Ruolo delle defensine nella biologia dei tumori Parte 1

Astratto:

Le defensine sono state a lungo considerate semplicemente peptidi antimicrobici. Nel corso degli anni, sono state scoperte più funzioni immunitarie per entrambe le sottofamiglie -defensin e -defensin. Questa recensione fornisce approfondimenti sul ruolo delle defensine nell'immunità tumorale. Poiché le defensine sono presenti ed espresse in modo differenziato in alcuni tipi di cancro, i ricercatori hanno iniziato a svelare il loro ruolo nel microambiente tumorale. È stato dimostrato che i peptidi neutrofili umani sono direttamente oncolitici permeabilizzando la membrana cellulare. Inoltre, le defensine possono infliggere danni al DNA e indurre l'apoptosi delle cellule tumorali. Nel microambiente tumorale, le defensine possono agire come agenti chemiotattici per sottoinsiemi di cellule immunitarie, come cellule T, cellule dendritiche immature, monociti e mastociti.

Inoltre, attivando i leucociti mirati, le defensine generano segnali pro-infiammatori. Inoltre, effetti immuno-adiuvanti sono stati riportati in una varietà di modelli. Pertanto, l'azione delle defensine va oltre il loro effetto antimicrobico diretto, cioè la lisi dei microbi che invadono le superfici della mucosa. Provocando un aumento degli eventi di segnalazione pro-infiammatoria, della lisi cellulare (generazione di antigeni) e dell'attrazione e attivazione delle cellule presentanti l'antigene, le defensine potrebbero avere un ruolo rilevante nell'attivazione del sistema immunitario adattativo e nella generazione dell'immunità antitumorale, e potrebbero quindi contribuire al successo della terapia immunitaria.

Mirare ai globuli bianchi è un nuovo approccio nel trattamento del cancro e delle malattie immunitarie, che può attivare il sistema immunitario e quindi migliorare l'immunità. La terapia leucocitaria mirata consiste nell'attivare selettivamente le cellule immunitarie come le cellule T, le cellule B e le cellule natural killer e guidarle ad attaccare le cellule tumorali o corpi estranei nel corpo, per raggiungere lo scopo del trattamento.

La chiave per mirare alla terapia con globuli bianchi è stimolare la risposta del sistema immunitario e adottare misure appropriate per garantire che abbia un impatto minimo sulle cellule attaccate. Durante questo processo, le cellule immunitarie vengono attivate e rilasciano citochine e catalizzatori, sostanze chimiche che attivano la risposta di altre cellule immunitarie, portando a un aumento dell'infiammazione nel corpo, che aumenta l'immunità.

Pertanto, la terapia leucocitaria mirata può attivare il sistema immunitario del corpo, migliorare l'immunità e cooperare con il sistema immunitario del corpo per produrre migliori effetti terapeutici. Si può vedere che dobbiamo prestare particolare attenzione al miglioramento dell'immunità. Cistanche può migliorare significativamente l'immunità. La cenere di carne contiene vari componenti biologicamente attivi, come polisaccaridi, due funghi, Huang Li, ecc. Questi ingredienti possono stimolare il sistema immunitario di vari tipi di cellule e aumentare la loro attività immunitaria.

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Parole chiave:

defensine; biologia del tumore; cellule immunitarie.

1. Introduzione

Le defensine sono una famiglia di piccoli peptidi cationici contenenti sei residui di cisteina collegati tramite tre legami disolfuro intramolecolari, con un foglio centrale che domina la loro struttura [1,2]. Sono state scoperte tre sottofamiglie. Lehrer e colleghi hanno identificato le prime -defensine di mammifero da granulociti di coniglio nel 1984. Successivamente, nel 1985, hanno riportato le prime sequenze di defensine umane, che inizialmente hanno chiamato peptidi antibiotici derivati ​​da neutrofili o peptidi neutrofili umani (HNP) [3,4 ]. Hanno anche introdotto il termine "defensine" per i peptidi altamente correlati HNP-1 a 3, in base alle loro proprietà antibatteriche, antivirali e antimicotiche che potenziano la difesa dell'ospite [4].

Successivamente, è stato scoperto l'HNP-4, con la stessa spina dorsale di cisteina degli altri HNP mieloidi, ma con una sequenza leggermente diversa e amminoacidi significativamente più idrofobi [5]. Solo circa il 2% del contenuto totale di defensine dei neutrofili è HNP-4, che è probabilmente il motivo per cui è stato trascurato durante la scoperta dei primi tre HNP [6]. Non tutti i mammiferi hanno leucociti -defensine, poiché queste sono state riportate solo nei primati, nei conigli e in alcune altre specie di roditori [2].

