Integrin CD11b activation drives anti-tumor innate immunity

Integrin CD11b reguleert macrophage polarisatie

Wij hebben eerder gerapporteerd dat de VCAM-receptor integrin α4β1 myeloïde celrekrutering vanuit het beenmerg naar de tumormicro-omgeving bevordert, waardoor immuunsuppressie, angiogenese en tumorprogressie gestimuleerd worden2,13,14,15. In tegenstelling tot zijn rol in het reguleren van rekrutering van myeloïde cellen naar weefsels tijdens acute ontsteking16,17,18, vonden we dat CD11b (αMβ2), een myeloïde cel integrine receptor voor ICAM-1 en fibrinogeen, geen invloed myeloïde cel rekrutering naar tumoren, zoals globale deletie van CD11b in Itgam-/- muizen heeft geen effect op het aantal myeloïde cellen in circulatie of in het aantal cel gerekruteerd naar tumoren (Supplementary Figuur 1; Supplementary Figuur 2a-d). Verrassend genoeg vonden we echter dat integrine CD11b een essentiële rol speelt in het reguleren van macrofaag polarisatie. Itgam-/- macrofagen vertoonden een verhoogde immuunsuppressieve gen- en eiwitexpressie en een sterk verminderde pro-inflammatoire gen- en eiwitexpressie in vergelijking met WT macrofagen, of ze nu gestimuleerd werden onder basale, IL-4 of IFNγ/LPS stimulatie condities (Fig. 1a, Supplementary Figure 2e-f). Om te bepalen of CD11b ook macrofaag polarisatie in vivo reguleert, isoleerden en karakteriseerden we F4/80 + TAMs van LLC tumoren gekweekt in Itgam-/- en WT muizen. We vonden dat Itgam-/- TAMs ook significant hogere niveaus van mRNAs geassocieerd met immuunsuppressie en angiogenese, zoals Arg1, Tgfb, Il10, Il6, en Pdgfb, en significant lagere expressie van genen geassocieerd met immuunstimulatie, zoals Ifng, Nos2, en Tnfa dan WT TAMs tot expressie brachten (Fig. 1b, supplementaire figuur 2g).

Fig. 1

CD11b ligatie bevordert pro-inflammatoire macrofaag signalering. a-f Relatieve mRNA-expressie van pro- en anti-inflammatoire cytokines in beenmergafgeleide macrofagen (BMDM) van WT- (witte balken) of Itgam-/- (cyaankleurige balken) muizen (n = 2-8); b tumor geassocieerde macrofagen (TAM) van WT (witte balken) en Itgam-/- (cyaan balken) muizen dragen LLC longcarcinoom tumoren (n = 2-4); c Itgam-/- en Itgam of niet-silencing siRNA getransfecteerde macrofagen (n = 2-4); inzet: celoppervlak expressieniveaus van CD11b in getransfecteerde macrofagen; d WT macrofagen in aanwezigheid van niet-specifieke (IgG) of anti-CD11b antilichamen (n = 3), e murine macrofagen adherent aan ICAM-1, VCAM-1 of BSA gecoate platen (Susp) (n = 3) en f humane macrofagen adherent aan ICAM-1 of BSA gecoate platen (Susp) (n = 3). g Immunoblotting van fosfoSer536 en totaal p65 NFκB RelA in WT en Itgam-/- macrofagen gestimuleerd met IFNγ + LPS; grafiek toont kwantificering van relatieve pSer536 expressie in WT (witte balken) en Itgam-/- (blauwe balken) BMDM. h, i LLC tumorgroei in WT en Itgam-/- muizen adoptief overgebracht met h beenmerg afgeleid en i tumor afgeleid WT of Itgam-/- macrofagen. j Relatieve mRNA expressie van cytokines in hele LLC tumoren van WT (witte balken) en Itgam-/- (cyaan balken) muizen (n = 3). k LLC long (n = 17), B16 melanoom (n = 9) en autochtone PyMT borst (n = 10-14) tumor gewicht in WT (zwarte stippen) en Itgam-/- (cyaan stippen) muizen. l Tumor gewicht en volume van LLC tumoren gekweekt in WT (zwarte stippen) versus Itgam I332G knockin muizen (cyaan stippen) (n = 6-7). Foutbalken geven sem. “n” geeft biologische replicaten. p < 0,05 betekent statistische significantie bepaald door Student’s t-test voor a-g en j. en door Anova met Tukey post-hoc testen voor h, i, k, l. Brongegevens worden verstrekt in Source Data file

