がんの幹性と免疫の出会い：メカニズムから治療まで（パート1）

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がん幹細胞（CSC）は、自己複製を促進する細胞です腫瘍の開始、転移を促進し、強化するがん治療抵抗性。 多くの種類の癌にわたるトランスクリプトミクス分析により、幹性と免疫署名、潜在的に癌のそのような特徴的な特徴間の生物学的相互作用を意味します。 新たな実験的証拠により、腫瘍随伴マクロファージ、骨髄由来抑制細胞、T細胞などの免疫細胞に対するCSCの影響が、腫瘍微小環境において実証されており、相互に、CS​​C幹細胞性とその生存を維持する上でのそのような免疫細胞の重要性が実証されています。適所。 このレビューでは、CSCと免疫細胞の間の共生相互作用の根底にある細胞および分子メカニズムとその方法について説明します。異型シグナル伝達は腫瘍を促進する生態系を維持し、この共依存を傍受する治療戦略に情報を提供します。

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前書き

がん幹細胞（CSC）パラダイムは急性骨髄性白血病（AML）、幹細胞のような再生能力と強力な腫瘍開始能力を有する低分化CD34 * / CD387細胞の亜集団を同定した（Lapi-dot et al、1994）。 それ以来、これらの生物学的特性を備えた癌細胞は、黒色腫や、脳、乳房、結腸、甲状腺、膵臓、前立腺、肝臓、肺、卵巣、頭頸部、胃の癌を含む、事実上すべての固形腫瘍で検出されています（Turdo et al 、2019）。 CSCの臨床的および生物学的重要性は、幹細胞の特徴と生存率の低さの間の正の相関関係によって強化されています（Ben-Porath et al、2008）。 CSCは正常な幹細胞と特性と表面マーカーを共有しますが（Turdo et al。、2019）、多くの腫瘍タイプに共通のユニークなパターンを持つ特定の変更されたシグナル伝達経路を介して更新能力を維持します（図1）。 たとえば、乳癌CSCは、CD44標準スプライスアイソフォーム（CD44s）活性化血小板由来成長因子受容体（PDGFR）/シグナルトランスデューサーおよび転写活性化因子3（STAT3）、フォークヘッドボックスC1（FOXC1）活性化ソニックヘッジホッグ（ SHH）、およびスフィンゴシン-1-リン酸（S1P）/ S1PR 3-活性化NOTCH経路（Han et al、2015; Hirata et al、2014; Zhang et al、2019b）。神経膠腫や結腸がん、胃がん、前立腺がんなどの他の種類のがんは、CD 133-を介したホスファチジルイノシトール-3-キナーゼ（Pl3K）/プロテインキナーゼB（AKT、ロイシンリッチGタンパク質-結合受容体5（LGR5）を介したWNT /-カテニンおよびスペックル型POZタンパク質（SPOP）を介したNANOG経路（Morgan et al。、2018; Wang et al。、2010b、2019a; Wei et al。、2013; Zhang et al。、2019c）。このようなCSC関連パターンは、高度な生物学的複雑性と腫瘍タイプの特異性を信じています。

