Integrin CD11b aktivering driver anti-tumör medfödd immunitet

Integrin CD11b reglerar makrofagpolarisering

Vi har tidigare rapporterat att VCAM-receptorn integrin α4β1 främjar myeloida cellers rekrytering från benmärgen till tumörens mikromiljö, och stimulerar därmed immunsubvention, angiogenes och tumörutveckling2,13,14,15. I motsats till dess roll i regleringen av rekryteringen av myeloida celler till vävnader under akut inflammation16,17,18 fann vi att CD11b (αMβ2), en integrinreceptor för myeloida celler för ICAM-1 och fibrinogen, inte påverkar rekryteringen av myeloida celler till tumörer, eftersom global deletion av CD11b i Itgam-/- möss inte har någon effekt på antalet myeloida celler i cirkulationen eller på antalet celler som rekryteras till tumörer (kompletterande figur 1; kompletterande figur 2a-d). Överraskande nog fann vi dock att integrin CD11b spelar en viktig roll i regleringen av makrofagpolarisering. Itgam-/- makrofager uppvisade ett ökat immunsuppressivt gen- och proteinuttryck och kraftigt minskat proinflammatoriskt gen- och proteinuttryck jämfört med WT-makrofager, oavsett om de stimulerades under basala, IL-4- eller IFNγ/LPS-stimuleringsförhållanden (figur 1a, kompletterande figur 2e-f). För att fastställa om CD11b också reglerar makrofagpolarisering in vivo isolerade och karakteriserade vi F4/80 + TAMs från LLC-tumörer som odlats i Itgam-/- och WT-möss. Vi fann att Itgam-/- TAMs också uttryckte signifikant högre nivåer av mRNAs associerade med immunsuppression och angiogenes, t.ex. Arg1, Tgfb, Il10, Il6 och Pdgfb, och signifikant lägre uttryck av gener associerade med immunstimulering, t.ex. Ifng, Nos2 och Tnfa än vad WT TAMs gjorde (Fig. 1b, kompletterande figur 2g).

Fig. 1

CD11b-ligering främjar proinflammatorisk makrofag-signalering. a-f Relativt mRNA-uttryck av pro- och antiinflammatoriska cytokiner i en benmärgsbaserad makrofager (BMDM) från WT- (vita staplar) eller Itgam-/- (cyanfärgade staplar) möss (n = 2-8); b tumörassocierade makrofager (TAM) från WT (vita staplar) och Itgam-/- (cyanfärgade staplar) möss som bär på tumörer av LLC-lungkarcinom (n = 2-4); c Itgam-/- och Itgam- eller icke-silensande siRNA-transfekterade makrofager (n = 2-4); inlaga: cellytanivåer av CD11b i transfekterade makrofager; d WT-makrofager i närvaro av ospecifika (IgG) eller anti-CD11b-antikroppar (n = 3), e murina makrofager som fäster på ICAM-1-, VCAM-1- eller BSA-beklädda plattor (Susp) (n = 3) och f humana makrofager som fäster på ICAM-1- eller BSA-beklädda plattor (Susp) (n = 3). g Immunoblotting av phosphoSer536 och totalt p65 NFκB RelA i WT- och Itgam-/- makrofager som stimulerats med IFNγ + LPS; grafen visar kvantifiering av det relativa pSer536-uttrycket i WT- (vita staplar) och Itgam-/- (blå staplar) BMDM. h, i LLC-tumörtillväxt hos WT- och Itgam-/- möss som adoptivt överförts med h benmärgstestammarkerade och i tumörstestammakrofager från WT eller Itgam-/-. j Relativt mRNA-uttryck av cytokiner i hela LLC-tumörer från WT- (vita staplar) och Itgam-/- (cyanfärgade staplar) möss (n = 3). k LLC-tumörvikt i lungor (n = 17), B16-melanom (n = 9) och autochtona PyMT-mammatumörer (n = 10-14) hos WT-möss (svarta punkter) och Itgam-/–möss (cyanpunkter). l Tumörvikt och volym av LLC-tumörer som vuxit fram hos WT-möss (svarta punkter) jämfört med Itgam I332G-knockin-möss (cyanpunkter) (n = 6-7). Felstaplar anger sem. ”n” anger biologiska replikat. p < 0,05 anger statistisk signifikans bestämd genom Student’s t-test för a-g och j. och genom Anova med Tukey post-hoc test för h, i, k, l. Källdata finns i Source Data file