Belangrijk is dat voorbijgaande siRNA-gemedieerde knockdown van CD11b in in vitro gekweekte macrofagen verhoogde immuunonderdrukkende genexpressie en verminderde immuunstimulerende genexpressie, effecten die vergelijkbaar zijn met CD11b deletie (Fig. 1c), wat aangeeft dat zelfs voorbijgaand verlies van CD11b macrofaag immuunonderdrukkende genexpressie controleert. Om te onderzoeken of CD11b expressie of functie macrofaag genexpressie controleert, onderzochten we het effect van remmende CD11b antilichamen op macrofaag mRNA expressie. Blokkade van muizen macrofaag CD11b gemedieerde hechting aan ICAM-1-gecoate substraten door anti-CD11b neutraliserende antilichamen ook geïnduceerd immuunonderdrukkende mRNA expressie in macrofagen (Fig. 1d). Evenzo bevorderde adhesie van macrofagen aan het integrine α4β1 substraat VCAM-1 of verlies van gehechtheid door suspensiecultuur muriene en humane immuunsuppressieve transcriptie, terwijl gehechtheid aan ICAM-1 gecoate oppervlakken immuunstimulerende transcriptie bevorderde (Fig. 1e, f, aanvullende figuur 1h), wat aangeeft dat ligatie van CD11b immuunstimulerende macrofaagtranscriptie controleert.

Het verlies van pro-inflammatoire cytokine-expressie in Itgam-/- macrofagen suggereerde dat CD11b de activering van pro-inflammatoire transcriptiefactoren, zoals NFκB, kan reguleren. We vonden dat Itgam-/- macrofagen een verminderde NFκB serine 536 fosforylatie vertoonden (een indicatie van verminderde activatie19) in reactie op LPS stimulatie in vergelijking met WT macrofagen, wat suggereert dat CD11b een rol speelt in NFκB activatie (Fig. 1g). Aangezien andere studies CD11b hebben betrokken bij de bevordering van pro-inflammatoire reacties van monocyten en dendritische cellen door directe interacties van LPS met integrine beta2 extracellulaire domeinen20,21, geven onze resultaten aan dat CD11b activering en signalering een belangrijke rol spelen bij de regulatie van macrofaag polarisatie in vitro en in vivo.

Macrofaag CD11b reguleert tumorgroei

Onze gegevens wijzen erop dat Itgam-/- beenmergafgeleide en tumorgeassocieerde macrofagen meer immuunonderdrukkende transcriptionele profielen vertonen dan WT-macrofagen. Om te bepalen of dit verschil de tumorgroei beïnvloedt, brachten we WT of Itgam-/- beenmergafgeleide of tumorgeassocieerde macrofagen met tumorcellen adoptief over in ontvangende WT of Itgam-/- muizen. Eerder toonden we aan dat adoptief overgedragen, immuunsuppressieve BMDM of TAMs tumorgroei kunnen stimuleren9,10. Opmerkelijk is dat beenmerg-afgeleide Itgam-/- macrofagen (Fig. 1h) evenals tumor-afgeleide Itgam-/- macrofagen (Fig. 1i) tumorgroei krachtig stimuleerden in vergelijking met WT macrofagen in zowel WT als Itgam-/- muizen. Aangezien Itgam-/- macrofagen een immuunonderdrukkend transcriptioneel profiel vertonen (Fig. 1b), en tumoren afkomstig van Itgam-/- muizen een algemeen immuunonderdrukkend transcriptioneel profiel vertonen (Fig. 1j), suggereerden deze gegevens dat CD11b expressie of activatie de totale tumorgroei zou kunnen beïnvloeden. Wij vonden inderdaad dat subcutane (LLC), orthotope (melanoom) en autochtone (PyMT) tumoren agressiever groeiden in Itgam-/- dan in WT muizen (Fig. 1k). Aangezien Itgam-/- muizen aanzienlijk meer CD4 + Foxp3 + Tregs en minder CD8 + T-cellen in tumoren vertoonden dan WT muizen (Supplementary Figure 3a-b), ondersteunen onze studies de conclusie dat CD11b een sleutelrol speelt in het reguleren van de algehele immuunrespons in tumoren.