CSCの特徴的な特性は十分に確立されており、自己複製、クローン腫瘍の開始能力、クローンの長期的な再増殖の可能性、および幹と非幹の状態間の可塑性が含まれます（Plaks et al。、2015）。 この可塑性は、CSCが治療の混乱や、腫瘍の進化を通じて腫瘍微小環境（TME）の絶えず変化する生物学的ストレスに直面しても適応し、生き残ることを可能にするため、特に関連性があります（Agliano et al。、2017; Hatina、2012; Mülleretal。、2020; Plaks et al。、2015）。 機械論的に、腫瘍の開始、転移、および治療抵抗性におけるCSCの役割は、がん細胞TMEの宿主細胞（Ayob and Ramasamy、2018; Plaks et al、2015）では、CSC生物学を推進する分子と経路が、複数の癌の特徴に影響を与えることがよくあります（図1）。 たとえば、CSCの腫瘍開始能は、転写因子の性決定領域Y-box 2（SOX2）によって駆動される幹細胞性に関連しており、増殖、生存、浸潤の癌の特徴を支配する遺伝子もアップレギュレートします（Boumahdi et al 。、2014; Zhou et al、2009）転移の特徴の場合、幹細胞の特徴は転移傾向の増強と正の相関があります（Ayob and Ramasamy、2018）; さらに、多様なCSC経路および関連する生物学的プロセスは、上皮-間葉移行（EMT、骨髄細胞からのエキソソーム産生の刺激およびニッチ由来因子のアップレギュレーション）を誘導することにより、転移プロセスの各ステップ（播種から転移ニッチ形成、遠隔臓器成長まで）に貢献します、それぞれインスリン様成長因子-1（IGF -1）およびインターロイキン（L）-6など（Agliano et al。、2017; Ayob and Ramasamy、2018; Shiozawa et al 、2013）実際、実験的および臨床的証拠は、原発腫瘍のCSCが遠位部位に播種してコロニーを形成し（de Sousae Melo et al。、2017）、浸潤前線でのCSCの位置​​が患者の生存と負の相関関係にあることを示しています（Kodamaet al。、2017最後に、治療抵抗性に関して、CSC経路は薬物代謝を支配するシグナル伝達分子を変化させます（例えば、増加するATP結合カセットトランスポータータンパク質の高発現薬物流出速度）、EMT（例、SOX2の増加、オクタマー結合転写因子4 [OCT4]、NANOG発現）、および代謝再プログラミング（例、グルコーストランスポーター1の増強、酸化的リン酸化、および活性酸素種活性; Ayob and Ramasamy、2018 ）。 CSCの表現型の可塑性は、細胞周囲、内皮細胞、および線維芽細胞に分化転換する能力を介して、追加の癌の特徴に寄与する可能性があり、したがって、腫瘍血管新生、幹細胞ニッチの発達、および炎症に寄与する（図1; Cheng et al、2013; Dongre and Weinberg、2019; Huet al。、2016; Nair et al。、2017; Ricci-Vitiani et al。、2010; Wang et al。、2010a）。 この可塑性は、「分化した」癌細胞が未成熟なCSC状態を再採用する能力にも反映されています。これは、骨髄由来サプレッサーである腫瘍関連マクロファージ（TAM）を含むTMEから発せられるシグナルによって刺激される脱分化プロセスです。細胞（MDSC）、T細胞、癌関連線維芽細胞（CAF）、およびその他の免疫細胞（Plaks et al。、2015）。 最も注目すべきは、CSCと免疫細胞の強いつながりが偏りのないプロファイリング研究によって証明され、21種類の固形腫瘍全体で癌細胞の幹細胞性と抗腫瘍免疫の兆候との間に強い負の相関関係があることを示しています（Miranda et al、2019）。 具体的には、幹細胞性の増加は、CD8プラスT細胞、ナチュラルキラー（NK）細胞、B細胞などの抗がん免疫細胞の減少、および浸潤性マクロファージの分極の増強と関連していました（Miranda et al、2019）。 同様に、癌ゲノムアトラス（TCGA）および組織マイクロアレイ分析により、癌細胞の幹細胞性は固形腫瘍の活性化CD4plusおよびCD8plus Tcellsと負の相関関係があることが明らかになりました（Hou et al。、2019; Malta et al、2018）。

ヒトの癌におけるこれらのインシリコの発見は、ヒトの癌の様々なマウスモデルの研究からの新たな実験的発見とよく一致している。 黒色腫におけるCSCの割合は、使用される特定の免疫力が低下したマウス系統に依存することが示されており、CSCの調節における免疫系の重要な役割を示唆しています（Quintana et al。、2008）。 一方、CSCは、免疫細胞の調節によって特定のTMEを形成することができます。 たとえば、CSCマーカーおよび制御性ダブルコルチン様キナーゼ1（Westphalen et al。、2014）の発現は、TAMおよび制御性T細胞（T-reg細胞）の存在量およびCD8とT細胞を阻害する因子の発現上昇と正の相関があります。活動（Wu et al、2020）。 癌細胞の原形質膜に発現するCKLF様MARVEL膜貫通ドメイン含有6は、WNT /-カテニン経路を介してCSC幹細胞性を増強し、プログラムされたデスリガンド1（PD-L1）アップレギュレーションを介して抗腫瘍免疫を抑制します。頭頸部扁平上皮癌（SCCHN）（Chen et al。、2020a）、黒色腫、乳癌（Burr et al、2017; Mezzadraetal。 、2017）。 脂肪質量および肥満関連タンパク質（FTO）は、A度のデメチラーゼであり、AMLで過剰発現しています。 FTOを阻害すると、白血病幹細胞の幹細胞性が損なわれ、LILRB4（白血球免疫グロブリン様受容体サブファミリーBメンバー4）などの免疫チェックポイント遺伝子が抑制され、AML細胞がT細胞を介した細胞毒性に感作されることで免疫応答が再プログラムされます（Suet al、2020）。 同様に、AMLの単一細胞RNAシーケンシング（RNA-seq）分析により、幹細胞性関連遺伝子と骨髄性プライミング遺伝子を共発現する幹様AML細胞の亜集団が明らかになりました（vanGalen et al、2019）。 さらに、細胞間で積荷を運ぶCSC由来のエクソソーム（Mathieu et al、2019）は、抑制性好中球の生存を促進して結腸癌の増殖を促進することができます（Hwang et al、2019）。 この共有された幹細胞性と免疫転写プロファイルは、ナチュラルキラーグループ2のメンバーである白血病幹細胞を定義するDligandsの欠如が、NK細胞を介した免疫監視からの選択的脱出に寄与するという最近の発見と一致しています（Paczulla et al。、 2019）これらの免疫細胞に加えて、CAFとCSCとの相互作用も重要です腫瘍形成と治療抵抗性（Chan et al、2019）。 一緒に、これらの調査結果は、多くの腫瘍タイプにわたるCSC生物学と腫瘍免疫を支配する分子とメカニズムの間の密接な関係を強調しています。

