Integrità di segnalazione di IFN nell'immunità e nell'immunoterapia del cancro colorettale
Mar 17, 2023
La maggior parte dei pazienti affetti da cancro del colon-retto non risponde al blocco del checkpoint immunitario (ICB). La via di segnalazione dell'interferone-gamma (IFN) guida l'immunità antitumorale spontanea e indotta da ICB. In questa recensione, riassumiamo i recenti progressi nell'integrità epigenetica, genetica e funzionale della via di segnalazione dell'IFN nel microambiente del cancro del colon-retto e la sua rilevanza immunologica nell'efficacia terapeutica e nella resistenza all'ICB. Inoltre, discutiamo di come indirizzare la segnalazione IFN per informare nuovi studi clinici per il trattamento di pazienti con carcinoma colorettale.
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Parole chiave:
IFNGR; interferone; MHC; Palmitoilazione; cellula T; EZH2; ARID1A; DP-1; PD-L1; Apoptosi; Ferroptosi; Cancro colorettale; Immunità.
INTRODUZIONE
Il rilevamento precoce dello screening ha migliorato la sopravvivenza dei pazienti con cancro del colon-retto. Tuttavia, il cancro del colon-retto rimane una delle cause più comuni di mortalità correlata al cancro negli Stati Uniti e nel mondo [1]. La terapia del blocco del checkpoint immunitario (ICB) è un nuovo approccio terapeutico al cancro del colon-retto. Sulla base dei risultati di uno studio multicentrico di fase III [2], la Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha approvato Keytruda (pembrolizumab, anticorpo monoclonale anti-PD-1) per il trattamento di un piccolo sottogruppo di pazienti con carcinoma colorettale . Sulla base dell'approvazione della FDA, Keytruda può essere utilizzato come trattamento di prima linea per i pazienti con carcinoma del colon-retto non resecabile o metastatico ad alta instabilità dei microsatelliti (MSI-H) o con deficit di riparazione del mismatch (dMMR) senza chemioterapia. Questa decisione offre speranza per i pazienti con carcinoma colorettale resistente alla chemioterapia e in stadio avanzato MSI-H o dMMR [3, 4]. Sfortunatamente, poiché pochi pazienti presentano queste particolari alterazioni, la stragrande maggioranza dei pazienti con carcinoma del colon-retto non risponde alla terapia con ICB, evidenziando la necessità critica di svelare i determinanti cellulari e molecolari della resistenza del tumore alle terapie a base immunitaria.
Le alterazioni genetiche ed epigenetiche del tumore e le reti immunosoppressive nel microambiente tumorale contribuiscono alla resistenza del tumore all'ICB [5]. Ad esempio, la segnalazione -catenina [6], la regolazione epigenetica [7, 8] e altri percorsi biologici [9-11] compromettono il traffico e la funzione del tumore delle cellule T effettrici. Le mutazioni con perdita di funzione e le alterazioni genomiche nella via di segnalazione dell'IFN e nelle vie di segnalazione della presentazione dell'antigene provocano l'evasione immunitaria del cancro e supportano la resistenza del tumore all'ICB [12-15]. In particolare, le mutazioni genetiche nella via di segnalazione dell'IFN e nei geni del macchinario che presentano l'antigene sono poco frequenti nella maggior parte dei malati di cancro, compresi i pazienti con cancro del colon-retto.
Pertanto, è essenziale esplorare i meccanismi di resistenza all'immunoterapia in diversi tipi di cancro umano, incluso il cancro del colon-retto. La segnalazione dell'IFN, compresi gli IFN di tipo I (IFN e IFN ) e di tipo II IFN (IFN ), regola le risposte immunitarie del tumore [16]. Ci concentriamo sul percorso di segnalazione IFN in questa recensione. Recenti studi hanno iniziato a sezionare la relazione meccanicistica tra l'integrità della via di segnalazione IFN e la resistenza ICB nel microambiente tumorale. Data l'importanza della via di segnalazione dell'IFN nell'immunità tumorale e nell'immunoterapia, in questa recensione, riassumiamo la nostra attuale comprensione della via di segnalazione dell'IFN nel cancro del colon-retto e discutiamo di potenziali nuovi approcci terapeutici.
FONTI CELLULARI DI IFNΓ NEL MICROAMBIENTE DEL CANCRO COLORETTALE
Nel microambiente del cancro del colon-retto, le cellule T effettrici infiltranti il tumore e le cellule natural killer (NK) sono le fonti primarie di IFN. Altri contributori minori includono Foxp3 più CD4 più cellule T regolatorie (Tregs), cellule Th17, cellule Th22, cellule NKT, cellule linfoidi innate (ILC) e cellule presentanti l'antigene (APC).
CD8 più cellule T
Le cellule T CD8 più infiltranti il tumore sono tra i produttori più abbondanti di IFN e contribuiscono in modo critico all'immunità antitumorale [17-19]. Pertanto, una grande quantità di strategie immunomodulatorie associate al tumore mira ad alterare le funzioni delle cellule CD8 e T. Oltre alle ben note reti immunosoppressive, tra cui CD4 più Foxp3 più Treg, cellule soppressorie di derivazione mieloide (MDSC) e macrofagi inibitori immuni [5], studi recenti hanno dimostrato nuovi meccanismi che influenzano la funzione delle cellule T CD8 più, tra cui l'alterazione Espressione di IFN nel microambiente del cancro del colon. Ad esempio, durante la tumorigenesi intestinale sporadica, la mitofagia nelle cellule epiteliali intestinali del colon provoca la permeabilizzazione della membrana lisosomiale attraverso l'accumulo di ferro, migliorando successivamente l'espressione di IFN nelle cellule CD8 più T e aumentando la presentazione del complesso maggiore di istocompatibilità di classe I (MHC-I) nelle cellule dendritiche (DC) ) [20].
