Il cancro incontra l'immunità: dal meccanismo alla terapia (parte 2)

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In molteplici tipi di cancro, le vie dei macrofagi e della microglia e/o i fattori coinvoltipro-tumoralela polarizzazione include le vie STAT3, fattore nucleare (NF)-kB e PI3Ky (Kaneda et al., 2016; Qian e Pollard, 2010). Tra questi, il fattore di trascrizione STAT3 gioca un ruolo di primo piano. Il macrofago STAT3 è attivato da IL-6, L{9}} e/o carico di esosomi derivati ​​da CSC, con conseguente sovraregolazione dei genipromuovere-tumoreprogrammazione e inibizione di geni che codificano per citochine antitumorali (Malyshev e Malyshev, 2015). Inoltre, l'inibizione di STAT3 abolisce la polarizzazione dei macrofagi pro-tumorali indotta da CSC in GBM (Gabru-siewicz et al.,2018; Wu et al.,2010; Yao et al,2016), cancro alla vescica (Kobatake et al,2020) e cancro al seno (Weng et al., 2019). La via NF-kB è essenziale per la polarizzazione dei macrofagi pro-tumorali indotta da CSC nel cancro ovarico (Deng et al.2015). In sintesi, lo studio della polarizzazione dei macrofagi indotta da CSC ha identificato percorsi macrofagici prominenti e terapeuticamente attuabili in tumori specifici (Tabella 1).

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I TAM promuovono la staminalità delle cellule tumorali e la nicchia CSC Rispecchiando le azioni CSC, i TAM possono supportare la staminalità CSC e la nicchia CSC (Figura 3). La nicchia è particolarmente importante nel mantenimento dell'auto-rinnovamento del CSC, del potenziale di ripopolamento e dell'inizio del tumore. Questo microambiente di supporto è composto da cellule tumorali, cellule immunitarie, cellule staminali mesenchimali (MSC), fibroblasti, cellule endoteliali e componenti della matrice extracellulare (ECM) (Figura 3; Plaks et al, 2015). I fattori paracrini derivati ​​da questi diversi tipi di cellule stromali svolgono ruoli importanti nella promozione della staminalità CSC nella nicchia. In particolare, nei tumori della mammella e del colon, le MSC contribuiscono alla formazione di nicchie di CSC secernendo la prostaglandina E2(PGE2), IL-6, IL{7}} e CXCL1(Liet al.2012). I fibroblasti possono indurre una nicchia metastatica per le CSC del cancro al seno attraverso la secrezione di POSTN (Malanchi et al, 2011). I TAM producono fattori per consentire alle cellule tumorali "differenziate" di acquisire caratteristiche simili alle CSC e di mantenere la staminalità delle CSC nel cancro al seno (Lu et al, 2014),carcinoma a cellule squamose del cavo orale(Li et al.,2019), carcinoma a cellule renali (Yang et al.,2016), carcinoma epatocellulare (HCC)(Wang et al.,2016) e cancro al pancreas (Mitchem et al.,2013). Di conseguenza, l'esaurimento dei TAM tramite l'inibizione del recettore del fattore 1 stimolante le colonie (CSF1R) e del recettore 2 delle chemochine del motivo CC (CCR2) diminuisce le proprietà di inizio del tumore delle CSC nei modelli murini (Mitchem et al, 2013). In GBM, TAM supporta della nicchia CSC dipende dal suo fenotipo pro-tumorale e la riprogrammazione in un fenotipo antitumorale (usando amfotericina Bor vitamina B3) attenua la staminalità e tumorigenicità delle cellule tumorali in vitro e in vivo e sensibilizza questi tumori alla chemioterapia (Sarkar et al, 2014 ,2020). Questi risultati evidenziano il potenziale terapeutico dell'interruzione della nicchia CSC tramite la riprogrammazione dei TAM verso un fenotipo antitumorale.

