Dnr 2020/Ht20
Cancercellernas mikromiljö är en måltavla för att behandla
cancer
Av Alexandra Isa
Fördjupningsprojekt i farmaceutisk biokemi, 15 hp, Ht. 2020 Handledare: Ola Söderberg
Examinator: Maria Norlin
Institutionen för farmaceutisk biovetenskap Avdelningen för farmaceutisk biokemi
Uppsala universitet Farmaceutiska fakulteten
Innehållsförteckning:
Abstract……….... 3 1. Populärvetenskaplig sammanfattning………...4 2. Inledning……….5-8
2.1. Från en normal cell till en cancercell och geners inverkan…………...……….5 2.2. Cancer utvecklas i olika faser………....5-6 2.2.1. Cancercellernas mikromiljö och hur det fungerar………..6-7 2.2.2. Läkemedel för behandling av cancer och resistans………8 3. Syfte………8 4. Metod………8-9 5. Resultat……….9-15
5.1. Kommunikationen mellan cancercellerna och fibroblasterna gynnar cancercellens tillväxt och spridning………..9-11 5.2. Inhibering av kommunikation mellan cancercellen och endotelcellen kan bli en ny
behandling för cancer……….11-12
5.3. Kommunikation mellan immunförsvarsceller och cancerceller gynnar
cancercellens tillväxt………...………..12-15
6. Diskussion………...15-18 7. Slutsats………....18 8. Referenser………..………...19-20
Abstract
Cancer är en sjukdom som idag är en av största dödsorsakerna. I mikromiljön finns det bland annat immunförsvarets celler, endotelceller och fibroblaster. Det är en komplex miljö där signalvägar kan stimulera tillväxten hos cancercellen. Syftet med denna studie är att analysera hur cancercellernas mikromiljö ser ut och hur cancercellerna och de ”normala cellerna” kommunicerar med varandra som gynnar cancercellen. Finns det några idéer om framtida behandlingar som påverkar kommunikationen mellan de ”normala cellerna” och
cancercellerna. Metoden som tillämpades var en systematisk litteraturöversikt som använde data från originalartiklar för att kunna besvara syftet. PubMed användes som databas och sökorden som användes var bland annat micro environment.
Resultatet visade att signalvägar är en process för cancercellen att växa. Det fanns olika behandlingar för att inhibera kommunikationen, och några av dessa var interleukin-1 receptor antagonist (IL-1RA) och interleukin-6 neutraliserad antikropp (IL-6 neutraliserad antikropp). Behandlingen av IL-6 neutraliserad antikropp bidrog till att interleukin-6 (IL-6) som
utsöndrades från cancerassocierade fibroblaster (CAF) inte kunde binda till sin receptor som ledde till att cancercellens tillväxt inhiberades.
Det som var gemensamt för hela studien var att cancercellens mikromiljö kunde vara en måltavla för att behandla cancer. Detta genom att inhibera olika signalmolekyler som utsöndras från både cancercellen och de ”normala cellerna”.
1. Populärvetenskaplig sammanfattning
Cancer är idag en sjukdom som många människor drabbas av och har ökat under den senaste tiden. Miljön runt cancercellerna kallas för mikromiljö och det bidrar till att cancerceller kan kommunicera med andra celler i miljön som är de ”normala cellerna” för att utveckla sin spridning och tillväxt. Syfte med denna studie är att undersöka om miljön runt cancercellen kan vara ett mål för att behandla cancer. Detta betyder att under studiens gång ska det undersökas hur cancercellen och de ”normala cellerna” kommunicerar med varandra som hjälper cancercellen att växa. Det som är intressant med denna studie är att se om det finns nya idéer om framtida behandlingar för sjukdomen cancer som många människor lider av och även avlider av.
Under studiens gång har det undersökts om man kan finna nya behandlingar utifrån miljön runt cancercellen. I denna studie diskuterades det många olika sätt att blockera cancercellens tillväxt. En av dessa behandlingar kallades för interleukin-1 receptor antagonist som förkortas till (IL-1RA), som blockerade cancercellens tillväxt. En annan typ av behandling som också blockerade cancercellens tillväxt kallades för interleukin-6 neutraliserad antikropp som förkortas till (IL-6 neutraliserad antikropp).
Studien visade att miljön runt cancercellen som består av kroppens ”normala celler” såsom immunförsvarets celler, endotelceller och fibroblaster har en stor betydelse för att
cancercellen ska kunna sprida sig och växa. Denna studie har undersökt miljön runt cancercellen men det finns säkert många andra sätt som hjälper cancercellen att växa och därför är det av behov att fortsätta undersöka om cancercellen för att besegra sjukdomen.
2. Inledning
2.1. Från en normal cell till en cancercell och geners inverkan
För att cellerna ska kunna föröka sig använder de sig av en process som kallas för celldelning. Cellerna som finns i kroppen kommer efter en viss tid att dö och därför är det viktigt att de ersätts med nya celler. Det är gener som styr celldelningen genom att generna signalerar när celldelningen ska börja och när den ska avslutas (1177 vårdguiden, 2019a). Generna som styr celldelningen blir muterade och på detta sätt kan cancer uppstå. Mutationer som ger upphov till cancer undantar apoptos och att celldelning stoppas. Detta leder till att cellen kommer dela sig obegränsad (Cancerfonden, 2019).
Det finns två typer av gener som kan leda till cancer, och dessa är onkogener och
tumörsuppressorgener. Skillnaden mellan dessa är att onkogener stimulerar tillväxt hos cellen, och när den blir muterad omvandlas den till malign celltransformation medans
tumörsuppressorgener vid mutation leder till en ohämmad tillväxt (Karolinska institutet, nd 1a; karolinska institutet, nd 1b). Genetiska händelser såsom somatiska mutationer leder till att en normal cell utvecklas till en cancercell. När det uppstår en mutation så blir cellerna
oberoende av signaler utifrån och det finns en tillväxtfördel som gör att cellerna blir fler. För att onkogenprocessen ska fungera är somatiska mutationer en central faktor då en tumör inte kan uppstå utan dem (Luzzatto, 2009).