Tuttavia, i meccanismi associati alle cellule tumorali spesso inibiscono la produzione di IFN sopprimendo il traffico, la sopravvivenza e la funzione del tumore a cellule T e CD8. Ad esempio, le cellule tumorali esprimono fortemente il trasportatore della metionina SLC43A2, che può competere per il metabolismo della metionina nelle cellule T CD8 più T, portando a una ridotta attivazione di STAT5 nelle cellule T CD8 più T e alla successiva compromissione della produzione di IFN delle cellule T CD8 più T nei portatori di tumore topi e pazienti con cancro del colon-retto [21]. Inoltre, il colesterolo può ridurre la produzione di IFN nelle cellule CD8 più T nel cancro del colon aumentando lo stress del reticolo endoplasmatico (ER) [22]. L'inibizione del sensore di stress ER X-box binding protein 1 riduce il colesterolo nelle cellule T CD8 plus e può ripristinare l'attività antitumorale. Il microbiota intestinale può anche avere un impatto sulla produzione di IFN di cellule T e CD8. Alcuni ceppi batterici provenienti da feci di donatori umani sani possono promuovere IFN più CD8 più cellule T nell'intestino e migliorare l'efficacia dell'ICB nei topi portatori di cancro al colon [23]. Pertanto, più strati di meccanismi regolatori possono influenzare la produzione di IFN da parte delle cellule T CD8 plus nel microambiente del cancro del colon.
Sottoinsiemi CD4 plus T helper (Th).
Mentre le cellule Th1 possono essere una fonte importante di IFN, queste cellule possono essere funzionalmente alterate nel microambiente tumorale [24]. Il metabolismo e in particolare la glicolisi aerobica regolano la funzione delle cellule CD4 più T e la produzione di IFN. CD4 più cellule T coltivate con galattosio, un monosaccaride che può entrare nella glicolisi, manifestano gravi difetti nella produzione di IFN [25]. La carenza di lattato deidrogenasi A, un enzima essenziale nella glicolisi, porta a una ridotta espressione di IFN nelle cellule CD4 più T in condizioni Th1 [26]. La produzione di IFN delle cellule Th1 è anche regolata da fattori di segnalazione e cellule immunitarie immunosoppressive nel microambiente del cancro. Ad esempio, TGF [27], fattore di trascrizione p73 (proteina tumorale p73) [28], Tregs [29] e MDSC [30] possono inibire l'espressione di IFN nelle cellule Th1.
A parte le cellule Th1, altri sottoinsiemi di cellule T CD4 più infiltranti il cancro del colon umano, comprese le cellule Th17 [31, 32], le cellule Th22 e le Treg, possono esprimere IFN . Il ruolo delle cellule Th17 nel carcinoma del colon-retto è controverso, con alcuni studi che suggeriscono una funzione protumorigenica e altri che dimostrano una maggiore immunità tumorale [32]. Le cellule Th22 promuovono la staminalità delle cellule del cancro del colon-retto e la progressione del cancro attraverso un percorso IL-22–STAT3-dipendente nel microambiente del cancro del colon-retto [33].
Tuttavia, il ruolo dell'IFN prodotto dalle cellule Th17 e dalle cellule Th22 non è stato specificamente studiato in questo o in altri tipi di cancro umano. Anche se le Treg sopprimono la risposta immunitaria del cancro attraverso più vie [34, 35], le Treg esprimono anche IFN e IFN più Treg rimangono immunologicamente soppressive nel microambiente del cancro colorettale umano [36, 37]. La neuropilina-1 è necessaria per la stabilità e la funzione delle Treg infiltranti il tumore. La perdita di neuropilina-1 altera il fenotipo Treg e facilita l'eliminazione del tumore [38]. Inoltre, l'ablazione della subunità c-Rel del fattore nucleare κB aumenta l'espressione di IFN nelle Treg, ritardando così la crescita del tumore [39]. L'interruzione del complesso del signalosoma CARMA1-BCL10-MALT1 nelle Treg mature migliora la produzione di IFN nel microambiente tumorale, con conseguente crescita stentata del tumore [40].
Quindi, diversi sottogruppi di cellule T possono esprimere IFN, alterando così le risposte immunitarie nel microambiente del cancro del colon-retto.
cellule NK
Le cellule NK sono un'altra importante fonte di IFN durante le risposte immunitarie [41]. Le cellule NK producono rapidamente IFN dopo l'attivazione ed esercitano funzioni antitumorali. Tuttavia, la progressione del tumore può portare all'esaurimento delle cellule NK, limitando così il potenziale antitumorale delle cellule NK. Il blocco del recettore del checkpoint TIGIT (immunoglobulina delle cellule T e dominio del motivo inibitorio basato sulla tirosina degli immunorecettori) può invertire l'esaurimento delle cellule NK infiltranti il tumore e promuovere la produzione di IFN in un modello murino portatore di cancro al colon [42].
cellule NKT
Le cellule NKT hanno il potenziale per produrre citochine sia proinfiammatorie che antinfiammatorie [43]. Questa produzione differenziale di citochine dipende dall'ambiente al momento dell'attivazione delle cellule NKT. La stimolazione tramite il recettore IL-12 o NKR-P1 (un prototipo di recettore delle cellule NK) induce preferenzialmente la produzione di IFN delle cellule NKT [44], che è vitale per l'attività antitumorale [45]. Allo stesso modo, il membro della famiglia del fattore di trascrizione elica-anello-elica di base e40 (Bhlhe40) è altamente espresso nelle cellule NKT e funziona come cofattore per il fattore di trascrizione T-box Tbx21 (T-bet), migliorando la produzione di IFN nelle cellule NKT. L'evidenza sperimentale suggerisce che le cellule NKT carenti di Bhlhe40- hanno una ridotta produzione di IFN e diminuiscono gli effetti antitumorali [46].