L'importanza dei TAM nella biologia delle CSC è rafforzata da un elenco crescente di fattori derivati ​​​​da TAM implicati nel mantenimento della staminalità delle CSC. La tabella 2 riassume tali fattori e i loro presunti meccanismi in diversi modelli di cancro. L'EMT è un processo importante che consente alle cellule tumorali di acquisire caratteristiche simili alle CSC e mantenere la staminalità delle CSC (Biddle e Mackenzie, 2012). Nelle cellule del cancro al seno, l'EMT è associata alla sovraregolazione di CD90 ed EphA4, che mediano le interazioni fisiche tra CSC e TAM (Lu et al, 2014). Di conseguenza, i TAM possono accelerare ulteriormente l'EMT delle cellule del cancro al seno, inducendo così un ciclo di feedback positivo per rafforzare la staminalità delle CSC secernendo un pannello di citochine che supportano le CSC, come IL-6, IL-8 e IL-1 (Guo et al.,2019a; Let al.,2014; Valeta-Magara et al,2019). Allo stesso modo, l'accumulo di prove mostra che i TAM in GBM (Hide et al, 2018), HCC (Fan et al, 2014; Wan et al, 2014), cancro al pancreas (Nomura et al, 2018; Saint al., 2015; Zhang et al .,2019a) e il cancro ovarico (Raghavan et al.,2019) possono promuovere l'EMT delle cellule tumorali e/o secernere una varietà di citochine che supportano le CSC (tra cui IL-1, IL-6 e TGF -), promuovendo così la staminalità delle CSC, la progressione del tumore e la resistenza alla terapia. Oltre alle citochine, i TAM possono produrre in modo specifico fattori unici per supportare la staminalità delle CSC. Ad esempio, CCL5, pleiotropina (PTN), fattore di crescita globulo-epidermico-Val (MFG-E8) e CCL8 sono espressi e secreti preferenzialmente dai TAM nel cancro alla prostata (Huang et al, 2020), nel linfoma (Wei et al, 2019b ), cancro colorettale (CRC)(Jinushi et al,2011) e GBM (Zhang et al,2020), rispettivamente, dove promuovono la staminalità delle CSC e la progressione del tumore. Infine, oltre ai fattori solubili, i TAM possono promuovere la staminalità delle CSC attraverso interazioni dirette. In particolare, nel carcinoma mammario, nel fegato e nei linfonodi sinusoidali di tipo C delle cellule endoteliali, la lectina è una proteina transmembrana altamente espressa sui TAM che interagisce con il recettore A3 idrofilo della sottofamiglia 3 membro sulle cellule tumorali per migliorare la staminalità (Liu et al.,2019) . I fattori derivati ​​da TAM e le interazioni fisiche tra cellule tumorali e TAM attivano diversi percorsi nelle cellule tumorali che sono fondamentali per il mantenimento della staminalità. Questi percorsi chiave CSC includono STAT3, SHH e NOTCH(Han et al,2015; Hirata et al.,2014; Zhang et al.,2019b), così come PI3K/AKT, WNT/ -catenin e NANOG(Morgan et al,2018; Wang et al, 2010b,2019a; Wei et al,2013; Zhang et al,2019c). Le prove disponibili supportano l'opinione che i fattori derivati ​​da TAM attivino questi percorsi per migliorare o mantenere la staminalità delle CSC (Tabella 2). Tra questi, STAT3 appare più importante come risultato della sua potente sovraregolazione dei geni correlati alla staminalità e dell'attivazione di percorsi che promuovono la staminalità, come NF-kB (Galoczova et al.2018). Di conseguenza, l'inibizione di STAT3/NF-kB abolisce la staminalità promossa da TAM nel cancro al seno (Lu et al., 2014; Val-eta-Magara et al, 2019; Yang et al, 2013), HCC (Li et al, 2017; Wan et al,2014), cancro alla prostata (Huang et al,2020), cancro al pancreas (Mitchem et al,2013; Nomura et al.,2018) e CRC (Jinushi et al,2011). I percorsi WNT/-catenina e SHH possono anche promuovere la staminalità delle CSC in alcuni contesti. L'attivazione aberrante della segnalazione WNT, comune in molti tipi di tumore, spesso definisce lo stato CSC e il mantenimento della biologia CSC (de Sousa E Melo e Vermeulen, 2016). I sistemi di colture cellulari e modelli murini dimostrano che i TAM attivano la via WNT/-catenina nelle CSC e l'inibizione di questa via altera la sovraregolazione indotta da TAM della staminalità delle CSC nell'HCC (Chen et al., 2019b), cancro alla prostata (Huang et al., 2020) e linfoma (Wei et al, 2019b). Allo stesso modo, il percorso SHH è stato implicato nella regolazione della staminalità delle CSC direttamente o attraverso l'interazione con altri percorsi correlati alla staminalità, come il TGF- (Takebe et al.,2015). Per quanto riguarda la staminalità CSC supportata da TAM, CRC si basa sulla via SHH (Jinushi et al,2011), cancro al pancreas sulla via TGF- 1/SMAD2/3/NANOG (Zhang et al,2019a), HCC su il percorso NOTCH (Wang et al.2016), il cancro al seno sul sarcoma v-src (Schmidt-Ruppin A-2) il percorso dell'oncogene virale (avian) (SRC) (Lu et al,2014) e il glioma sulla via extracellulare regolata della chinasi 1/2 (ERK1/2) (Zhang et al.2020). Collettivamente, questi risultati evidenziano STAT3/NF-kB e WNT/-catenina come percorsi chiave responsabili della staminalità CSC indotta da TAM. Tuttavia, la diversità dei percorsi attraverso molti tumori sottolinea la necessità di sviluppare strategie specifiche per il contesto per indirizzarli.

Diafonia CSC-MDSC

L'impatto delle CSC sulla biologia MDSC

Le MDSC sono una popolazione eterogenea di cellule mieloidi che include sottogruppi granulocitici o polimorfonucleati (PMN-MDSC) e monocitici (M-MDSC) (Gabrilovich e Nagaraj 2009). Le PMN-MDSC rappresentano oltre l'80% di tutte le MDSC e le M-MDSC possono differenziarsi in TAM (Gabrilovich, 2017; Kumar et al., 2016). Le MDSC sono generate nel midollo osseo e reclutate nei tumori dachemochine derivate dal tumore, come CCL2 e CCL5. Simile ai TAM, gli MDSC svolgono un ruolo importante nella regolazione dell'angiogenesi, della crescita, delle metastasi e della soppressione immunitaria del tumore (Gabrilovich, 2017; Kumar et al 2016). Prove crescenti hanno anche rivelato interazioni simbiotiche tra CSC e MDSC nel TME, dove le CSC contribuiscono all'infiltrazione, all'espansione e all'attivazione delle MDSC attraverso la secrezione di fattori solubili ed esosomi in diversi tipi di cancro (Figura 4; Tabella 3). In SCCHN, rispetto alle cellule CD44, le CSC CD44* secernono livelli più elevati di IL-8, fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi (GM-CSF) e TGF- e inducono popolazioni più ampie di MDSC quando sono co-coltivate con cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) (Chika-matsu et al., 2011). Nel GBM, le GSC non solo promuovono la differenziazione delle PBMC in M-MDSC attraverso la secrezione di esosomi (Do-menis et al., 2017) ma attivano anche le MDSC per sopprimere le risposte immunitarie attraverso la secrezione del fattore inibitorio della migrazione dei macrofagi (MIF) (Otvos et al, 2016). Nel melanoma, l'espressione di miR-92 in CD133 più CSC è ridotta rispetto alle cellule CD133-, il che sovraregola l'espressione di TGF- attraverso il percorso dell'integrina x5/SMAD2, risultando in più PMN-MDSC nel TME (Shidal et al, 2019). Gli MDSC promuovono lo stelo CSC

