Inflammasomer i cancerprogression och antitumörimmunitet

Inflammasomerna är kritiska regulatorer av medfödd immunitet, inflammation och celldöd och har dykt upp som viktiga regulatorer av cancerutveckling och kontroll. Inflammasomer sätts samman av mönsterigenkänningsreceptorer (PRR) efter avkänning av mikrobiella eller fara-associerade molekylära mönster (MAMPs/DAMPs) och framkallar inflammation genom oligomerisering och aktivering av inflammatoriska kaspaser. Dessa cysteinyl-aspartatproteaser klyver de proinflammatoriska cytokinerna IL-1 och IL-18 till deras biologiskt aktiva mogna form. Rollerna för inflammasomerna och associerade pro-inflammatoriska cytokiner varierar mycket beroende på cancertyp. Här diskuterar vi nyare studier som belyser kontrasterande roller för inflammasomvägen för att stävja kontra att främja tumörbildning. Å ena sidan deltar inflammasomerna i att stimulera antitumörimmunitet, men de har också visat sig bidra till immunsuppression eller direkt främja tumörcellöverlevnad, proliferation och metastasering. En bättre förståelse av inflammasomfunktioner i olika cancerformer är därför avgörande för utformningen av nya cancerimmunterapier.

Fördelarna med cistanche tubulosa-Antitumor

Nyckelord: Inflammasom, kaspas, pyroptos, tumör, immunterapi, makrofager, immunsuppression, metastaser

cistanche fördelar för män stärker immunförsvaret

INTRODUKTION

Cancer development is a complex process that integrates tumor cell-intrinsic and -extrinsic signals that favor cellular transformation, unhinged growth, invasion, and metastasis. Among the hallmarks of cancer (Hanahan and Weinberg, 2011), inflammation and tumor escape from immune destruction exert determining roles. Indeed, cancer control is intricately linked to the potency of the immune response. The fundamental understanding of immune surveillance, immune editing (Dunn et al., 2002) (a process in which the immune 'pressure' shapes tumor immunogenicity), and immune escape has resulted in breakthroughs in cancer immunotherapies, such as immune checkpoint inhibitors (ICI) or chimeric antigen receptor (CAR)-T cell therapy, among others. Such therapies have revolutionized cancer treatment by significantly improving patient survival and quality of life. Notably, the eligibility of patients to ICI immunotherapy has increased from 1.5% in 2011 to 43.6% in 2018, and >29 immunterapier är för närvarande godkända. Men trots dessa imponerande framsteg avslöjar den kliniska verkligheten flera ouppfyllda utmaningar: 1) relativt låga andelar patienter uppvisar objektiva svar på dessa terapier som en fristående behandling och en delmängd av patienter utvecklar en hyperprogressiv sjukdom, 2) immunterapins effekt är ofta associerad med inflammatoriska toxiciteter som kräver klinisk hantering eller avbrytande av behandling, 3) en delmängd av patienter som svarar på immunterapi som får återfall i immunterapi och utvecklar aggressiv sjukdom; 4) effektiviteten av cancerterapier, inklusive kemoterapier, ICI, adoptiv T-cellsterapi och andra immunterapier kräver signaler från mikrobiotan; 5) systemiska och cellulära metabolismer påverkar cancer och antitumörimmunitet; och 6) immunsvar främjar klonal selektion, transformationen av tumörmikromiljön (TME) och etableringen av en premetastatisk nisch. Patienternas heterogena svar återspeglar kunskapsluckor, särskilt i förståelsen av organspecifika tumörmakro- och mikromiljöer och interaktionerna mellan systemen, nämligen immunsystemet, metabola och mikrobiella systemen i cancerkontroll. Det medfödda immunsystemet är vår första försvarslinje, eftersom det snabbt känner av "fara"-signaler (Matzinger, 2002) via mönsterigenkänningsreceptorer (PRR), t.ex. Toll-like receptors (TLRs) och Nod-like receptors (NLRs) inklusive inflammasomer. receptorer och tillhandahåller adjuvanseffekter för att fullt ut engagera adaptiv immunitet. När det gäller antitumörimmunitet anses PRR-ligander som en lovande väg inom cancerimmunterapi. Till exempel är tre TLR-agonister, nämligen Bacillus Calmette-Guérin (BCG), monofosforyllipid A (MPL) och imiquimod godkända för användning hos cancerpatienter, och ytterligare PRR-ligander, främst nukleinsyramimetika, är för närvarande i klinisk prövning. Inflammasomerna är centrala effektorer av medfödd immunitet och har visat sig utöva viktiga, om än kontrasterande, roller i tumörbildning, antitumörimmunitet och svar på cancerterapier. I den här recensionen diskuterar vi nyligen arbetat med att undersöka inflammasomfunktioner i cancer och potentialen för att utveckla inflammasombaserade immunterapier.

FIGUR 1|Olika mekanismer för inflammasomaktivering. Aktiveringen av inflammasomen genom den kanoniska vägen förlitar sig på två signaler, den första eller primingsignalen tillåter transkription av inflammasomkomponenter, och den andra eller aktiverande signalen som utlöser sammansättningen av komplexet. De inflammasombaserade ställningsreceptorerna tillhör olika familjer (NLR, ALR och PYRIN), var och en känner igen olika MAMPs eller DAMPs. Kaspas-1 är central för att katalysera inflammasomfunktioner, spjälka pro-inflammatoriska cytokiner till deras bioaktiva form och gastrin D (GSDMD) till en N-terminal porbildande domän som framkallar pyroptos. Den icke-kanoniska vägen förmedlas genom direkt bindning av LPS eller fosfolipider till kaspas-4/-5 hos människor eller -11 hos möss.