ILC
Sulla base dell'espressione dei fattori di trascrizione master e delle citochine effettrici, le ILC sono classicamente suddivise in tre gruppi principali: ILC1, ILC2 e ILC3. Gli ILC1 dipendono da T-bet per il loro sviluppo, possono produrre IFN e possono funzionare nella sorveglianza immunitaria e nella clearance del tumore [47]. Nella fase avanzata del cancro del colon-retto, gli ILC1 sono diminuiti e producono meno IFN [48]. Tuttavia, gli ILC sono funzionalmente plastici e la loro capacità di produzione di IFN può essere regolata [49]. Ad esempio, il fattore di trascrizione GATA-binding protein 3 (GATA3) negli ILC2 si lega all'elemento regolatore dei geni effettori ILC, limitando così la produzione di IFN [50]. Gli ILC3 possono produrre alti livelli di IFN e mostrare un certo grado di plasticità, poiché IL-12 può guidare la conversione di queste cellule in ILC1 produttori di IFN [51].
APC
IL-12 e IL-18 possono stimolare gli APC, inclusi DC e macrofagi, a produrre IFN [52, 53]. I melanomi umani ospitano macrofagi che producono IFN nel microambiente tumorale [54]. Il significato biologico dell'IFN derivato da APC non è stato definito nell'immunità del cancro del colon.
In sintesi, l'IFN può essere espresso da più sottoinsiemi di cellule immunitarie nel microambiente del cancro del colon-retto. Il contributo relativo di ciascun tipo di cellula ai livelli totali di IFN può dipendere dalla quantità e dalla qualità di ciascun sottoinsieme immunitario all'interno del tumore ed è probabilmente soggetto a più livelli di regolazione nel microambiente del cancro del colon-retto.
REGOLAZIONE DEL SEGNALE IFNΓ NEL MICROAMBIENTE DEL CANCRO COLORETTALE
La via di segnalazione dell'IFN è una rete molecolare ben controllata. L'IFN si lega ai recettori dell'IFN (IFNGR) e stimola il trasduttore del segnale Janus chinasi (JAK) e la via di segnalazione dell'attivatore della trascrizione (STAT), che a sua volta attiva un programma trascrizionale del gene stimolato dall'IFN (ISG) e regola la risposta immunitaria. Il soppressore della famiglia di proteine di segnalazione delle citochine (SOCS) (principalmente SOCS1 e SOCS3) è un noto regolatore negativo della via di segnalazione dell'IFN [55]. Quindi, ci siamo concentrati sulla regolazione della via di segnalazione dell'IFN a livello epigenetico, trascrizionale, posttrascrizionale e posttraduzionale nel contesto dell'immunità del cancro (Fig. 1).
Regolazione epigenetica
Le modifiche epigenetiche dell'istone da parte del complesso repressivo polycomb 2 (PRC2) e dei complessi SWItch/saccarosio non fermentabile (SWI/SNF) sono coinvolte nella regolazione della via di segnalazione dell'IFN nel cancro del colon-retto. Questa regolazione avviene in parte attraverso il controllo delle chemochine di tipo Th1-, come il ligando 9 delle chemochine (motivo CXC) (CXCL9) e CXCL10, che regolano il reclutamento delle cellule T effettrici nel microambiente del cancro del colon-retto. Il potenziatore dell'omologo scorza 2 (EZH2), un componente PRC2, media la trimetilazione dell'istone H3 lisina 27 e reprime la produzione tumorale di CXCL9 e CXCL10 [7, 56]. Al contrario, ARID1A (BAF250A), un membro centrale del complesso SWI/SNF, supporta l'espressione di CXCL9 e CXCL10 nelle cellule tumorali colorettali umane, con conseguente potenziamento del reclutamento di cellule immunitarie produttrici di IFN [57].
È stato riportato che la deficienza genetica di ARID1A determina una riduzione dell'accessibilità della cromatina ai loci delle chemochine di tipo Th1-nelle cellule tumorali, incluse le cellule tumorali del colon, e ARID1A interagisce con EZH2 tramite il suo terminale carbossilico, frenando così l'attività inibitoria effetto di EZH2 sull'espressione genica mediata dalla segnalazione IFN [57]. Inoltre, EZH2 può regolare la segnalazione IFN silenziando i retrovirus endogeni (ERV). Una sottoclasse di ERV denominata stimolata 3 prime sequenze di codifica retrovirale antisenso (SPARCS), subisce un'amplificazione del segnale di feedback positivo a causa della localizzazione antisenso nella regione 3'-non tradotta (3'-UTR) degli ISG. EZH2 può silenziare l'effetto di SPARCS nelle cellule di carcinoma polmonare umano a piccole cellule H69AR [58].