Una volta che le MDSC si infiltrano nel TME, possono reciprocamente promuovere la staminalità delle CSC attraverso meccanismi distinti in un certo numero di tipi di cancro (Figura 4; Tabella 3). Nel cancro ovarico, le MDSC inducono l'espressione di miR-101 e GM-CSF nelle cellule tumorali, che aumenta la staminalità attraverso la sovraregolazione della proteina legante C-terminale del gene corepressore-2 (CtBP2)(Quiet al,2013) e attivazione della via STAT3 (Li et al.,2020), rispettivamente. Nel mieloma multiplo, i PMN-MDSC innescano l'espressione dell'RNA piRNA piwi-inter-acting-823 nelle cellule tumorali, che promuove la staminalità tramite l'attivazione della DNA metiltransferasi 3B (DNMT3B) per facilitare la metilazione del DNA (Ai et al., 2019 ). Sebbene questi dati evidenzino il ruolo essenziale delle MDSC nella promozione della staminalità delle cellule tumorali, le identità dei fattori derivati ​​dalle MDSC in questi tipi di cancro stanno ancora emergendo. Da notare, STAT3 sembra ancora una volta essere uno dei percorsi chiave responsabili della stemness. Nel cancro al seno e al pancreas, le MDSC secernono IL-6 (in entrambi i tipi di cancro) e ossido nitrico (nel cancro al seno) per attivare le vie STAT3 e NOTCH per promuovere la staminalità (Panini et al,2014; Peng et al,2016) . Nel cancro al seno, STAT3 attivato promuove l'attivazione di NOTCH, che a sua volta facilita l'attivazione persistente di STAT3, creando così un circuito di feedback per rafforzare la staminalità (Peng et al.,2016). Oltre alla staminalità, la NOS2 derivata da M-MDSC può anche promuovere l'EMT tramite l'attivazione del percorso STAT3, che guida la disseminazione e la metastasi delle cellule tumorali (Ouzounova et al, 2017). In CRC, le PMN-MDSC possono secernere S100A9 esosomale per promuovere il cancro staminali cellulari tramite l'attivazione delle vie STAT3 e NF-kB, che viene ulteriormente amplificata in condizioni ipossiche (Wang et al.,2019b),

stabilire NF-kB nella staminalità indotta da MDSC. In effetti, le MDSC sono la principale fonte di PGE, in diversi tipi di cancro (ad esempio, tumori ovarici, cervicali ed endometriali; Komura et al, 2020; Kuroda et al.,2018; Yokoi et al.,2019), che possono favorire staminali delle cellule tumorali attivando NF-B tramite il recettore prostanoide di tipo E 4 (EP4)-Pl3K e le vie MAPK (Wang et al, 2015) della proteina chinasi attivata dal mitogeno (Wang et al, 2015). Pertanto, una serie di fattori e percorsi sono alla base delle interazioni MDSC-CSC e STAT3 e NF-kB sono ancora una volta molto importanti.

Diafonia cellulare CSC-T

Impatto delle CSC sulla biologia delle cellule T

Le analisi computazionali hanno anche rivelato correlazioni tra la staminalità delle cellule tumorali ecellule T CD8tin un'ampia gamma di tipi di cancro (Miranda et al., 2019). In SCCHN, GBM e melanoma, un'elevata staminalità è correlata a una bassa espressione di antigeni associati al cancro e molecole immunostimolanti (p. es., CD86, CD40, complesso maggiore di istocompatibilità [MHC] Il, trasportatore associato al processamento dell'antigene, antigene leucocitario di istocompatibilità [HLA]-A2, antigene del melanoma riconosciuto dai linfociti T 1, inibitore del melanoma dell'apoptosi, carcinoma esofageo a cellule squamose di New York 1 e melanoma- antigene-A associato) e alta espressione di inibitori del checkpoint immunitario (ad es. PD-L1; Chikamatsu et al.,2011; Schatton et al.,2010; Wei et al.,2010). Coerentemente con questi correlati, i CSC regolano la composizione e la funzione delle cellule T attraverso diversi meccanismi convalidati sperimentalmente (Figura 4; Tabella 4). Innanzitutto, nel GBM, le GSC producono TGF-, CCL2 e galectina-3, che sopprimono l'attivazione e la proliferazione delle cellule T CD8 plus e CD4 plus (Wei et al, 2010). In secondo luogo, l'esosoma GSC tenascina-C (TNC) impegna le integrine x5 1 e a5 6 sulle cellule T per sottoregolare la segnalazione di AKT/mTOR e inibire l'attivazione e la proliferazione delle cellule T (Domenis et al, 2017; Mizaei et al,2018). Infine, nel cancro alla prostata, le CSC secernono TNC per inibire l'attivazione e la proliferazione delle cellule T CD8 plus e CD4 plus tramite l'interazione con l'integrina x{32}} sui linfociti T (Ja-chetti et al.,2015).

