul actual de îngrijire a cancerului pentru boala loco-regională este încă frecvent bazată pe operații, chimioterapie și / sau radioterapie [ 5 ]. În plus, terapiile combinate cu ICI și chimioterapia standard câștigă o atenție sporită și sunt evaluate în mod activ [ 6 , 7 ]. În consecință, este necesară o înțelegere clară a mecanismelor de acțiune de bază ale diferitelor tratamente atât pe celulele tumorale, cât și pe răspunsurile gazdă pentru a proiecta strategii terapeutice noi raționale.

În ciuda eficacității sale în controlul bolii la locul tumorii primare, în mai multe cazuri chimioterapia standard nu are impact asupra bolii metastatice, ceea ce duce la, din păcate, dovezi clinice comune ale pacienților care dezvoltă metastaze îndepărtate, în ciuda controlului eficient al bolii locale [ 5 ]. Aceasta ar putea să nu fie doar o deficiență inerentă a terapiilor concepute inițial și validate clinic pentru a controla tumorile primare, dar pot ascunde, de asemenea, efecte dăunătoare mai mari generate de chimioterapie. Acumularea dovezilor pre-clinice sugerează, de fapt, că chimioterapia induce schimbări intra-tumorale și sistemice care, în mod paradoxal, pot promova supraviețuirea / proliferarea celulelor canceroase, favorizând în cele din urmă diseminarea către organele îndepărtate [ 8 , 9 ].

La locul tumorii primare, selecția indusă de chimioterapie operează în contextul eterogenității intra-tumorale cu clone specifice sau subseturi celulare care posedă proprietăți de rezistență intrinsecă [ 10 , 11 ]. În special, s-a demonstrat că subseturile specifice de celule stem canceroase (CSC) înzestrate cu capacitate de autoînnoire, au o capacitate crescută de inițiere și susținere a tumorilor primare [ [12] , [13] , [14 ]. Proprietățile chimiozistente ale CSC au fost raportate pe mai multe tipuri de tumori și se bazează atât pe proprietăți intrinseci, cum ar fi expresia ridicată a transportatorilor de eflux de droguri, cât și relativitatea lor [ [15] , [16] , [17] , [18] , [19] ]. Mai mult decât atât, poate apărea, de asemenea, rezistență extrinsecă, frecvent legată de stimuli de micro-mediu care activează direct căile de autoînnoire a CSC și / sau induc tranziția mezenchimală epitelială (EMT) oferind celulelor tumorale proprietăți de diseminare îmbunătățite, caracteristici CSC și chimiresistență [ 20 , 21 ]. În acest context, EMT poate fi considerată legătura dintre chemoresistența și potențialul metastatic, deși această conexiune ar putea fi mai complexă decât cea imaginată inițial și mai multe aspecte trebuie încă studiate în detaliu [ 22 ].

Rolul fundamental al programului EMT în diseminarea tumorii și în dobândirea proprietăților de chimiresistență este foarte bine stabilit [ 23 , 24 ]; cu toate acestea, dovada formală a conceptului că EMT este necesară pentru a stabili metastaza este încă dezbătută și unele dovezi experimentale sugerează că metastazele suplimentare sunt generate numai de celulele tumorale cu un fenotip epitelial [ 25 , 26 ]. Un echilibru între aceste două viziuni este oferit de noțiunea recentă potrivit căreia celulele tumorale dintr-un fenotip hibrid (menținerea fenotipurilor mezenchimale și epiteliale) ar putea avea într-adevăr cea mai mare șansă de a finaliza toate etapele cascadei metastazate [ 24 , 26 , 27 ].

În afară de efectul direct asupra celulelor tumorale, chimioterapia induce, de asemenea, modificări pro-metastatice mediate de gazdă prin eliberarea sistemică de citokine și chemokine, mimând un răspuns asemănător vătămării, așa cum este de obicei detectat în procesele de vindecare și inflamare a plăgilor [ 7 ]. Eliberarea chemokinei / citokinelor poate, la rândul ei, să favorizeze extinderea subsetului de CSC-uri care susțin recidiva tumorală, precum și să stimuleze generarea de nișe receptive la metastaze, prin recrutarea atât a celulelor tumorale, cât și a celulelor stromale de susținere în siturile îndepărtate [ 8 , [28] , [29 ] , [30] ].

Înțelegerea mecanismelor prin care medicamentele chimioterapeutice modelează celulele tumorale și microambientul pentru a promova diseminarea metastatică ar putea reprezenta un pas important către dezvoltarea de tratamente eficiente pentru boala metastatică. În același timp, identificarea setărilor clinice în care pacienții pot fi expuși riscurilor pro-metastazice ascunse ale chimioterapiei standard constituie o prioritate de cercetare convingătoare pentru conceperea de strategii noi pentru o alegere terapeutică mai precisă și tratamente personalizate.

Aici vom rezuma câteva dintre principalele concepte în domeniu, subliniind dovezi experimentale privind rolul paradoxal al chimioterapiei în metastaze în diferite setări: selecția / generarea CSC diseminatoare atât prin mecanisme mediate de tumoare (paragraful 2.1), cât și prin mecanisme mediate de stromal (2.2 ); mobilizarea și recrutarea subseturilor de celule imune pro-tumorigenice (3); reglarea fenotipului CTCs (4) și contribuția la generarea de nișe pro-metastatice care favorizează extravazarea (5.1) sau supraviețuirea și proliferarea în siturile îndepărtate (5.2).

2. Selecția / generarea de chimioterapie indusă de celule stem rezistente și diseminatoare de cancer la locul tumorii primare

La locul tumorii primare, chimioterapiile convenționale pot induce contracția tumorii, producând simultan răspunsuri la stres capabile să protejeze subseturile specifice de celule tumorale de activitatea medicamentului. Rezistența la droguri ar putea fi determinată de proprietățile intrinseci ale celulelor canceroase și de mecanisme extrinseci mediate de semnale din microambientul tumoral (TME) care protejează celulele canceroase de insultele medicamentoase (rezistență extrinsecă) [ [31] , [32] , [33] , [34] ] . Mai mult, astfel de stimuli pot promova, de asemenea, activarea EMT în celulele canceroase crescând astfel chemoresistența și invazivitatea celulelor canceroase [ 35 ].

Subsetul de celule stem canceroase responsabile de inițierea și menținerea tumorii a fost raportat pe larg pentru a juca un rol primordial în rezistența la medicamente [ 15 , 36 ]. Mai multe studii au demonstrat că țintirea căilor cheie esențiale pentru supraviețuirea CSC și / sau diferențierea poate depăși rezistența terapeutică [ 16 , [37] , [38] , [39] , [40] , [41 ]. CSC-urile prezintă proprietăți inerente de rezistență la medicamente care le permit să scape de efectele chimioterapiei, inclusiv expresia pompelor de eflux a medicamentelor sau quiescența lor [ 19 , 36 ]. CSC-urile salvate de terapie pot fi apoi responsabile pentru re-creșterea tumorii și recurența tumorii și metastaze [ 37 , 42 ]. Semnalele provenite din microambientul tumoral pot, de asemenea, să medieze indirect chimioresistența celulelor tumorale prin generarea / extinderea subseturilor de CSC [ 43 ].