Inoltre, come modalità aggiuntiva di modificazione epigenetica, l'istone deacetilasi (HDAC) e l'istone acetiltransferasi regolano dinamicamente l'acetilazione di STAT1, che contrasta la fosforilazione di STAT1 indotta da IFN, la traslocazione nucleare, il legame al DNA e l'espressione genica bersaglio. L'interruttore fosfoacetile regola la segnalazione STAT1 tramite la proteina legante CREB, l'HDAC3 e la fosfatasi tirosina proteica delle cellule T (TCP45). Gli inibitori HDAC bloccano la fosforilazione STAT1 indotta da IFN di un residuo tirosina critico nel C-terminale STAT1 nelle cellule ematopoietiche [59-61]. Resta da determinare se questi tipi di regolazione epigenetica si verificano nelle cellule tumorali del colon.
La metilazione del DNA da parte delle DNA metiltransferasi (DNMT) e la demetilazione da parte della famiglia di traslocazione dieci-undici della proteina 2 (TET2) possono anche regolare la via di segnalazione dell'IFN nelle cellule tumorali. DNMT1 sopprime la produzione tumorale di CXCL9 e CXCL10 e successivamente riduce la migrazione del tumore delle cellule T [7]. Inoltre, la stimolazione dell'IFN provoca la fosforilazione e la traslocazione nucleare di STAT1, portando ad associazioni STAT1-TET2. Molti geni sensibili all'IFN, inclusi PD-L1, CXCL9, CXCL10 e CXCL11, vengono messi a tacere tramite la metilazione del DNA. La demetilazione del DNA mediata da TET2- aumenta i livelli di 5hmC sui promotori di questi geni sensibili all'IFN, promuovendo così l'immunità antitumorale [62]. Pertanto, la regolazione epigenetica della via di segnalazione dell'IFN può influenzare l'immunità del tumore e l'immunoterapia (Fig. 2).
Regolazione trascrizionale
Gli elementi ripetitivi (RE) mantengono la stabilità genomica e guidano la diversità del genoma umano. La proteina F-Box 44 (FBXO44) è stata identificata come un repressore essenziale delle RE in un pannello di cellule tumorali, comprese le linee cellulari del cancro del colon. FBXO44 recluta SUV39H1 in RE, che è essenziale per il silenziamento trascrizionale mediato da H3K9me3- di RE nelle cellule tumorali. L'inibizione di FBXO44 riattiva le RE, portando all'attivazione della segnalazione IFN nelle cellule tumorali, come dimostrato dall'aumentata espressione di IFNGR1, IFNGR2 e altri ISG e dalla ridotta espressione del non recettore della tirosina fosfatasi di tipo 2 (PTPN2), un inibitore della segnalazione IFN [9] . Pertanto, l'inibizione di FBXO44/SUV39H1 può migliorare l'immunogenicità delle cellule tumorali e superare la resistenza ICB attraverso la regolazione trascrizionale della segnalazione IFN [63].
Inoltre, la fosfatidilinositolo 3-chinasi (PI3K) può mediare la regolazione trascrizionale della via di segnalazione dell'IFN nei tumori. Esiste una regolazione reciproca tra la via di segnalazione IFN e PI3K. Mentre la segnalazione IFN attiva PI3K, PI3K induce simultaneamente trascrizionalmente e traduzionalmente l'espressione genica IFN-responsiva nei fibroblasti embrionali di topo [64]. Inoltre, lunghi RNA non codificanti (lncRNA) possono essere coinvolti nella regolazione dell'espressione genica bersaglio dell'IFN. Ad esempio, lncRNA LIMIT può attivare cis il cluster genico della proteina legante il guanilato, interrompendo l'associazione tra la proteina 90 dello shock termico e il fattore dello shock termico -1 (HSF1). Questa interruzione provoca l'attivazione di HSF1 e la sovraregolazione trascrizionale di MHC-I in diversi tipi di cellule tumorali, comprese le cellule tumorali del colon [65]. Pertanto, la via di segnalazione dell'IFN può essere modulata a livello trascrizionale tramite molteplici meccanismi distinti.
Regolazione posttrascrizionale
È stato riportato che diversi meccanismi posttrascrizionali modulano la produzione di IFN nelle cellule T, comprese le cellule T infiltranti il tumore. La costimolazione del CD28 [66] e l'attivazione della proteina chinasi C [67] contribuiscono alla stabilizzazione dell'mRNA dell'IFN e alla produzione della proteina IFN nelle cellule T. Allo stesso modo, la mancanza di elementi ricchi di adenilato-uridilato (ARE) all'interno del 3'-UTR mantiene la stabilità dell'mRNA dell'IFN e migliora l'espressione della proteina IFN nelle cellule T infiltranti il tumore [66]; l'alterata glicolisi aerobica, che si verifica frequentemente nel microambiente tumorale, porta a un maggiore legame del GAPDH con gli IFN ARE, riducendo così l'espressione dell'IFN [25]. L'editing da adenosina a inosina nell'RNA a doppio filamento è una modifica post-trascrizionale altamente prevalente e questa modifica è catalizzata dall'adenosina deaminasi che agisce sugli enzimi dell'RNA (ADAR). L'assenza di modifica di ADAR1 determina la sovraregolazione dell'espressione genica reattiva all'IFN [68] e aumenta il rilevamento del ligando dell'RNA a doppio filamento e la segnalazione dell'IFN nei tumori [68]. Coerentemente con questo, il deficit tumorale di ADAR1 sensibilizza i tumori del colon del topo CT26 e MC38 all'ICB nei modelli murini [11].