Le cellule T-reg sono un sottoinsieme immunosoppressivo diCD4 più cellule Tcaratterizzato dall'espressione della scatola forkhead P3 (FoxP3) e dalla promozione del tumore tramite l'inibizione delle cellule T effettrici (Togashi et al, 2019). Le CSC attraggono e attivano le cellule T-reg tramite vari fattori solubili (Figura 4; Tabella 4), tra cui, in particolare, TGF-, che controlla il reclutamento e l'espansione delle cellule T-reg. Ad esempio, le CSC possono produrre livelli elevati di TGF- in SCCHN (Chikamatsu et al., 2011), GBM (Wei et al., 2010) e melanoma (Shidal et al, 2019), che a sua volta promuove le cellule T-reg reclutamento ed espansione tramite l'attivazione dell'integrina a5/madri contro la via dell'omologo 2 decapentaplegico (SMAD2), inducendo così l'apoptosi delle cellule T e inibendo la proliferazione e l'attivazione delle cellule T. Inoltre, diversi membri della famiglia delle chemochine CC, come CCL1 (Xu et al,2017a), CCL2 (Wei et al,2010) e CCL5 (You et al.,2018), hanno dimostrato di essere altamente prodotti dalle CSC in tipi distinti di cancro, dove possono stimolare l'infiltrazione di cellule T-reg nel TME. Insieme, il TGF secreto da CSC e le chemochine specifiche svolgono ruoli chiave nel reclutamento e nell'espansione delle cellule T-reg nel TME. I linfociti T regolano lo stelo CSC

Prove emergenti dimostrano che diversi sottoinsiemi di cellule T possono regolare la staminalità delle CSC (Figura 4; Tabella 4). In GBM, un mezzo condizionato con cellule T inibisce l'autorinnovamento del GSC attraverso la secrezione di TNF- e interferone (IFN) -r (Mirzaeiet al, 2018). InNSCLC, CD8 più cellule T sono le principali fonti di IFN-Y, dove basso livelli di IFN- promuovono la staminalità delle CSC tramite l'attivazione della via PI3K/AKT/NOTCH1 e alti livelli di IFN-y inducono l'apoptosi delle cellule tumorali tramite l'attivazione della via Janus chinasi 1 (JAK1)/STAT1/caspasi (Song et al.,2019 ). Nel cancro del pancreas, le cellule Th2 infiltranti producono citochine-4 e IL-13 per attivare la via JAK1/STAT6 nelle cellule tumorali, che a sua volta aumenta la glicolisi guidata da MYC (Dey et al,2020), un processo anabolico che supporta la staminalità CSC (Chen et al,2020b; Sancho et al.,2015). Oltre alla secrezione di fattori solubili, le cellule T possono regolare la staminalità delle CSC attraverso un meccanismo di contatto diretto cellula-cellula nel cancro al seno, dove le interazioni non litiche affini tra le cellule T CD8 più e le cellule tumorali possono promuovere la staminalità delle cellule tumorali (Stein et al.,2019).

Oltre alle cellule T effettrici, anche le cellule T-reg e le cellule Th17 possono regolare la staminalità. Ad esempio, nell'AML, le cellule T-reg secernono IL-10 per promuovere la staminalità delle cellule staminali leucemiche tramite l'attivazione del percorso PI3K/AKT/OCT4/NANOG (Xu et al.,2017b). L'effetto di promozione della staminalità delle cellule T-reg è osservato anche nel cancro al seno, dove fattori solubili delle cellule di reg sconosciuto sovraregolano le vie correlate alla staminalità: SOX2; NANOG; e OCT4 (Xu et al, 2017a). In HCC, le cellule T-reg secernono TGF- per supportare la staminalità CSC promuovendo EMT (Shi et al, 2018a; Xu et al, 2009), mentre, in CRC, T-reg- Il TGF derivato dalle cellule guida la dedifferenziazione delle cellule tumorali (Nakano et al, 2019), suggerendo azioni specifiche del contesto del TGF- nelle CSC. Queste osservazioni sono coerenti con le note funzioni altamente contestuali del TGF- nel cancro (Massagué, 2008). Sebbene Th17 sia un sottoinsieme di cellule T helper che mediano le risposte immunitarie antitumorali (Guery e Hugues, 2015), IL-17 da cellule Th17 o CD4 più cellule T promuovono anche la staminalità CSC attraverso l'attivazione di NF-kB e vie p38 MAPK nei tumori ovarici e pancreatici (Kiang et al.,2015; Zhang et al,2018) e via STAT3 nel cancro gastrico (Jiang et al.,2017). Inoltre, IL-17 può essere sovraregolato nelle cellule T-reg in condizioni ipossiche, il che a sua volta favorisce la staminalità CSC in CRC (Yang et al., 2011). Pertanto, diversi sottoinsiemi di cellule T contribuiscono al mantenimento delle CSC attraverso una varietà di meccanismi che coinvolgono fattori solubili e contatto cellula-cellula.