Väsentligt är att övergående siRNA-medierad knockdown av CD11b i in vitro-kultiverade makrofager förhöjde det immunsuppressiva genuttrycket och minskade det immunstimulerande genuttrycket, effekter som är jämförbara med CD11b-deletion (Fig. 1c), vilket tyder på att även en övergående förlust av CD11b kontrollerar makrofagers immunsuppressiva genuttryck. För att ta reda på om CD11b-uttryck eller funktion styr makrofagernas genuttryck undersökte vi effekten av hämmande CD11b-antikroppar på makrofagernas mRNA-uttryck. Blockering av murina makrofagers CD11b-medierade fastsättning på ICAM-1-belagda substrat med hjälp av neutraliserande anti-CD11b-antikroppar inducerade också immunsuppressivt mRNA-uttryck hos makrofager (fig. 1d). På samma sätt främjade vidhäftning av makrofager till integrin α4β1-substratet VCAM-1 eller förlust av vidhäftning genom suspensionskultur murin och human immunsuppressiv transkription, medan vidhäftning till ICAM-1-belagda ytor främjade immunstimulerande transkription (Fig. 1e, f, kompletterande figur 1h), vilket tyder på att ligering av CD11b kontrollerar immunstimulerande makrofagtranskription.

Förlusten av proinflammatoriskt cytokinuttryck i Itgam-/- makrofager tyder på att CD11b kan reglera aktivering av proinflammatoriska transkriptionsfaktorer, såsom NFκB. Vi fann att Itgam-/- makrofager uppvisade minskad NFκB serin 536 fosforylering (en indikation på minskad aktivering19) som svar på LPS-stimulering jämfört med WT-makrofager, vilket tyder på att CD11b spelar en roll i NFκB-aktivering (fig. 1g). Eftersom andra studier har involverat CD11b i främjandet av proinflammatoriska reaktioner hos monocyter och dendritiska celler genom direkta interaktioner mellan LPS och integrin beta2 extracellulära domäner20,21, tyder våra resultat på att CD11b-aktivering och signalering spelar nyckelroller i regleringen av makrofagpolarisering in vitro och in vivo.

Makrofag CD11b reglerar tumörtillväxt

Våra data tyder på att Itgam-/- benmärgsframkallade och tumörassocierade makrofager uppvisar mer immunsuppressiva transkriptionsprofiler än WT-makrofager. För att avgöra om denna skillnad påverkar tumörtillväxten överförde vi adoptivt WT- eller Itgam-/- benmärgsframkallade eller tumörassocierade makrofager med tumörceller till mottagande WT- eller Itgam-/–möss. Vi har tidigare visat att adoptivt överförda, immunsuppressiva BMDM eller TAM kan stimulera tumörtillväxt9,10. Det är anmärkningsvärt att Itgam-/–makrofager från benmärg (fig. 1h) och Itgam-/–makrofager från tumörer (fig. 1i) kraftigt stimulerade tumörtillväxt jämfört med WT-makrofager i både WT- och Itgam-/–möss. Eftersom Itgam-/–makrofager uppvisar en immunsuppressiv transkriptionsprofil (fig. 1b) och tumörer som härrör från Itgam-/–möss uppvisar en övergripande immunsuppressiv transkriptionsprofil (fig. 1j), tyder dessa data på att CD11b-uttryck eller -aktivering kan påverka den övergripande tumörtillväxten. Vi fann faktiskt att subkutana (LLC), ortotopiska (melanom) och autochtona (PyMT) tumörer växte mer aggressivt hos Itgam-/- än hos WT-möss (fig. 1k). Eftersom Itgam-/- möss uppvisade betydligt fler CD4 + Foxp3 + Tregs och färre CD8+ T-celler i tumörer än WT-möss (kompletterande figur 3a-b), stödjer våra studier slutsatsen att CD11b spelar en nyckelroll i regleringen av det övergripande immunsvaret i tumörer.