A questo proposito, è importante notare che i topi mancano di defensine dei neutrofili [7]. Di conseguenza, la ricerca del ruolo delle defensine dei neutrofili nei modelli murini è possibile solo nei topi transgenici. Tuttavia, le cellule Paneth intestinali murine producono defensine, che sono anche chiamate cripte [8]. Simile alle defensine dei neutrofili, le cripte enteriche hanno proprietà antimicrobiche, ma le cripte murine superano ampiamente il gruppo di quattro defensine mieloidi umane [9,10]. Nel periodo della scoperta delle cripte del topo, si è scoperto che anche due -defensine erano secrete dalle cellule umane di Paneth: la defensina umana 5 e la defensina umana 6 (HD-5 e HD-6), che condividevano proprietà con le mieloidi -defensine [11,12]. HD-5 e HD-6 concludono il gruppo delle sei difese umane conosciute.

La successiva sottofamiglia identificata era quella delle -defensine. Anche se il loro nome suggerisce che quelli siano sorti dopo le -defensine, le -defensine sono molto più antiche su scala evolutiva, poiché i geni -defensin (DEFA) discendono dai geni -defensin (DEFB) ed entrambe le famiglie sembrano essersi evolute da un comune pre- gene della defensina dei mammiferi [13,14]. Anche le -defensine umane sono più numerose, poiché sono stati identificati quasi 40 geni per le -defensine umane [15,16]. È interessante notare che le -defensine sono state rilevate per la prima volta nella mucosa tracheale delle mucche [17] e ulteriori -defensine sono state purificate dai neutrofili bovini [18]. Fu nel 1995, dieci anni dopo la prima descrizione delle -defensine nell'uomo, che fu isolata la prima -defensina umana: la -defensina umana-1 o hBD-1 [19]. Da allora, sono state scoperte più -defensine, e queste sono tutte espresse nei tessuti epiteliali e/o mucosi che forniscono protezione antimicrobica in siti che sono quasi continuamente in contatto con i microrganismi [16].

La successiva sottofamiglia identificata era quella delle -defensine. Anche se il loro nome suggerisce che quelli siano sorti dopo le -defensine, le -defensine sono molto più antiche su scala evolutiva, poiché i geni -defensin (DEFA) discendono dai geni -defensin (DEFB) ed entrambe le famiglie sembrano essersi evolute da un comune pre- gene della defensina dei mammiferi [13,14]. Anche le -defensine umane sono più numerose, poiché sono stati identificati quasi 40 geni per le -defensine umane [15,16]. È interessante notare che le -defensine sono state rilevate per la prima volta nella mucosa tracheale delle mucche [17] e ulteriori -defensine sono state purificate dai neutrofili bovini [18]. Fu nel 1995, dieci anni dopo la prima descrizione delle -defensine nell'uomo, che fu isolata la prima -defensina umana: la -defensina umana-1 o hBD-1 [19]. Da allora, sono state scoperte più -defensine, e queste sono tutte espresse nei tessuti epiteliali e/o mucosi che forniscono protezione antimicrobica in siti che sono quasi continuamente in contatto con i microrganismi [16].

In generale, la struttura delle defensine umane è caratterizzata da un foglio antiparallelo a triplo filamento, tenuto in posizione da tre legami disolfuro [1,21,22] (Figura 1). Nelle defensine questi legami disolfuro si formano tra i residui di cisteina 1–6, 2–4 e 3–5, mentre nelle -defensine questo è tra i residui di cisteina 1–5, 2–4 e 3–6, risultando in una struttura leggermente diversa [2].

Subito dopo la loro scoperta, si è concluso che le defensine agiscono principalmente come antimicrobici, ma anche allora è stato suggerito che le defensine possono anche svolgere un ruolo nell'infiammazione, nel danno tissutale e in altri processi [26].

Attualmente, le defensine sono incluse nella famiglia alarmin. Gli allarmi sono stati studiati a fondo nel contesto del loro ruolo di difensori di prima linea che proteggono l'ospite. Sono proteine ​​o peptidi che agiscono come iniziatori di una vasta gamma di processi immunitari [27]. Appartengono alla più ampia famiglia dei DAMP (modelli molecolari associati al danno) e possono essere suddivisi in base alla loro origine: alcuni sono derivati ​​da granuli, come le defensine, la catelicidina e la neurotossina derivata dagli eosinofili; alcuni hanno un'origine nucleare, come il gruppo ad alta mobilità box 1; e alcuni originano dal citoplasma, ad esempio le proteine ​​da shock termico [27]. La maggior parte delle allarmine derivate da granuli sono note anche come peptidi antimicrobici o AMP e questo sottogruppo include le defensine.