Potenziale terapeutico dell'intercettazioneCSC-immuneDiafonia cellulare

Targeting CSC-TAM Crosstalk

Importanti sforzi preclinici e clinici hanno cercato di prendere di mira le caratteristiche biologiche distinte e le vie di segnalazione cruciali di CSC e TAM, come esaminato in precedenza (Agliano et al., 2017; Pathria et al.,2019; Zhao et al.,2018). Come riassunto nella Figura 5, gli studi clinici che possono prendere di mira la biologia delle CSC includono inibitori delle vie SHH, NOTCH, WNT/-catenina, STAT3 e NANOG (Agliano et al., 2017; Zhao et al., 2018) e anti-CD44 anticorpi (Menke-van der Houven van Oordt et al., 2016). Ad oggi, l'inibitore SHH, vismodegib, è stato approvato per il carcinoma basocellulare metastatico o localmente avanzato (Sekulic et al., 2012) e sono in corso studi clinici per agenti mirati al reclutamento dei macrofagi (CR2, CXCR4, integrina subunità alfa 4 [ITGA4 ] e ITGA5), polarizzazione (attivatori del recettore toll-like 4 [TLR4], TLR7, TLR9 e CD40 e inibitore PI3Ky) e sopravvivenza (inibitori del CSF1R; Gregoire et al., 2020; Pathria et al., 2019). Tuttavia, nonostante l'attrattiva degli agenti mirati alle CSC, non sono state osservate risposte drammatiche, forse a causa della mancanza di obiettivi CSC veramente specifici (Agliano et al.,2017; Turdo et al.,2019) nonché dell'elevata plasticità di CSC, che consente la perdita e la riacquisizione della stemness

in condizioni variabili di TME (Agliano et al., 2017; Müller et al, 2020; Plakset al., 2015). Allo stesso modo, le terapie mirate alla TAM, come l'inibizione del CSF1R, hanno mostrato scarse risposte antitumorali nel GBM dovute in parte a resistenza conferita dalla segnalazione Pl3K attivata nelle cellule di glioma (Quail et al, 2016).

Si è tentati di ipotizzare che prendere di mira più deliberatamente le co-dipendenze intrecciate di CSC e TAM e la loro plasticità in contesti specifici potrebbe produrre risposte più solide. Ad esempio, IL-6/STAT3 e Pl3K sono essenziali per la regolazione sia della CSCstemness che della polarizzazione pro-tumorale dei macrofagi in molti tipi di tumore; l'inibizione di queste vie ha mostrato attività antitumorale (Agliano et al.,2017; Kobatake et al.,2020; Pathria et al,2019; Weng et al,2019). Inoltre, la selezione di pazienti con firme CSC e TAM elevate potrebbe migliorare le risposte agli agenti che prendono di mira questi percorsi (Agliano et al, 2017; Pathria et al, 2019). Tali studi potrebbero trarre ulteriore vantaggio dalla valutazione farmacodinamica della capacità di questi agenti di modulare questi percorsi e la loro biologia tumorale associata (Figura 5). Infine, data la plasticità di questo sistema, questi studi farmacodinamici dovrebbero essere integrati da analisi omiche integrate delle risposte adattative a questi interventi terapeutici, che possono informare ulteriormente le sperimentazioni combinate di agenti sinergici.

Una strategia interessante per interrompere la diafonia CSC-TAM può includere il blocco del percorso della proteina alfa regolatrice del segnale CD47-(SIRPa). CD47 è una proteina transmembrana espressa su CSC e cellule tumorali che funziona come un segnale "non mangiarmi" (Cioffi et al.2015); l'interazione di CD47 con SIRPa sui macrofagi provoca l'inibizione della fagocitosi da parte dei TAM (Matozaki et al, 2009). La terapia anti-CD47 aumenta la fagocitosi CSC in vitro e diminuisce il carico tumorale in vivo (Chan et al,2009; Cioffi et al.,2015; Majeti et al.,2009), che è ulteriormente aumentata quando questa terapia è combinata con la chemioterapia (Cioffi et al, 2015). Sono in corso diversi studi clinici che testano gli anticorpi monoclonali anti-CD47 (Hu5F9-G4, SFR231, CC-90002 e IBlI188) e gli inibitori di piccole molecole (TTI-621 e ALX148) (Figura 5 ; Gregoire et al.,2020; Pathria et al,2019). Un'altra opportunità per interrompere la diafonia CSC-TAM è incentrata sul targeting di fattori solubili che supportano reciprocamente ogni tipo di cellula. Ad esempio, è stato dimostrato che l'inibizione del POSTN specifico di CSC e del suo percorso correlato (Zhou et al, 2015) o CCL5 derivato da TAM (Huang et al, 2020) interrompe il crosstalk CSC-TAM, sopprime la crescita del tumore ed estende la sopravvivenza in modelli murini di GBM e cancro alla prostata.