2.2. Cancer utvecklas i olika faser
Cancer brukar delas in i fyra faser där den första fasen kallas för dysplasi, andra fasen cancer in situ, den tredje fasen invasiv cancer och fjärde fasen metastaserade cancer. I dysplasi fasen kommer cellens ursprungliga funktion tappas och utseendet hos cellen förändras. I den andra fasen kommer cellerna utvecklas från att vara en normal cell till en cancercell. Det är kvar i samma ställe, alltså de sprider sig inte. I den tredje fasen kommer cellerna sprida sig till andra organ och kroppsvävnad. Cellerna i denna fas har förändrats mycket (Figur 1) (1177
vårdguiden, 2020). I den fjärde och sista fasen kommer cancercellen sprida sig till olika organ i kroppen och bilda dottertumörer som kallas för metastaser (Figur 2). Hela denna process sker genom blodkärlen (Faubert et al., 2020). Cancerceller är celler som kan anpassa sig till miljön runt omkring för deras egen nytta. Det finns två faktorer som leder till att en cancercell sprider sig. Det första är att cancercellen kan göra sig osynliga för immunförsvaret genom att anpassa sig till miljön som leder till att den vilar under längre tid. Den andra faktorn är att metastaser kan gå ut och växa som aggressiva och dödliga celler (Jiang et al., 2019).
Figur 1. Cancercellens tre faser som den genomgår visas i bilden. Där cancercellen först förökar sig och blir fler. Sedan så delar de på sig oftare och det syns tydligt att det blir som en knöl. Efter det kommer de tränga sig in i organ och kroppsvävnad (1177 vårdguiden, 2020).
Figur 2. Cancercellens sista fas som den genomgår visas i bilden, där cancercellen med hjälp av blodkärlen tar sig till andra delar av kroppen. När det tar sig till andra delar av kroppen så bildas det dottertumörer som också kallas för metastaser (1177 vårdguiden, 2020).
2.2.1. Cancercellernas mikromiljö och hur det fungerar
Cancercellerna är beroende av de ”normala cellerna” som finns runt deras omgivning då det genom kommunikation kan växa och sprida sig. De ”normala cellerna” som mikromiljön består av är bland annat fibroblaster, immunförsvars celler och endotelceller. Mikromiljön som cancercellen är omgiven av har stor betydelse för cancercellens tillväxt och spridning. Cancer är som ett sår som immunförsvarets celler försöker läka (Quail & Joyce, 2013). En del av immunförsvaret består av flera olika celler som kallas för myeloida celler. Myeloida celler är immunceller som till exempel består av makrofager, dendritceller och granulocyter. Det finns även en del av immunförsvaret som kallas för lymfoida immunförsvaret som består av B-celler, T-celler och NK-celler. T-cellsvar kan regleras av myeloida celler som leder till immunitet. Cancercellernas tillväxt utnyttjas av myeloida cellerna då de kan producera
inflammatoriska mediatorer såsom interleukin-6 (IL-6) och tumörnekrosfaktor- alfa (TNF- α). Inflammatoriska mediatorer kan leda till att cancercellerna sprider sig (figur 3). Interleukiner
är cytokiner som cancercellen använder sig av för att skapa en tumörmikromiljö och dessa är bland annat interleukin-8 (IL-8), IL-6, interleukin-4 (IL-4), interleukin-2 (IL-2) och
interleukin-10 (IL-10). Dessa interleukiner leder till att cancercellen och de ”normala”
cellerna i mikromiljön kan kommunicera med varandra som i sin tur leder till att cancercellen växer (Awad et al., 2018). Makrofager som är en av immunförsvarets celler kan skicka signaler såsom cytokiner till cellerna för att de ska kunna dela sig för att såret ska läka, men cancercellerna kan också ta emot dessa signaler vilket leder till att den delar på sig och då växer. Det finns olika typer av makrofager såsom m1 och m2. M1 känner igen den
främmande antigenen som cancerceller kan ha, detta leder till att m1 utsöndrar cytokiner för att aktivera immunförsvaret. M2 däremot skickar ut cytokiner som ger en antiinflammatorisk reaktion och hjälper då cancercellen att växa (Quail & Joyce, 2013). Det kan också vara omvänt genom att immunförsvaret kan omprogrammeras genom att cancercellerna skickar ut signalmolekyler såsom hormoner, cytokiner och kemokiner så att de inte angriper
cancercellen. Dessa signalmolekyler leder till att cancercellen och immunförsvarets celler kommunicerar med varandra. Syre och näring är faktorer som cancercellen är i behov av. I en process som kallas för angiogenes kan cancercellerna skicka signalmolekyler till de
blodkärlbildande endotelcellerna som finns runt om cancercellen. Endotelceller kommer då bilda nya blodkärl. Detta tyder på att genom kommunikation så kan cancercellen växa
(cancer.se, 2020). En annan celltyp som finns i mikromiljön är fibroblaster och deras funktion är att ge stadga åt vävnad och organ. Fibroblaster kan aktiveras av cytokiner eller
tillväxtfaktorer som skickas från cancercellerna vilket leder till att fibroblasterna omvandlas till cancerassocierad fibroblaster (CAF). CAF förstärker då metastasen hos maligna och premaligna cancerformer som gör att de växer (Quail & Joyce, 2013). Dessa strategier som beskrivs ovan kan användas av cancercellen för att föröka sig och kommunikation med celler i dess omgivningen gör detta möjligt. Därför kan mikromiljön vara en ny strategi för att behandla cancer.
Figur 3. Cancercellerna skickar ut signalmolekyler såsom IL-4, IL-6, och IL-8 för att omvandla myeloida celler till immunsuppressiva celler. Detta leder till att myeloida celler kommer genom att utsöndra tillväxtfaktorer och cytokiner bidra till olika aktiviteter såsom metastasering, kronisk inflammation och cancercellens tillväxt (Awad et al., 2013).
2.2.2. Läkemedel för behandling av cancer och resistans
För att behandla cancer så finns det en grupp läkemedel som kallas för cytostatika.
Cytostatika är ett läkemedel som dödar tumörcellerna och deras uppgift är att bota sjukdomen, ge symtomlindring och öka överlevnaden hos patienterna. De nackdelar som finns vid
användning av cytostatika är att det inte endast ger effekt på cancercellen utan även på normala vävnader (Läkemedelsboken, 2015). De biverkningar som kan uppstå vid
användning av cytostatika är bland annat trötthet, koncentrationssvårigheter och patienter kan tappa hår. Vissa cytostatika gör att cancerceller inte förökar sig och andra cytostatika leder till att cancercellen förstör sig själv. Det positiva med cytostatika läkemedel är att det finns flera olika sorter som kan användas samtidigt eller efter varandra som ger en starkare effekt. Hur avancerad cancercellen är och antalet på de har betydelse för effekten av cytostatika.