Premiärstudier har visat att Isoleucin 332 i CD11b-molekylen fungerar som en allosterisk brytare som kontrollerar adherensreceptorns aktivering och form22. För att fastställa om CD11b-aktivering styr tumörutvecklingen genererade vi en konstitutivt aktiverad CD11b-knockinmusstam (C57BL/6 ITGAMI332G) genom att introducera en I332G-punktmutation i den murina Itgam-genen. I332G knockin-möss uttrycker normala nivåer av cellytans CD11b på både monocyter och granulocyter och uppvisar normala nivåer av alla blodcellsnivåer (kompletterande figur 3c-d). In vitro-adhesionsanalyser med benmärgsframkallade makrofager från dessa möss visade att I332G-celler uttrycker konstitutivt aktivt CD11b (kompletterande figur 3e). Viktigt är att I332G Itgam knockin-möss uppvisade signifikant minskad LLC-tumörtillväxt (fig. 1k). Medan CD11b-deletion stimulerar antiinflammatorisk makrofagpolarisering, hämmar rekrytering av CD8+ T-celler och främjar tumörtillväxt, hämmar CD11b-aktivering alltså kraftigt tumörtillväxten. Dessa studier tyder på att makrofag-CD11b spelar en kritisk funktionell roll för att kontrollera tumörtillväxten.

Immunsupprimerande signaler hämmar CD11b-uttrycket

För att fastställa om signaler som är associerade med tumörens mikromiljö kan förändra CD11b-uttrycket och därefter påverka polariseringen av myeloida celler, utvärderade vi effekten av makrofagmedier (mCSF-, IL-4- och IFNγ/LPS) på cellytans CD11b-uttryck i benmärgsframkallade makrofager. Medan den immunsuppressiva cytokinen IL-4 minskade CD11b-uttrycket ökade de proinflammatoriska stimulanserna IFNγ/LPS CD11b-ytuttrycket jämfört med de nivåer som uttrycktes på mCSF-stimulerade makrofager (kompletterande figur 4a-b). Dessutom hämmade den immunsuppressiva faktorn TGFβ, men inte IL-10, CD11b-ytuttrycket (kompletterande figur 4c); TGFβ, IL-4 och tumörcellskonditionerat medium (TCM) undertryckte var och en också Cd11b mRNA-uttrycket (kompletterande figur 4d). Viktigt är att TGFβ och TCM minskade CD11b-cellytans uttryck och stimulerade immunsuppressiv transkription samtidigt som immunstimulerande transkription inhiberades på ett sätt som reverserades av TGFβR1-hämmaren SB525334 (kompletterande figur 4e-g). Dessa data tyder på att cytokiner som TGFβ i tumörens mikromiljö undertrycker CD11b-uttryck eller aktivering och därmed främjar immunsuppressiv makrofagpolarisering.

Makrofag-CD11b reglerar blodkärlens stabilitet

Makrofager kontrollerar inte bara immunsvar utan även angiogenes och desmoplasi genom att uttrycka cytokiner som VEGF-A och PDGF-BB, tillväxtfaktorer som reglerar endotelceller och kärlslät muskulatur/pericyter under angiogenes, respektive2. Tumörblodkärl består ofta av ett enda endotelskikt som saknar stödjande pericyter eller glatta muskelceller. Dessa blodkärl är fler i tumörer än i normala vävnader, men de är felaktigt formade och har dålig perfusion. I tumörer med höga PDGF- och VEGF-förhållanden är blodkärlen däremot klädda med pericyter, mesenkymala celler som stabiliserar kärlen och främjar bättre tumörperfusion23,24,25,26,27. Dessa tumörer växer snabbare än tumörer med lägre PDGF/VEGF-förhållanden, men svarar också bättre på kemoterapi och immunterapi på grund av bättre tumörperfusion24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36. Eftersom Itgam-/- makrofager uppvisade högt PDGF- och lågt VEGF-genuttryck (fig. 1a, b) undersökte vi mönstren för blodkärlsutveckling i Itgam-/- och WT-tumörer. En bedömning av kärlmönstret i LLC- och PyMT-tumörer från WT- och Itgam-/–möss visade att Itgam-/–tumörer uppvisade färre, längre blodkärl med bredare lumen och färre förgreningar/fält än WT-tumörer (fig. 2a, b; kompletterande figur 5a). Itgam-/–tumörer hade fler blodkärl som var fodrade med Desmin+, NG2+ eller SMA+ pericyter/små muskelceller än WT-tumörer (fig. 2a-c; kompletterande figur 5b). Följaktligen var dessa kärl mindre permeabla hos Itgam-/- möss än hos WT-möss, eftersom mindre intravaskulärt FITC-dextran läckte in i tumörparenkymet (fig. 2a-d). Dessa data tyder på att integrinet CD11b spelar en roll i kontrollen av blodkärlens mognad. Vi fann att genuttrycket av PDGF-BB men inte VEGF-A var starkt ökat i tumörer (fig. 2e; kompletterande figur 5c). Viktigt är att PDGF-BB-proteinuttrycket också var förhöjt i Itgam-/–tumörer och tumördrivna makrofager jämfört med WT-tumörer (Fig. 2f). Tillsammans tyder dessa data på att makrofag-CD11b kontrollerar tumörvaskularisering genom det konstitutiva uttrycket av förhöjda nivåer av PDGF.