EN ÖNSKESBILD AV INFLAMMASOMERNA: STRUKTUR OCH AKTIVERING

Den inflammasoma termen dubbades 2002 av Dr. Jürg Tschopp, som först beskrev NLRP1 (Nod-like receptor with a pyrin-domän) inflammasom som ett intracellulärt multiproteinkomplex, bestående av sensorn NLRP1 (Nodlike receptor with a pyrin-domän), adapter ASC (apoptosassocierat fläckliknande protein som innehåller ett CARD) och både inflammatoriska kaspaser-1 och -5 (Martinon et al., 2002). Sedan har mer än tolv olika inflammasomer karakteriserats, nämligen NLRP1, NLRP2, NLRP3, NLRP6, NLRP7, NLRP9, NLRP12, NLCR4/NAIP, AIM2, IFI16, CARD8 och PYRIN. De flesta inflammasomsensorer tillhör familjen Nod-like receptor (NLR), som består av 22 medlemmar hos människor och 34 hos möss (Ariffin och Sweet, 2013), alla med en central nukleotidbindande och oligomeriseringsdomän (NOD) och en C -terminal leucinrik upprepning (LRR). NLR-familjemedlemmar klassificeras vidare i fyra underfamiljer enligt arten av deras N-terminala domän, en aktiveringsdomän (NLRA), en baculovirushämmare av apoptosprotein (IAP) upprepad (BIR) domän (NLRB), en kaspasaktivering och rekrytering domän (CARD) domän (NLRC) eller en pyrin domän (NLRP). Förutom NLRA har medlemmar av de andra NLR-underfamiljerna rapporterats sammanställa inflammasomer (Figur 1). Medan de förmodade mikrobiella eller värdliganderna har identifierats för vissa inflammasomer, förblir de svårfångade för resten. Exempel på kända inflammasomligander inkluderar cytoplasmatisk värd eller patogen (bakteriell eller viral) dubbelsträngat DNA som aktiverar Absent In Melanoma (AIM)2 (Bürckstümmer et al., 2009; Fernandes-Alnemri et al., 2009; Hornung et al., 2009), nukleärt viralt DNA som utlöser AIM2-liknande receptorer (ALR) IFN-inducerbar faktor IFI204 hos möss och IFI16 hos människor (Kerur et al., 2011), och intracellulära bakterieproteiner, nämligen flagellin och komponenter av det bakteriella typ III-sekretionssystemet såsom nål- och inre stavproteiner, som engagerar NAIP/NLRC4-inflammasomer (Lightfield et al., 2008; Zhao et al., 2011; Rayamajhi et al., 2013; Yang et al., 2013; Reyes Ruiz et al., 2017; Tenthorey et al., 2017). Å andra sidan förblir liganderna för NLRP-inflammasomer svårfångade. Till exempel aktiveras NLRP1 efter dess proteosomberoende "funktionella nedbrytning" som frigör dess C-terminala CARD för att interagera med kaspas-1 och bilda en inflammasom. En sådan funktionell nedbrytning induceras av patogeneffektorer som Bacillus anthracis letal factor (LF) (Klimpel et al., 1994; Fink et al., 2008), proteaskomponenten i dödligt toxin eller Shigella flexneri E3 ubiquitinligas IpaH7.8 (Sandstrom et al., 2019), och pekar därför på NLRP1 som en sensor för sin egen stabilitet som svar på patogenaktivitet. ATP-utarmning inducerad av infektion med Toxoplasma gondii eller Listeria monocytogenes aktiverar också NLRP1-inflammasomen (Liao och Mogridge, 2013; Neiman Zenevich et al., 2017). På senare tid har Bauernfried et al. visade ännu en aktivator av humant men inte mus NLRP1, nämligen viralt dsRNA, en bonafid ligand som binder till de leucinrika upprepningarna (LRR) av NLRP1 (Bauernfried et al., 2021).

Kinesisk ört cistanche växt-Antitumor

När det gäller NLRP1 känner Pyrin-inflammasomen en "förändring" inducerad av infektion, nämligen inaktiveringen av Rho-familjens små GTPaser av bakteriella Rho-modifierande toxiner (Xu et al., 2014). Sist förblir de ligander som är ansvariga för direkt NLRP3-aktivering okända. NLRP3 aktiveras av ett brett spektrum av MAMPs och DAMPs, inklusive partiklar, kolesterolkristaller, cellulära metaboliter, lysosomala skador, defekt mitofagi och joniska störningar som K+-utflöde och Ca++-inflöde. NLRP3-aktivering kräver också flera post-translationella modifieringar, dvs ubikvitinering, fosforylering och sumoylering, och bindningen av NIMA-relaterat kinas 7 (NEK7) till dess LRR (recensat i (Swanson et al., 2019)). Aktivering av den icke-kanoniska NLRP3-inflammasomen utlöses av direkt bindning av cytosolisk lipopolysackarid (LPS) till kaspas-11 hos möss eller kaspas-4/-5 hos människor (Shi et al., 2014) ). Oxiderad fosfolipid (oxPAPC) binder till kaspas- 11 och framkallar inflammasomaktivering i dendritiska celler (Zanoni et al., 2016) men konkurrerar med LPS-bindning och hämmar icke-kanonisk inflammasomaktivering i makrofager som ger skydd mot bakteriellt sepsisegativt skydd mot Gram-sepsiegativt (Chu et al., 2018). Sist, även om det är mindre väl studerat, mekanismerna för aktivering av andra NLRP-inflammasomer, nämligen NLRP2 (Zhang et al., 2020), NLRP6 (Shen et al., 2021), NLRP7 (Radian et al., 2015), NLRP9 (recensat i (Mullins och Chen, 2021)) och NLRP12 (recensat i (Tuladhar och Kanneganti, 2020)) växer fram. Inflammasomsammansättning leder till multioligomerisering av inflammasomsensorn, ASC-adaptern och proformen av kaspas-1 och/eller −11/−4/−5 till ett perinukleärt aggregat som kallas ASC-"fläcken" med prionoida egenskaper (Franklin et al., 2014). Kaspasaktivering främjar frisättningen av bioaktivt IL-1 och IL-18, och i vissa fall en inflammatorisk celldöd som kallas pyroptos via klyvning av gastrin-D till en N-terminal domän som genererar porer i plasmamembran som leder till osmotisk lysis [recensat i (Broz et al., 2020)]. Inflammasomerna är mest kända för sin funktion i värdens försvar mot patogener. Avvikande inflammasomaktivering har emellertid också kopplats till cancerutveckling. Rollen av inflammasomsignalering i cancer varierar beroende på typen av cancer, canceretiologi och celler som aktiverar inflammasomvägen inom tumörens mikromiljö. I den här recensionen ger vi en syntes av den senaste litteraturen som utforskar olika inflammasomers roll i cancerprogression eller antitumörimmunitet. Vi diskuterar bevis som genererats från in vivo-musmodeller, antingen med hjälp av farmakologiska hämmare eller genetiska modeller med förlust av funktion, såväl som bevis från patienters kohorter och kliniska prövningar.