Cytostatika är en av behandlingarna som finns mot cancer men eftersom de finns biverkningar och vissa cancerceller kan motstå läkemedlet så är det relevant att hitta nya behandlingar för sjukdomen (1177 vårdguiden, 2019b). Mikromiljön kan vara orsaken till att
läkemedelresistans utvecklas. Det har visat sig att fibroblasttillväxtfaktorn-2 (FGF2) kan vara en faktor som förmedlar resistansansen mot antiöstrogen som finns i bröstcancer (Shee et al., 2018). Detta tyder på att mikromiljön kan vara orsaken till att bröstcancercellerna blir
resistenta mot läkemedel för bröstcancer. Därför har man kommit fram till att resistans kan minskas genom att hämma FGF2 signaleringen. Det är därför viktig att analysera om mikromiljön för att hitta nya behandlingar för sjukdomen.
Det som har analyserats under uppsatsens gång är av värde eftersom cancer är en sjukdom som flertal människor drabbas av och är därför viktigt att analysera hur cancercellerna och de ”normala cellerna” kommunicerar med varandra. Genom att inhibera kommunikationen kan det hittas en optimal behandling. Att hitta nya behandlingar behövs, där mikromiljön skulle kunna vara en måltavla för att kunna behandla cancer.
3. Syfte
Syftet med detta litteraturarbete är att analysera hur cancercellernas mikromiljö ser ut och hur cancercellerna och de ”normala cellerna” kommunicerar med varandra som gynnar
cancercellen. Finns det några idéer om framtida behandlingar som påverkar kommunikationen mellan de ”normala cellerna” och cancercellerna.
4. Metod
Uppsatsen var ett litteraturarbete som var uppbyggd i en systematisk litteraturöversikt. Databasen som användes var PubMed där vetenskapliga originalartiklar hittades och granskades. Sökorden som användes för att hitta artiklar var T cell blockade, malignant mesothelioma, micro environment, cancer, NK, macrophage, cancer-associated fibroblasts, interleukin-6, α-SMA, angiogenesis, VEGF, inhibitors, tumor cells, tumorigenesis och
fibroblasts. Det användes inklusions och exklusionskriterier för att begränsa sökningen, för att kunna gå igenom alla artiklar som fanns. De exklusionskriterier som användes var artiklar som var review, artiklar som hade ett annat språk än engelska och artiklar som inte var fullformat. De inklusionskriterier som användes var full text, engelska och artiklar mellan 2010–2020. Från de vetenskapliga artiklarna lästes sammanfattningen och om det var relevant för syftet placerades de under urval 1. I urval 2 placerades artiklar som var original och inte review. I urval 3 placerades artiklar som svarade på syftet.
Tabell 1: Tabellen visar databasen PubMed som användes. Tabellen visar vilka sökord som användes och antalet träffar som uppkom, även antal träffar i urval 1, 2 och 3 visas i tabellen. Sökningen uppdaterades den 13/01–21.
Databas Sök # Sökord Träffar Urval 1 Urval 2 Urval 3 PubMed 1 T cell blockade AND
malignant mesothelioma
19 6 3 1
PubMed 2 Micro environment AND cancer AND NK
14 10 5 1
PubMed 3 Macrophage AND
cancer AND micro environment 75 5 2 1 PubMed 4 Cancer-associated fibroblasts AND interleukin-6 169 8 2 2 PubMed 5 Cancer-associated fibroblasts AND cancer AND α-SMA
288 10 2 1
PubMed 6 Angiogenesis AND cancer AND micro environment
68 4 2 1
PubMed 7 Angiogenesis, VEGF, inhibitors, cancer, tumor cells, tumorigenesis
246 10 3 1
5. Resultat
5.1. Kommunikationen mellan cancercellerna och fibroblasterna gynnar cancercellens tillväxt och spridning
I en studie av Zhang och medarbetarna undersöktes cancercellernas mikromiljö, där det finns celler som kallas för fibroblaster och dessa celler ger stadga och struktur åt vävnad och organ (Zhang et al., 2020a). Fibroblaster tillsammans med andra celler såsom inflammatoriska celler och glatta muskulatur celler bildar en stroma som gynnar cancercellen. Fibroblaster
aktiverades och omvandlades till CAF, vilket identifierades av α-glatt muskelaktin (α-SMA) och vimentin. Östrogen från cancercellernas mikromiljö aktiverade CAF att utsöndra IL-6, vilket gynnade cancercellens tillväxt. Studien utfördes på patienter som hade magcancer och från uppsamlade vävnader isolerades CAF. Koncentrationer av östrogen som var 0 nM respektive 104 nM tillsattes till CAF och markerades med CAFs-CM och östrogen-CAF-CM. Resultatet visade att cellproliferationen ökade vid behandling av östrogen-CAF-CM jämfört med behandling av CAFs-CM. Detta tydde på att ökade koncentrationer av östrogen
stimulerade att CAF utsöndrade signalmolekyler såsom IL-6 till cancercellen vilket
resulterade till att cancercellens tillväxt gynnades. I studien såg man en ökning av IL-6 och CAF vid hög koncentration av östrogen vilket betydde att CAF aktiverades av de ökade koncentrationerna av östrogen (figur 4C). Cellmigreringen ökade vid båda koncentrationerna av östrogen men de ökade mer vid behandlingen av östrogen-CAF-CM. Därför undersöktes det om interleukin-6 neutraliserande antikropp (IL-6 neutraliserad antikropp) kan bli en ny behandling för att behandla cancercellen, då den resulterade till att IL-6 inte kunde binda till sin receptor och därför inte gynna cancercellens tillväxt. IL-6 neutraliserade antikroppen minskade invasion och cellmigrering i magcancercellerna. Det tyder på att hämning av signalering kan vara ett sätt för att behandla cancern på (Zhang et al., 2020a). I en annan studie av Ramos-vega och medarbetarna undersöktes patienter som hade diagnostiserats med skivepitelcancer i huvud och nacke (HNSCC) och därifrån samlades primära tumörer (Ramos-vega et al., 2020). Det framkom att α-SMA färgades i HNSCC, vilket indikerade på att CAF fanns närvarande. Detta tyder på att CAF kan bidra till att HNSCC bildas genom att CAF skickar kemokiner, cytokiner och tillväxtfaktorer såsom IL-6 till cancercellen som gynnar dess tillväxt. Det har visat sig att sjukdomen regleras av CAF. Genom att hämma CAFs aktivitet kan det uppkomma en ny behandling och detta genom att använda monoterapi, då cancercellen och CAF inte kan kommunicera med varandra vilket leder till ogynnsam tillväxt (Ramos-vega et al., 2020).