2.1. Originea CSC chimiresistente

Heterogenitatea tumorii și plasticitatea celulară au apărut ca factori determinanți importanți ai rezistenței la medicamente și ai eșecului terapiilor canceroase [ 11 ]. Conceptul de celule stem canceroase, care prezintă existența unor subpopulații minore de celule tumorale capabile în mod unic de semănare a tumorilor, poate explica parțial eterogenitatea celulelor tumorale în termeni de diversitate fenotipică și a fost utilă în conceptualizarea unora dintre diferențele observate în răspunsul la terapie în subseturi celulare diferite [ 11 , 12 ]. Chimioterapia, un tratament pivot pentru tumorile solide, de cele mai multe ori nu reușește să eradice complet celulele canceroase și poate duce la apariția de celule rezistente la medicamente, care în cele din urmă duc la creșterea tumorii și la insuficiența terapiei [ 44 ]. Originea unor astfel de populații este încă investigată și mai multe căi au fost documentate: celule rezistente pot exista deja în volumul tumoral și pot fi selectate prin tratamente medicamentoase datorită rezistenței lor intrinseci sau, alternativ, pot fi generate de medicamente prin tranziții fenotipice de la mai proliferative la fenotipuri mai rezistente și mai rezistente [ 44 , 45 ]. Astfel de conversii sunt declanșate de modificări epigenetice ale celulelor tratate, adesea mediate de semnale de micro-mediu care susțin și mențin fenotipul rezistent [ 44 , 46 ]. Subseturi specifice de celule canceroase tolerante la medicamente care intră într-o stare de tranșare (celulele persistente) pot acționa, de asemenea, ca un rezervor pentru apariția de clone rezistente adesea în contextul terapiilor țintite [ 45 ]. Interesant, indiferent de originea lor, caracteristicile celulelor rezistente se suprapun în mare parte fenotipului și proprietăților CSC-urilor, incluzând capacitatea de auto-reînnoire, tranșare / dormit, capacitatea de inițiere a tumorii și plasticitatea celulară [ 15 , 44 , 46 ]. Acest lucru evidențiază relevanța unei mai bune înțelegeri a efectului chimioterapiei asupra modulării fenotipului tulpinii.

În special, chimioterapia a fost, de asemenea, raportată pentru a genera / extinde CSC prin inducerea tranziției epiteliale la mezenchimale [ 15 , 21 ]. Dovezile acumulare indică faptul că terapiile convenționale nu reușesc adesea să eradice celulele carcinomului care au intrat în starea CSC prin activarea programului EMT, permițând astfel recidiva clinică mediată de CSC [ 21 ]. Inducerea EMT în celulele tumorale este în general însoțită de toleranță apoptotică, expresia genelor de rezistență, proliferare redusă, fenotipuri crescute de diseminare și tulburare care duc la supraviețuirea chimioterapiei și proprietăți metastatice crescute [ 21 , 22 , 47 ]. În loc de un proces binar EMT este acum considerată ca un continuum și existența celulelor canceroase dotate cu epiteliu hibrid / fenotip mezenchimal a fost documentată și asociată cu o capacitate crescută de a dobândi trăsături CSC, de a disemina și de a iniția metastaza [ [48] , [ 49] , [50] ]. Recent, Pastushenko și colaboratorii au demonstrat elegant că EMT într-un model genetic de șoarece de carcinom cu celule scuamoase cutanate se desfășoară prin stări intermediare distincte, cu diferite caracteristici invazive, metastatice și de plasticitate celulară [ 51 ]. Celulele canceroase cu fenotip hibrid sunt mai predispuse să scape de tumora primară și să dezvolte metastaze. Fiecare stare EMT tranzitorie este controlată strict de conformația specifică a cromatinei și de semnăturile expresiei genice. În cele din urmă, în funcție de starea diferită, celulele canceroase sunt localizate în compartimente microenvironale specifice, în contact direct cu diferite celule stromale care susțin menținerea unei astfel de stări fenotipice, subliniind încă o dată semnificația funcțională a nișelor specifice [ 51 ]. Acest lucru este foarte relevant, deoarece starea CSC poate fi dobândită sub presiune selectivă a tratamentelor medicamentoase declanșate de stimuli microambientali care dictează dobândirea stării hibrid epiteliale / mezenchimale asociate cu caracteristici asemănătoare tulpinii, migrație și proprietăți lent proliferative.

În acest scenariu, chiar dacă în populația tumorală poate exista deja o populație chimioresistentă definită genetic de CSC, conceptul de CSC se schimbă spre un fenotip mai dinamic și determinat de epigenetică, asociat cu proprietăți distincte, cum ar fi chimioresistența și capacitatea sporită a disemina.

De remarcat existența unor stări epiteliale / mezenchimale hibride intermediare asociate cu diseminarea metastatică crescută și inițierea și înclinația de a dobândi un fenotip asemănător tulpinului poate duce la o nouă înțelegere a heterogenității tumorale și a mecanismelor de rezistență la medicamente care trebuie exploatate pentru noi strategii anti-rezistență [ 52 ].

2.2. Contribuția celulelor tumorale tratate cu chimioterapie în modularea CSC

Daunele provocate de chimioterapie favorizează eliberarea de semnale de „supraviețuire” de către celulele canceroase care, la rândul lor, activează o buclă de feedback care are ca rezultat selecția CSC și / sau extinderea [ 8 , 30 ].

În cancerul de sân, citokinele eliberate de celulele tumorale după chimioterapie pot activa atât căile Wnt / β-catenină cât și NF-κB care amplifică secreția de alte citokine capabile să stabilească o buclă inflamatorie de reacție înainte-feedback inflamatorie pentru CSC-uri chimiresistente. Această buclă de feedback poate fi întreruptă vizând axa IL8 / CXCR1 / 2, ceea ce duce la inhibarea tumorii și prevenirea generarii de CSC-uri îmbogățite de paclitaxel [ 53 ].

În cancerul vezicii urinare, Kurtova și co-autori au demonstrat că CSC-urile contribuie în mod activ la rezistența terapeutică prin promovarea diviziunii celulare a unui grup liniștit de CSC-uri care, în final, re-populează tumorile reziduale între ciclurile chimioterapice. Acest efect este determinat de eliberarea prostaglandinei E 2 (PGE 2 ) de celulele apoptotice după chimioterapie, capabile să promoveze paradoxal repopularea CSC vecină. Co-tratamentul in vivo cu un inhibitor de PGE2 îmbunătățește răspunsul chimioterapeutic al modelelor de xenogrefă vezicală prin abrogarea repopulării tumorii [ 54 ].

Chimioterapia poate induce, de asemenea, eliberarea stromală și tumorală a citokinelor capabile să declanșeze inducția EMT și formarea CSC [ 30 ]. De exemplu, tratamentul cu cisplatină a liniilor celulare de cancer pulmonar și a xenogrefelor declanșează o eliberare crescută a citokinei IL-6 pro-inflamatorii, care contribuie la chimiorezistența celulelor canceroase prin activarea EMT și reglarea în sus a proteinelor anti-apoptotice și a moleculelor asociate reparației ADN-ului [ 55 ].

În special, asocierea dintre inducția EMT și achiziția de fenotip CSC cauzată de chimioterapie a fost, de asemenea, raportată la pacienții cu cancer de sân. Creighton și colegii săi au arătat că celulele de cancer de sân reziduu care supraviețuiesc după tratamentele convenționale sunt îmbogățite pentru subpopulațiile celulelor care exprimă tulburarea și caracteristicile EMT asociate cu o îmbogățire puternică a capacității de inițiere a tumorii [ 56 ].