Som stöd för dessa observationer om CD11b:s roll i neovaskularisering fann vi att Itgam-/- möss uppvisade ett välutvecklat retinalt vaskulärt plexus (Fig. 2g, Isolectin B+, grönt) vid födseln (P1) jämfört med WT-möss, som uppvisar ett outvecklat retinalt kärlsystem som expanderar successivt från postnatal dag 1 (P1) till P9. Det ytliga kärlplexus var mer utvecklat hos Itgam-/- möss från postnatal dag P1 till postnatal dag P9 än hos WT-nyfödda (fig. 2g). Dessa resultat tyder på att makrofager och CD11b spelar nyckelroller i kontrollen av normal kärlmönstring.

För att undersöka om förhöjt PDGF-BB är ansvarigt för den ökade vaskulära mognaden och tumörtillväxten hos Itgam-/- möss behandlade vi WT- och Itgam-/- möss som bär LLC-tumörer med imatinib, en hämmare av PDGF-BB-receptorn PDGFR1. Imatinibbehandlingen undertryckte den ökade tumörtillväxten som observerades hos Itgam-/- möss (fig. 2h, i). Den ökade också den vaskulära tätheten och undertryckte den vaskulära normaliseringen hos Itgam-/- möss (fig. 2h, i). Tillsammans stöder dessa resultat konceptet att integrin CD11b modulerar den vaskulära utvecklingen genom kontroll av PDGF-BB-uttrycket.

CD11b reglerar Let7a- och c-Myc-uttrycket

CD11b kan styra antiinflammatorisk makrofagpolarisering genom aktivering av transkriptionsfaktorer som Stat3, vilket kan främja uttrycket av immunsuppressiva och pro-angiogena faktorer som arginas 1, Myc och VEGF37,38,39. Itgam-/- makrofager uppvisar konstitutivt fosforylerat Stat3 (fig. 3a inset); de höga nivåerna av uttryck av immunsuppressiva faktorer i Itgam-/- makrofager reducerades till WT-makrofagenivåer genom behandling med Stat3-hämmaren 5,15-DPP (fig. 3a). Överraskande nog påverkade dock inte Stat3-hämmningen de höga nivåerna av Il6-uttryck som observerades i Itgam-/- makrofager (fig. 3a). Viktigt är att IL-6 direkt kan aktivera Stat338. Vi fann att IL-6 främjade samma mönster av immunsuppressiv polarisering i murina och humana myeloida celler och makrofager som vi observerade i Itgam-/- makrofager (Fig. 3b). Tillsammans tyder dessa resultat på att autokrint IL6 kan driva den konstitutivt immunsuppressiva polarisation som observeras i Itgam-/- makrofager. Som stöd för detta koncept minskade knockdown av Il6 uttrycket av konstitutivt Pdgfb-uttryck i Itgam-/- makrofager (fig. 3c). Eftersom TAMs är en viktig källa till Il6-uttryck i tumörer15 tyder dessa resultat på att CD11b fungerar som en naturlig broms på immunsuppression delvis genom kontroll av myeloida cellers transkription av Il6.