Vorige studies hebben aangetoond dat Isoleucine 332 in het CD11b molecuul dient als een allosterische schakelaar die de activering en vorm van de adhesiereceptor controleert22. Om te bepalen of CD11b activering tumorontwikkeling controleert, genereerden we een constitutief geactiveerde CD11b knockin muisstam (C57BL/6 ITGAMI332G door het introduceren van een I332G puntmutatie in het murine Itgam gen. I332G knockin muizen uiten normale niveaus van celoppervlak CD11b op zowel monocyten en granulocyten en vertonen normale niveaus van alle bloedcellen niveau (Supplementair Figuur 3c-d). In vitro adhesietests met beenmerg-afgeleide macrofagen van deze muizen toonden aan dat I332G-cellen constitutief actief CD11b tot expressie brengen (supplementaire figuur 3e). Belangrijk is dat I332G Itgam knockin muizen vertoonden een aanzienlijk verminderde LLC tumorgroei (Fig. 1k). Dus, terwijl CD11b deletie stimuleert anti-inflammatoire macrofaag polarisatie, remt CD8 + T-cel rekrutering en bevordert tumorgroei, CD11b activering remt tumorgroei krachtig. Deze studies wijzen erop dat macrofaag CD11b een kritieke functionele rol speelt in het controleren van tumorgroei.

Immuunonderdrukkende signalen remmen CD11b expressie

Om te bepalen of signalen geassocieerd met de tumormicro-omgeving CD11b expressie kunnen veranderen en vervolgens myeloïde celpolarisatie kunnen beïnvloeden, evalueerden we het effect van macrofaagmedia (mCSF-, IL-4- en IFNγ/LPS) op celoppervlak CD11b expressie in beenmerg-afgeleide macrofagen. Terwijl de immuunsuppressieve cytokine IL-4 de CD11b expressie verminderde, versterkten de pro-inflammatoire stimuli IFNγ/LPS de CD11b expressie aan het oppervlak in vergelijking met niveaus uitgedrukt op mCSF-gestimuleerde macrofagen (supplementaire figuur 4a-b). Bovendien remde de immuunsuppressieve factor TGFβ, maar niet IL-10, de CD11b oppervlakte-expressie (supplementaire figuur 4c); TGFβ, IL-4 en tumorcel geconditioneerd medium (TCM) onderdrukten elk ook de Cd11b mRNA expressie (supplementaire figuur 4d). Belangrijk is dat TGFβ en TCM de expressie van CD11b op het celoppervlak verminderden en immuunsuppressieve transcriptie stimuleerden, terwijl immuunstimulerende transcriptie werd geremd op een manier die werd omgekeerd door de TGFβR1-remmer SB525334 (supplementaire figuur 4e-g). Deze gegevens wijzen erop dat cytokinen zoals TGFβ in de tumormicro-omgeving de CD11b expressie of activatie onderdrukken, waardoor immuunsuppressieve macrofaagpolarisatie wordt bevorderd.

Macrofaag CD11b reguleert bloedvatstabiliteit

Macrofagen controleren niet alleen immuunreacties maar ook angiogenese en desmoplasie, door expressie van cytokines zoals VEGF-A en PDGF-BB, groeifactoren die respectievelijk endotheelcellen en vasculaire gladde spieren/pericyten reguleren tijdens angiogenese2. Tumorbloedvaten bestaan vaak uit een enkele endotheellaag waarin ondersteunende pericyten of gladde spiercellen ontbreken; deze bloedvaten zijn talrijker in tumoren dan in normale weefsels, maar zijn afwijkend gevormd en slecht doorbloed. In tumoren met een hoge PDGF-VEGF-verhouding zijn de bloedvaten daarentegen bekleed met pericyten, mesenchymale cellen die de vaten stabiliseren en een betere doorbloeding van de tumor bevorderen23,24,25,26,27. Deze tumoren groeien sneller dan tumoren met lagere PDGF-VEGF ratio’s, maar reageren ook beter op chemotherapie en immuuntherapie door de betere tumorperfusie24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36. Aangezien Itgam-/- macrofagen vertoonden een hoge PDGF en lage VEGF genexpressie (Fig. 1a, b), onderzochten we de patronen van de ontwikkeling van bloedvaten in Itgam-/- en WT tumoren. Een beoordeling van de vasculaire patronen in LLC en PyMT tumoren van WT en Itgam-/- muizen toonde aan dat Itgam-/- tumoren minder, langere bloedvaten vertoonden met bredere lumens en minder vertakkingspunten / veld dan WT tumoren (Fig. 2a, b; Supplementary Figure 5a). Itgam-/- tumoren hadden meer bloedvaten die werden bekleed met Desmin +, NG2 +, of SMA + pericyten / gladde spiercellen dan deed WT tumoren (Fig. 2a-c; Aanvullende figuur 5b). Dienovereenkomstig waren deze vaten minder permeabel in Itgam-/- muizen dan in WT muizen, als minder intravasculaire FITC-dextran lekte in de tumor parenchym (Fig. 2a-d). Deze gegevens wijzen erop dat het integrine CD11b een rol speelt bij de controle van de bloedvatrijping. Wij vonden dat de genexpressie van PDGF-BB maar niet van VEGF-A sterk verhoogd was in tumoren (Fig. 2e; Supplementary Figure 5c). Belangrijk is dat PDGF-BB eiwitexpressie ook verhoogd was in Itgam-/- tumoren en tumor-afgeleide macrofagen in vergelijking met WT tumoren (Fig. 2f). Samen suggereren deze gegevens dat macrofaag CD11b tumorvascularisatie controleert door de constitutieve expressie van verhoogde niveaus van PDGF.