Figur 4C. Ökad koncentration av östrogen gav en ökad koncentration av signalmolekylen IL-6. Koncentrationen 104 nM fick man en koncentration av IL-6 som låg på 2000 pg/ml. Bilden visar olika koncentrationer av östrogen som leder till en ökning av IL-6 som skickas ut från CAF, som gynnar cancercellens tillväxt (Zhang et al., 2020a).
I en studie av Liu och medarbetarna framkom det att CAF kunde utsöndra IL-6 som hjälper cancercellen att växa (Liu et al., 2017). CAF tillsattes med olika IL-6 expressionsnivåer i olika grupper av musmodeller för att studera effekten av CAF som utsöndrar IL-6. I resultatet såg man att det endast var CAF som utsöndrade IL-6, men inte cancercellen. Det visade sig att ökad aktivitet av CAF ledde till ökad utsöndring av IL-6 som gjorde att cancercellernas tillväxt gynnades. Cancercellernas tillväxt gynnades genom att IL-6 rekryterar
immunsuppressiva celler men även att IL-6 försämrade CD8+ cellernas effekt som är mördar-
T-celler. Med hjälp av ELISA kunde man se IL-6 utsöndringsförmåga hos CAF, vilket visade sig att där det fanns närvaro av CAF som uttryckte IL-6 fanns det också snabbare tillväxt hos cancercellerna jämfört med andra cancerceller i subkutana musmodellen. CD8+ cellerna
minskade i tumören vid närvaro av IL-6 och då minskade även immunreglerade cytokinerna TNF-α och interferon-gamma (IFN-γ). Detta ledde till att CAF som utsöndrade IL-6 bidrog till en försämring av T-cellernas funktion och därför blockerades antitumörimmunitet. Därför testade studien att blockera IL-6 och då få antitumörimmunitet och synergierna med PD-L1
som är en anti-programmerad död 1-ligand. Genom att blockera IL-6 visade sig effekten av anti-PD-L1 öka, vilket är positivt då cancercellerna utnyttjar signalvägar med PD-L1 för att undertrycka immunförsvaret. Det framkom att anti-PD-L1 i kombination med IL-6 blockad kunde bli en ny behandling för cancer (Liu et al., 2017).
5.2. Inhibering av kommunikation mellan cancercellen och endotelcellen kan bli en ny behandling för cancer
I en studie av Gong och medarbetarna undersöktes tre olika typer av magcancercellinjer och dessa är MKN-45, NUGC-4 och AGS (Gong et al., 2018). Interleukin-1 receptor antagonist (IL-1RA) tillsattes till magcancercellinjer för att undersöka om IL-1RA kunde bli en ny behandling för att behandla sjukdomen cancer. I resultatet framkom det att interleukin-1α mRNA (IL-1α mRNA) fanns uttryckt i MKN-45 och denna kommer translateras till interleukin-1α (IL-1α). Detta resulterade till att det var endast cancercellen MKN-45 som utsöndrade IL-1α (figur 5). IL-1α förbättrade utsöndringen av vaskulär
endotelcellstillväxtfaktor (VEGF), vilket resulterade till att VEGF utsöndringen fanns bara uttryckt i magcancercellen MKN-45 och inte i NUGC-4 och AGS. Detta tydde på att det var magcancercellen MKN-45 som skickade ut signalmolekyler såsom IL-1α för att aktivera VEGF utsöndringen till blodkärlbildande endotelceller som finns i mikromiljön.
Endotelcellsutvecklingen stimulerades av VEGF/ IL-1α signalmolekylerna. Detta ledde till att endotelcellerna bildade nya blodkärl som gynnade cancercellens tillväxt och detta sker genom en process som kallas för angiogenes. Det framkom att utsöndringen av dessa signalmolekyler kunde hämmas genom IL-1RA som visade sig ha en blockerande effekt på VEGF/IL-1α utsöndringen av MKN-45. Detta resulterade till att cancercellen inte kunde sprida sig (Gong et al., 2018). I en studie av Zhang och medarbetarna undersöktes AT-533 och 17-AAG hämmande effekt hos endotelcelllinjer (HUVEC) och detta med hjälp av CCK-8-analysen (Zhang et al., 2020b). Studien har undersökt om AT-533 och 17-AAG kan bli en ny
behandling för sjukdomen. Det testades olika koncentrationer av AT-533 och 17-AAG för att se behandlingarnas effekt mot angiogenes. Det framkom att AT-533 kunde hämma tillväxten hos cancercellen, vilket 17-AAG inte kunde göra. AT-533 hämmade VEGF
endotelcellrörliknande strukturen, alltså hämmade angiogenes. Fosforylering av proteinkinas B (Akt) kommer utföra angiogenes och detta sker genom att VEGF utsöndras från
cancercellen till endotelcellen där VEGF binder till VEGF-receptor-2 (VEGFR-2). Detta leder till att cancercellens tillväxt främjas och då visade sig att behandling med AT-533 minskade tillväxten av HUVEC genom att hämma VEGF-inducerad HUVEC-rörbildning, som då inte kunde gynna cancercellen längre. AT-533 kunde även hämma angiogenes genom att blockera VEGFR-2. I resultatet framkom det att 17-AAG hade en mindre hämmande effekt på
rörbildning av VEGF-inducerande HUVEC än vad AT-533 hade, men de hade liknande effekt på invasion av VEGF-inducerande HUVEC. Det syntes att matrigel pluggarna blev mörkröda och fyllda med blodkärl när matrigel pluggarna utsattes för VEGF medans matrigel pluggarna blev ljusare vid användning av AT-533, vilket menas med att AT-533 hämmade bildningen av blodkärlen (figur 6B). AT-533 kan då bli en ny behandling utifrån cancercellens mikromiljö för att behandla sjukdomen cancer (Zhang et al., 2020b).