Modifica post-traduzionale
Le modifiche post-traduzionali dei mediatori di segnalazione IFN, come IFNGR e JAK/STAT1, attraverso la palmitoilazione, la fosforilazione e la SUMOilazione sono regolatori critici della segnalazione IFN. Gli IFNGR, inclusi IFNGR1 e IFNGR2, sono elementi essenziali nel percorso di segnalazione dell'IFN. L'IFNGR1 nelle cellule tumorali del colon-retto può essere palmitoilato, il che consente la sua interazione con AP3D1, un adattatore di smistamento dei lisosomi, e facilita lo smistamento e la degradazione lisosomiale dell'IFNGR1. Pertanto, la palmitoilazione di IFNGR1 promuove la degradazione e l'instabilità di IFNGR1 nelle cellule tumorali del colon-retto [69]. IFNGR1 subisce anche una rapida poliubiquitinazione K48, che è modulata dalla glicogeno sintasi chinasi 3 beta (GSK3), nelle cellule epiteliali e nelle linee cellulari monocitiche. L'inibizione di GSK3 può destabilizzare IFNGR1 [70]. La fosforilazione mediata dalla tirosina chinasi di Bruton di IFNGR2 alla tirosina 289 promuove la traslocazione della membrana di IFNGR2 nelle cellule HEK293T [71]. Questa traslocazione è necessaria affinché IFNGR2 formi un eterodimero funzionale con IFNGR1 per rilevare l'IFN extracellulare. Tuttavia, resta da determinare se questa regolazione dell'IFNGR2 si verifica nelle cellule tumorali del colon-retto.
JAK1 e STAT1 mediano la trasduzione del segnale IFNGR. PTPN2 defosforila JAK1 e STAT1 e regola negativamente la segnalazione IFN. La perdita di PTPN2 si traduce in un aumento della presentazione dell'antigene tumorale e del traffico di cellule T a causa della maggiore espressione di geni sensibili all'IFN, inclusi MHC-I, Cxcl9, Cxcl10, Cxcl11 e Ccl5 [9]. JAK1 e IFNGR1 possono anche essere modificati dalla proteina dell'impalcatura Ajuba LIM protein (AJUBA). AJUBA lega specificamente il dominio FERM (F per la proteina 4.1, E per ezrin, R per radixin e M per moesin) di JAK1 e blocca l'interazione tra JAK1 e IFNGR1. Di conseguenza, AJUBA sopprime la fosforilazione e la traslocazione di STAT1 stimolata dall'IFN, promuovendo la crescita del cancro del colon-retto [72].
La sovraespressione del piccolo modificatore simile all'ubiquitina (SUMO) porta alla SUMOilazione di STAT1, riducendo così la fosforilazione di STAT1 indotta da IFN. La risposta trascrizionale dell'IFN è sensibile a SUMO e l'acido ginkgolide media l'inibizione della SUMOilazione, con conseguente fosforilazione di STAT1 indotta da IFN nelle cellule HeLa [73]. Pertanto, la via di segnalazione dell'IFN è soggetta a un'ampia varietà di modifiche post-traduzionali regolatorie e potrebbe essere un bersaglio per la modulazione dell'immunità antitumorale.
MUTAZIONI GENETICHE E PERDITA DEI GENI DI SEGNALE IFNΓ
Mutazioni nei componenti della via di segnalazione dell'IFN sono state riportate in diversi tipi di cancro umano, incluso il cancro del colon-retto (Tabella 1). In particolare, la perdita dell'espressione di IFNGR è stata identificata nel cancro del colon-retto [69].
Mutazioni JAK
I tumori con un carico mutazionale elevato hanno maggiori probabilità di rispondere alla terapia con ICB. Tuttavia, alcuni pazienti non rispondono nonostante abbiano un elevato carico mutazionale. Le mutazioni inattivanti JAK1/JAK2 vengono rilevate in alcuni tipi di tumore (in particolare il melanoma), rendendo queste mutazioni candidate per la resistenza ICB osservata. Il sequenziamento dell'intero esoma ha rivelato mutazioni omozigoti con perdita di funzione con una mutazione senza senso Q503* nel gene che codifica per JAK1, una mutazione del sito di giunzione F547 nel gene che codifica per JAK2 e una delezione frameshift 4-bp S14 nell'esone 1 del componente beta-2-microglobulina dell'MHC di classe I in pazienti con melanoma metastatico resistenti alla terapia con ICB [12]. Le cellule mutate JAK1- non riescono a sovraregolare gli ISG, come JAK2, STAT1, STAT3, IRF1, PD-L1 e PD-L2, in seguito alla stimolazione IFN. Le cellule mutate JAK2- presentano una perdita completa dei geni JAK-STAT indotti da IFN, come IRF1 e PD-L1 [74]. Mutazioni troncanti, delezioni omozigoti e bassi livelli proteici di IFNGR1, IFNGR2, JAK1, JAK2, STAT1 e IRF1 nei pazienti con melanoma determinano una sopravvivenza più breve rispetto a quella dei pazienti con geni di segnalazione IFN wild-type [75]. Inoltre, i pazienti con mutazioni con perdita di funzione in JAK1/2 non rispondono alla terapia con ICB [14].
Pertanto, le mutazioni JAK1 e JAK2 possono contribuire alla resistenza all'ICB nei pazienti con queste mutazioni genetiche [12]. Tuttavia, le mutazioni genetiche nei geni di segnalazione dell'IFN sono poco frequenti nei pazienti con carcinoma del colon-retto, e si verificano in meno del 10% dei pazienti con adenocarcinoma del colon-retto [14]. Le alterazioni della perdita di funzione, inclusi i frameshift JAK1, si trovano in meno del 3% dei campioni di adenocarcinoma del colon con bassa instabilità dei microsatelliti (MSI-L) [76], che costituiscono l'85% dei pazienti con cancro del colon-retto [77]. Dato che la stragrande maggioranza dei pazienti con cancro del colon-retto non presenta mutazioni nei geni di segnalazione dell'IFN, è improbabile che ciò rappresenti un contributo importante alla resistenza all'ICB nei pazienti con cancro del colon-retto.