cistanche fördelar för män stärker immunförsvaret

PROTUMORALA FUNKTIONER PÅ DEN INFLAMMASOMA VÄGEN

Främjande av cancercellers överlevnad, spridning och invasion, främst förmedlad av IL-1

Inflammasomens roll för att främja cancer medieras ofta av IL-1, som produceras av olika celler i tumören, inklusive tumörassocierade makrofager (TAM) och cancerassocierade fibroblaster (CAF). Myeloid- eller CAF-specifik deletion av gener involverade i Nlrp3-inflammasomaktivering leder faktiskt till minskad tumörtillväxt. Till exempel visades sfingolipidsfingosin--1-fosfat (S1P)-receptorn aktivera Nlrp3-inflammasomen i TAM, och myeloidspecifik deletion av S1pr minskade IL-1 --driven lymfangiogenes och lungmetastaser i polyomen mellan T ( PyMT) musmodell av bröstcancer (Weichand et al., 2017). Med samma modell använde Ershaid et al. visade att CAF-specifik genetisk ablation av Nlrp3 eller Il1b fördröjde tumörtillväxt och försvagade lungmetastaser (Ershaid et al., 2019). Mekanistiskt främjade IL-1 tumörprogression och metastasering genom att driva en immunsuppressiv tumörmikromiljö (TME) och inducera uttrycket av adhesionsmolekyler på endotelceller (Ershaid et al., 2019). Dessutom visades Nlrp3-inflammasommedierad IL-1 inducera produktionen av det cancerbefrämjande cytokinet IL-22 av minnes-CD4+ T-celler. Detta visades i modeller av bröst- och lungcancer där neutralisering av IL-1R-signalering med anakinra upphävde IL-22-produktionen och minskade tumörtillväxt (Voigt et al., 2017). IL-1 som produceras av TAM eller frigörs från cancerceller kan också öka den protumorigena aktiviteten hos CAF, vilket framhäver dess roll som en mästare för tumörbildning (Brunetto et al., 2019). Förutom dess effekter på TME, visades IL-1 autokrin signalering fungera som en direkt drivkraft för cancercellsproliferation. Detta demonstrerades med dietylnitrosamin (DEN) musmodell av hepatocellulärt karcinom (HCC), där mitofagieffektorn FUNDC1 specifikt raderades i hepatocyter, vilket ledde till avvikande aktivering av Nlrp3-inflammasomen och IL-1 -driven hepatocythyperproliferation (Wenhui Li) et al., 2019). Detta rapporterades också i en musmodell av AML som drivs av den onkogena KrasG12D-vägen som aktiverade Nlrp3-inflammasomen via Kras-RAC1-inducerad ROS-produktion. Nlrp3-deletion minskade onormal myeloproliferativ och återställde normal hematopoies (Hamarsheh et al., 2020). Förutom att inducera proliferation och överlevnad av cancerceller kan IL-1 också gynna deras migration och invasion. I kolorektal cancermodell (CRC) visade sig makrofaghärledd IL-1 framkalla produktionen av serumamyloid A1 (SAA1) av tumörceller, vilket på ett feed-forward-sätt inducerade makrofager att uppreglera metalloproteinas{{45} } utsöndring som möjliggör cancermigrering och etablering av metastaser (Sudo et al., 2021) (Figur 2A). Medan huvuddelen av bevisen pekar på IL-1 som den främsta drivkraften för inflammasoma tumörfrämjande effekter, beskrev en nyligen gjord studie av Hofbauer et al., som studerade multipelt myelom i en murin modell, rollen av Nlrp{{50 }}beroende IL-18 vid bendestruktion och multipelt myelomproliferation (Hofbauer et al., 2021). Sist har inflammasomoberoende funktioner i tumörfrämjande rapporterats. Qi et al. visade att medan polydA:dT-stimulering av tre NSCLC-cellinjer aktiverade AIM2-inflammasomen, hade det ingen inverkan på deras tillväxt eller överlevnad. Däremot främjade AIM2 NSCLC-tumörtillväxt in vivo genom att reglera mitokondriell fusionsdynamik och ERK-aktivering (Qi et al., 2020).

FIGUR 2|Protumorala funktioner hos inflammasomvägen. (A) Inflammasomen, främst NLRP3, främjar tumörcellöverlevnad, proliferation och invasion genom IL-1. Inflammasomoberoende funktioner hos AIM2 har också visats, där AIM2 kontrollerar mitokondriell dynamik och aktiverar onkogen ERK-aktivering genom reaktiva syrearter (ROS). (B) Inflammasomen kan främja tumörbildning genom induktion av ett kroniskt inflammatoriskt tillstånd. I tarmen konvergerar både IL-18 och IL-1 på IL-22-produktion som driver hyperproliferation av tarmepitelceller. Det kroniska inflammatoriska tillståndet påverkas också av IL-17-produktion som rekryterar granulocyter för att förstärka svaret. I levern är leverskada associerad med AIM2-inflammasomaktivering både i Kupffer-celler och i makrofager i ascitesvätskan. IL-1 i detta fall främjar hyperproliferation av hepatocyter. I huden resulterar könslinjemutationer i NLRP1 i kronisk inflammation och tumörbildning. (C) Inflammasomerna kan indirekt gynna tumörutveckling genom att undertrycka antitumörimmunitet. IL-1 visades förbättra rekryteringen av myeloid-härledda suppressorceller (MDSC) till tumörstället och främja T-cells tolerogen differentiering.