Su una nota più convenzionale, le chemioterapie standard di cura hanno mostrato una promessa limitata per la malattia metastatica avanzata a causa della grave tossicità e del rapido sviluppo di resistenza. Poiché CSC e TAM svolgono ruoli critici nello sviluppo della resistenza ai farmaci (Agliano et al., 2017; De Palma e Lewis, 2013), l'interruzione del crosstalk CSC-TAM potrebbe migliorare la sua risposta alla chemioterapia. In questo senso, le CSC nei tumori chemioresistenti secernono citochine per creare un microambiente pro-tumorigeno distorcendo i macrofagi verso un fenotipo del tumore del grembiule (Yama-shiniest al.,2014). In effetti, l'esaurimento di TAM riduce la CSCstem-ness inibisce le metastasi e migliora la reattività chemioterapica nel cancro del pancreas (Mitchem et al, 2013). Meccanicamente, i TAM promuovono la staminalità e la chemioresistenza delle CSC attraverso il rilascio di MFG-E8, che può innescare l'attivazione delle vie STAT3 e SHH nelle CSC di CRC (Jinushi et al, 2011). Pertanto, prove crescenti indicano il potenziale di prendere di mira i circuiti CSC-TAM per nuovi trattamenti contro il cancro, nonché per il miglioramento dell'efficacia della chemioterapia.

TargetingCSC-MDSCDiafonia

L'importanza delle MDSC nel promuovere la crescita tumorale, le metastasi, l'angiogenesi, la staminalità delle CSC e la soppressione immunitaria ha motivato gli agenti di test che inibiscono le MDSC (Fleming et al, 2018). Le strategie di inibizione dell'MDSC mirano al reclutamento (p. es., inibizione di CCR5 e CXCR2), promuovono l'esaurimento (p. es., inibitori della tirosin-chinasi e agenti chemioterapici) e bloccano l'attività immunosoppressiva (p. es., inibizione di STAT3, fosfodiesterasi{5}} e classe I istone deacetilasi; Fleming et al.,2018). Tuttavia, lo sviluppo di terapie mirate alle MDSC è ostacolato dall'eterogeneità delle MDSC e dalla mancanza di marcatori cellulari (Lu et al.,2019). Cioè, le MDSC sono cellule mieloidi immature eterogenee composte da PMN-MDSC e M-MDSC, che possiedono funzioni biologiche distinte. Gli attuali agenti mirati a MDSC possono colpire sia i sottogruppi di MDSC che altri tipi di cellule nel TME. Inoltre, la mancanza di marcatori specifici per le MDSC umane e l'identificazione delle equivalenti MDSC murine ha ostacolato la ricerca traslazionale. Infine, la densità MDSC e gli stati di attivazione possono cambiare dinamicamente nel TME.

Nonostante queste sfide, vale la pena considerare diverse strategie mirate alla diafonia CSC-MDSC. Una strategia sarebbe quella di prendere di mira STAT3, che è doppiamente essenziale per il mantenimento delle CSC e l'infiltrazione/attivazione di MDSC, e l'inibizione di STAT3 ha dimostrato una potente attività antitumorale associata a una ridotta staminalità delle CSC e all'infiltrazione/attivazione di MDSC in modelli murini di cancro (Fleming et al. ,2018; Peng et al, 2016). Una seconda strategia sarebbe quella di prendere di mira i fattori solubili che promuovono la diafonia CSC-MDSC. Ad esempio, l'inibizione del MIF derivato da CSC o IL derivato da MDSC-6 estende la sopravvivenza nei modelli murini di GBM (Otvos et al,2016) e cancro al seno (Peng et al.,2016). Una terza strategia comporterebbe la neutralizzazione della simbiosi CSC-MDSC stimolata dall'esosoma. In particolare, il knockdown di S100A9 negli esosomi MDSC altera l'attivazione di STAT3 e inibisce la crescita del tumore nei modelli murini di CRC (Wang et al, 2019b). Insieme, queste varie intuizioni meccanicistiche indicano l'interruzione del percorso IL-6/STAT3 come strategia per interferire con la diafonia CSC-MDSC e inibire la crescita del tumore. TargetingCellula CSC-TDiafonia