Mutazioni del complesso MHC-I
Il complesso MHC-I è costituito da un gene HLA che codifica per le catene pesanti e da un gene B2M che codifica per una catena leggera. Le mutazioni B2M si trovano nel 3,4% dei pazienti con cancro del colon-retto [78]. Le aberrazioni B2M contribuiscono alla resistenza all'ICB nei pazienti con carcinoma del colon-retto [13].
Perdita dell'optineurina e dell'espressione di IFNGR1
Dato che i pazienti affetti da cancro del colon-retto presentano rare mutazioni del gene di segnalazione di IFN e MHC e sono generalmente resistenti all'ICB, uno studio recente ha esplorato meccanismi alternativi che possono limitare la segnalazione di IFN nel cancro del colon-retto [69]. Questo rapporto dimostra che l'optineurina è un nodo condiviso tra le vie del gene di segnalazione IFN e MHC e la perdita di optineurina si verifica nel carcinoma colorettale umano in fase iniziale. È interessante notare che il deficit di optineurina accelera la degradazione di IFNGR1 e abolisce l'espressione di MHC-I. Questa carenza compromette l'immunità mediata dalle cellule T e diminuisce l'efficacia dell'immunoterapia nei modelli di cancro murino e nei malati di cancro. Pertanto, la perdita di optineurina compromette l'integrità delle vie di segnalazione IFN e MHC-I attraverso la degradazione dell'IFNGR1, guidando così l'evasione immunitaria e la resistenza intrinseca all'immunoterapia nel cancro del colon-retto [69] (Fig. 3). Pertanto, mentre è evidente che le mutazioni JAK1, JAK2 e B2M possono contribuire alla resistenza immunitaria in più tipi di cancro, la perdita dell'espressione genica di segnalazione IFN può essere la fonte predominante di resistenza ICB nel cancro del colon-retto.
EFFETTI DOPPI DELL'IFNΓ
La segnalazione del gene IFN promuove l'immunità antitumorale spontanea e indotta dalla terapia. Tuttavia, l'accumulo di prove suggerisce un duplice effetto in cui la segnalazione dell'IFN promuove lo sviluppo del cancro e l'evasione immunitaria (Fig. 4).
Ruolo dell'IFN negli effetti antitumorali
La segnalazione dell'IFN svolge un ruolo fondamentale nell'immunità antitumorale. L'IFN stimola l'espressione di MHC-I e MHC-II nelle cellule tumorali e nelle APC, migliora la produzione di IL-12 da parte delle APC, facilita la polarizzazione Th1 e promuove il traffico tumorale delle cellule T e NK tramite Th1- tipo produzione di chemochine nel microambiente tumorale. Inoltre, l'IFN può esercitare un effetto antitumorale diretto sulla proliferazione cellulare [79] e indurre l'apoptosi delle cellule tumorali [80] e la necroptosi [81]. Inoltre, l'IFN sottoregola l'espressione di SLC3A2 e SLC7A11, due subunità del sistema antiporter glutammato-cistina xc−, compromette l'assorbimento della cistina da parte delle cellule tumorali e successivamente promuove la perossidazione lipidica e la ferroptosi delle cellule tumorali [82, 83] (Fig. 5 ). In particolare, l'IFN è uno dei giocatori che induce la morte delle cellule tumorali, tra cui l'apoptosi, la necroptosi e la ferroptosi. La natura della morte delle cellule tumorali regolate dall'IFN può dipendere da specifici meccanismi sottostanti, dai partner dell'IFN e dal tipo di cellula tumorale nel microambiente tumorale [83].
Dato che l'IFN viene spesso rilasciato dalle cellule CD8 più T attivate, studi recenti hanno esaminato fino a che punto l'IFN può raggiungere all'interno del microambiente tumorale. Questi studi hanno mostrato che il sensing dell'IFN può avvenire a lunghe distanze da zone antigene-positive (Ag) plus in zone Ag−, indicando un effetto bystander dell'IFN [84, 85]. Questi rapporti suggeriscono che la regolazione spaziotemporale della segnalazione IFN è importante nelle risposte immunitarie antitumorali, inclusi gli effetti specifici dell'antigene e degli astanti associati al tumore, e regola la morte delle cellule tumorali (apoptosi, necrosi e ferroptosi).
Ruolo dell'IFN nell'evasione immunitaria del cancro
Oltre agli effetti antitumorali, l'IFN può contribuire all'evasione immunitaria del tumore. Ad esempio, l'IFN induce l'espressione di molecole inibitorie immunitarie, tra cui B7-H1 (PD-L1), indoleamina 2, 3- diossigenasi (IDO) e arginasi, nel microambiente tumorale. PD-L1 è espresso nelle cellule tumorali e nelle cellule immunitarie, in particolare nelle APC nei linfonodi che drenano il tumore e nel microambiente tumorale [86–89]. L'IFN stimola fortemente l'espressione di PD-L1 nel microambiente tumorale, ostacolando così l'immunità antitumorale e la terapia con ICB [86, 90]. L'IDO è un enzima della via della chinurenina che catalizza la prima e limitante fase del catabolismo del triptofano per formare Nformil-chinurenina. L'IDO è espresso nelle cellule tumorali, nei fibroblasti e nelle cellule immunitarie che si infiltrano nel microambiente tumorale. IDO contribuisce a un microambiente tumorale immuno-tollerante e si correla con una prognosi sfavorevole in un ampio spettro di tipi di cancro, incluso il cancro del colon-retto. L'IFN è un potente induttore dell'espressione di IDO, che funge da motore patogeno della progressione del cancro del colon-retto. I metaboliti della chinurenina attivano la segnalazione PI3K-Akt nell'epitelio neoplastico, promuovendo la proliferazione cellulare e la resistenza all'apoptosi. Il knockout IDO specifico dell'epitelio intestinale determina una diminuzione della tumorigenesi del colon in un modello murino di cancro del colon [91]. Tuttavia, l'inibizione di IDO1 come approccio antitumorale rimane incerta.