Fig. 3

CD11b främjar miR-Let7a medierad immunstimulering. a Relativt mRNA-uttryck av proinflammatoriska och antiinflammatoriska faktorer i WT- (vita staplar) och Itgam-/- (blå staplar) makrofager som inkuberats med och utan Stat3-inhibitorn 5,15 DPP; insat, Stat3-fosforylering i WT- och Itgam-/- makrofager (n = 2-3). b Relativt mRNA-uttryck av proinflammatoriska och antiinflammatoriska faktorer i IL6-stimulerade mänskliga (vita staplar) och murina (cyanfärgade staplar) benmärgsbaserade makrofager och murina totala benmärgsbaserade myeloida celler (blå staplar) (n = 3); p < 0,05 med dessa undantag: mBMM (Ifng, Il12b); mCD11b+ (Arg1, Pdgfb, Il12b och Il1b); hBMM (Arg1, Ifng, Il1b). c Relativt uttryck av Il6 och Pdgfb mRNA i WT- och Itgam-/–celler som transducerats med icke-silensande (vita staplar eller Il6 (blå staplar) siRNA (n = 3). d Relativt Let7a-uttryck i murina makrofager som transducerats med siRNA utan tystnad (vita staplar) eller Itgam (blå staplar), makrofager som inkuberats med kontroll-IgG (vita staplar) eller neutraliserande anti-CD11b-antikroppar (blå staplar), och WT- (vita staplar) eller Itgam-/- (blå staplar) makrofager (n = 3). e Tidsförloppet för uttrycket av Let7a (vänster) och Il6 (höger) i WT murina CD11b+-celler som såtts på ICAM-1 (blå heldragen linje) eller som bibehållits i suspension (svart streckad linje) (n = 3). f Relativt uttryck av miRNA Let7a och Il6 i humana makrofager som adhererar på ICAM-1 (blått) eller bibehållits i suspension (vitt) (n = 3). g Relativt mRNA-uttryck av inflammatoriska faktorer i WT- och Itgam-/- BMM som transducerats med kontroll (vita staplar), pre-miRNA Let7a (cyanfärgade staplar) eller anti-miRNA Let7a (blå staplar) (n = 3). h Relativt Pdgfb- och Vegfa-uttryck i WT BMM som transducerats med kontroll (vita staplar) eller anti-miRNA Let7a (blå staplar) (n = 3). i Tidsförloppet för c-Myc-uttryck i IL-4- eller IFNγ + LPS-stimulerade WT- (svarta linjer) eller Itgam-/- (blå linjer) makrofager (n = 3). j Tidsförlopp för c-Myc-uttryck och pSer62myc-fosforylering i WT- och Itgam-/- makrofager. k Relativt mRNA-uttryck av miRNA:erna Let7a (vita staplar), Let7d (blå staplar) och Let7f (cyanfärgade staplar) i basal-, IL-4- eller IL-4+ c-Myc-hämmare behandlade WT- och Itgam-/- makrofager (n = 3). l Relativt mRNA-uttryck av Il6, Arg1 och Pdgfb i IL-4-stimulerade WT- (vita staplar) och Itgam-/- (blå staplar) makrofager som behandlats med (blå staplar) eller utan (vita staplar) c-Myc-hämmare 10058-F4. Felstaplar anger sem. ”n” anger biologiska replikat. *p < 0,05 indikerar statistisk signifikans bestämd av Students t-test för a, d-f och Anova med Tukey’s post-hoc test för b, g, k. Källdata tillhandahålls som en källdatafil

MikroRNA-familjen Let7 kan kontrollera Il6-uttrycket i tumör- och inflammatoriska celler40,41. MikroRNA är icke-kodande RNA som modulerar genuttryck på posttranskriptionell nivå genom att störa RNA:s översättning eller stabilitet och kan ha en dramatisk inverkan på tumörers immunförsvar och angiogenes42,43. Vi fann att miRNA Let7a-uttrycket korrelerade omvänt med Il6-uttrycket i murina och humana makrofager (kompletterande figur 6a-b). Därför frågade vi om förlust av CD11b-uttryck i makrofager påverkar Let7a-uttrycket. Let7a-uttrycket avskaffades i Itgam-/- och Itgam siRNA-transducerade makrofager och i närvaro av neutraliserande CD11b-antikroppar (fig. 3d; kompletterande figur 6c) på ett sätt som var oberoende av Lin28, ett RNA-bindande protein som klyver och inaktiverar Let7, eftersom Lin28-nivåerna inte påverkades av CD11b-uttryck eller aktivering (kompletterande figur 6b, d-e). CD11b-ligering med ICAM-1 främjade tidsberoende Let7a-uttryck, samtidigt som Il6-uttrycket hämmades; omvänt hämmade undertryckande av adhesion Let7a-uttrycket och främjade Il6-uttrycket i både murina och humana makrofager (fig. 3e, f). Viktigt är att ektopiskt uttryck av Let7a miRNA (pre-miRNA) inhiberade immunsuppressivt genuttryck och stimulerade proinflammatoriskt genuttryck i Itgam-/- makrofager, medan anti-miRNA Let7a stimulerade immunsuppressivt genuttryck och inhiberade immunstimulerande genuttryck i WT-makrofager (fig. 3g). I likhet med CD11b-ablation (fig. 1a) stimulerade anti-miRNA Let7a uttrycket av Pdgfb men hade ingen effekt på Vegfa-uttrycket (fig. 3h). Tillsammans tyder dessa resultat på att CD11b-aktivering främjar uttrycket av miRNA Let7a, som i sin tur hämmar IL6-medierat immunsuppressivt makrofaggenuttryck.