Figur 5. IL-1α mRNA fanns uttryckt i hög nivå i magcancercellen MKN-45. I resterande magcancercellerna såsom NUGC-4 och AGS fanns den inte uttryckt. IL-1α mRNA kommer translateras till IL-1α. Detta tydde på att det endast var MKN-45 som skickade ut signalmolekylen IL-1α (Gong et al., 2018).
Figur 6B. Matrigel pluggen var mörkröd och fylld med blodkärl när det fanns närvaro av VEGF men ingen närvaro av AT-533. Vid koncentrationerna 250 nM och 500 nM blev matrigel pluggarna ljusare vilket menas med att de hade hämmat bildningen av blodkärlen (Zhang et al., 2020b).
5.3. Kommunikation mellan immunförsvarsceller och cancerceller gynnar cancercellens tillväxt
I en studie av Anraku och medarbetarna undersöktes om kombination av immunbaserad terapi med kemoterapi kan vara en ny behandling för cancer och dessa är pemetrexed i kombination med Treg-blockad (Anraku et al., 2010). Cancercellerna kunde hjälpa till att sätta igång bildandet av CD4+ CD25+ regulatoriska T-celler vilket visade en ökning av tillväxten hos
cancercellen. Detta genom att CD25 är en receptor till IL-2 som i sin tur aktiverade
av cytotoxiska T-cellerna som är en del av immunförsvaret som mikromiljön består av, detta ledde till att cytotoxiska T-celler inte kunde angripa cancercellen. Treg-blockads effekt är att inhibera CD3+ CD4+ CD25+ regulatoriska T-celler, vilket då inte kommer kunna gynna
cancercellens tillväxt och det används som läkemedel när man har sjukdomen cancer.
Pemetrexed är en folsyrenatagonist som används tillsammans med Cisplatin för patienter med malignt pleuramesoteliom (FASS, 2020). I studien Anraku och medarbetarna användes en metod som kallas för ELISA för att mäta proteinnivåerna av IL-2, IL-10, transformerad tillväxtfaktor beta 1 (TGF-b1) och IFN-γ. Det användes ett kontroll test och jämförde det med anti-CD25 (PC61). Det visade sig att CD3+ CD4+ CD25+ regulatoriska T-celler som
behandlades med PC61 minskades signifikant jämfört med kontroll testet (figur 7A). Detta genom att PC61 är en antikropp som binder till CD25 som är en receptor. Detta leder till att IL-2 inte kommer kunna binda till receptorn, vilket hämmar regulatoriska T-cellernas
aktivitet. Cytotoxiska T-celler kommer då öka vilket inhiberar cancercellens tillväxt. I studien tittades på tumörbärande möss för att bestämma effekten av CD25+ Treg-blockad med PC61
på antitumörimmunförsvar. Det studerades olika cytokinprofiler såsom IL-2 och IFN-γ som är antitumörcytokiner och IL-10 och TGF-b1 som är immunsuppressiva cytokiner.
Tumörbärande mössen som behandlades med PC61 såg man att IL-2 och IFN-γ var lägre än de som behandlades med kontroll test. Det framkom även att CD3+ CD4+ CD25+
regulatoriska T-celler vid behandling med PC61 minskade i jämförelse med kontroll testet. Resultatet visade då att en minskning av CD25 ökade överlevnaden hos mössen. Medans man istället såg en ökning av cytotoxiska CD8+ T-celler vid behandling med PC61 då regulatoriska
T-cellernas aktivitet hämmades. CD3+ CD4+ CD25+ regulatoriska T-celler visade även en
minskning vid behandling av Treg-blockad i kombination med pemetrexed. Detta ledde till att cancercellens tillväxt minskade. Medans cytotoxiska CD8+ T-celler ökade vid behandling
med pemetrexed i kombination med Treg-blockad i jämförelse med att använda pemetrexed som monoterapi. Ensam behandling resulterade till sämre resultat och därför har de under studiens gång kommit fram till att kombination terapi ger längre överlevnad hos möss. Mikromiljön förändras vid kombination terapi eftersom det ledde till övertryck av T-celler och CD8+ celler, vilket ledde i sin tur till att cancercellen inte kunde växa. Effekterna som
uppkom vid kombination behandling med Treg-blockad och pemetrexed var dendritisk cellmognad och lymfocytisk tumörspecifik dödande. Cancercellen utrotades genom att förändra cancercellens mikromiljö som gick från att vara antiinflammatorisk till
proinflammatorisk och detta med hjälp av Treg-blockad och pemetrexed (Anraku et al., 2010).
Figur 7A. Behandling med PC61 minskade nivån av CD3+ CD4+ CD25+ regulatoriska T-cellerna. I jämförelse med behandlingen av irrelevant IgG kontroll test som visade att det fanns en hög nivå av CD3+ CD4+ CD25+ regulatoriska T-cellerna (Anraku et al., 2010).
I en annan studie av Cornelissen och medarbetarna framkom det att immunförsvarsceller som mikromiljön består av kan utnyttjas i flera olika sätt som gynnar cancercellen (Cornelissen et al., 2015). Makrofager som är en del av immunförsvaret har visat att de har två delar. En del som kallas för m1 där makrofager har proinflammatorisk effekt och m2 som har en
tumörstimulerande effekt genom att skicka cytokiner för att underlätta metastasering. I studien jämfördes 10 patienter som utvecklade en tumör (LTO) med 10 patienter som inte hade utvecklad en LTO. Det visade sig att en biomarkör till tumörassocierade makrofager (TAM CD68) färgades i stor grad (figur 8A och B). Detta tydde att det fanns en hög aktivitet av dessa som gynnade LTO. En skadlig protumör kan bildas genom TAM CD68. Det visade sig att patienter som hade en LTO hade hög grad av m2/total TAM medans de patienter som inte hade LTO hade lägre nivå av m2/total TAM (figur 9A). Patienter som hade högre grad av CD8+ T-lymfocyter utvecklade inte LTO jämfört med patienter som har LTO. Alltså alla
patienter som hade LTO hade lägre värde av CD8+ T-lymfocyter och högre värde av m2/total
TAM. Det var alltså fenotypenen (m1 eller m2) som spelade roll för utvecklingen av LTO och inte antalet makrofager eftersom det inte fanns någon skillnad i antalet makrofager eller m2 mellan de två grupperna. Därför kan kommunikationen mellan m2 TAM och cancercellen hämmas som kan vara ett nytt sätt att behandla cancer på (Cornelissen et al., 2015).