Le interazioni simbiotiche tra CSC e cellule T possono anche offrire diverse strategie terapeutiche di precisione. In primo luogo, nel cancro al seno, è stato dimostrato che il blocco dei fattori di supporto delle cellule T-reg derivati ​​​​dal CSC, come CCL1, inibisce significativamente la crescita del tumore e l'infiltrazione delle cellule T-reg (Xu et al, 2017a). Un effetto antitumorale simile è stato osservato in un modello murino di cancro al pancreas mediante l'inibizione dei fattori di supporto della staminalità derivati ​​dai linfociti T, come IL derivato dalle cellule Th17-17, che ha ridotto drasticamente la crescita del tumore e le CSC staminalità (Xiang et al, 2015). Il secondo approccio è sfruttare il potenziale delle immunoterapie a base di cellule T, in particolare l'inibizione del checkpoint immunitario (ICI). L'efficacia antitumorale degli ICl è correlata all'espressione di molecole del checkpoint immunitario, come PD-L1, nel TME (Ravindran et al.,2019). Dopo l'attivazione dei percorsi STAT3 e NOTCH3/mTOR (Lee et al, 2016; Mansour et al., 2020), le CSC esprimono livelli di PD-L1 più elevati rispetto ai non CSC in molti tipi di cancro, inclusi GBM, melanoma, SCCHN, CRC , cancro al seno, cancro gastrico e cancro ovarico, in cui PD-L1 può promuovere ulteriormente la staminalità del CSC, inducendo così un ciclo di feedback positivo (Gao et al, 2019; Gupta et al., 2016; Ravindran et al., 2019; Wei et al.,2019a). Inoltre, i livelli di PD-L1 possono essere amplificati a seguito di interazioni simbiotiche CSC-cellule immunitarie. Ad esempio, le MDSC possono promuovere la staminalità e sovraregolare PD-L1 nelle CSC tramite l'attivazione del percorso PI3K/AKT/mTOR (Komura et al, 2020). Di conseguenza, le CSC secernono esosomi per sovraregolare PD-L1 nei macrofagi tramite l'attivazione del percorso STAT3 (Gabrusie-wicket al, 2018). Insieme, questi risultati indicano la potenziale utilità di IClagents, un concetto supportato dal potenziamento della terapia anti-PD1 dell'attività antitumorale di un vaccino CSC in un modello murino di cancro alla vescica (Shi et al.,2018b). Il terzo approccio sarebbe lo sviluppo di terapie combinate mirate al crosstalk delle cellule immunitarie CSC e ai checkpoint immunitari. Le UTI producono risposte notevoli in alcuni pazienti oncologici; tuttavia, la maggior parte dei pazienti non ha risposte. Studi meccanicistici hanno dimostrato che l'efficacia delle UTI è fortemente dipendente dalla TME (Murciano-Goroff et al.,2020). TAM, MDSC e cellule T-reg sono le cellule immunitarie più importanti nella TME, dove formano interazioni simbiotiche con le CSC, interagiscono tra loro e sopprimono la funzione delle cellule T (Figura 4). Meccanicamente, TAM e MDSC possono sopprimere le risposte immunitarie antitumorali mediate dai linfociti T mediante un'elevata espressione di molecole del checkpoint immunitario (p. es., PD-L1, PD-L2, CD80 e CD86), produzione di citochine immunosoppressive (ad es. IL-10 e TGF-) e reclutamento di cellule T-reg immunosoppressive nel TME (Engblom et al.,2016; Kumar et al.,2016; Manto-vani et al,2017). Questi studi evidenziano la promessa di terapie mirate a TAM o MDSC per una migliore efficacia dell'ICl. In effetti, un numero crescente di prove dimostra che le terapie mirate ai macrofagi, come l'attivazione della fagocitosi dei macrofagi (Lian et al.,2019; Liu et al.,2018) o la riprogrammazione dei TAM da pro- ad antitumorale fenotipo (Baer et al, 2016; Guerriero et al, 2017; Kaneda et al., 2016; Zhu et al., 2014), sinergizzano con ICl in più modelli murini di cancro. Allo stesso modo, le terapie mirate a MDSC, inibendo l'infiltrazione di MDSC (Flores-Toro et al.,2020; Highfillet al.,2014; Liao et al.,2019; Zhao et al.,2020) o bloccano l'attivazione di MDSC (Davis et al, 2017; Liu et al,2020; Lu et al.,2017), mostrano una solida sinergia con le UTI nei modelli murini. Questi studi preclinici hanno portato a studi di terapia combinata per molti tipi di cancro (Hou et al., 2020; Pathria et al., 2019).

Osservazioni conclusive e prospettive future

Il paradigma genetico ha dominato il nostro approccio alla terapia del cancro, generando molti agenti che prendono di mira eventi oncogeni driver nelle cellule tumorali. Negli ultimi anni, il successo nel prendere di mira l'immunità e l'angiogenesi ha accresciuto l'interesse per gli obiettivi che operano all'interno dell'ecosistema TME. Questa recensione ha specificamente catalogato i circuiti molecolari alla base delle interazioni reciproche tra CSC e cellule immunitarie, inclusi TAM, MDSC e cellule T, nel mantenimento del tumore. Questa diafonia bidirezionale si manifesta a diversi livelli, compreso il reclutamento e l'attivazione delle cellule immunitarie CSC-diretto e il ruolo di queste cellule immunitarie nel promuovere la staminalità delle cellule tumorali e stabilire una nicchia CSC di supporto. La caratterizzazione molecolare della simbiosi CSC-cellule immunitarie ha scoperto potenziali strategie terapeutiche, incluso il doppio targeting di vie vitali attivate sia nelle CSC che nelle cellule immunitarie (p. 47-SIRPa) e fattori solubili neutralizzanti che supportano reciprocamente sia le CSC che le cellule immunitarie (ad es. IL-6).CSC-immunele interazioni cellulari hanno anche rivelato la centralità di questi nuovi meccanismi molecolari nel guidare la tumorigenesi, le metastasi e la resistenza alla chemioterapia. Pertanto, prendere di mira questo circuito molecolare ha il potenziale per interrompere la co-dipendenza delle cellule immunitarie CSC e migliorare l'efficacia delle terapie convenzionali.