Främjande av kronisk inflammation, vävnadsreparation och fibros

Som svar på vävnadsskada främjar utvalda inflammatoriska cytokiner reparationsprocessen. När detta svar är avvikande, som i samband med kronisk inflammation, kan överdriven vävnadsreparation leda till neoplastisk tillväxt. Detta illustreras bäst i kolit-associerad CRC och HCC. Vi och andra har tidigt visat att inflammasomberoende IL-18-produktion är nödvändig för tarmvävnadsreparation i musmodeller av kolit och att överdriven inflammasomsignalering främjade intestinal tumörbildning [recensat i (Saleh och Trinchieri, 2011)]. Huber et al. visade senare att IL-18 främjade den biologiska aktiviteten av IL-22, ett viktigt reparativt cytokin, genom att hämma produktionen av IL-22-bindande protein (IL-22BP), en löslig form av IL-22-receptorn och en negativ regulator av IL-22 (Figur 2B). Knock-out av Il22bp vilket resulterade i ökat IL- 22/IL-22BP-förhållande accelererade tumörbildningen i dextransulfatnatrium (DSS)-azoximetan (AOM) kolitassocierad CRC-musmodell såväl som i Apcmin /+ möss som utvecklar tarmadenom (Huber et al., 2012). Förutom IL-18 driver överdriven IL-1-produktion i tarmen IL-17-produktion av CD4+ Th17-celler och medfödda lymfocyter (ILC) 3, som rekryterar granulocyter och utlöser tarmarna inflammation (Coccia et al., 2012). På senare tid har Dmitrieva-Posocco O et al. visade celltypsspecifik funktion av IL-1-signalering vid intestinal tumörbildning. Medan T-cellsspecifik deletion av Il1ra minskade IL-17A/IL-22-beroende tumörbildning, försämrade Il1ra-ablation i neutrofiler deras funktion i bakteriekontroll, vilket ledde till mikrobiell tumörinvasion, vilket framkallade förvärrad inflammation och CRC ( Dmitrieva-Posocco et al., 2019). Liksom i CRC, predisponerar kronisk inflammation och cirros inducerad av leverskada för HCC. AIM2-inflammasomen rapporterades vara aktiverad hos patienter med avancerad cirros, särskilt i makrofager i ascites (Lozano-Ruiz et al., 2015) (Figur 2B). Denna inflammasom visade sig senare driva HCC i DEN-musmodellen, där Aim2−/− eller Casp1−/− möss hade minskat cancerframkallande leverskada och cancertillväxt (Martínez-Cardona et al., 2018). I den mänskliga huden är NLRP1 den dominerande inflammasomsensorn. 2016, Franklin et al. rapporterade gain-of-function könslinjemutationer i NLRP1 som leder till en familjär hudinflammatorisk sjukdom och associerat karcinom. Författarna visade att inflammasomaktivering i keratinocyter leder till autokrin IL -1 som driver epidermal hyperplasi (Zhong et al., 2016).

cistanche fördelar för män stärker immunförsvaret

Klicka här för att se produkter från Cistanche Enhance Immunity

【Be om mer】 E-post:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Främjande av immunsuppression