Figur 8A och B. Graden av TAM CD68 ökade och detta visades genom att de färgades mycket som tydligt syns i figurerna (Cornelissen et al., 2015).
Figur 9A. Patienter med LTO hade en högre grad av m2/total TAM i jämförelse med patienter som inte hade LTO där de istället hade betydligt lägre grad av m2/total TAM (Cornelissen et al., 2015).
I en studie av Jin och medarbetarna studerades även en annan cell i immunförsvaret, som var NK cellerna (Jin et al., 2014). I studien undersöktes cancercellernas förmåga att påverka NK cellerna för att kunna överleva. Receptorer för NK cellerna är bland annat CD56+ CD16+
CD32. I adenokarcinom var uttrycket av NK celler lägre jämfört med skivepitelcancer. Detta resulterade till att cancercellen inte kunde överleva eftersom NK cellerna har förmåga att döda cancerceller så det inte sprider sig. Det framkom att ju mer NK celler som fanns desto längre överlevnad hos patienter med lungcancer. Det är IL-2 som aktiverade NK 1+ CD32 celler som
hade en cytotoxisk aktivitet mot lungcancer, vilket menas med att de dödade cancercellen. Rökning historia, storlek på den primära cancer, patologiska typen och prognosen hos patienten med lungcancer påverkar antalet NK celler som infiltrerar i lugncancervävnaden. Cancercellen kunde påverka NK cellerna normala funktion, vilket ledde till att cancercellen överlevde. I studien har det spekulerats om att detta kunde ske genom att cancercellen skickade ut IL-10 som hämmade NK cellernas effekt. Resultatet tydde på att uttrycket av receptorer som aktiverade NK cellerna var nedreglerad och uttrycket av receptorer som hämmade NK cellerna var uppreglerade, på detta sätt minskade IL-10 NK cellernas dödande förmåga. I resultatet visade det sig att de grupper som hade hög metastas hade då högre uttryck av hämmande NK receptorn (NKG2D) jämfört med de som hade låg metastas. Därför kan en ny behandling framkomma genom att hämma cancercellens funktion att kunna
nedreglera NK cellerna effekt (Jin et al., 2014). 6. Diskussion
Genom att analysera cancercellens mikromiljö har det bevisat att det kan vara ett nytt sätt att behandla cancer på och detta var gemensamt för alla artiklar. De ”normala cellerna” som finns i cancercellens mikromiljö är bland annat endotelceller, fibroblaster och immunförsvarets celler. Cancercellerna och de ”normala cellerna” som finns i dess omgivning kommunicerar med varandra som gör att cancercellen kan växa och sprida sig, därför kunde denna
kommunikation inhiberas för att nya behandlingar ska uppkomma.
Det första temat som handlar om ”Kommunikationen mellan cancercellerna och
deras resultat har diskuterats. I de två första presenterade studierna, har det undersökt hur CAFs aktivitet kan hämmas för att cancercellen inte ska gynnas. CAFs aktivitet var ju att utsöndra IL-6 som band till sin receptor som gynnade cancercellens tillväxt. I den första studien har det diskuterats om IL-6 neutraliserad antikropp kan bli en ny behandling för sjukdomen cancer då IL-6 som utsöndrades från CAF inte kunde binda till sin receptor, vilket då inte bidrog till att cancercellens tillväxt gynnades. Medans den andra studien har inte kommit fram till någon behandling än, men de har diskuterats om att det var IL-6 som gynnade cancercellens tillväxt och därför kan inhibering av denna signalväg vara en optimal behandling. De har därför använt hämning av CAFs aktivitet som utgångspunkt (Zhang et al., 2020a; Ramos-vega et al., 2020). Båda studierna har likande resultat då båda studierna utgår från att hämma CAFs aktivitet för att inte gynna cancercellens tillväxt och detta genom att använda monoterapi. Detta stärker resultatet då det finns fler än en studie som har kommit fram till samma diskussioner vilket stärker slutsatsen. Däremot i den tredje studien av Liu och medarbetarna diskuterades det istället att kombinationsterapi kan användas för att inte gynna cancercellens tillväxt och detta genom att kombinera anti-PD-L1 med IL-6 blockad. Där IL-6 blockad hämmade IL-6 som utsöndrades från CAF för att inte gynna cancercellens tillväxt och anti-PD-L1 användes för att undertrycka signalvägen PD-L1 som utnyttjades från cancercellen för att undertrycka immunförsvaret, vilket cancercellen inte kunde göra lägre med (Liu et al., 2017). De två första presenterade studierna har liknande slutsatser då båda studierna syftar på att monoterapi kan vara en optimal behandling för sjukdomen cancer, medans studien av Liu och medarbetarna uttrycker att kombinationsterapi kan vara ett sätt att behandla cancer på.
I det andra temat som handlar om ” Inhibering av kommunikation mellan cancercellen och endotelcellen kan bli en ny behandling för cancer” har det använts två studier där det
diskuterades om hur endotelcellens funktioner kunde gynna cancercellen. Båda studierna som presenterades har använt VEGF som utgångspunkt för att hitta nya behandlingar. I den första studien av Gong och medarbetarna diskuterades att cancercellen hade hög nivå av IL-1α mRNA som translaterades till IL-1α. Detta tydde på att cancercellen kunde utsöndra IL-1α för att förbättra utsöndringen av VEGF till endotelcellen. Detta ledde till att endotelcellen bildade nya blodkärl och på så sätt får cancercellen näring och syre. Cancercellen utnyttjar
endotelcellen och detta genom att kommunikation. Därför har det diskuterats att denna kommunikation kan hämmas. IL-1RA kunde bli en ny behandling då den inhiberar
utsöndringen av VEGF/IL-1α, vilket ledde till att cancercellen inte får näring och syre (Gong et al., 2018). Däremot om man jämför med studien av Zhang och medarbetarna diskuterades det att det fanns ett annat sätt att blockera VEGF och detta var genom AT-533 till skillnad från första studien. Det visade sig att AT-533 hade en hämmande effekt på VEGF
endotelcellrörliknande strukturen, då angiogenes bildas genom att proteinkinas B fosforyleras och detta sker genom att VEGF utsöndras från cancercellen till endotelcellen och binder till VEGFR-2 receptorn (Zhang et al., 2020b). Dessa två studier har diskuterat olika terapier som kan uppkomma för att behandla cancer. Båda studierna har använt VEGF som utgångspunkt, vilket indikerar på att resultatet som framställdes var tillförlitliga. Där studien av Gong och medarbetarna hämmade själva signalvägen av VEGF/IL-1α, medans studien av Zhang och medarbetarna hämmade VEGF-inducerade HUVEC-rörbildning. Båda studierna tar upp olika behandlingar mot VEGF vilket tyder på att det finns flera sätt att behandla detta på.