Sebbene la nostra conoscenza del crosstalk delle cellule immunitarie CSC stia maturando, sarà necessario rispondere a più domande per convertire in modo efficace e sistematico le intuizioni meccanicistiche in nuovi interventi terapeutici. In primo luogo, molti studi che studiano il crosstalk delle cellule immunitarie CSC si sono basati su modelli di co-coltura di linee cellulari o cellule isolate da tessuti tumorali, il che evidenzia la necessità di studi complementari utilizzando modelli in vivo, convalida genetica e analisi dinamiche del TME utilizzando il tracciamento del lignaggio e tecnologie di imaging per tomografia a emissione di micro positroni dal vivo (microPET)/tomografia computerizzata (TC). Tali modelli in vivo potrebbero essere integrati da colture organoidi, che sembrano ricapitolare più fedelmente le caratteristiche dei loro tessuti di origine (Baker, 2018). Cioè, gli organoidi delle cellule tumorali e le co-colture di cellule immunitarie potrebbero fungere da sistemi modello più robusti e con una maggiore produttività per studiare le interazioni dinamiche e reciproche tra CSC e cellule immunitarie e per testare agenti terapeutici mirati alla diafonia tra cellule immunitarie CSC. In secondo luogo, la notevole plasticità ed eterogeneità sia delle CSC (transizione tra stati staminali rispetto a stati non staminali) che delle cellule immunitarie (comprese le transizioni all'interno e tra i tipi cellulari, come la transizione attraverso lo spettro fenotipico nei TAM, la differenziazione di MDSC in PMN- I sottogruppi MDSC e M-MDSC e la differenziazione di M-MDSC in TAM) evidenziano le sfide nell'identificazione della natura specifica del contesto di distinti circuiti di cellule immunitarie CSC critiche in diversi stadi tumorali e in diversi tipi di cancro, nonché cambiamenti nel CSC - interazioni delle cellule immunitarie risultanti da interventi terapeutici. Pertanto, sfruttare il pieno potenziale del targeting della diafonia tra cellule immunitarie CSC richiederà un uso estensivo di siRNA-seq per identificare nuove sottopopolazioni e definire gli stati fisiologici delle CSC e delle cellule immunitarie, nonché la loro diafonia in contesti tumorali specifici e sotto esposizione a determinati terapie. Tale auditing unicellulare deve essere integrato da analisi funzionali e genetiche che utilizzano sistemi modello in vivo per identificare e convalidare obiettivi e meccanismi che regolano la co-dipendenza delle cellule immunitarie CSC. Dato il numero di fattori coinvolti, gli anticorpi bispecifici prendono di mira due fattori chiave che agiscono di concerto nelCellula immunitaria CSCil circuito dovrebbe essere considerato. In terzo luogo, in molti tipi di tumore, il percorso IL-6/IL-6R/STAT3 sembra essere il fattore più importante e importante del cross-talk tra cellule immunitarie CSC, come evidenziato dalla scoperta che l'inibizione della via IL-6R/STAT3 altera la progressione del tumore e riduce la staminalità delle CSC, TAM e MDSC nei modelli murini di cancro della vescica, cancro al seno e HCC (Kobatake et al., 2020; Peng et al. , 2016; Wan et al., 2014). Tuttavia, è necessaria un'indagine più dettagliata sulle azioni di questi farmaci, poiché prendono di mira anche altre cellule stromali nella TME. Cioè, le azioni antitumorali potrebbero non essere correlate alla diafonia delle cellule immunitarie CSC e/o potrebbero mirare alle cellule stromali con azioni opposte a CSC, TAM e MDSC. A questo proposito, modelli murini geneticamente modificati sarebbero utili per analizzare la miriade di ruoli del percorso IL-6/L-6R/STAT3 in particolare in CSC, TAM, MDSC e/o cellule T rispetto a altre cellule all'interno dell'ecosistema TME. Infine, oltre a TAM, MDSC e cellule T, analisi imparziali sui set di dati TGGA hanno dimostrato che un'elevata staminalità delle cellule tumorali è associata a cellule NK ridotte (Miranda et al, 2019), suggerendo un potenziale crosstalk CSC-NKcell. Le CSC sono generalmente suscettibili all'uccisione da parte delle cellule NK attivate; tuttavia, un numero crescente di prove mostra che le CSC possono essere resistenti alle cellule NK in alcuni tipi di cancro, come GBM, AML e cancro al seno (Sultan et al, 2017). Prove emergenti dimostrano che l'attività anti-CSC delle cellule NK dipende in gran parte dal TME e che l'attivazione delle cellule NK può essere soppressa da TAM, MDSC e cellule T-reg (Bruno et al, 2019; Ghiringhel et al, 2006; Kmeta et al, 2017). Oltre alle cellule NK, prove molto limitate dimostrano che la staminalità delle cellule tumorali è correlata alla presenza di cellule dendritiche (DCS), cellule B (Hsuet al.,2018; Miranda et al.,2019) e neutrofili (Hira et al. ,2015; Hwang et al.,2019). Tuttavia, la natura della diafonia tra CSC e questi quattro tipi di cellule immunitarie (cellule NK, cellule B, DC e neutrofili) è in gran parte sconosciuta. Pertanto, ulteriori studi che caratterizzano tale crosstalk, così come la relazione di questi quattro tipi cellulari con altre cellule immunitarie, tra cui TAM, MDSC e cellule T, apriranno la strada allo sviluppo di immunoterapie nuove e più efficaci.

In sintesi, abbiamo presentato prove crescenti che implicano interazioni CSC-cellule immunitarie come driver dello sviluppo del tumore che coinvolgono molti segni distintivi del cancro e come modulatori della risposta agli interventi terapeutici. Sfruttare il potenziale terapeutico di queste interazioni richiederà una rigorosa convalida degli obiettivi e dei meccanismi alla base di questa relazione simbiotica, nonché una comprensione più profonda degli specifici contesti biologici in cui svolgono ruoli essenziali di limitazione della frequenza nel mantenimento del tumore. Il raggiungimento di questo obiettivo sarebbe di grande beneficio per i malati di cancro.