c-Myc, en transkriptionsfaktor som reglerar immunsuppressiv makrofagpolarisering, binder till Let7-promotorn och undertrycker dess transkription; intressant nog kan Let7 också undertrycka c-Myc-uttryck44,45. Vi fann att c-Myc-genen var uppreglerad i Itgam-/- makrofager jämfört med WT-makrofager (fig. 3i). c-Myc-proteinuttryck och serin 62-fosforylering, som stabiliserar transkriptionsfaktorn46 , var också uppreglerade i Itgam-/- makrofager jämfört med WT-makrofager (fig. 3j). Vi frågade sedan om hämning av cMyc-funktionen kunde främja Let7-uttrycket och därmed förändra makrofagpolarisering. Det är viktigt att Let7a-, Let7d- och Let7f-uttrycket minskade i Itgam-/- makrofager; farmakologisk hämning av c-Myc återställde dock Let7-uttrycket i Itgam-/- makrofager och vände det ökade immunsuppressiva genuttrycket som uppvisades av Itgam-/- makrofager (fig. 3k, l). Tillsammans tyder dessa data på att integrin CD11b fungerar för att undertrycka Myc-uttryck och immunsuppressiv makrofagpolarisering på ett Let7-beroende sätt.

Då Let7a hämmar det makrofagmedierade Pdgfb-uttrycket undersökte vi effekten av Let7a-uttryck på neovaskularisering in vitro och in vivo. Endotelceller och vaskulära glatta muskelceller som fästes på mikrobärpärlor odlades i fibrin geler som innehöll antingen WT eller Itgam-/- makrofager som transducerades med kontroll miRNA, pre-miRNA Let7a, anti-miRNA Let7a eller Pdgfb-bb siRNA. Itgam-/–makrofager stimulerade spiralutvidgning som hämmades av transduktion av makrofager med Let7a miRNA eller Pdgfb siRNA (fig. 4a, b; kompletterande figur 6f). Däremot stimulerade uttryck av anti-miRNA Let7a i WT-makrofager men inte i Itgam-/–makrofager spiralutvidgning (fig. 4a, b; kompletterande figur 6f). Dessutom stimulerade makrofager som transducerats med anti-miR Let7a bildandet av mogna, pericytbelagda blodkärl i bFGF-mättad Matrigel in vivo (fig. 4c). Tillsammans visar dessa studier att CD11b kontrollerar neovaskularisering genom reglering av Let7a och efterföljande PDGF-BB-uttryck.