Ter ondersteuning van deze waarnemingen over CD11b rollen in neovascularisatie, vonden we dat Itgam-/- muizen een goed ontwikkelde retinale vasculaire plexus vertoonden (Fig. 2g, Isolectine B+, groen) bij de geboorte (P1) in vergelijking met WT muizen, die onontwikkelde retinale vasculatuur vertonen die progressief uitbreidt van postnatale dag 1 (P1) tot P9. De oppervlakkige vasculaire plexus was meer ontwikkeld in Itgam-/- muizen van postnatale dag P1 tot postnatale dag P9 dan in WT pasgeborenen (Fig. 2g). Deze resultaten geven aan dat macrofagen en CD11b een sleutelrol spelen in de controle van de normale vasculaire patroonvorming.

Om te onderzoeken of verhoogde PDGF-BB verantwoordelijk is voor de verhoogde vasculaire maturatie en tumorgroei in Itgam-/- muizen, behandelden we WT en Itgam-/- muizen die LLC tumoren droegen met imatinib, een remmer van de PDGF-BB receptor PDGFR1. Behandeling met imatinib onderdrukte de verhoogde tumorgroei waargenomen in Itgam-/- muizen (Fig. 2h, i). Het verhoogde ook de vasculaire dichtheid en onderdrukte de vasculaire normalisatie in Itgam-/- muizen (Fig. 2h, i). Samen ondersteunen deze resultaten het concept dat integrine CD11b de vasculaire ontwikkeling moduleert door controle van PDGF-BB expressie.

CD11b reguleert Let7a en c-Myc expressie

CD11b kan anti-inflammatoire macrofaag polarisatie controleren door de activering van transcriptiefactoren zoals Stat3, die de expressie van immuunsuppressieve en pro-angiogene factoren zoals Arginase 1, Myc, en VEGF37,38,39 kan bevorderen. Itgam-/- macrofagen vertonen een constitutief gefosforyleerd Stat3 (Fig. 3a inzet); de hoge niveaus van expressie van immuunsuppressieve factoren in Itgam-/- macrofagen werden verminderd tot WT macrofagen niveaus door behandeling met de Stat3 remmer 5,15-DPP (Fig. 3a). Verrassend genoeg had Stat3 remming echter geen invloed op de hoge niveaus van Il6 expressie waargenomen in Itgam-/- macrofagen (Fig. 3a). Belangrijk is dat IL-6 direct Stat338 kan activeren. We vonden dat IL-6 hetzelfde patroon van immuunsuppressieve polarisatie bevorderde in muriene en humane myeloïde cellen en macrofagen die we waarnamen in Itgam-/- macrofagen (Fig. 3b). Tezamen suggereren deze resultaten dat autocriene IL6 de constitutieve immuunsuppressieve polarisatie, waargenomen in Itgam-/- macrofagen, kan aandrijven. Ter ondersteuning van dit concept, Il6 knockdown verminderde de expressie van constitutieve Pdgfb expressie in Itgam-/- macrofagen (Fig. 3c). Aangezien TAMs een belangrijke bron zijn van Il6 expressie in tumoren15, suggereren deze resultaten dat CD11b dient als een natuurlijke rem op immuunsuppressie, deels door controle van myeloïde celtranscriptie van Il6.