Uno studio clinico di fase III, randomizzato, in doppio cieco che utilizza l'inibitore selettivo IDO1 epacadostat in combinazione con pembrolizumab non è riuscito a migliorare la sopravvivenza libera da progressione o la sopravvivenza globale rispetto alla monoterapia con pembrolizumab in pazienti con melanoma non resecabile o metastatico [92]. Il ruolo dell'IFN nella produzione di IDO1 in questo studio resta da determinare. L'arginasi è un enzima che idrolizza l'arginina in ornitina e urea. L'IFN induce l'espressione dell'arginasi in molti diversi tipi di cellule [93, 94]. L'arginasi contribuisce alle attività immunosoppressive di macrofagi, DC e MDSC nel microambiente tumorale metabolizzando i nutrienti che sono fondamentali per l'attivazione delle cellule CD8 e T [94-96].
In sintesi, l'impatto dinamico e cinetico dell'IFN sull'immunogenicità e sull'evasione immunitaria può determinare il destino della progressione del tumore. In linea con questa nozione, l'esposizione alla segnalazione persistente di IFN consente ai tumori di acquisire resistenza immunitaria e aumenta l'espressione di molecole inibitorie immunitarie [97]. Pertanto, l'azione immunogenica dell'IFN può essere inevitabilmente accompagnata da un elevato meccanismo di evasione immunitaria (PDL1, IDO1 e Arg1) nel microambiente tumorale e una specifica combinazione terapeutica può superare questo effetto indesiderato. Sulla base di questa scoperta, si stanno esplorando una varietà di approcci combinatori con ICB (Tabella 2) [98]. Il blocco della via del recettore degli idrocarburi arilici nei tumori che esprimono IDO supererebbe la limitazione dei singoli agenti mirati all'IDO e migliorerebbe l'efficacia della terapia di combinazione con ICB [99]. Un inibitore selettivo di ARG1/2 (OATD-02) ha mostrato attività antitumorali in modelli tumorali preclinici da solo o in combinazione con anti-PD-1 [100]. Pertanto, il targeting dei meccanismi immunosoppressivi intrinseci indotti dall'IFN dovrebbe essere esplorato nei pazienti con carcinoma del colon-retto.
LA VIA DI SEGNALE DELL'IFNΓ E L'IMMUNOTERAPIA DEL CANCRO COLORETTALE
ICB nel cancro colorettale
La FDA ha approvato due anticorpi che bloccano la segnalazione PD-L1/PD-1, pembrolizumab e nivolumab, per il trattamento di pazienti con carcinoma colorettale metastatico MSI-H o dMMR. Poiché circa il 15% dei pazienti con carcinoma colorettale presenta MSI-H o dMMR [101-103], la stragrande maggioranza dei pazienti con carcinoma colorettale non trae beneficio dall'ICB. Diversi studi clinici in corso stanno valutando l'efficacia dell'ICB in combinazione con chemioterapia, radioterapia e terapie target nei pazienti con carcinoma del colon-retto (Tabella 2). Le combinazioni di più terapie immunitarie, come i bloccanti CTLA-4 e PD-1, hanno prodotto un miglioramento dei tassi di sopravvivenza libera da progressione e di sopravvivenza globale nei pazienti con carcinoma colorettale metastatico dMMR-MSI-H [104, 105]. Poiché la chemioterapia ha effetti immunomodulatori pleiotropici [106, 107], la chemioterapia immunogenica potrebbe sensibilizzare i tumori all'ICB [108]. FOLFOX è il regime chemioterapico primario per il trattamento del cancro del colon-retto e comprende folinico (FOL), fluorouracile (F) e oxaliplatino (OX). La combinazione di FOLFOX e anti-PD-1 migliora il controllo del tumore nei topi portatori di cancro colorettale [109].
Tuttavia, l'efficacia di questa combinazione nei pazienti non è stata ancora stabilita [110, 111]. Nei tumori metastatici, la radioterapia è un potente adiuvante per l'immunoterapia, amplificando occasionalmente l'efficacia clinica e migliorando la sopravvivenza del paziente [112]. La combinazione di radioterapia e ICB è ben tollerata nei pazienti [113]. Tuttavia, l'efficacia di questa combinazione è limitata nei pazienti con carcinoma colorettale MSS [114]. Le terapie mirate possono impedire la crescita del tumore e indurre un attacco immunitario. La via di segnalazione del recettore del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGFR) può mediare l'inibizione delle cellule T e aumentare il reclutamento tumorale di Treg e MDSC [115]. La combinazione di inibitori VEGF/VEGFR e ICB può generare benefici clinici per i pazienti affetti da cancro del colon-retto. Sembra che questa combinazione abbia un profilo di sicurezza gestibile. Tuttavia, il tasso di risposta obiettiva del tumore rimane limitato nei pazienti con carcinoma colorettale MSS [116, 117].