Fig. 4

Makrofagernas mikroRNA Let-7a krävs för att undertrycka tumörtillväxt. a, b Endotelceller och vaskulära glatta muskelceller som är fästa vid mikrobärpärlor odlades i fibringeler som innehöll WT- eller Itgam-/- BMMs som transducerats med kontroll miRNA, pre-miRNA Let7a, anti-miRNA Let7a eller Pdgf-bb siRNA. a Bilder b Histogram av CD31+ positiva kärlens längd (mm) (n = 10). c CD31 (grön) och SMA (röd) immunfärgning av sektioner från in vivo odlade bFGF-mättade Matrigelproppar som innehåller BMM som transducerats med kontroll miR (svarta staplar) eller anti-miR Let7a (blå staplar); kvantifiering av procentandelen SMA+ kärl per matrigelpropp (n = 25). d Schematisk bild och diagram över riktad leverans av anti-miR Let7a i djur med LLC-tumörer; tumörvolymer från anti-miRNA-kontroll (svart linje) eller anti-miRNA Let7a (cyan linje) behandlade djur (n = 10). e Let7a-uttryck i cellpopulationer som sorterats från perifera blodceller och tumörer från kontrolldjur (svarta staplar) och anti-miRNA Let7-behandlade (cyanfärgade staplar) djur från d (n = 3). f Relativt mRNA-uttryck av inflammatoriska faktorer i sorterade makrofager från d (n = 3). g Representativa bilder av CD31/Desmin-kolokalisering och FITC-Dextran-lokalisering i behandlade tumörer från d. h Kvantifiering av andelen CD31/Desmin-kolokalisering (n = 30) och av FITC-dextran-läckage i vävnader (n = 25). i CD4+- och CD8+-celler/fält i tumörer från kontroll-anti-miR (svarta staplar) eller anti-miR-let-7a (blå staplar) transducerade djur (n = 25) Skala staplar, 40 µm. j Schematisk representation av kemoterapeutisk behandling i kombination med målinriktad leverans av anti-miR-let7a. k Volymer och slutpunktsvikter av LLC-tumörer hos djur som transducerats med kontroll-anti-miR (svart), anti-miR let-7a (blå), kontroll-anti-miR/Gemcitabin (grön) och anti-miR let7a/Gemcitabin (röd) (n = 10). Strecket på mikrobilderna anger 50 µm. Felmarkerna anger sem. ”n” anger biologiska replikat. *p < 0.05 anger statistisk signifikans genom studentens t-test för c-i och genom Anova med Tukey’s post-hoc-test för j Källdata tillhandahålls som en källdatafil

Myeloidcell Let7a reglerar tumörprogression

För att testa Let7as roll i regleringen av tumörers immunsuppression och neovaskularisering, levererade vi anti-miR Let7a till tumörer i myeloida celler riktade nanopartiklar in vivo (Fig. 4d). Vi fann att integrin αvβ3-målinriktade nanopartiklar specifikt togs upp av cirkulerande myeloida celler i normala och tumörbärande djur (kompletterande figur 7a-h). Leverans av anti-miRNA Let7a stimulerade LLC-tumörtillväxten, jämförbar med den som observerades hos Itgam-/- möss (fig. 4d). Även om Let7a uttrycks i immuna och icke-immuna celler i tumörer fann vi att leverans av anti-miRN Let7a endast hämmade Let7a-uttrycket i cirkulerande monocyter och i tumörassocierade makrofager, men inte i andra tumörassocierade celler (Fig. 4e). Viktigt är att anti-miRNA Let7a stimulerade immunsuppressivt och pro-angiogent genuttryck och hämmade pro-inflammatoriskt genuttryck i tumörer jämfört med kontroller (fig. 4f, kompletterande figur 8a). Anti-miRNA Let7a stimulerade också normalisering av blodkärl i transfekterade tumörer, eftersom kärlen var längre, mindre förgrenade, kraftigt belagda med pericyter och mindre läckande än kärl från kontrolltransfekterade tumörer (fig. 4g, h). Viktigt är att anti-Let7a också undertryckte rekryteringen av CD8+ T-celler till tumörer och ökade rekryteringen av CD4+ T-celler till tumörer (Fig. 4i). Tillsammans tyder dessa resultat på att CD11b begränsar immunsuppression och vaskulär mognad genom sin reglering av miRNA Let7a. Tidigare studier har visat att ökad vaskulär normalisering i tumörer kan förbättra tumörperfusionen och främja responsen på terapi23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36. För att avgöra om den vaskulära normalisering som induceras av anti-miRNA Let7a skulle kunna förbättra effekten av kemoterapi genom att öka tumörperfusionen, behandlade vi möss med LLC-tumörer med riktad leverans av anti-miRNA Let7a eller kontroll miRNA i kombination med kemoterapi (gemcitabin) (Fig. 4j). Medan anti-miRNA Let7a främjade LLC-tumörtillväxten, minskade anti-miRNA Let7a i kombination med gemcitabin väsentligt tumörtillväxten, vilket stämmer överens med uppfattningen att hämning av Let7a ökar tumörens tillgänglighet för kemoterapi (Fig. 4k). I enlighet med dessa resultat fann vi att gemcitabinbehandling av Itgam-/- möss undertryckte tumörtillväxten djupare än gemcitabinbehandling av WT-möss (kompletterande figur 8b). Eftersom Itgam-/- uppvisade större perfusion (mindre vaskulärt läckage) än WT-möss (kompletterande figur 8c) tyder dessa studier på att CD11b, genom sina effekter på miRNA Let7a, spelar en kritisk roll i regleringen av tumörers immun- och kärlrespons.