Fig. 3

CD11b bevordert miR-Let7a gemedieerde immuunstimulatie. a Relatieve mRNA-expressie van pro-inflammatoire en anti-inflammatoire factoren in WT- (witte balken) en Itgam-/- (blauwe balken) macrofagen geïncubeerd met en zonder de Stat3-remmer 5,15 DPP; inzet, Stat3-fosforylering in WT- en Itgam-/- macrofagen (n = 2-3). b Relatieve mRNA-expressie van pro-inflammatoire en anti-inflammatoire factoren in IL6-gestimuleerde menselijke (witte balken) en muriene (cyaan balken) beenmerg-afgeleide macrofagen en muriene totaal beenmerg-afgeleide myeloïde cellen (blauwe balken) (n = 3); p < 0,05 met deze uitzonderingen: mBMM (Ifng, Il12b); mCD11b + (Arg1, Pdgfb, Il12b en Il1b); hBMM (Arg1, Ifng, Il1b). c Relatieve Il6 en Pdgfb mRNA expressie in WT en Itgam-/- cellen getransduceerd met niet-silencing (witte balken of Il6 (blauwe balken) siRNA (n = 3). d Relatieve Let7a expressie in murine macrofagen getransduceerd met niet-silencing (witte balken) of Itgam (blauwe balken) siRNAs, macrofagen geïncubeerd met controle IgG (witte balken) of neutraliserende anti-CD11b (blauwe balken) antilichamen, en WT (witte balken) of Itgam-/- (blauwe balken) macrofagen (n = 3). e Tijdsverloop van Let7a (links) en Il6 (rechts) expressie in WT murine CD11b + cellen gezaaid op ICAM-1 (blauwe ononderbroken lijn) of onderhouden in suspensie (zwarte stippellijn) (n = 3). f Relatieve expressie van miRNA Let7a en Il6 in menselijke macrofagen vastgehecht aan ICAM-1 (blauw) of onderhouden in suspensie (wit) (n = 3). g Relatieve mRNA expressie van ontstekingsfactoren in WT en Itgam-/- BMM getransduceerd met controle (witte balken), pre-miRNA Let7a (cyaan balken) of anti-miRNA Let7a (blauwe balken) (n = 3). h Relatieve Pdgfb en Vegfa expressie in WT BMM getransduceerd met controle (witte balken) of anti-miRNA Let7a (blauwe balken) (n = 3). i Tijdsverloop van c-Myc expressie in IL-4 of IFNγ + LPS gestimuleerde WT (zwarte lijnen) of Itgam-/- (blauwe lijnen) macrofagen (n = 3). j Tijdsverloop van c-Myc expressie en pSer62myc fosforylering in WT en Itgam-/- macrofagen. k Relatieve mRNA expressie van miRNAs Let7a (witte balken), Let7d (blauwe balken) en Let7f (cyaan balken) in basale, IL-4, of IL-4+ c-myc inhibitor behandelde WT en Itgam-/- macrofagen (n = 3). l Relatieve mRNA expressie van Il6, Arg1, en Pdgfb in IL-4 gestimuleerde WT (witte balken) en Itgam-/- (blauwe balken) macrofagen behandeld met (blauwe balken) of zonder (witte balken) c-Myc remmer 10058-F4. Foutbalkjes wijzen op sem. “n” geeft biologische replicaten aan. *p < 0,05 wijst op statistische significantie bepaald door Student’s t-test voor a, d-f, en Anova met Tukey’s post-hoc testen voor b, g, k. Brongegevens worden verstrekt als een Source Data-bestand

De Let7 familie van microRNAs kan Il6 expressie in tumor en inflammatoire cellen40,41 controleren. MicroRNA’s zijn niet-coderende RNA’s die de genexpressie op post-transcriptioneel niveau moduleren door in te grijpen in de translatie of stabiliteit van RNA’s, en die een dramatische invloed kunnen hebben op de immuunsuppressie en angiogenese van tumoren42,43. Wij vonden dat miRNA Let7a expressie omgekeerd gecorreleerd met Il6 expressie in murine en humane macrofagen (Supplementary Figuur 6a-b). Daarom vroegen we of verlies van CD11b expressie in macrofagen Let7a expressie beïnvloedt. Let7a expressie werd afgebroken in Itgam-/- en Itgam siRNA getransduceerde macrofagen en in aanwezigheid van neutraliserende CD11b antilichamen (Fig. 3d; Supplementary Figuur 6c) op een manier die onafhankelijk was van Lin28, een RNA bindend eiwit dat klieft en inactiveert Let7, zoals Lin28 niveaus werden niet beïnvloed door CD11b expressie of activering (Supplementary Figuur 6b, d-e). CD11b ligatie door ICAM-1 bevorderde tijdsafhankelijke Let7a expressie, terwijl Il6 expressie werd geremd; omgekeerd, onderdrukking van adhesie remde Let7a expressie en bevorderde Il6 expressie in zowel muriene als humane macrofagen (Fig. 3e, f). Belangrijk is dat ectopische expressie van Let7a miRNA (pre-miRNA) immuunsuppressieve genexpressie remde en pro-inflammatoire genexpressie stimuleerde in Itgam-/- macrofagen, terwijl anti-miRNA Let7a immuunsuppressieve genexpressie stimuleerde en immuunstimulerende genexpressie remde in WT macrofagen (Fig. 3g). Vergelijkbaar met CD11b ablatie (Fig. 1a), stimuleerde anti-miRNA Let7a de expressie van Pdgfb, maar had geen effect op Vegfa expressie (Fig. 3h). Samen geven deze resultaten aan dat CD11b activering miRNA Let7a expressie bevordert, die op zijn beurt IL6-gemedieerde immuunsuppressieve macrofaag genexpressie remt.