In circostanze normali, il sistema immunitario innato e adattivo lavorano insieme per proteggerci da minacce non autonome, come batteri e virus. Tuttavia, sebbene il cancro abbia origine da cellule "autonome", il nostro sistema immunitario è in grado di riconoscere e uccidere le cellule maligne a causa della loro composizione antigenica e del loro comportamento biologico alterati [28,29]. L'instabilità genetica delle cellule tumorali è la fonte primaria di antigeni tumore-specifici [29]. Inoltre, anche le anomalie epigenetiche, modificando l'espressione genica, svolgono un ruolo importante nel cancro e possono causare la trascrizione di geni normalmente limitati allo sviluppo fetale durante la vita adulta [29,30]. Oltre ad essere antigenici, molti tumori cercano di sfuggire al sistema immunitario creando un ambiente immunosoppressivo.

È quindi chiaro che l'interazione tra il sistema immunitario e le cellule tumorali è complessa e, con l'aumento dell'immunoterapia, l'importanza dell'immunità antitumorale e della possibile fuga immunitaria non deve essere trascurata. Qui riassumiamo i potenziali ruoli delle defensine nel microambiente tumorale (TME), poiché sempre più prove indicano funzioni immunitarie oltre la semplice attività antimicrobica.

2. Effetto diretto sulle cellule tumorali

In primo luogo, analogamente al loro effetto antimicrobico, le -defensine possono avere un effetto citotossico diretto sulle cellule tumorali. I possibili meccanismi d'azione variano dalle interazioni fisiche dirette con la membrana all'attivazione delle vie di morte cellulare (Figura 2). L'HNP-1 a 3 ha indotto la morte cellulare nelle cellule A549 e nelle cellule T Jurkat associate a lesioni mitocondriali e altri percorsi non specificati, con segni di attivazione della caspasi-3/-7 [31,32]. Inoltre, l'HNP-1 si è accumulato nel reticolo endoplasmatico prima dell'attivazione della caspasi-3 nelle cellule A549 [33]. Quando l'HNP ricombinante-1 è stato espresso nelle cellule A549, ha causato una significativa inibizione della crescita a causa di un meccanismo apoptotico (probabilmente simile) attivato dall'HNP intracellulare-1. Questa attività antitumorale è stata dimostrata anche in vivo, poiché nei topi trattati con un plasmide di espressione eucariotica codificante HNP-1 sono stati osservati apoptosi delle cellule tumorali, ridotta densità dei microvasi e aumento dell'infiltrazione linfocitaria [34].

In uno studio biomeccanico con cellule PC-3, Gaspar e colleghi hanno mostrato la citotossicità dell'HNP-1, che ha causato modifiche morfologiche associate alla permeabilizzazione della membrana [35]. Hanno suggerito un processo di danno cellulare in due fasi: in primo luogo, la membrana viene permeabilizzata consentendo agli HNP di entrare nella cellula, e successivamente si verifica un danno al DNA, poiché gli HNP possono indurre rotture del DNA a singolo filamento [35,36]. A seconda della concentrazione di defensina, la disgregazione della membrana può essere causata dalla dimerizzazione di HNP-1, dove il lato idrofobo del dimero è rivolto verso le catene lipidiche della membrana mentre il lato polare forma un poro acquoso, causando la fuoriuscita cellulare [37 ]. La relativa "selettività" degli HNP per le membrane delle cellule tumorali può essere spiegata dall'arricchimento in fosfatidilserina nelle membrane delle cellule tumorali, rendendole più anioniche e aumentando la possibilità di interazione con gli HNP cationici [35,38]. Elevate concentrazioni locali di HNP-1 (superiori o uguali a 10 µg/mL) esercitavano anche effetti citotossici su cheratinociti, cellule epiteliali primarie e fibroblasti [39,40].