Așa cum s-a introdus înainte de dovezi recente, a adâncit însă înțelegerea rolului EMT în achiziționarea unor caracteristici agresive, identificând relevanța funcțională a fenotipurilor hibride caracterizate printr-o inducție parțială EMT care păstrează atât futuri mezenchimale cât și epiteliale [ 27 , 57 ]. În acest sens, am arătat că celulele canceroase pulmonare caracterizate cu un fenotip hibrid au cea mai mare capacitate de a sesiza stimuli TME (vezi mai jos), de a modula subsetul CSC și, în final, de a coloniza organele îndepărtate [ 48 ]. De asemenea, am raportat anterior că tratamentul cu cisplatină este capabil să selecteze și să îmbogățească pentru fracția chimio-rezistentă a CSC, care exprimă, de asemenea, receptorul de chemokină CXCR4 și transportatorul de eflux de droguri ABCG2. Reglarea concomitentă a creșterii genelor a fost observată cu îmbogățirea CSC indusă de cisplatină [ 58 ]. Am verificat apoi că subsetul de CD133 + CXCR4 + CSC posedă într-adevăr un potențial metastatic crescut în modele pre-clinice in vivo și că detectarea lor în cancerele pulmonare primare s-a corelat cu prognosticul slab al pacientului și cu recurența metastatică. Prin urmare, subsetul chemoresistant al celulelor CD133 + CXCR4 + reprezintă fracția CSC-urilor pulmonare metastatice [ 59 ]. Interesant este faptul că, în ciuda contracției tumorale primare, selecția cisplatinei și amorsarea celulelor CD133 + metastatice chimmoresistante și metastatice determină o formare crescută a metastazelor îndepărtate și acest efect pro-metastatic paradoxal al chimioterapiei este împiedicat prin co-tratament cu un inhibitor de molecule mici de CXCR4 capabil să previn creșterea CSC metastatică și în mod coerent pentru a preveni formarea metastazelor pulmonare [ 59 ].

Recent, am obținut noi dovezi experimentale care arată că cisplatina este capabilă să declanșeze direct o EMT parțială în liniile de celule canceroase pulmonare și culturi primare de la xenografe derivate de la pacient (PDXs), așa cum s-a demonstrat prin achiziția unui fenotip morfologie mai mezenchimală în formă de fus, reglare în sus a genelor mezenchimale și a factorilor de transcripție induse de EMT, cuplată cu reținerea expresiei E-cadherin ( Fig. 1 AC). Următorul studiu a investigat dacă creșterea CSC observată după tratamentul cu cisplatină poate fi consecventă la extinderea CSC-urilor preexistente intrinsec chimiresistente [ 58 ] sau indusă de activarea EMT capabilă să înzestreze non-CSC cu proprietăți CSC. Pentru a elucida acest punct, folosind citometrie în flux am epuizat CD133 + CSC dintr-o linie de celule adenocarcinom primare (LT73), generând linia celulară LT73-CD133neg care arată stabil un fenotip CD133neg în timpul cultivării in vitro. Această linie celulară a fost deja utilizată pentru a demonstra că stimulii de microambient care provoacă EMT, inclusiv semnale provenite de la fibroblastele asociate cancerului (CAF), sunt capabile să genereze subsetul de CD133 + CXCR4 + CSC metastatic și chemoresistant [ 48 , 59 ]. Tratamentul in vitro cu cisplatină a LT73 CD133neg a dus la generarea efectivă de novo a celulelor CD133 + care exprimă, de asemenea, niveluri ridicate de CXCR4 ( Fig. 1 D). Acest efect a fost asociat cu reglarea în sus a genelor de tulpină și inducerea genelor legate de EMT ( Fig. 1 E). Prin urmare, dovedim capacitatea chimioterapiei de a converti non-CSC în CSC, posibil prin activarea unui proces EMT. Cultivarea celulelor LT73 CD133neg cu mediu condiționat (CM) derivat din celulele LT73 CD133NEG tratate cu cisplatină a fost, de asemenea, capabilă să genereze eficient CD133 + CSC, să inducă tulpina și genele asociate cu EMT și să ofere celulelor canceroase o capacitate invazivă crescută ( Fig. 1 F-H). Aceste rezultate indică faptul că generarea de novo de CSC indusă de EMT este mediată de factori solubili eliberați din celulele canceroase tratate cu cisplatină. Pe baza rezultatelor noastre anterioare care indică SDF-1, ligandul receptorului CXCR4, ca unul dintre mediatorii cruciali ai crosstalului de stroma tumorală [ 59 ], am avut în vedere o posibilă implicare a axei SDF-1 / CXCR4 în medierea conversiei non -CSC în CSC indus de EMT. Am confirmat că tratamentul cu cisplatină al liniei celulare LT73 CD133NEG a indus într-adevăr reglarea atât a expresiei CXCR4 cât și a SDF-1 ( Fig. 1 I). În mod constant, blocarea axei SDF-1 / CXCR4 în linia celulară LT73 CD133NEG de către inhibitorul AMCR3100 CXCR4 a afectat puternic capacitatea cisplatin-CM de a genera CSC-uri noi, de a modula genele legate de EMT și de a spori invazivitatea celulelor tumorale, indicând în general SDF-1 / CXCR4 axa ca unul dintre jucătorii centrali în conversia non-CSC în CSC declanșată de chimioterapie ( Fig. 1 F – H).

Fig. 1

Fig. 1 . Cisplatin induce generarea de novo de CD133 + CSC.

A) Imaginile reprezentative ale liniei celulare primare LT73 înainte și după tratamentul cu cisplatină (10 μM) arătând dobândirea morfologiei asemănătoare a fusului. B – C) Analiza PCR în timp real pentru gene legate de EMT în linia celulară LT73 și culturi primare din modele PDX (n = 4), la 72 ore după tratamentul in vitro cu cisplatină (10 μM). Celulele netratate au fost utilizate ca calibrator. D) Evaluarea FACS a CD133 (AC133 / 1-PE Miltenyi) în linia de control LT73 CD133neg (complet negativ pentru expresia CD133) și după tratamentul cu cisplatină (10 μM) timp de 72 de ore. Strategia reprezentativă pentru identificarea celulelor CD133 + și expresia lor relativă a CXCR4 (CXCR4-APC, Clona 12G5 BD Bioscience) este raportată în partea dreaptă. E) Analiza PCR în timp real pentru tulpina (Nanog, OCT4 / 5, SOX2) și genele legate de EMT în linia celulară LT73 CD133neg 72 h după tratamentul cu cisplatină (10 μM). Celulele netratate au fost utilizate ca calibrator. F) Analiza FACS pentru CD133 în linia de control LT73 CD133neg și după 48 h în cultură cu mediu condiționat (CM) derivat din celulele LT73 CD133neg tratate cu cisplatină (10 μM), singur sau în prezența inhibitorului AMD3100-CXCR4 (10 μM) . Datele reprezintă media n = 4 experiment * = p <0,05. G) Analiza PCR în timp real pentru tulpina și genele legate de EMT în aceleași celule ca în F. Celulele netratate au fost utilizate ca calibrator. H) Test de invazie efectuat pe rețelele electrice acoperite cu matrigel cu linia de celule LT73 de control și după expunerea la cisplatin-CM o cisplatin-CM + AMD3100 (10 μM). După 48 de ore, celulele invadate, chemoatrate cu 10% FBS, au fost numărate în 4 câmpuri aleatorii ale inserțiilor; datele sunt valoarea medie ± SD. * = P <0,05. I) Expresia genică a CXCR4 și SDF-1 în linia celulară LT73 CD133neg72 h după tratamentul cu cisplatină în raport cu celulele netratate.