Tumörer använder flera metoder för att undvika antitumörimmunitet. Till exempel kan de tillskansa sig inflammatoriska vägar för att etablera en immunsuppressiv miljö. Inflammasomvägen är en sådan väg som i vissa cancerformer har visat sig gynna immunsuppression genom att främja uppkomsten och rekryteringen av myeloid-härledda suppressorceller (MDSC) eller genom att inducera differentieringen av TAM till en tolerogen fenotyp (Figur 2C). 2010, med hjälp av den dåligt immunogena B16-F10 melanommodellen, använde van Deventer et al. visade att Nlrp3-inflammasomen undertryckte mussvaret på dendritiska celltumörvacciner genom MDSC-rekrytering (van Deventer et al., 2010). I en pankreatisk duktal adenokarcinom (PDAC) modell, Daley et al. ytterligare implicerade Nlrp3-signalering i TAM-medierad immunsuppression. De visade att deletion eller hämning av Nlrp3-inflammasomkomponenter var skyddande mot PDAC. IL-1 medierade den tolerogena funktionen av Nlrp3 genom att reglera IL-10-produktion och T-cellsdifferentiering till Treg-, Th2- och Th17-celler (Daley et al., 2017). Förutom TAM, aktiverar PDAC-tumörceller också Nlrp3-inflammasomen och fungerar som en framträdande källa till IL -1 (Das et al., 2020). Tumörhärledd IL-1 kan också verka via en IL-6-STAT3-inflammatorisk loop för att expandera MDSC och inducera immunsuppression (Tengesdal et al., 2021a). Tengesdal et al. har visat detta med hjälp av B16-F10 melanommodellen och visade vidare att Nlrp3-hämning med dapan sutril (OLT1177) upphävde uttrycket av immunsuppressiva gener i PMN-MDSC och förbättrade antitumörimmuniteten in vivo (Tengesdal et al., 2021b). Även om NLRP3 verkar ha en dominerande roll i att dämpa antitumörimmunitet, som illustreras ovan, har andra inflammasomer också varit inblandade i denna process. Till exempel visades NLRP1-IL- 18-vägen främja genereringen av mogna MDSCs i multipelt myelom (Nakamura et al., 2018) och Nlrc4-inflammasomen för att kontrollera CRC-metastaser till levern i icke-alkoholisk fettleversjukdom (NAFLD) (Ohashi et al., 2019). Dessutom framkallar AIM2-inflammasomen immunsuppression efter antikroppsberoende cellfagocytos (ADCP) och tumörcells-DNA-avkänning, genom att uppreglera PD-L1- och IDO-uttryck, som hämmar antitumörimmunitet av NK- och T-celler (Su et al., 2018). Noterbart kan inflammasomberoende cytokiner såsom IL-1 produceras i TME oberoende av inflammasomerna. Ett nytt arbete med musmodeller av icke-småcellig lungcancer (NSCLC) och trippelnegativ bröstcancer (TNBC) visade att IL-1-utsöndring av myeloidceller var oberoende av inflammasomaktivering och gastrin D-porbildning. IL-1 främjade immunsuppression genom att rekrytera neutrofiler till tumörbädden. Författarna visade att tumörinfiltration av neutrofiler upphävdes i Il1b−/− möss, vilket resulterade i förlust av immunsuppression och återställande av antitumörimmunitet under behandling med antiangiogena medel riktade mot VEGF. Även om kaspas-8 aktiverades i tumörinfiltrerande myeloidceller, var dess deletion inte tillräcklig för att fullständigt blockera bioaktiv IL-1-frisättning och neutrofilinfiltration (Kiss et al., 2021). Det är också värt att notera att cytokinoberoende funktioner hos NLRP3 eller AIM2 vid immunsuppression har dokumenterats. Petrilli och kollegor rapporterade en immunsuppressiv roll för Nlrp3- Asc-Caspase-1-vägen, som trubbade NK-celltumörrekrytering och aktivering, men som var oberoende av IL-1, IL{{62 }} eller IL-1-receptorsignalering. Detta visades med hjälp av ortotopisk implantation av bröstcancercellinjen 4T1 i BALB/c-möss eller med MMTV NeuV664E på BALB/c-bakgrunden korsad till möss med brist på C57Bl/6-inflammasomkomponenter (Guey et al., 2020). Dessutom har Theivanthiran et al. har visat att anti-PD1-immunterapi leder till uppreglering av PD-L1 på tumörcellytan, vilket konvergerar till NLRP3-aktivering och nedströms frisättning av värmechockprotein (HSP) 70. På ett autokrint och parakrint sätt, HSP70-avkänning av TLR4 och det efterföljande uttrycket och utsöndringen av Wnt5a främjade produktionen av CXCL5 som attraherar PMN-MDSCs till tumören (Theivanthiran et al., 2021).

FIGUR 3|Antitumörfunktioner av inflammasomvägen. (A) Inflammasomen kan undertrycka tumörcellsproliferation och främja vävnadshomeostas och celldifferentiering. (B) Inflammasomaktivering gynnar antitumörimmunitet genom att förbättra NK- och CD8-T-celltumörframkallande aktiviteter. Detta förmedlas främst av IL-18. Inflammasomutlösare förbättrar effekten av immunkontrollpunktshämmare. (C) Pyroptotisk celldöd nedströms inflammasomaktivering etablerar en immunogen miljö genom frisättning av flera DAMPs och immunstimulerande molekyler. Pyroptos initieras av kaspasberoende bearbetning av gasderminer som bildar porer som leder till osmotisk lysis av cellen. Vissa kemoterapier inducerar toxicitet på grund av den pyroptotiska döden av friska celler genom hjärnans E-klyvning av kaspas-3.

ANTITUMORELLA FUNKTIONER PÅ DEN INFLAMMASOMA VÄGEN

Underhåll av vävnadshomeostas, främjande av celldifferentiering och hämning av proliferation

Inflammation är ett skyddande biologiskt svar som induceras fysiologiskt för att motverka patogen infektion eller vävnadsskada. Tidiga studier av oss och andra har visat att inflammasomvägen har en skyddande roll vid DSS-inducerad skada genom att främja intestinal vävnadsreparation via IL-18-medierad IEC-regenerering (Dupaul-Chicoine et al., 2010). Samtidigt ledde förlust av Nlrp3, Asc eller kaspas-1 till svår kolit men också till kolitassocierad CRC (CAC) (Allen et al., 2010). På liknande sätt spelar Nlrp6 (Elinav et al., 2011), Nlrc4 (Rauch et al., 2017), Aim2 (Man et al., 2015) och pyrin (Sharma et al., 2018) inflammasomers roll för att upprätthålla intestinal homeostas och motverkande CAC rapporterades (Figur 3A). Flavell, Elinav och kollegor visade att detta förmedlades av förändringar i den intestinala mikrobiella ekologin orsakad av brist på IL-18-instruerad produktion av antimikrobiella peptider (AMP) (Elinav et al., 2011; Levy et al., 2015 ). Sådan mikrobiota dysbios främjade neutrofilinfiltration, kronisk inflammation och IL-6-driven intestinal epitelcell (IEC) hyperproliferation (Hu et al., 2013). Förutom att kontrollera vävnadshomeostas genom att utlösa kompensatorisk proliferation, motverkar inflammasomsignalering tumörbildning genom att uppreglera differentieringsprogram. I MMTV-PyMT-musmodellen, Castaño Z et al. har visat en antimetastatisk roll för IL-1. De visade att myeloidhärledd IL-1 påtvingade ett differentierings"block" på metastasinitierande celler (MIC) genom att uppreglera ZEB1-beroende differentiering som motverkade deras proliferativa kapacitet (Castaño et al., 2018) ( Figur 3A). Även om de underliggande inflammasommekanismerna i de flesta fall involverar IL-18 eller IL-1, har inflammasomoberoende roller också beskrivits. Till exempel har Aim2 visats begränsa CAC och sporadisk tjocktarmscancer genom undertryckande av Akt-signalering (Wilson et al., 2015) (Figur 3A). Inflammasomoberoende funktioner rapporterades också för Nlrc4 i en subkutan B16-F10 melanommusmodell. Nlrc4-uttryck i TAM främjade ett skyddande antitumörsvar, i motsats till caspas-1 eller Asc, vilket tyder på att Nlrc4 verkade genom en alternativ mekanism (Janowski et al., 2016).