Ulteriori studi clinici stanno esplorando altre combinazioni. I vaccini contro il cancro possono innescare risposte immunitarie antitumorali citotossiche a più antigeni specifici del tumore, inclusi i neoantigeni [118]. Gli studi clinici in corso stanno testando la combinazione di vaccini antitumorali e ICB in pazienti affetti da cancro del colon-retto (Tabella 2). L'interazione tra batteri commensali e cellule immunitarie può influenzare l'immunità sistemica e locale nell'intestino [119]. La combinazione dell'antimicrobico monoclonale EDP1503 con ICB può migliorare la risposta antitumorale nei pazienti con carcinoma colorettale metastatico. Questa combinazione è attualmente in studi di fase I/II (Tabella 2).
Dato che la maggior parte di questi studi clinici sono in fase I/II, l'efficacia terapeutica deve ancora essere determinata. Come indirizzare i pazienti con cancro del colon-retto con MSI-L, MSS o riparazione del mismatch competente rimane una sfida significativa dal punto di vista scientifico e clinico.
Targeting della via di segnalazione dell'IFN nella terapia del cancro del colon-retto
La perdita dell'espressione genica di segnalazione IFN è stata osservata in pazienti con cancro del colon-retto. Le strategie che migliorano la segnalazione IFN sono un approccio razionale e nuovo per la gestione dei pazienti con cancro del colon-retto (Fig. 6).
Poiché il silenziamento epigenetico riduce le chemochine di tipo Th1- per limitare il traffico di cellule T effettrici verso il tumore, l'ICB in combinazione con gli inibitori di EZH2 e DNMT1 rallenta la progressione del cancro nel carcinoma ovarico ID8 [7] e nei modelli del colon CT26 [120]. Gli studi clinici con la combinazione di inibitori DNMT e ICB sono nelle fasi iniziali [121]. Uno studio di fase II ha mostrato che pembrolizumab (anticorpo anti-PD-1) più azacitidina (inibitore DNMT) era fattibile con un profilo di sicurezza tollerabile. Tuttavia, questa combinazione ha prodotto effetti antitumorali minimi per il carcinoma colorettale metastatico MSS [121]. Resta da stabilire se l'azacitidina influisca sulla via di segnalazione dell'IFN in questi pazienti e se altri inibitori del DNMT possano essere valutati clinicamente.
La perdita di TET2 diminuisce la segnalazione IFN e compromette l'espressione di chemochine di tipo Th1- nelle cellule MC38 di carcinoma del colon murino. La vitamina C/acido lascorbico può stimolare l'attività del TET, migliorando così l'espressione di chemochine di tipo Th1- e l'infiltrazione tumorale delle cellule T e portando a una maggiore immunità antitumorale e all'efficacia dell'ICB nei topi con cellule B16-OVA trapiantate [62 ]. Pertanto, la vitamina C potrebbe potenzialmente essere utilizzata in combinazione con l'ICB per migliorare l'efficacia.
Dato che la palmitoilazione di IFNGR1 è essenziale per la sua interazione con AP3D1 e il successivo smistamento e degradazione lisosomiale di IFNGR1 nel cancro del colon, la soppressione della palmitoilazione di IFNGR1 può ripristinare l'integrità della segnalazione dell'IFN del cancro e sensibilizzare le cellule tumorali del colon-retto all'immunoterapia [69]. Mirare alla stabilità dell'IFNGR1, inclusa la palmitoilazione, può essere un approccio promettente per superare la resistenza intrinseca all'ICB nei pazienti con carcinoma del colon-retto.
CONCLUSIONE
L'ICB è stato approvato per il trattamento di pazienti affetti da cancro del colon-retto con malattia metastatica dMMR-MSI-H. Tuttavia, non tutti i pazienti con dMMR-MSI-H e praticamente nessuno senza queste alterazioni rispondono efficacemente all'ICB. Per migliorare i risultati dei pazienti affetti da cancro del colon-retto, le terapie combinatorie con ICB vengono esplorate in diversi studi clinici. La maggior parte di questi primi studi clinici mostra profili di sicurezza accettabili. Data l'importanza della via di segnalazione dell'IFN nell'immunità del cancro del colon-retto e che la segnalazione di IFN disfunzionale nelle cellule tumorali è un meccanismo di resistenza all'immunoterapia, è fondamentale studiare i cambiamenti cinetici nella via di segnalazione dell'IFN durante l'ICB nei pazienti con cancro del colon-retto. Nuove applicazioni cliniche derivano da scoperte scientifiche attraverso la ricerca e la scoperta di base e una comprensione più profonda dell'integrità del percorso di segnalazione dell'IFN nei microambienti del cancro del colon-retto è fondamentale. Nuove conoscenze sulla regolazione genetica, epigenetica e metabolica della segnalazione dell'IFN apriranno la strada a nuovi studi clinici e nuove terapie immunitarie per i pazienti con cancro del colon-retto.
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RINGRAZIAMENTI
Gli autori desiderano ringraziare i membri del Laboratorio Zou per il loro contributo intellettuale. Questo lavoro è stato sostenuto in parte dalle sovvenzioni US NIH/NCI R01 (CA217648, CA123088, CA099985, CA193136, CA152470) e dal NIH attraverso la University of Michigan Rogel Cancer Center Grant (CA46592).
CONTRIBUTI D'AUTORE
WD e WZ hanno concepito l'idea e composto il documento. TLF e MG hanno scritto, rivisto e curato l'articolo.
INTERESSI CONFLITTUALI
Gli autori non dichiarano interessi concorrenti.
INFORMAZIONI AGGIUNTIVE
La corrispondenza e le richieste di materiali devono essere indirizzate a WZ
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