c-Myc, een transcriptiefactor die immuunsuppressieve macrofaag polarisatie reguleert, bindt zich aan de Let7 promotor en onderdrukt zijn transcriptie; interessant is dat Let7 ook c-Myc expressie kan onderdrukken44,45. Wij vonden dat het c-Myc gen verhoogd was in Itgam-/- macrofagen vergeleken met WT macrofagen (Fig. 3i). c-Myc proteïne expressie en serine 62 fosforylering, die de transcriptiefactor stabiliseert46, waren ook verhoogd in Itgam-/- macrofagen vergeleken met WT macrofagen (Fig. 3j). We vroegen ons vervolgens af of remming van de cMyc functie de Let7 expressie zou kunnen bevorderen en daardoor de macrofaag polarisatie zou kunnen veranderen. Belangrijk is dat de expressie van Let7a, Let7d, en Let7f verminderd was in Itgam-/- macrofagen; farmacologische remming van c-Myc herstelde echter de Let7 expressie in Itgam-/- macrofagen en keerde de verhoogde immuunsuppressieve genexpressie, vertoond door Itgam-/- macrofagen, om (Fig. 3k, l). Samen geven deze gegevens aan dat integrine CD11b functioneert om Myc expressie en immuunsuppressieve macrofaag polarisatie te onderdrukken op een Let7 afhankelijke manier.

Omdat Let7a macrofaag-gemedieerde Pdgfb expressie remt, onderzochten we het effect van Let7a expressie op neovascularisatie in vitro en in vivo. Endotheelcellen en vasculaire gladde spiercellen gehecht aan microcarrier korrels werden gekweekt in fibrine gels die ofwel WT of Itgam-/- macrofagen bevatten die werden getransduceerd met controle miRNA, pre-miRNA Let7a, anti-miRNA Let7a of Pdgfb-bb siRNA. Itgam-/- macrofagen stimuleerden kiemverlenging die werd geremd door transductie van macrofagen met Let7a miRNA of Pdgfb siRNA (Fig. 4a, b; Supplementary Figure 6f). In tegenstelling, expressie van anti-miRNA Let7a in WT maar niet Itgam-/- macrofagen gestimuleerd spruit elongatie (Fig. 4a, b; Supplementary Figuur 6f). Bovendien, macrofagen getransduceerd met anti-miR Let7a stimuleerde de vorming van volwassen, pericyte-bedekte bloedvaten in bFGF-verzadigde Matrigel in vivo (Fig. 4c). Samen tonen deze studies aan dat CD11b neovascularisatie controleert door de regulatie van Let7a en daaropvolgende PDGF-BB expressie.