Främjande av antitumörimmunitet av inflammasomberoende cytokiner

Tumörutveckling beror på balansen mellan tumörens förmåga att undkomma immunövervakning och antitumörimmunsvar. De inflammasomberoende cytokinerna IL-18 och IL-1 spelar en central roll i antitumörimmuniteten. År 2009, Ghiringhelli et al. rapporterade först att ATP-frisättning från tumörceller avkänns av P2X7-receptorn på dendritiska celler (DC) som aktiverar Nlrp3-inflammasomen, vilket utlöser frisättningen av IL-1. Brist på kaspas-1 eller IL-1r försämrade primingen av INF-producerande CD8+ T-celler (Ghiringhelli et al., 2009) (Figur 3B). Konsekvent tillåter IL-1-konditionering ett bättre svar av adoptivt överförda antitumör-T-celler. Mekanistiskt främjar IL-1 T-cells homing till tumörstället och förbättrar T-cells överlevnad och aktivering (Lee et al., 2019). När det gäller IL-1 är IL-18 en viktig inducerare av antitumörimmunitet. Å ena sidan förbättrar det NK-cellmognad och FasL-medierad lytisk aktivitet, vilket visas i en modell av CRC-metastasering till levern (Dupaul-Chicoine et al., 2015) (Figur 3B). Å andra sidan ökar IL-18 antalet tumörinfiltrerande lymfocyter (TIL), som visas i en subkutan modell av melanom (Zhou et al., 2020). IL-18 har dock tidigare misslyckats med att visa effekt i kliniska cancerprövningar. En potentiell orsak kan vara uttrycket av IL-18BP, en negativ regulator som släcker cirkulerande IL-18. Faktum är att en IL-18-variant som är resistent mot IL-18BP visade sig framkalla ökad TIL-frekvens och funktion, och utöka intratumoral stamliknande TCF1+ CD8+ T-celler i mustumörer (Zhou et al., 2020). I likhet med sin roll i naturlig antitumörimmunitet, förmedlar inflammasomen också syntetisk antitumörimmunitet som drivs av vissa immunkontrollpunktshämmare och småmolekylära hämmare av ektonukleotidaser. Till exempel, CD39-hämning som resulterar i extracellulär ATP-ackumulering förbättrade anti-PD- 1 antitumorala immunsvar genom att koppla in P2x7-Nlrp3- IL-18-vägen (Xian- Yang Li et al., 2019; Yan et al., 2020) (Figur 3B). På liknande sätt, släppa lös Nlrp3-aktivitet genom hämning av transmembranprotein 176B (TMEM176B), en immunreglerande katjonkanal, förbättrade TIL-antitumöraktiviteten som svar på immunkontrollpunktshämmare (Segovia et al., 2019). På senare tid har Kuchroo och kollegor visat att hämning av immunkontrollpunkten TIM- 3 på migrerande DC, resulterade i stark antitumörimmunitet, medierad av ROS-driven Nlrp3-inflammasomaktivering (Dixon et al., 2021) (Figur 3B) ).

cistanche växthöjande immunförsvar

Immunogen celldöd hos tumörceller genom pyroptos

Pyroptos är en lytisk och immunogen reglerad celldöd som induceras av kaspasaktivering. Huvudmekanismen för pyroptos involverar GSDMD-bearbetning till en porbildande domän. GSDM-familjen är välbevarad hos ryggradsdjur och består av sex paraloger hos människor, GSDMA, GSDMB, GSDMC, GSDMD, GSDME (DFNA5) och GSDMF (DFNB59). Möss saknar en GSDMB-homolog och har tre GSDMDA-homologer, fyra GSDMC-homologer, GSDMD, GSDME och GSDMF [recensat i (Zou et al., 2021)]. Pyroptos av tumörceller frigör ett spektrum av molekyler som möjliggör ett effektivt antitumoralt immunsvar och tumörregression. Detta demonstrerades elegant i ett biortogonalt system hos möss, vilket visade att pyroptos av mindre än 15 % av tumörcellerna var tillräckligt för att rensa hela tumörtransplantatet. Ett sådant antitumörsvar förmedlas av ett kompetent immunsystem eftersom immunbristande möss eller möss med T-cellsbrist inte kunde inducera antitumörimmunitet (Wang et al., 2020). Förutom GSDMD kan GSDME utlösa pyroptos. Dess klyvning av kaspas-3 nedströms TNF eller kemoterapiläkemedel visades utlösa pyroptos (Wang et al., 2017). Tumörceller, men inte normala celler, tenderar att nedreglera GSDME, vilket delvis förklarar toxiciteten utanför målet för vissa cancerterapier (Figur 3C). Konsekvent skyddades Gsdme−/− möss från kemoterapiinducerad vävnadsskada (Wang et al., 2017). I motsats till GSDME är GSDMC uppreglerad i tumörceller. Genom sin interaktion med Stat3 kontrollerar PD-L1 GSDMC-transkription. TNF som släpps av TAM aktiverar kaspas-8, som bearbetar GSDMC som leder till pyroptos (Hou et al., 2020).