Alte dovezi preliminare demonstrează că, de asemenea, în chimioterapia cancerului de colon sau în chimio / radioterapie induce tranziția mezenchimală și antagonismul CXCR4 este capabil să o inverseze. Neptul dezvoltat CXCR4 antagonist Peptide R [ 60 , 61 ] potențează eficacitatea 5-Fluorouracil (5FU) sau 5-Fluorouracil plus Radioterapie (5FU-RT) în celulele cancerului de colon uman HCT116 și xenografe reducând EMF indusă de 5FU și 5FU-RT. 5FU și 5FU-RT induc expresia Zeb-1, Twist și CXCR4 reducând în același timp expresia E-Cad. Interesant este că tratamentul cu Peptida R inversează această inducție transcripțională (D’Alterio C și colab., Manuscris în pregătire).

Rezultate similare, care dovedesc capacitatea chimioterapiei de a induce generarea de novo a CSC-urilor, au fost, de asemenea, raportate de Auffinger B și colab., În liniile celulare ale gliomului. Ei au demonstrat că extinderea bazei CSC cauzată de temozolomidă este determinată în principal de interconversia non-CSCs în CSC, prin țintirea axelor HIF. Aceste CSC recent formate demonstrează in vivo un fenotip infiltrativ, chimiresistență crescută și capacitate de regenerare a tumorilor în urma chimioterapiei [ 62 ].

În general, datele noastre împreună cu dovezi ale altor grupuri contribuie la demonstrarea formală că CSC este un statut dinamic care poate fi dobândit de non-CSC prin modificări epigenetice. Chimioterapia forțează o astfel de tranziție care promovează eliberarea de tumori și factori stromali derivați capabili să declanșeze EMT.

O înțelegere mai profundă a acestui mecanism poate oferi posibilitatea de a întrerupe această discuție încrucișată și de a preveni generarea CSC, care poate reprezenta o strategie de combinație nouă pentru îmbunătățirea eficacității chimioterapiei.

2.3. Contribuția celulelor stromale tratate cu chimioterapie la generarea de CSC diseminatoare

Celulele canceroase pot rezista, de asemenea, la tratament prin interacțiuni de susținere cu microambientul tumoral (TME) [ 43 ]. Diferitele celule din TME au efecte profunde asupra fenotipului celulelor tumorale, proprietăților și rezistenței la terapie, reprezentând astfel un potențial obiectiv atractiv pentru modularea răspunsurilor la chimioterapia standard [ 63 , 64 ].

Celulele Stromale pot de asemenea să răspundă la insultele de chimioterapie prin eliberarea factorilor de protecție care stimulează tranziția epitelial-mezenchimală și generarea CSC-urilor. Acesta poate fi rezultatul unei activități directe a medicamentului asupra celulelor stromale sau urmează mecanisme mai complexe mediate de interacțiuni în cadrul TME sau chiar după moartea celulelor canceroase sensibile la medicamente [ 64 ]. Sub presiune selectivă din partea chimioterapiei, interacțiunea dinamică între celulele tumorale și stroma din jur este în continuă evoluție [ 65 ]. Printre diferitele tipuri de celule din TME, rolurile cheie în medierea răspunsului la terapie au fost descrise în special pentru fibroblaste și macrofage.

În cancerul de prostată, s-a demonstrat că fibroblastele stromale secretă ligandul Wnt16b ca răspuns la chimioterapie. La rândul său, activarea căii Wnt în celulele tumorale promovează dobândirea caracteristicilor mezenchimale și asemănătoare tulpinii care pot influența comportamentul migrator și invaziv al celulelor canceroase, în general, ducând la atenuarea efectelor citotoxice ale terapiei [ 66 ]. Factorii de creștere, cum ar fi IGF-II, HGF și SDF-1, eliberați de fibroblastul asociat cancerului (CAF), pot, de asemenea, să promoveze conversia celulelor primare pulmonare non-CSC în CSC prin activarea paracrină a EMT și WNT, Notch și Hedgehog. Astfel, CAF-urile promovează, de asemenea, chimiresistența la droguri și diseminarea tumorii prin subsetul CSC generat de microambiente [ 67 ]. Mai mult decât atât, CAF-urile de cancer pulmonar cu celule mici (NSCLC) au demonstrat că contribuie la inducerea EMT și chimioresistență printr-o buclă paracrină bazată pe IL-6. Tratamentul celulelor canceroase pulmonare cu secreția indusă de cisplatină de TGF-β care duce la activarea fibroblastelor. Fibroblastul activat a crescut producția de IL-6 care, la rândul său, poate activa EMT în celulele canceroase și poate crește rezistența la chimioterapie [ 68 ].

De asemenea, am demonstrat că CAF izolate de cancerele pulmonare primare pot promova achiziția de fenotip CSC prin inducerea EMT, condusă de diferite căi, inclusiv TGFβ, IGFII și SDF-1 [ 59 ]. Interesant este că proclivitatea către modularea CSC-compartiment pare a fi controlată de echilibrul dintre caracteristicile epiteliale și mezenchimale, cu „celule EMT parțiale” fiind mai susceptibile la conversia mediată de TME de la non-CSC la CSC [ 48 ].

Kanzaki R et al a furnizat o dovadă directă a efectelor pro-metastatice ale CAF tratate cu chimio, care arată că reglarea eliberării ligandului Gas6 de CAF în timpul chimioterapiei crește migrația celulelor tumorale prin activarea receptorului tirozin kinazei Axl. În tumorile primare NSCLC, expresia Gas6 stromală crește după chimioterapie. Mai mult decât atât, detectarea celulelor pozitive Axl și Gas Stomal este corelată cu ratele de supraviețuire mai grave fără boală, ceea ce sugerează că CAF-urile promovează migrația celulelor canceroase pulmonare care exprimă Axl în timpul chimioterapiei favorizând metastaza îndepărtată și rezultând rezultate ale pacientului nefavorabile [ 69 ]. În mod similar, în cancerul pancreatic, CAF-urile tratate cu chimioterapie sunt capabile să crească viabilitatea, migrația și invazia celulelor tumorale și să favorizeze creșterea tumorii atunci când sunt co-injectate cu celule tumorale. Factorii eliberați de CAF tratate sunt similare cu fenotipul secretor asociat cu senescența descris anterior (SASP). Inhibarea semnalizării MAPK asociate stresului (P38 MAPK sau JNK) sunt capabile să atenueze inducerea SASP în CAF-urile tratate cu chimioterapie și, prin urmare, să reducă sprijinul lor pentru creșterea și invazivitatea celulelor tumorale [ 70 ].

Dovezile recente indică, de asemenea, că CAF-urile pot contribui la progresia tumorii, la modularea fenotipului CSC și la chimiresistența secretând vezicule extracelulare, inclusiv exosomi. În adenocarcinomul ductal pancreatic (PDAC), exosomii secretați CAF pot promova proliferarea și chimiresistența celulelor canceroase prin creșterea expresiei Melcului [ 71 ]. Interesant este că tratamentul cu gemcitabină determină o creștere semnificativă a eliberării exosomului de CAF, care la rândul lor agravează chimiresistența celulelor tumorale receptoare mediate de supraexpresia melcului [ 71 ].

Printre diverși factori care mediază interacțiuni tumora-stromală, miRNA-urile, ARN-uri mici care nu codifică încărcate în exosomi, pot fi furnizate funcțional la celulele receptoare, unde pot regla expresia genelor implicate în achiziționarea fenotipului tulpinii, chimioresistenței și comportamentului metastatic [ 72 , 73 ].