I det tredje temat som handlar om ”Kommunikation mellan immunförsvarsceller och cancerceller gynnar cancercellens tillväxt” har det använts tre studier som handlar om tre olika celler som ingår i immunförsvaret som hjälper cancercellen att växa. I den första studien av Anraku och medarbetarna framkom det att Treg-blockad i kombination med pemetrexed
kan bli en ny behandling för cancer. Behandling med Treg-blockad i kombination med pemetrexed visade en lovande effekt då de minskade CD3+ CD4+ CD25+ regulatoriska
T-celler, vilket ledde till att cytotoxiska T-celler inte inaktiverades och på så sätt angreps cancercellen. Monoterapi av pemetrexed hade inte lovande effekt därför diskuterades att kombinationsterapi kunde vara ett sätt att behandla cancer på. I denna studie användes möss som undersöknings mål och de behövde högre doser av pemetrexed. Detta kan därför bli ett problem när det ska användas av människor då människor inte behöver så hög dos (Anraku et al., 2010). I den andra studien undersöktes makrofager som är en annan cell typ i
immunförsvaret som hjälper cancercellen att växa jämfört med första studien. M2 är
makrofager som hjälper cancercellen att växa genom att skicka ut cytokiner som underlättar metastasering. I studien visade sig att patienter med hög nivå av m2/total TAM hade utvecklat LTO i jämförelse med de som hade lågnivå av m2/total TAM. I denna studie hittades de inte en ny behandling för cancer som det gjordes i första studien men de diskuterades att hämning av m2 TAM kunde vara ett sätt att hitta en ny behandling på (Cornelissen et al., 2015). I den tredje studien har det diskuterats om NK cellernas effekt och hur cancercellen kan minska dess effekt för att kunna växa. I studien av Jin och medarbetarna diskuterades att man kan hämma cancercellernas funktion då det har spekulerats om att det kunde vara cancercellerna som utsöndrade IL-10 som hämmade NK cellernas effekt. Receptorerna som aktiverade NK cellerna kommer vara nedreglerade medans receptorer som hämmade NK cellerna kommer vara uppreglerade, på detta sätt minskade IL-10 NK cellernas dödande förmåga på
cancercellerna (Jin et al., 2014). Det kan även användas antikroppar för att blockera IL-10, så det inte utför sin aktivitet och på detta sätt behandla sjukdomen. I de två sista studierna har de inte kommit fram till någon optimal behandling utan bara gett förslag hur man skulle kunna behandla detta, vilket är gemensamt för båda studierna.
Det uppsatsen har kommit fram till har en stor betydelse för samhället då cancer är en
sjukdom som många människor drabbas av. Denna uppsats har då analyserat hur cancercellen kommunicerar med de celler som finns i cancercellens mikromiljö för att hjälpa sig själva att sprida sig. Denna uppsatts har då analyserat olika behandlingar som kan inhibera
kommunikationen mellan cancercellerna och de ”normala cellerna” för att cancercellen inte ska växa. Dessa behandlingar kan bland annat vara IL-1RA, IL-6 neutraliserad antikropp, anti-PD-L1 i kombination med IL-6 blockad, AT-533 och Treg-blockad i kombination med pemetrexed. Dessa behandlingar kan då vara ett nytt sätt att behandla cancer på utifrån de som har studerats från cancercellernas mikromiljö. I studien av Gong och medarbetarna har det diskuterats att det inte fanns mycket effektiva metoder som kan bromsa eller bota sjukdomen, därför har cancercellernas mikromiljö undersökts och där hittat nya effektiva metoder för att bromsa sjukdomen (Gong et al., 2018). Därför kan det även vara optimalt att analysera andra celler som ingår i mikromiljön som också kan bidra till att cancercellens tillväxt gynnas. Därav är det av värde att fortsätta analysera om det finns nya behandlingar för sjukdomen. I studien av Gong och medarbetarna diskuterades det om att de framtida studier som ytterligare tycks behövas är mer studier om potentiella angiogena regulatorer. Med detta menas att det kan finnas flera angiogena regulatorer som stimulerar cancercellens tillväxt som bör studeras (Gong et al., 2018). Det finns flera faktorer som är oklara som uppsatsen inte kunde förklara. En av dessa faktorer som är oklart är hur CAF stimulerar cancercellens tillväxt, alltså
specifika förklaringar till dess aktivitet saknas, därför kan man gå vidare med att analysera detta (Zhang et al., 2020a). Resultaten som framkom under uppsatsens gång kan användas för att analysera vidare cancercellernas mikromiljö och i framtiden bli nya behandlingar för att behandla sjukdomen cancer.
Styrkorna under uppsatsens gång var att det användes relevanta sökord för att kunna hitta artiklar som besvarade syftet i uppsatsen även att sökträffen var rimlig som gjorde det möjligt att gå igenom artiklarna och välja ut artiklar som var relevanta för uppsatsen. De svagheter som fanns under uppsatsens gång var att det endast användes en databas för att söka upp artiklar. Det var även att ”cancercellernas mikromiljö” är ett brett område att analysera och därför kan svagheterna vara att artiklar som hade kunnat vara relevanta för uppsatsen inte hittades. Man kan göra långgående slutsatser utifrån resultaten som framkom under uppsatsens gång eftersom de är många studier som har diskuterat och visat samma resultat mer än en gång, vilket stärker slutsatsen.