KLINISKA FÖRSÖKNINGAR SOM RÄTTAR IN DEN INFLAMMASOMA VÄGEN

Flera tillvägagångssätt kan användas för att rikta inflammasomaktivitet, inklusive hämning av uppströms signalvägar, hämning av inflammasomkomponenter eller cytokinneutralisering (kompletterande tabell S1). Klyvning av inflammasomberoende cytokiner av kaspas-1 gör det till ett attraktivt terapeutiskt mål. Talidomid, som riktar sig mot kaspas- 1 är ett effektivt antiinflammatoriskt och anti-angiogent läkemedel. Dess terapeutiska användning har godkänts för behandling av inflammatoriska hudsjukdomar och vissa typer av cancer. Vid multipelt myelom har testning av talidomid i kombination med andra behandlingar nått fas III eller IV kliniska prövningar. Andra kaspas-1-hämmare som används vid inflammatoriska sjukdomar, såsom Pralnacasan eller VX-765 (Belnacasan) används ännu inte i kliniska cancerprövningar. Hämning av specifika inflammasomreceptorer som NLRP3 är också ett intressant tillvägagångssätt. Cytokinfrisättningshämmande läkemedel (CRID)3 även känd som MCC950 och Dapansutrile (OLT1177) är NLRP3-hämmare som har visat lovande resultat i möss (Hamarsheh och Zeiser, 2020; Tengesdal et al., 2021b; Oizumi et al., 2021) förväntas gå in i kliniska prövningar. I kliniska studier är dock cytokinblockad den mest framgångsrika metoden, och IL-1 verkar vara ett av de mest lovande målen. Baserat på CANTOS-studien som utvärderar effekten av canakinumab på att förebygga biverkningar i hjärtat, leder Novartis flera kliniska prövningar inriktade på IL-1 i cancer, inklusive tre i fas III vid NSLC. CANOPY-A (NCT03447769) är en klinisk prövning som kombinerar canakinumab med cisplatin hos patienter med NSLC efter kirurgisk resektion för att förhindra återfall. CANOPY-1 (NCT03631199) bedömde canakinumab som en förstahandsbehandling för avancerad eller metastaserad NSCLC i kombination med pembrolizumab och platinabaserad dublettkemoterapi. Den nådde dock inte de primära ändpunkterna för total överlevnad (OS) och progressionsfri överlevnad (PFS). CANOPY-2 (NCT03626545) undersökte kombinationen av canakinumab med Docetaxel i andra eller tredje linjens behandling jämfört med Docetaxel enbart vid NSCLC. Men den nådde inte heller sin första slutpunkt. MABp1, en Janssen monoklonal antikropp som riktar sig mot IL-1, har visat klinisk nytta i en klinisk fas III-studie (NCT02138422), vilket ökar medianöverlevnaden för patienter med CRC som är refraktär mot standardterapi. En klinisk fas II-studie från Mayo Clinic (NCT00635154) undersökte effekten av anakinra hos patienter med tidigt stadium av multipelt myelom. Resultaten indikerar att IL-1Ra undertrycker markörer för sjukdomsprogression. Ett annat tillvägagångssätt som undersöks är att stimulera antitumörimmunitet genom att aktivera NLRP3-inflammasomen. En klinisk fas III-studie (NCT03329846) utvärderar BMS-986299, ett läkemedel utvecklat för att aktivera NLRP3-inflammasom, i kombination med Nivolumab hos patienter med framskridet melanom. Användningen av rekombinanta cytokiner är också ett sätt att främja antitumöraktivitet, och SB-485232, en rekombinant human IL-18 har använts i sju kliniska prövningar, om än utan att visa effekt.

SLUTSATS

Inflammasomerna spelar dubbelkantiga roller i tumörbildning och antitumörimmunitet. Å ena sidan främjar de cancertillväxt och metastasering genom att instruera en immunsuppressiv TME, främst genom IL-1, och genom att stimulera proliferationen av tumörceller i autokrina och parakrina amplifieringsloopar. Dessutom framkallar de kompensatoriska proliferationsmekanismer som svar på ihållande vävnadsskada som gynnar tumörbildning. Å andra sidan ökar inflammasomaktivering den tumörframkallande aktiviteten hos CD8+ T-celler och NK-celler på ett IL-18-beroende sätt och främjar ytterligare antitumörimmunitet genom pyroptos, en immunogen celldöd som aktiverar antigen -presenterar celler genom frisättning av tumörantigener och adjuvans i TME. Med tanke på de olika inflammasomkomponenterna och deras nedströms inflammatoriska cytokiner, undersöks för närvarande flera attraktiva inflammasombaserade terapeutiska mål. Ändå krävs fortfarande mycket arbete innan man generaliserar sådana potentiella immunterapier, eftersom huvuddelen av det prekliniska arbetet som citeras här kräver validering i andra cancermodeller, translationella studier och tidiga kliniska prövningar. Dessutom, med de pleiotropa rollerna för inflammasomerna och deras cytokiner, och som med andra immunterapier, krävs särskild uppmärksamhet på potentiella inflammatoriska toxiciteter eller skadliga immunsuppressiva effekter med dessa tillvägagångssätt.

REFERENSER

Allen, IC, Tekippe, EM, Woodford, RM, Uronis, JM, Holl, EK, Rogers, AB, et al. (2010). NLRP3-inflammasom fungerar som en negativ regulator av tumörbildning under kolit-associerad cancer. J. Exp. Med. 207, 1045-1056. doi:10.1084/jem.20100050

Ariffin, JK och Sweet, MJ (2013). Skillnader i repertoaren, regleringen och funktionen hos tollliknande receptorer och inflammasombildande nodliknande receptorer mellan människa och mus. Curr. Opin. Microbiol. 16, 303-310. doi:10.1016/j.mib.2013.03.002

Bauernfried, S., Scherr, MJ, Pichlmair, A., Duderstadt, KE och Hornung, V. (2021). Human NLRP1 är en sensor för dubbelsträngat RNA. Science 371, eabd0811. doi:10.1126/science.abd0811

Broz, P., Pelegrín, P. och Shao, F. (2020). Gasdermins, en proteinfamilj som utför celldöd och inflammation. Nat. Rev. Immunol. 20, 143-157. doi:10.1038/s41577-019-0228-2

Brunetto, E., De Monte, L., Balzano, G., Camisa, B., Laino, V., Riba, M., et al. (2019). IL-1/IL-1-receptoraxeln och tumörcellsfrisatt inflammasomadapter ASC är nyckelreglerare av TSLP-utsöndring av cancerassocierade fibroblaster vid pankreascancer. J. Immunotherapy Cancer 7, 45. doi:10.1186/ s40425-019-0521-4