Allo stesso modo, l'esposizione di cellule di carcinoma a cellule squamose orali ad alte concentrazioni di HNP-1 ha provocato un effetto oncolitico [41]. Le defensine purificate dai neutrofili hanno anche mostrato un effetto antitumorale sinergico quando somministrate con l'antibiotico nisina, inducendo l'apoptosi sulle linee cellulari della prostata (PC-3) e del cancro del colon-retto (HCT-116) [42] . Non solo le defensine derivate dai neutrofili sono citotossiche, ma la -defensina 5, che è principalmente espressa nelle cellule di Paneth, influenza la vitalità delle cellule tumorali. La proliferazione delle cellule del cancro del colon e la capacità di formazione delle colonie sono state significativamente ridotte dalla sovraespressione di DEFA5. Nei topi nudi, la sovraespressione di questo gene ha soppresso la crescita del tumore. I meccanismi alla base del suo effetto soppressivo del tumore coinvolgono la fosfoinositide 3-chinasi, poiché DEFA5 si lega direttamente al suo complesso di segnalazione, portando a una crescita cellulare ritardata e metastasi [43]. È interessante notare che l'hBD-1 può alterare la trasduzione del segnale del recettore 2 del fattore di crescita epidermico umano (HER2) e l'hBD derivato dall'urina-1 è stato in grado di sopprimere la crescita del cancro alla vescica [44].

Nelle linee cellulari di carcinoma epatocellulare umano (HCC), l'espressione di hBD-1 è drasticamente sottoregolata e il salvataggio della sua espressione sopprime efficacemente la proliferazione cellulare e la capacità di formare colonie. Quando testata in un modello di carcinoma epatocellulare di topo nudo, l'espressione di hBD-1 ha inibito la crescita del tumore inducendo la degradazione proteica e lo stress del reticolo endoplasmatico (ER), e questo successivamente ha attivato la via della chinasi N-terminale (JNK) c-Jun, che ha mediato l'effetto inibitorio di hBD-1 [45]. Inoltre, è stato segnalato che hBD-2 e -3 contengono un motivo oncolitico che si lega al fosfatidilinositolo 4,5-bisfosfato. Questa interazione è fondamentale per la mediazione della citolisi delle cellule tumorali e gli esperimenti con hBD-2 hanno dimostrato che la defensina ha ucciso le cellule tumorali tramite morte cellulare litica acuta invece che per apoptosi [46,47]. Altre ricerche lo hanno confermato, poiché le cellule di adenocarcinoma A549 trattate con hBD-3 hanno mostrato danni immediati alla membrana cellulare.

Inoltre, Defb14, l'omologo murino di hBD-3, è stato in grado di ridurre significativamente la crescita tumorale del carcinoma polmonare di Lewis nei topi quando infuso continuamente [48]. hBD-5 ha anche mostrato una promettente efficacia anticancro in vivo in un modello di cancro del colon indotto da 1,2-dimetilidrazina. Sono stati osservati una diminuzione dei parametri del tumore, focolai di cripta aberranti e un aumento del tasso di apoptosi, in concomitanza con l'infiltrazione del tumore da parte dei granulociti neutrofili. I due punti dei topi trattati con hBD-5-hanno persino rivelato un ripristino della normale architettura. hBD-5 si lega maggiormente alle cellule cancerose, a causa della fluidità alterata delle loro membrane cellulari, non influenzando in ultima analisi le cellule ospiti sane [49]. Anche se le θ-defensine si trovano solo in alcune specie di scimmie del Vecchio Mondo, le loro capacità di uccidere le cellule tumorali non possono essere ignorate. Gli analoghi della θ-defensina ricchi di serina hanno mostrato una maggiore citotossicità nei confronti delle linee cellulari di carcinoma mammario rispetto alle normali cellule epiteliali mammarie.

Ancora più importante, gli analoghi hanno avuto un effetto sinergico sul trattamento con cisplatino e doxorubicina cloridrato di una linea cellulare di carcinoma mammario triplo negativo [50]. Non solo gli animali hanno peptidi antimicrobici. Il PvD1 è un esempio di un peptide antimicrobico simile alla defensina trovato nella pianta del fagiolo comune (Phaseolus vulgaris), che sembra avere anche una certa attività anticancro diretta [51,52]. Il peptide ha avuto un effetto diverso sulle cellule normali rispetto alle cellule tumorali, in quanto è stato in grado di raggiungere l'interno delle cellule tumorali del seno e di indurre eventi apoptotici. Simile ad altre defensine, PvD1 interagisce con le membrane e talvolta causa interruzioni. Inoltre, l'adesione cellula-cellula modulata da PvD1. Questo potrebbe essere un modo interessante per prevenire l'adesione delle cellule tumorali al tessuto sano e sopprimere la diffusione metastatica [52].

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