În carcinomul colorectal (CRC), CAF-urile transferă miR-92a-3p exosomal către celulele tumorale care induc EMT, rezistența la apoptoză și dobândirea proprietăților tulpinii prin țintirea FBXW7 și MOAP1, inhibitori ai căii Wnt / β-catenină. Astfel, miR-92a-3p exosomal CAF promovează proprietățile metastatice și rezistența la chimioterapie a celulelor CRC. În special, detectarea miR-92a-3p exosomală în plasma pacientului CRC prezice apariția metastazei și rezistența la chimioterapie la fluorouracil (5-FU) / oxaliplatinum (L-OHP) [ 74 ].

Macrofagele asociate tumorii (TAM) sunt de asemenea cunoscute pentru a sprijini supraviețuirea și progresia celulelor canceroase. TAM-urile pot contribui la chimiresistență prin eliberarea de factori chemoprotectori și prin promovarea invaziei și metastazelor [ 34 , [75] , [76] , [77] ].

În PDAC, CD163 + TAM și miofibroblastele susțin direct chimioresistența celulelor canceroase pancreatice, secretând factori de creștere asemănători insulinei (IGF) 1 și 2 care activează calea de semnalizare a supraviețuirii receptorilor insulinei / IGF1 în celulele canceroase pancreatice, sporindu-le chimiresistența. Blocarea in vivo a IGF poate sensibiliza tumorile pancreatice la gemcitabină, ceea ce sugerează că combinația cu inhibarea IGF ar putea potența eficacitatea chimioterapiei la pacienții cu PDAC [ 78 ].

Cancerile ovariene epiteliale hipoxice (EOC) sunt, de asemenea, capabile să recruteze macrofage la locul primar și să inducă conversia lor în TAM. La rândul său, TAM-urile hipoxice eliberează exosom îmbogățit în miR-223, care vizează direct PTEN, sporind chimioresistența EOC și proprietățile metastatice. În mediul clinic, nivelul ridicat de miR-223 exosomal circulant la pacienții cu EOC este strâns legat de recurența tumorii [ 79 ].

De asemenea, în mielom chimioterapia stimulează considerabil secreția de exosomi și modifică compoziția exosomului. „Chemoexozomii” tumorii conțin niveluri ridicate de heparanază care mediază degradarea ECM, facilitând astfel diseminarea celulelor tumorale. Mai mult decât atât, „chemoexozomii” promovează recrutarea macrofagelor și îmbunătățesc secreția lor de TNF-α, un factor important de creștere a mielomului [ 80 ].

În special, TAM-urile furnizează semnale pivotale care asigură supraviețuirea CSC, menținerea și abilitatea migratorie, îmbunătățind progresia tumorii, chimiresistența și metastazarea [ 81 ].

În tumorile pancreatice, TAM-urile pot susține menținerea CSC activând factorul de transcripție STAT3. Direcționarea TAMs sau monocite inflamatorii prin inhibarea receptorilor factorului 1 de stimulare a coloniei meloide (CSF1R) sau a receptorului chemokin 2 (CCR2) scade numărul CSC-urilor și, de asemenea, depășește suprimarea limfocitelor T citotoxice CD8 + indusă de macrofage. eficacitate crescută a chimioterapiei și prevenirea metastazelor [ 82 ].

De Nardo et al, au raportat că tumorile de sân cu un număr mare de TAM și un număr scăzut de celule T citotoxice răspund slab la chimioterapia neo-adjuvantă. Ei au demonstrat în modelul de șoarece transgenic MMTV-PyMT de cancer de sân că acest efect este mediat de eliberarea tumorii după tratamentul chimioterapic cu CSF1, o chemokină potentă care acționează ca un atrăgător pentru macrofage. TAM-urile pot limita răspunsurile la terapie, cel puțin parțial, prin suprimarea funcțiilor antitumoare ale celulelor T citotoxice [ 83 ].

O altă dovadă elegantă a conceptului de pro-supraviețuire și efect metastatic rezultat din conversația stroma tumorală în strânsul chimioterapiei a fost raportată de Acharyya și colaboratori. Ei au arătat că medicamentele chimioterapeutice (doxorubicină, ciclofosfamidă și paclitaxel) induc eliberarea de TNF-α din celulele stromale stimulând expresia pro-metastatică a citokinei CXCL1 de către celulele canceroase de sân tratate. Eliberarea CXCL1 este capabilă să atragă celulele mieloide în tumori. Celulele mieloide care se infiltrează tumorile pot elibera mai multe chemokine favorizând supraviețuirea celulelor canceroase și favorizând diseminarea lor. În cele din urmă, în acest context, s-a demonstrat că blocarea CXCL1 / CXCR2 crește eficacitatea chimioterapiei împotriva tumorilor de sân și în special împotriva metastazelor [ 84 ].

3. Recrutarea de celule imune induse de chimioterapie favorizând diseminarea tumorii primare

La locul tumorii primare, chimioterapia poate favoriza selecția / generarea CSC, care susține chimiresistența și recidiva tumorii și generează un microambient care promovează neo-angiogeneza, regenerarea tumorii și intravazarea celulelor tumorale.

Atât la modelele de cancer de sân la șoarece, cât și la cel uman, chimioterapia poate determina creșterea unui subset specific de macrofage asociate tumorii (CD206 + TIE2 High CXCR4 high ) care sunt detectate în mod preferențial în jurul vaselor de sânge. S-a demonstrat că acest subset TAM are o activitate pro-angiogenă și că este implicat în progresia tumorii [ 85 , 86 ]. Subsetul de TAM ridicat de T202 + TIE2 High CXCR4 pare în special să favorizeze revascularizarea tumorii și recidiva tumorii după chimioterapie. Mecanismul sugerat implică reglarea ascendentă indusă de chimioterapie a CXCL12, (ligandul pentru CXCR4) la site-urile perivasculare urmată de recrutarea TAM-urilor ridicate CD206 + TIE2 High CXCR4 care exprimă VEGFA, susținând procesul de revascularizare. În mod constant, blocarea farmacologică a TAM-urilor prin inhibarea CXCR4 afectează selectiv revascularizarea tumorii și re-creșterea după chimioterapie sporind eficacitatea chimioterapiei [ 87 ].

Un alt raport al modelelor de cancer de sân a evidențiat rolul primar al permeabilității vasculare și infiltrarea înnăscută a celulelor imune în medierea răspunsului la medicamente. S-a observat o asociere între scurgeri vasculare și scăderea răspunsului la doxorubicină. Tratamentul cu doxorubicină pentru tumorile de sân in vivo induce moartea necrotică a celulelor canceroase care crește infiltrarea tumorii dependentă de CCL2 prin monocite / TAMs inflamatorii CCR2 +. Acest subset de celule mieloide derivate din măduvă osoasă recrutate la locul tumorii primare, exprimă un nivel ridicat de metaloproteinază (MMP) -9 care crește permeabilitatea vasculară prin diminuarea acoperirii pericitului vasculaturii și creșterea fosforilării VE-cadherinei (cadherină endotelială vasculară) afectând aderența celulelor celule endoteliale. Scurgerea vasculară limitează administrarea de medicamente care, la rândul său, este asociată cu scăderea răspunsului la terapie, scăparea celulelor tumorale și recurența [ 88 ].