Bürckstümmer, T., Baumann, C., Blüml, S., Dixit, E., Dürnberger, G., Jahn, H., et al. (2009). En ortogonal proteomisk-genomisk skärm identifierar AIM2 som en cytoplasmatisk DNA-sensor för inflammasomen. Nat. Immunol. 10, 266-272. doi:10.1038/ni.1702

Castaño, Z., San Juan, BP, Spiegel, A., Pant, A., DeCristo, MJ, Laszewski, T., et al. (2018). IL-1 Inflammatorisk respons driven av primär bröstcancer Förhindrar metastasinitierande cellkolonisering. Nat. Cel Biol 20, 1084-1097. doi:10.1038/s41556-018-0173-5

Chu, LH, Indramohan, M., Ratsimandresy, RA, Gangopadhyay, A., Morris, EP, Monack, DM, et al. (2018). Den oxiderade fosfolipiden oxPAPC skyddar från septisk chock genom att rikta in sig på den icke-kanoniska inflammasomen i makrofager. Nat. Commun. 9, 996. doi:10.1038/s41467-018-03409-3

Coccia, M., Harrison, OJ, Schiering, C., Asquith, MJ, Becher, B., Powrie, F., et al. (2012). IL-1 medierar kronisk tarminflammation genom att främja ackumuleringen av IL-17A-utsöndrande medfödda lymfoidceller och CD4+ Th17-celler. J. Exp. Med. 209, 1595–1609. doi:10.1084/jem.20111453

Daley, D., Mani, VR, Mohan, N., Akkad, N., Pandian, GSDB, Savadkar, S., et al. (2017). NLRP3-signalering driver makrofaginducerad adaptiv immunsuppression vid pankreascancer. J. Exp. Med. 214, 1711–1724. doi:10. 1084/jem.20161707

Das, S., Shapiro, B., Vucic, EA, Vogt, S. och Bar-Sagi, D. (2020). Tumörcellshärledd IL1 främjar desmoplasi och immunsuppression vid pankreascancer. Cancer Res. 80, 1088-1101. doi:10.1158/0008-5472.CAN-19-2080

Dixon, KO, Tabaka, M., Schramm, MA, Xiao, S., Tang, R., Dionne, D., et al. (2021). TIM-3 begränsar antitumörimmuniteten genom att reglera inflammasomaktivering. Naturen 595, 101–106. doi:10.1038/s41586-021-03626-9

Dmitrieva-Posocco, O., Dzutsev, A., Posocco, DF, Hou, V., Yuan, W., Thovarai, V., et al. (2019). Celltypsspecifika svar på interleukin-1 kontrollera mikrobiell invasion och tumörframkallad inflammation i kolorektal cancer. Immunitet 50, 166–180. e167. doi:10.1016/j.immuni.2018.11.015

Dunn, GP, Bruce, AT, Ikeda, H., Old, LJ och Schreiber, RD (2002). Cancer Immunoediting: från immunövervakning till tumörflykt. Nat. Immunol. 3, 991-998. doi:10.1038/ni1102-991

Dupaul-Chicoine, J., Arabzadeh, A., Dagenais, M., Douglas, T., Champagne, C., Morizot, A., et al. (2015). Nlrp3-inflammasomen undertrycker metastaserande tillväxt av kolorektal cancer i levern genom att främja tumördödande aktivitet i naturliga mördarceller. Immunity 43, 751-763. doi:10.1016/j.immuni.2015. 08.013

Dupaul-Chicoine, J., Yeretssian, G., Doiron, K., Bergström, KS, McIntire, CR, LeBlanc, PM, et al. (2010). Kontroll av intestinal homeostas, kolit och kolit-associerad kolorektal cancer genom de inflammatoriska kaspaserna. Immunity 32, 367-378. doi:10.1016/j.immuni.2010.02.012

Elinav, E., Strowig, T., Kau, AL, Henao-Mejia, J., Thaiss, CA, Booth, CJ, et al. (2011). NLRP6 Inflammasom reglerar kolonmikrobiell ekologi och risk för kolit. Cell 145, 745–757. doi:10.1016/j.cell.2011.04.022

Ershaid, N., Sharon, Y., Doron, H., Raz, Y., Shani, O., Cohen, N., et al. (2019). NLRP3 Inflammasom i fibroblaster kopplar vävnadsskada med inflammation i bröstcancerprogression och metastaser. Nat. Commun. 10, 4375. doi:10. 1038/s41467-019-12370-8

Fernandes-Alnemri, T., Yu, JW, Datta, P., Wu, J. och Alnemri, ES (2009). AIM2 Aktiverar inflammasom och celldöd som svar på cytoplasmatiskt DNA. Nature 458, 509–513. doi:10.1038/nature07710

Fink, SL, Bergsbaken, T. och Cookson, BT (2008). Mjältbrandsdödliga toxin och salmonella framkallar den vanliga celldödsvägen för kaspasberoende-1-pyroptos via distinkta mekanismer. Proc. Natl. Acad. Sci. 105, 4312–4317. doi:10.1073/pnas.0707370105

Franklin, BS, Bossaller, L., De Nardo, D., Ratter, JM, Stutz, A., Engels, G., et al. (2014). Adaptern ASC har extracellulära och 'prionoida' aktiviteter som sprider inflammation. Nat. Immunol. 15, 727-737. doi:10.1038/ni.2913

Ghiringhelli, F., Apetoh, L., Tesniere, A., Aymeric, L., Ma, Y., Ortiz, C., et al. (2009). Aktivering av NLRP3-inflammasomen i dendritiska celler inducerar IL-1 --beroende adaptiv immunitet mot tumörer. Nat. Med. 15, 1170–1178. doi:10.1038/nm.2028