CD11b-agonisten LA1 hämmar tumörtillväxt

Våra resultat tyder på att riktad farmakologisk aktivering av CD11b in vivo skulle kunna repolarisera tumörassocierade makrofager, med efterföljande hämning av tumörens immunförsvar och tumörtillväxt. Vi undersökte därför effekterna av en liten molekylär agonist av CD11b, leukadherin 1 (LA1)47,48 (fig. 5a) på makrofagpolarisering och tumörtillväxt. LA1 stimulerade vidhäftning av myeloida celler till ICAM-1-belagda substrat på ett sätt som hämmades av anti-CD11b-neutraliserande antikroppar (fig. 5b). LA1 stimulerade makrofagernas genuttryck för immunsvar, vilket illustrerades av ökningar av uttrycket av Il1b, Tnfa, Il12, Nos2 och Ifng mRNA (kompletterande figur 9a). Eftersom LA1 stimulerade uttrycket av Let7a och hämmade uttrycket av Pdgfb och Il6 (fig. 5c), tyder dessa resultat på att LA1 kan stimulera proinflammatoriska immunsvar som kan hämma tumörtillväxten in vivo. För att bedöma effekterna av LA1 på tumörassocierade makrofager in vivo isolerades tumörassocierade makrofager10 , behandlades med LA1 före och samimplanterades med LLC-tumörceller. LA1-behandlade makrofager hämmade fullständigt tumörtillväxten (fig. 5d, e) även om LA1 inte hade någon direkt effekt på LLC eller makrofagernas livskraft (fig. 5e, f). Även om LA1 inte hade någon effekt på CL66-Luc brösttumörcellstillväxt in vitro (kompletterande figur 9b), minskade LA1 kraftigt tumörtillväxten i syngeneiska, ortotopiskt implanterade CL66-Luc brösttumörer mer effektivt än taxol (fig. 5g). LA1 samverkade också med bestrålning för att undertrycka tillväxten av CL66-Luc brösttumörer (Fig. 5h) och undertryckte tillväxten av ortotopiska, humana MDA-MB-231 bröst xenograft-tumörer (Fig. 5i). Viktigt är att LA1 hämmade tumörtillväxten hos murina LLC-lungetumörer hos WT-möss men inte hos Itgam-/–möss, vilket tyder på att LA1 verkar genom integrin CD11b för att undertrycka tumörtillväxten (fig. 5j, k).

Då LA1-behandling ökade närvaron av MHC-II + makrofager, som typiskt sett anses vara immunkompetenta, och minskade närvaron av CD206 + makrofager, som typiskt sett anses vara immunsuppressiva, i LLC- och CL66-Luc-tumörer (kompletterande figur 9c-d), tyder våra studier på att LA1 repolariserar tumörassocierade makrofager. Följaktligen fann vi att LA1 hämmade uttrycket av S100A8 och MMP9 i CD11b+-celler i LLC-tumörer och även hämmade uttrycket av Arginase1, S100A8 och MMP9 i CL66-Luc-tumörer (kompletterande figur 9e-f). Eftersom dessa proteiner är markörer för pro-tumorala makrofager tyder dessa studier tillsammans på att LA1 sannolikt hämmar tumörtillväxt genom att repolarisera tumörassocierade makrofager. Faktum är att LA1-behandling ökade närvaron av CD8 + T-celler i både LLC- och CL66-Luc-tumörer (kompletterande figur 10a-c). Vi observerade också att LA1-behandling förändrade neovaskulariseringen i tumörer genom att minska antalet SMA + blodkärl (Fig. 5l). Genom att förstärka den proinflammatoriska immunprofilen i tumörer och hämma vaskulär normalisering i tumörer, förändrade den småmolekylära CD11b-agonisten LA1 påtagligt makrofagpolarisering, ökade rekryteringen av CD8+ T-celler till tumörer och hämmade tumörprogressionen i musmodeller av murin och human cancer.

Lämna en kommentar