Fig. 4

Macrofaag microRNA let-7a is vereist voor tumorgroei onderdrukking. a, b Endotheelcellen en vasculaire gladde spiercellen gehecht aan microcarrier kralen werden gekweekt in fibrine gels met WT of Itgam-/- BMM’s getransduceerd met controle miRNA, pre-miRNA Let7a, anti-miRNA Let7a of Pdgf-bb siRNA. a Afbeeldingen b histogrammen van CD31 + positieve vaatlengte (mm) (n = 10). c CD31 (groen) en SMA (rood) immunokleuring van secties van in vivo gekweekte bFGF-verzadigde Matrigel pluggen met BMM getransduceerd met controle miR (zwarte balken) of anti-miR Let7a (blauwe balken); kwantificering van het percentage SMA + vaten per matrigel plug (n = 25). d Schematische weergave en grafiek van gerichte levering van anti-miR Let7a in dieren met LLC tumoren; tumor volumes van controle anti-miRNA (zwarte lijn) of anti-miRNA Let-7a (cyaan lijn) behandelde dieren (n = 10). e Let7a expressie in celpopulaties gesorteerd uit perifere bloedcellen en tumoren van controle (zwarte balken) en anti-miRNA Let7-behandelde (cyaan balken) dieren uit d (n = 3). f Relatieve mRNA expressie van inflammatoire factoren in gesorteerde macrofagen uit d (n = 3). g Representatieve beelden van CD31 / Desmin co-lokalisatie en FITC-Dextran lokalisatie in behandelde tumoren uit d. h Kwantificering van het percentage van CD31 / Desmin co-lokalisatie (n = 30) en van FITC-dextran lekkage in weefsels (n = 25). i CD4 + en CD8 + cellen / veld in tumoren van controle anti-miR (zwarte balken) of anti-miR let-7a (blauwe balken) getransduceerde dieren (n = 25) schaalstaven, 40 µm. j Schematische weergave van chemotherapeutische behandeling in combinatie met gerichte levering van anti-miR-let7a. k Volumes en eindpunt gewichten van LLC tumoren in dieren getransduceerd met controle anti-miR (zwart), anti-miR let-7a (blauw), controle anti-miR /Gemcitabine (groen), en anti-miR let7a /Gemcitabine (rood) (n = 10). Bar op microfoto’s geeft 50 µm. Foutbalkjes geven sem. “n” geeft biologische replicaten aan. *p < 0.05 wijst op statistische significantie door Student’s t-test voor c-i en door Anova met Tukey’s post-hoc testen voor j Brongegevens worden verstrekt als een Source Data bestand

Myeloïde cel Let7a reguleert tumorprogressie

Om de rol van Let7a in de regulatie van tumor immuunsuppressie en neovascularisatie te testen, leverden we anti-miR Let7a aan tumoren in myeloïde cel gerichte nanodeeltjes in vivo (Fig. 4d). We vonden dat integrine αvβ3 gerichte nanodeeltjes specifiek werden opgenomen door circulerende myeloïde cellen in normale en tumor dragende dieren (Supplementary Figuur 7a-h). Levering van anti-miRNA Let7a gestimuleerd LLC tumorgroei, vergelijkbaar met die waargenomen in Itgam- / – muizen (Fig. 4d). Hoewel Let7a tot expressie komt in immuun en niet-immuun cellen in tumoren, vonden we dat levering van anti-miR Let7a alleen Let7a expressie remde in circulerende monocyten en in tumor geassocieerde macrofagen, maar niet in andere tumor geassocieerde cellen (Fig. 4e). Belangrijk is dat anti-miRNA Let7a immuunsuppressieve en pro-angiogene genexpressie stimuleerde en pro-inflammatoire genexpressie in tumoren remde in vergelijking met controles (Fig. 4f, supplementaire figuur 8a). Anti-miRNA Let7a ook gestimuleerd bloedvat normalisatie in getransfecteerde tumoren, als schepen waren langer, minder vertakt, zwaar bekleed met pericyten en minder lek dan schip van controle getransfecteerde tumoren (Fig. 4g, h). Belangrijk is dat anti-Let7a ook CD8+ T cel recrutering naar tumoren onderdrukte en CD4+ T cel recrutering naar tumoren versterkte (Fig. 4i). Samen geven deze resultaten aan dat CD11b immuunsuppressie en vasculaire maturatie beperkt door zijn regulatie van miRNA Let7a. Eerdere studies hebben aangetoond dat een verhoogde vasculaire normalisatie in tumoren de tumor perfusie kan verbeteren en de respons op therapie kan bevorderen23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36. Om te bepalen of de vasculaire normalisatie geïnduceerd door anti-miRNA Let7a kan de werkzaamheid van chemotherapie te verbeteren door het verhogen van tumor perfusie, behandelden we muizen met LLC tumoren met gerichte levering van anti-miRNA Let7a of controle miRNA in combinatie met chemotherapie (gemcitabine) (Fig. 4j). Terwijl anti-miRNA Let7a LLC tumorgroei bevorderd, anti-miRNA Let7a gecombineerd met gemcitabine aanzienlijk verminderd tumorgroei, in overeenstemming met de opvatting dat Let7a remming verhoogt toegankelijkheid van de tumor tot chemotherapie (Fig. 4k). In overeenstemming met deze resultaten, vonden we dat gemcitabine behandeling van Itgam-/- muizen tumorgroei sterker onderdrukte dan gemcitabine behandeling van WT muizen (Supplementary Figure 8b). Aangezien Itgam-/- een grotere perfusie vertoonde (minder vasculaire lekkage) dan WT-muizen (supplementaire figuur 8c), geven deze studies aan dat CD11b, via zijn effecten op miRNA Let7a, een cruciale rol speelt in het reguleren van tumorimmuun en vasculaire reacties.