Procesul de intravazare, care permite celulelor tumorale să scape de tumora primară și să intre în circulație, s-a demonstrat că are loc la structuri micro-anatomice din tumori, denumit microenvironnement tumoral al metastazelor (TMEM), constând în contactul fizic direct al unei tumori celulă care exprimă izoformele invazive ale proteinei actin-reglatoare cu mamifere (MENA), o macrofagă perivasculară și o celulă endotelială [ 89 ]. Prezența TMEM a fost asociată cu metastaza atât în ​​tumorile mamare murine, cât și cu cancerul de sân uman [ 90 ]. S-a dovedit că tratamentul in vivo cu paclitaxel atât al modelelor de cancer de sân de șoarece, cât și a PDX-urilor umane de sân crește asamblarea TMEM prin promovarea mobilizării și acumulării de macrofage TIE2 hi / VEGF hi- VEGF hieloide în regiunile perivasculare. Chimioterapia a îmbunătățit, de asemenea, zonele localizate ale permeabilității vasculare tranzitorii asociate în mod special cu site-urile TMEM care facilitează intravasarea celulelor canceroase. În cele din urmă, TAM-urile asociate cu TMEM sunt capabile să promoveze reglarea expresiei Mena în celulele tumorale, prin activarea căii NOTCH, promovând astfel intravazarea și diseminarea celulelor tumorale. În general, chimioterapia induce o creștere a densității și a activității siturilor TMEM, îmbunătățind în cele din urmă numărul de celule tumorale care circulă și promovând formarea metastazelor la distanță. Aceste efecte pot fi inversate fie prin blocarea receptorului TIE2, fie prin eliminarea genei MENA care împiedică asamblarea TMEM și scăparea tumorii [ 91 ]. Este interesant că recrutarea TAM-urilor Tie2 + asociate cu TMEM în leziunile pre-maligne, printr-un gradient CCL2 derivat tumoral, a fost, de asemenea, demonstrat că acționează ca o poartă pentru intravazarea celulelor tumorale în timpuri foarte timpurii în progresia tumorii. Aceasta ar putea indica un rol principal pentru macrofage în diseminarea timpurie care afectează dezvoltarea metastazelor pe termen lung [ 92 ].

În modelele preclinice de cancer de sân și de sân uman s-a demonstrat că rezistența dobândită la paclitaxel poate fi mediată prin activarea receptorului Toll-like TLR4 în celulele canceroase. Activarea TLR4 de paclitaxel în celulele canceroase reglează o multitudine de mediatori inflamatori capabili să recruteze celule mieloide care, la rândul lor, promovează angiogeneza, limfangiogeneza și metastaza. Activarea mediată de Paclitaxel a tumorilor TLR4 pozitive a indus generarea de noi a vaselor limfatice intratumorale, foarte permisive pentru invazia tumorii de către celulele maligne. Aceste descoperiri indică faptul că țintirea TLR4 în combinație cu chimioterapia poate îmbunătăți în mod semnificativ eficacitatea terapiei prin prevenirea simultană a inflamațiilor locale și sistemice [ 93 ].

4. Mobilizarea și modularea eterogenității CTC induse de chimioterapie

Celulele tumorale care circulă (CTC) sunt în cele din urmă semințele metastazelor și pot reprezenta, de asemenea, o sursă atractivă de biomarkeri pentru a diseca eterogenitatea tumorii și a monitoriza răspunsul tumorii la terapie [ [94] , [95] , [96] ]. Acumularea dovezilor a dovedit o mare eterogenitate în CTC-uri la pacienți și chiar în cadrul aceluiași individ [ 95 , 97 ]. Existența unei stări celulare EMT parțiale, care prezintă fenotip hibrid, atât cu caracteristici epiteliale cât și mezenchimale, a fost postulată pentru a oferi celulelor tumorale cea mai mare capacitate de colonizare a organelor îndepărtate [ 27 ]. Acest fenotip plastic este, de asemenea, mai predispus să răspundă la indicii microambientale și să dobândească caracteristici asemănătoare cu tulpini, crescând astfel capacitatea metastatică [ 98 ]. Într-adevăr, în cadrul populației eterogene de CTC, s-a demonstrat prin studii funcționale in vivo că doar subsetul de CTC-uri înzestrate cu trăsături mezenchimale și caracteristici de tulpină au putut genera metastaze după xenotransplant la șoareci imunodeficienți [ [99] , [100] , [101] ] . Presiunea terapeutică poate determina celulele primare la nivelul tumorii primare pentru a dobândi un fenotip hibrid conducător la proprietăți de diseminare și semănare ridicate, generând astfel CTC-uri „chimiresistente” și foarte metastatice [ 49 , 49 ].

La pacienții cu cancer de sân, CTC-uri hibride au fost identificate prin exprimarea markerilor epiteliali (E) sau mezenchimali (M) prin utilizarea testului de hibridizare dual-colorimetric ARN-in situ (ISH). Monitorizarea CTC-urilor în timpul tratamentului a evidențiat o schimbare reversibilă între caracteristicile epiteliale și mezenchimale asociate cu răspunsul la terapie și progresia bolii. Pacienții care au prezentat o boală progresivă în timpul terapiei au arătat un număr crescut de M + CTC în eșantionul post-tratament. Acest lucru sugerează un impact al chimioterapiei asupra comutării fenotipice a CTC și dovedește că CTC-urile care au fost supuse EMT în timpul tratamentului se corelează cu rezistența la chimioterapie mai precis cu numărul absolut de CTC [ 102 ]. În această perspectivă, CTC-urile pot fi considerate o oglindă pentru a evalua formarea chimioterapiei a tumorilor primare care trebuie exploatate ca biomarker pentru a evalua eficacitatea terapiei în timp real.

În setarea clinică a cancerului de sân, detectarea unei fracțiuni de celule mezenchimale și asemănătoare tulpinii a fost observată și corelată cu incidența crescută a tumorii și răspunsul slab la chimioterapie. Un studiu efectuat la 130 de pacienți cu cancer de sân a evaluat incidența și semnificația prognostică a CTC-urilor caracterizate pentru markerul CSC ALDH1 și caracteristicile parțiale ale EMT (evaluat prin co-expresia citokeratinelor și nucleului TWIST1, un factor de transcriere inducător de EMT) în timpul primei linii tratament chimioterapic. Autorii au descoperit că detectarea CSC / CTC-uri parțiale EMT este corelată cu metastazele pulmonare și scăderea supraviețuirii fără progresie și reprezintă un factor predictiv independent pentru creșterea riscului de recidivă. În special, chimioterapia a dus la o creștere semnificativă a incidenței CTC / CSC parțial-EMT, în contrast cu celelalte subseturi CTC (CSC / epitelial-like, non CSC / epithelial-like sau non-CSC / part-CTCs). au fost reduse după chimioterapie. Aceste descoperiri sugerează că CSC / CTC parțiale EMT sunt rezistente la chimioterapia convențională și în mod coerent îmbogățirea acestui subset CTC este asociată cu lipsa eficacității pe termen lung [ 103 ]. Un alt studiu efectuat la 27 de pacienți cu cancer de sân care au suferit chimioterapie neoadjuvantă a confirmat o modificare semnificativă a fracției de CTC-uri înzestrate cu tulpini precum fenotipul (CD44 + CD24-) și proprietățile EMT (indicate prin expresia scăzută a EpCAM și prin expresia ridicată a N-Cadherin) după terapia cu ciclul 3 [ 104 ].

În mod similar, la pacienții NSCLC care au primit tratament pe bază de platină (n = 43), CTC-urile au fost analizate prin imunofluorescență pentru a evalua modificările fenotipice ale compoziției epiteliale (pan-CK), mezenchimale (N-cadherin) și a celulelor stem (CD133). Autorii au observat că prezența N-cadherinei + CTC mezenchimale și un raport crescut de celule epiteliale CD133 + CSC față de celulele epiteliale pan-CK au fost asociate cu un răspuns slab la tratament și o supraviețuire mai scurtă a progresiei mai scurte, confirmând astfel asocierea între CSC-uri asemănătoare EMT, medicament. rezistența și metastaza cancerului [ 105 ].