7. Slutsats
Sammanfattningsvis visar studien att mikromiljön där de ”normala cellerna” finns såsom immunförsvarets celler, endotelceller och fibroblaster utnyttjas av cancercellen för att gynna dess spridning och tillväxt. Cancercellerna och de ”normala cellerna” kommunicerade med varandra och detta skedde genom olika signalvägar såsom 6, VEGF/ 1α, 2 och IL-10. Det analyserades olika sätt att inhibera signalvägar på som uppstod mellan cancercellerna och de ”normala cellerna” och detta kan vara ett nytt sätt att behandla cancer på. Dessa behandlingar var bland annat IL-6 neutraliserad antikropp, IL-6 blockad i kombination med anti-PD-L1, IL-1RA, AT-533 och pemetrexed i kombination med Treg-blockad. Denna uppsats har fokuserat på enbart tre celler i cancercellernas mikromiljö, och det finns ju dels fler celler som kan gynna cancercellens tillväxt och det förefaller relevant att utforska om man kan finna behandlingar som också kan hämma även deras aktivitet.
8. Referens
1177 vårdguiden, 2019a,
https://www.1177.se/Ostergotland/liv--halsa/sa-fungerar-kroppen/celler-och-vavnader/, 2020-11-12, kl. 15:00 1177 vårdguiden, 2019b, https://www.1177.se/Ostergotland/behandling--hjalpmedel/behandling-med-lakemedel/behandlingar-med-lakemedel/cytostatikabehandling/, 2020-11-12, kl. 17:33 1177 vårdguiden, 2020, https://www.1177.se/Ostergotland/sjukdomar--besvar/cancer/fakta-om-cancer/vad-ar-cancer/, 2020-11-12, kl. 19:44
Anraku M., Tagawa T., Wu L., Yun Z., Keshavjee S., Zhang L., Johnston M.R., de Perrot M., 2010. Synergistic antitumor effects of regulatory T cell blockade combined with pemetrexed in murine malignant mesothelioma. J Immunol, 185, 956–966.
https://doi.org/10.4049/jimmunol.0900437
Awad R.M., De Vlaeminck Y., Maebe J., Goyvaerts C., Breckpot K., 2018. Turn Back the TIMe: Targeting Tumor Infiltrating Myeloid Cells to Revert Cancer Progression. Front Immunol, 9, 1977. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.01977
Cancer.se, 2019,
https://cancer.se/cancerutveckling-och-cytostatikaresistens-ett-samspel-mellan-tumoren-och-dess-omgivning/, 2020-11-13, kl. 10:11
Cancerfonden, 2019, https://www.cancerfonden.se/om-cancer/symtom-och-orsaker/vad-ar-cancer, 20-11-12, kl. 10:00
Cornelissen R., Lievense L.A., Robertus J.-L., Hendriks R.W., Hoogsteden H.C., Hegmans J.P.J.J., Aerts J.G.J.V., 2015. Intratumoral macrophage phenotype and CD8+ T lymphocytes as potential tools to predict local tumor outgrowth at the intervention site in malignant pleural mesothelioma. Lung Cancer, 88, 332–337. https://doi.org/10.1016/j.lungcan.2015.03.013
FASS, 2020,
https://www.fass.se/LIF/product?userType=0&nplId=20070716000018#pharmacodynamic,
2020-02-16, kl. 10:14
Faubert B., Solmonson A., DeBerardinis R.J., 2020. Metabolic reprogramming and cancer progression. Science, 368, eaaw5473. https://doi.org/10.1126/science.aaw5473
Gong Z., Ma J., Su H., Guo T., Cai H., Chen Q., Zhao X., Qi J., Du J., 2018. Interleukin-1 receptor antagonist inhibits angiogenesis in gastric cancer. Int J Clin Oncol, 23, 659–670. https://doi.org/10.1007/s10147-018-1242-2
Jiang Y., Wells A., Sylakowski K., Clark A.M., Ma B., 2019. Adult Stem Cell Functioning in the Tumor Micro-Environment. Int J Mol Sci, 20, 2566.
https://doi.org/10.3390/ijms20102566
Jin S., Deng Y., Hao J.-W., Li Y., Liu B., Yu Y., Shi F.-D., Zhou Q.-H., 2014. NK cell phenotypic modulation in lung cancer environment. PLoS One, 9, e109976.
Karolinska institutet, nd 1a, https://mesh.kib.ki.se/term/D016147/genes-tumor-suppressor, 20-12-10, kl. 13:44
Karolinska institutet, nd 1b, https://mesh.kib.ki.se/term/D009857/oncogenes, 20-12-10, kl. 14:00
Liu H., Shen J., Lu K., 2017. IL-6 and PD-L1 blockade combination inhibits hepatocellular carcinoma cancer development in mouse model. Biochem Biophys Res Commun, 486, 239– 244. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.02.128
Luzzatto L., 2011. Somatic mutations in cancer development. Environ Health, 10 Suppl 1, S12. https://doi.org/10.1186/1476-069X-10-S1-S12
Läkemedelsboken, 2015,
https://lakemedelsboken.se/kapitel/onkologi/farmakologisk_behandling_av_maligna_tumorer. html?search=cytostatika&id=j1_3#j1, 2020-11-13, kl. 13:55
Quail D.F & Joyce J.A., 2013. Microenvironmental regulation of tumor progression and metastasis. Nat Med, 19, 1423–1437. https://doi.org/10.1038/nm.3394
Ramos-Vega V., Venegas Rojas B., Donoso Torres W., 2020. Immunohistochemical analysis of cancer-associated fibroblasts and podoplanin in head and neck cancer. Med Oral Patol Oral Cir Bucal, 25, e268–e276. https://doi.org/10.4317/medoral.23335
Shee K., Yang W., Hinds J.W., Hampsch R.A., Varn F.S., Traphagen N.A., Patel K., Cheng C., Jenkins N.P., Kettenbach A.N., Demidenko E., Owens P., Faber A.C., Golub T.R., Straussman R., Miller T.W., 2018. Therapeutically targeting tumor microenvironment-mediated drug resistance in estrogen receptor-positive breast cancer. J Exp Med, 215, 895– 910. https://doi.org/10.1084/jem.20171818
Zhang P.-C., Liu X., Li M.-M., Ma Y.-Y., Sun H.-T., Tian X.-Y., Wang Y., Liu M., Fu L.-S., Wang Y.-F., Chen H.-Y., Liu Z., 2020b. AT-533, a novel Hsp90 inhibitor, inhibits breast cancer growth and HIF-1α/VEGF/VEGFR-2-mediated angiogenesis in vitro and in vivo. Biochem Pharmacol, 172, 113771. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2019.113771
Zhang Y., Cong X., Li Z., Xue Y., 2020a. Estrogen facilitates gastric cancer cell proliferation and invasion through promoting the secretion of interleukin-6 by cancer-associated