De CD11b agonist LA1 remt tumorgroei

Onze resultaten suggereerden dat gerichte farmacologische activering van CD11b in vivo tumor geassocieerde macrofagen zou kunnen repolariseren, met daaropvolgende remming van tumor immuunsuppressie en tumorgroei. We onderzochten daarom de effecten van een kleine molecule agonist van CD11b, leukadherine 1 (LA1)47,48 (Fig. 5a) op macrofaag polarisatie en tumorgroei. LA1 stimuleerde myeloïde celadhesie aan ICAM-1 gecoate substraten op een wijze die werd geremd door anti-CD11b-neutraliserende antilichamen (Fig. 5b). LA1 stimuleerde macrofaag immuunrespons genexpressie, geïllustreerd door verhogingen van de expressie van Il1b, Tnfa, Il12, Nos2, en Ifng mRNAs (Supplementary Figure 9a). Zoals LA1 Let7a expressie stimuleerde en Pdgfb en Il6 expressie remde (Fig. 5c), suggereerden deze resultaten dat LA1 pro-inflammatoire immuunresponsen zou kunnen stimuleren die tumorgroei zouden kunnen remmen in vivo. Om de effecten van LA1 op tumor geassocieerde macrofagen in vivo te beoordelen, werden tumor geassocieerde macrofagen geïsoleerd10, behandeld met LA1 voorafgaand en co-implanteerde met LLC tumorcellen. LA1-behandelde macrofagen volledig geremd tumorgroei (Fig. 5d, e), ook al LA1 had geen direct effect op LLC of macrofaag levensvatbaarheid (Fig. 5e, f). Hoewel LA1 geen effect had op CL66-Luc borst tumorcelgroei in vitro (Supplementary Figure 9b), verminderde LA1 krachtig de tumorgroei in syngeneic, orthotopisch geïmplanteerde CL66-Luc borst tumoren effectiever dan taxol (Fig. 5g). LA1 ook synergetisch met bestraling om CL66-Luc borst tumorgroei te onderdrukken (Fig. 5h) en onderdrukte de groei van orthotope, menselijke MDA-MB-231 borst xenograft tumoren (Fig. 5i). Belangrijk is dat LA1 de murine LLC longtumorgroei remde in WT maar niet in Itgam-/- muizen, wat aangeeft dat LA1 werkt via integrine CD11b om de groei van tumoren te onderdrukken (Fig. 5j, k).

Zo LA1 behandeling verhoogde de aanwezigheid van MHC-II + macrofagen, typisch beschouwd als immuuncompetent, en verminderde de aanwezigheid van CD206 + macrofagen, typisch beschouwd als immuunsuppressief, in LLC en CL66-Luc tumoren (Supplementary Figure 9c-d), onze studies suggereren dat LA1 tumor geassocieerde macrofagen repolariseert. Dienovereenkomstig vonden we dat LA1 geremd expressie van S100A8 en MMP9 in CD11b + cellen in LLC tumoren en ook geremd expressie van Arginase1, S100A8 en MMP9 in CL66-Luc tumoren (Supplementary Figuur 9e-f). Aangezien deze eiwitten markers zijn van pro-tumorale macrofagen, geven deze studies samen aan dat LA1 waarschijnlijk tumorgroei remt door het repolariseren van tumor geassocieerde macrofagen. Inderdaad, LA1 behandeling verhoogde de aanwezigheid van CD8 + T-cellen in zowel LLC en CL66-Luc tumoren (Supplementary Figuur 10a-c). We hebben ook waargenomen dat LA1 behandeling neovascularisatie in tumoren veranderde door vermindering van het aantal SMA + bloedvaten (Fig. 5l). Door het pro-inflammatoire immuunprofiel van tumoren te verbeteren en vasculaire normalisatie in tumoren te remmen, veranderde de kleine molecule CD11b agonist LA1 significant macrofaag polarisatie, verhoogde CD8 + T-cel rekrutering tot tumoren en remde tumorprogressie in muismodellen van murine en humane kanker.

Plaats een reactie