În general, CTC-urile detectate după chimioterapie au confirmat o îmbogățire a fracțiunii de celule chemoresistante, inițiante de tumoră, care prezintă statut EMT / EMT parțial, care ar putea fi predictive pentru cele mai grave rezultate clinice. Modificările induse de chimioterapia în celulele tumorale (adică selecția CSC-urilor chimio-rezistente, inducerea EMT, procesul crescut de intravazare) pot fi monitorizate folosind biomarkeri pe baza de CTC pentru a prezice eficacitatea terapiei și pentru a evita, eventual, tratamente inutile și toxice [ 106 ].

5. Generarea de nișă metastatică indusă de chimioterapie

În paralel cu micșorarea tumorii primare, chimioterapia poate favoriza diseminarea celulelor canceroase (semințele) din tumorile primare și poate promova o generație favorabilă de microambiente (solul) pentru a primi celule canceroase, explicând astfel efectul pro-metastatic paradoxal al chimioterapiei de asemenea, prin generarea de nișe metastatice. Prin urmare, microambientul „educat” de chimioterapie joacă un rol esențial în dictarea tuturor etapelor cascadei metastatice, de la facilitarea intravasării primare a celulelor canceroase în circulație, până la extragerea la siturile metastatice secundare și favorizarea creșterii metastatice [ 76 , 107 , 108 ].

5.1. Nișă pro-metastatică indusă de chimioterapie favorizând extravazarea celulelor tumorale

Diferite tipuri de celule stromale au fost descrise pentru a ghida și afecta proprietățile metastatice ale celulelor tumorale [ 108 ]. Cu toate acestea, în contextul chimioterapiei, mai multe rapoarte au indicat o activare preferențială a populației derivate din măduva osoasă de CCR2 + monocite inflamatorii (IM), care sunt mobilizate și recrutate în vederea leziunilor tisulare cauzate de chimioterapie. În cadrul tumorilor primare sau la site-urile metastatice CCR2 + monocitele se pot diferenția în subseturile de macrofage asociate tumorii sau metastazelor (TAMs sau MAMs) [ 109 ]. Interesant, rapoarte diferite au demonstrat că recrutarea CCR2 + IM în siturile metastatice în timpul chimioterapiei depinde de supraexpresia ligandului CCL2 atât de celulele tumorale, cât și de cele stromale, ca răspuns la chimioterapie. Interacțiunea IM cu celulele canceroase în site-urile metastatice favorizează procesul de extravazare mediat de eliberarea factorului de creștere endotelială vasculară derivată de monocite (VEGFA) și promovează creșterea metastazelor. Ca urmare, inhibarea semnalizării CCL2-CCR2 poate bloca recrutarea monocitelor inflamatorii și poate preveni formarea metastazelor în modele in vivo de cancer de sân murin [ 110 , 111 ].

Lucrări recente adiționale au subliniat, de asemenea, rolul principal al IM în favorizarea metastazelor, descoperind un mecanism nou pentru recrutarea lor pe site-ul metastatic mediat de veziculele extracelulare derivate de tumori chimioterapice (EV). Într-un model de șoarece de cancer de sân, tratamentul neoadjuvant cu taxani și antracicline a promovat veziculele extracelulare derivate tumorale (EV), care prezintă o capacitate pro-metastatică. Într-adevăr, EV-urile provocate de chimioterapie conțin o cantitate mare de annexină A6 (ANXA6), o proteină asociată membranei care leagă Ca2 +, capabilă să promoveze activarea celulelor endoteliale dependente de NF-NB. Celulele endoteliale activate au crescut expresia CCL2 și recrutarea în consecință a monocitelor inflamatorii CCR2 + la nișa pre-metastatică pulmonară, promovând astfel stabilirea metastazelor pulmonare [ 112 ]. Autorii au confirmat aceste constatări în mediul clinic, demonstrând că chimioterapia neo-adjuvantă crește nivelul ANXA6 în EV-urile circulante ale pacienților cu cancer de sân [ 112 ].

S-a dovedit că chimioterapia are un impact profund în reglarea permeabilității vasculare și a angiogenezei care poate influența puternic răspunsul tumorii și progresia metastazelor. Liu și colab. Au demonstrat in vivo modele pre-clinice de diferite tipuri de tumori că o singură doză de paclitaxel și carboplatină a fost suficientă pentru a îmbunătăți metastaza pulmonară la șoarecii purtători de tumori. Răspunsul gazdelor la chimioterapie a indus o eliberare crescută de citokine și factori angiogeni, printre care CXCR2, CXCR4, S1P / S1PR1, PlGF și PDGF-BB, care au putut să promoveze angiogeneza și să crească permeabilitatea vasculară, favorizând, de asemenea, retenția precoce a celulelor tumorale în plămâni. Mai mult, citokinele induse de chimioterapie au, de asemenea, un efect direct asupra celulelor tumorale, prin promovarea viabilității, migrației și inducției EMT, ceea ce a dus la creșterea metastazei. Inhibarea in vivo a acestor factori, în special axele SDF-1 / CXCR4 sau S1P / S1PR1, a fost capabilă să prevină metastazarea îmbunătățită de chimioterapie la șoarecii purtători de tumori. În special, repertoriul de citokine induse de chimioterapie și factori angiogenici indentificați în modelele pre-clinice a fost confirmat și în depozitele de expresie genică de la pacienții umani în urma tratamentului chimioterapic [ 113 ].

Importanța modificărilor induse de chimioterapie în permeabilitatea / funcția vasculară în stabilirea metastazelor a fost de asemenea subliniată într-un studiu care a demonstrat că cisplatina și paclitaxelul au crescut semnificativ metastaza pulmonară prin îmbunătățirea aderenței celulelor tumorale la celulele endoteliale. S-a demonstrat că chimioterapia îmbunătățește retenția precoce a celulelor tumorale din plămâni prin reglarea în sus a expresiei celulelor endoteliale a VEGFR-1. Prin urmare, tratamentul cu un anticorp care vizează VEGFR-1 a inversat retenția precoce a celulelor tumorale în plămâni și a împiedicat formarea metastazelor pulmonare induse de chimioterapie [ 28 , 29 ].

În general, aceste dovezi demonstrează clar că răspunsul gazdei la chimioterapie are un impact profund asupra formării metastazelor, exercitat în principal de permeabilitatea / densitatea vasculară crescută și recrutarea la locul metastatic al celulelor mieloide derivate din măduva osoasă, în special a subsetului monocitelor inflamatorii care favorizează extrasarea celulelor tumorale.

5.2. Contribuția Stromală la supraviețuirea și proliferarea celulelor metastatice în timpul chimioterapiei

Interacțiunea cu celulele stromale reactive induse de chimioterapie poate favoriza, de asemenea, extrăparea celulelor tumorale diseminate (DTCs) la țesuturile îndepărtate [ 106 ]. S-a recunoscut că o regiune anatomică localizată, numită nișă perivasculară (PVN), poate proteja DTC-urile de chimioterapie, permițând persistența lor și eventual reactivarea. În special, PVN-urile pot sprijini în mod specific supraviețuirea celulelor tumorale diseminate cu caracteristici asemănătoare tulpinii și fenotipul încetat [ [114] , [115] , [116] ]. Reactivarea DTC-urilor calme, capabile să genereze metastaze în urma anilor după îndepărtarea completă a tumorii primare urmată de chimioterapie este o problemă clinică foarte relevantă, care încă trebuie să fie abordată pe deplin [ 117 , 118 ]. Nișele DTC pot sprijini menținerea proprietăților inițiatorilor tumorii și a stării încetate, încurajând capacitatea DTC-urilor de a rezista chimioterapiei standard care vizează celulele divizante [ 37 , 119 ].