要約すると、翻訳および実験の証拠の増加は、CSCおよび免疫細胞、特に骨髄細胞（TAMおよびMDSC）およびT細胞の無数の相互作用および絡み合った腫瘍生物学的役割を強調しています。 このレビューは、分子クロストークの現在の知識と、癌の特徴に対するこれらの共生相互作用の機能的影響をまとめたものです。 骨髄細胞に関しては、TAMとMDSCを個別に強調していますが、T細胞を介した抗腫瘍免疫を抑制するために、同じ起源の細胞と同様の機能を共有しています（Engblom et al。、2016）。 これらの新たな洞察は、特定の腫瘍タイプでこの動的回路を破壊する新しい抗がん治療戦略の開発のためのロードマップを提供します。

CSC-TAMクロストーク

マクロファージ生物学に対するCSCの影響

CSCを含むTMEのさまざまな細胞型によって分泌される因子は、TAMを動員して極性化することが知られています（Chen et al。、2017,2019a、2020b; Colegio et al、2014）。 これらのTAMは、造血幹細胞および前駆細胞に由来する、骨髄由来マクロファージ（BMDM）および局所組織に存在するマクロファージ（例えば、脳のミクログリア、肝臓のクプファー細胞、および肺の肺胞マクロファージ）から供給されます。それぞれ胚組織（例えば、ミクログリアの卵黄嚢とクプファー細胞および肺胞マクロファージの胎児肝臓）への播種（図2; Pathriaet al。、2019）TAMの動員は、CCモチーフケモカインを含むさまざまなケモカインによって促進されますリガンド2（CCL2）、CCL3、CXCモチーフケモカインリガンド14（CXCL14）、およびリシルオキシダーゼ（LOX）は、TME内の癌細胞、マクロファージ、およびその他の間質細胞によって分泌されます（Chen et al。、2019a; Pathria et al。、2019; Wei et al。、2020.増加する証拠は、CSCがさまざまな癌の異なる分子とメカニズムを介してマクロファージとミクログリアの浸潤にも寄与することを示しています（図2;表1）。注目すべきことに、これらのケモカインのいくつかは特にCSCによって生成されます。 TAM浸潤の調節におけるCSCのユニークな役割を強調しています。 たとえば、ペリオスチン（POSTN）は、膠芽腫（GBM）および胆管癌（CCA）のCSCによって優先的に発現および分泌され、xvB3インテグリンとの結合を通じてBMDMを動員します（Zeng et al。、2018; Zhou et al。、2015）。

CSCの遺伝的および後成的変化は、ケモカイン産生を調節します。 たとえば、GSCおよび神経幹細胞におけるPTEN欠損症またはAKTの過剰発現は、LOXおよびCXCL12Bをアップレギュレートし、それぞれ1つのインテグリン（Chen et al。、2019a）およびCXCモチーフケモカイン受容体4（CXCR4）（Chia et al。、2018）を介してTAMを動員します。 Nf1loxneoから分離された光学GSC。 GFAP-Cre低悪性度神経膠腫マウスモデルはCX3CL1とCCL5を分泌してミクログリアを動員し、この効果はPtenの喪失によってさらに増幅されます（Guo et al、2019b）。 同様に、ヒトGSCのF1欠損は、マクロファージとミクログリアの浸潤を促進する可能性がありますが、NF 1-によって調節されるケモカインは不明です（Wang et al、2017）。多くの腫瘍タイプでは、上皮成長因子受容体（EGFR）の増幅変異はCSCの幹細胞性とマクロファージの動員を促進する可能性があります（An et al、2018; McCann et al、2018; Rutkowska et al、2019）。 肝臓癌では、EGFR / AKTの活性化により、CSCのyes関連タンパク質（YAP）/ TEAドメインファミリーメンバー（TEAD）転写因子複合体が活性化され、マクロファージ動員因子CCL2およびマクロファージコロニー刺激因子（M-CSF）がアップレギュレートされます。 （Guo et al.2017）。 非小細胞肺癌（NSCLC）では、変異型EGFRの輸送と発癌活性に必要なデユビキチナーゼであるユビキチン特異的プロテアーゼ17の増加（McCann et al。、2018）により、癌細胞の幹細胞性が増加し、マクロファージの浸潤がアップレギュレートされます。腫瘍壊死因子（TNF）-a、IL -1、およびIL -6を含むサイトカインの産生の増加（Lu et al。、2018）。 膀胱癌では、ヒストン修飾遺伝子リジン（K）特異的デメチラーゼ6A（KDM6A）の機能喪失型変異が、CSCの幹細胞性と、IL -6およびCCL2の分泌を促進し、マクロファージの動員を増加させます（Kobatake et al。、2020）。 GBMでは、5％の症例で増幅されたエピジェネティックおよび概日レギュレーターである概日運動出力サイクルkaput（CLOCK）が、GSCの幹細胞性と、ミクログリアをTME（ Chen et al。、2020b）。 最後に、注意が必要です。多くの研究でマクロファージ浸潤へのCSC由来因子の関与が確立されていますが、特定のCSC遺伝子型とその固有のTMEにより、その逆も観察されています。 たとえば、肺がんからのTP 53-変異およびシスプラチン耐性CSCは、TMEへのマクロファージ浸潤を阻害します（Xu et al。、2019）。

TAMの動員を刺激することに加えて、CSCはこれらのマクロファージの生物学的状態に影響を与える可能性があります。 マクロファージは、抗腫瘍表現型から前腫瘍表現型までの範囲の表現型のスペクトルを示すことが知られています（以前はM1およびM2と呼ばれていました; Pathria et al。、2019）。 マクロファージが腫瘍に浸潤すると、通常、腫瘍前表現型、ケモカイン（例、IL-4およびIL-13）および代謝物（例、乳酸塩）によって駆動されるプロセスに向かって分極します。 TMEの癌細胞と宿主細胞の両方から（Chen et al。、2017; Colegio et al。、2014; Qian and Pollard、2010）。 いくつかの証拠は、CSCがマクロファージの抗腫瘍性極性化をさらに誘発する可能性があることを示しています。 まず、CSCと共培養すると、腫瘍随伴マクロファージマーカー（CD206、IL -10、アルギナーゼ1など）がアップレギュレートされますが、抗腫瘍マクロファージマーカー（TNF-、一酸化窒素合成酵素2など）はアップレギュレートされます。 NOS2]、およびCD 86）はダウンレギュレートされています（Deng et al、2015）。 第二に、CSCは、腫瘍形成促進表現型への分極を誘発するさまざまな可溶性因子を分泌する可能性があります（図2;表1）。 たとえば、Wnt誘導シグナル伝達タンパク質1（WSP1）が優先されます-GBMのGSC​​によってタリー分泌され、マクロファージ上のx6 1インテグリン/AKT経路の活性化を通じて前腫瘍TAMの生存を促進します（Tao et al、2020）。 同様に、CSC由来のIL-6およびIL-10は、卵巣がん（Raghavan et al、2019）、膀胱がん（Kobatake et al、2020）、GBM（Kobatake et al、2020）の腫瘍促進表現型に向けてTAMを歪める可能性があります。 Wu et al、2010; Yao et al。、2016）、および乳がん（Weng et al、2019）分泌因子に加えて、GSCは真核生物開始因子2、哺乳類のラパマイシン標的（mTOR）、およびエフリンを含むエキソソームを放出します単球膜の本拠地であり、マクロファージの腫瘍促進性分極を促進するBシグナル伝達経路（Gabrusiewiczet al、2018）。 最後に、GBMの腫瘍壊死の状況では、「autoschizis-like product」として定義されるGSC由来の粒子がTAMに飲み込まれ、TAMがL -12をアップレギュレートして、これらのTAMを抗腫瘍に向けて極性化します。表現型（Tabu et al、2020）。 したがって、CSCはマクロファージの極性化を促進するさまざまな製品を分泌します。