Naumov și colab., Au arătat că tratamentul cu doxorubicină a fost capabil să reducă eficient sarcina tumorii metastatice, dar a fost ineficient în reducerea numărului de celule latente diseminate responsabile de formarea metastazelor târzii [ 120 ]. Cu toate acestea, potrivnicia nu poate fi singurul mecanism responsabil de chimiresistența DTC-urilor. Recent, Carlson și colab. Au demonstrat într-un model experimental de cancer de sân că chimioterapia a fost de fapt capabilă să reducă substanțial numărul de DTC-uri, dar populația de DTC-uri localizate în vasculatura măduvei osoase (BM) a fost în schimb dublată, arătând că DTC-urile chimio-rezistente erau protejate de terapie de către celulele endoteliale la nișa perivasculară. Inhibând interacțiunile mediate de integrină între DTC-uri și PVN, DTC-urile sensibilizate la chimioterapie fără a induce proliferarea DTC-ului sau exacerbarea toxicităților asociate chimioterapiei, ducând în cele din urmă la prevenirea metastazelor osoase [ 116 ].

Remarcabil, fenotipul și soarta DTC-urilor depind, de asemenea, în strânsă dependență de microambientul tumoral primar [ 121 ]. Interesant este că s-a arătat că microambientele hipoxice controlează eterogenitatea celulelor tumorale diseminate în cancerul de la nivelul capului și gâtului și al sânului printr-un mecanism mediat NR2F1 care generează DTC-uri latente capabile să se sustragă chimioterapiei. Aceste dovezi susțin ipoteza că amorsarea la locul tumorii primare ar putea fi un factor determinant crucial al aptitudinii metastatice [ 122 ].

În special, existența unei nișe rezistente la chimio-rezistentă care dictează răspuns terapeutic a fost, de asemenea, demonstrată în malignitățile hematopoietice. Într-un model de șoarece al limfomului Burkitt, chimioterapia a cauzat eliberarea IL-6 și Timp-1 de către timus ca răspuns la deteriorarea ADN-ului, creând o nișă protectoare și chimmo-rezistentă care să susțină supraviețuirea bolii reziduale minime responsabile de recidiva tumorii [ 123 ].

Astfel, chimioterapiile convenționale, în ciuda inducerii regresiei tumorale, pot promova simultan în locații anatomice selectate crearea unor nișe rezistente la chimioterapie, capabile să protejeze celulele tumorale competente pentru recurența tumorii.

6. Observații finale

În mai multe tipuri de tumori, chimioterapia a demonstrat până în prezent un potențial general nesatisfăcător pentru a contracara și controla diseminarea metastatică chiar și atunci când a fost obținut un răspuns parțial sau complet la locul tumorii primare [ 4 ]. Această problemă clinică ar putea fi în parte legată de răspunsurile gazdelor la activarea chimioterapiei care activează mecanisme reactive și reparatorii capabile să încurajeze generarea de CSC-uri, celulele tumorale primare de scăpare și colonizarea la distanță [ 7 ] ( Fig. 2 ).

Fig. 2

Fig. 2 . Mecanisme care mediază efectele pro-metastatice ale chimioterapiei în diferite districte tumorale.

La afectarea chimioterapiei primare a tumorii provoacă eliberarea de factori solubili ai tumorii și stromei, capabili să declanșeze expansiunea / generarea grupului de CSC chimiorezistent sau la procesul EMT indus care să permită celulelor cu CSC și proprietăți de motilitate. Eliberarea de citokine / chemokine indusă de chimioterapie din celulele tumorale / stroma tratate capabile să recruteze celule mieloide derivate din măduva osoasă (BMMC) la locul tumorii care poate susține supraviețuirea și angiogeneza celulelor tumorale. Chimioterapia crește, de asemenea, permeabilitatea vasculară la locul primar și îmbunătățește formarea microambientului tumoral al metastazelor (TMEM) (cuprinzând macrofage asociate tumorii (TAM), celule tumorale și celule endoteliale) care favorizează intravasarea celulelor tumorale.

Chimioterapia poate selecta pentru CTC-uri îmbogățite în CSC și fenotip hibrid care sunt mai predispuse să supraviețuiască în circulație, sămânță organe îndepărtate și să inițieze metastaze la distanță.

La locul îndepărtat, chimioterapia poate declanșa eliberarea de stroma și factori solubili ai tumorii, printre care CCL2, capabil să recruteze CCR2 + monocit inflamator (IM). IM poate favoriza extravasarea CTC, mediază prin VEGF-A împreună cu creșterea permeabilității vasculare induse de chimioterapie. IM la locul metastazelor se poate diferenția în macrofage asociate metastazelor (MAM) care promovează creșterea celulelor metastazice.

CTC izolate în sângele pacientului reprezintă o mare fereastră de oportunitate pentru a evalua modificările provocate de chimioterapia în tumorile / metastazele primare, fără a fi nevoie de biopsii în serie [ 95 ]. Biopsiile lichide pot oferi posibilitatea unică de a monitoriza în timp real selecția / generarea de novo a unei populații mai agresive mezenchimale / asemănătoare unei tulpini, probabil indusă de chimioterapie, în asociere cu eliberarea sistemică indusă de chimioterapie de citokine inflamatorii care promovează recrutarea și / sau activarea de celule stromale pro-metastatice ( Fig. 2 ). Microambientul joacă un rol fundamental în promovarea tumorii și afectează puternic toate etapele diferite de formare a metastazelor, precum și chimioresistența [ [55] , [56] , [57] ] ( Fig. 2 ). Prin urmare, modificările reactive ale celulelor stromale după chimioterapie ar putea reprezenta un alt aspect al metastazei paradoxale care promovează activitatea chimioterapiei.

O analiză mai cuprinzătoare a discuției încrucișate a stromalului tumoral, o înțelegere mai profundă a mecanismelor prin care chimioterapia poate selecta și / sau genera subsetul de CSC persistente și metastatice și identificarea diferitor mediatori ai micro-mediului activat de chimioterapie a efectelor pro-metastazice poate avea ca rezultat în ținte terapeutice noi pentru creșterea eficacității chimioterapiei.

Conform răspunsului individual al gazdei, posibilitatea de a selecta acei pacienți care ar putea avea un risc mai mare de a dezvolta metastaza indusă de chimioterapie ar putea fi relevantă din punct de vedere clinic pentru a îmbunătăți conceptul unei strategii terapeutice adaptate, evitând tratamente ineficiente și potențial toxice pentru pacienți și propunând strategii terapeutice mai benefice.

Declarație de interes de interes

Autorii declară că nu există conflicte de interese

Recunoasteri

Dr. Giulia Bertolini este susținută de Roche Italia și Fondazione Umberto Veronesi . Lucrările din laboratoarele autorilor au fost susținute de Asociația Italiană pentru Cercetarea Cancerului (AIRC) subvenții IG ( LR IG21431 ; GS IG18812 ) și Ministerul Sănătății italian acordă RF ( SS RF-2018-12367026 ; LR RF-2016-02362946 ).

Sub licență Creative Commons
acces deschis

Referințe

1

Acești autori au contribuit în egală măsură la această lucrare.

Exprimati-va pararea!

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare /  Schimbă )

Fotografie Google

Comentezi folosind contul tău Google. Dezautentificare /  Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare /  Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare /  Schimbă )

Conectare la %s

Acest site folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.