Мухан Лю

1 Катедра по биохимия, Западен университет, Лондон, ON, Канада

Корнелия Толг

2 Лондонска регионална програма за рак, Институт за изследване на здравето на Лоусън, Лондон, Онтарио, Канада

Ева Търли

2 Лондонска регионална програма за рак, Институт за изследване на здравето на Лоусън, Лондон, Онтарио, Канада

3 Катедра по онкология, биохимия и хирургия, Медицински и стоматологичен факултет Шулих, Западен университет, Лондон, ON, Канада

Резюме

Въведение

Ракът е втората водеща причина за смъртност в световен мащаб според оценките на GLOBOCAN, отчитащи

хиалуронан

Хиалурономът

LMW-HA в туморната микросреда също насърчава набирането на моноцити и диференциацията на цитотоксичните M1 подтипове в M2 подтип чрез промяна на Th1/Th2 цитокиновия баланс, като по този начин повишава локалното ниво на ROS, което увеличава генерирането на LMW-HA и натрупването на M2 моноцити (76). Това изглежда има клинично значение, тъй като увеличените M2-подобни тумор-асоциирани макрофаги (TAM) и натрупването на LMW-HA корелират с метастатичния потенциал на тумора и лошата прогноза при пациенти с рак на гърдата (54). Както CD44 антителата, така и LMW-HA свързващите пептиди намаляват активирането на моноцитите, а M2 поляризацията прогнозира, че тези ефекти се модулират от LMW-HA: CD44 взаимодействия (76). Освен това, получената от тумор LMW-HA насърчава толерантността на туморните клетки към инфилтриращи макрофаги (82). Предполага се, че тази туморицидна неутрализация включва IRAK-M (свързана с интерлевкин-1 рецептор киназа М), с LMW-HA като извънклетъчен модулатор чрез TLR2,4 и CD44 (82).

Колективно клиничните и експериментални проучвания показват важността на производството и фрагментацията на туморни или околотуморни стромални клетки на HA за прогресията на тумора. Следователно насочването на HA може да осигури обещаващи терапевтични подходи при лечението и лечението на рака.

Терапевтични подходи за намаляване на производството и фрагментацията на HA за контрол на туморогенезата

Инхибиране на синтеза на HA

4-Methylumbelliferone (4-MU) е инхибитор, който изчерпва един от градивните блокове (глюкуронова киселина, GA) на синтеза на НА (83, 84). В третирани с 4 MU клетки на бозайници, UDP-трансферазата катализира трансфера на GA върху 4-MU, като по този начин изчерпва пула от цитоплазмен UDP-GA и инхибира синтеза на НА (83, 85). 4-MU също намалява експресията на HAS2/3 (60–80% в раковите клетъчни линии) (86). Това потискане е придружено от намалена CD44 и RHAMM експресия, което предполага обратна връзка между синтеза на HA и рецепторна експресия (86). Следователно HA-медиираната сигнализация надолу по веригата се инхибира след прилагане на 4-MU с последващо намаляване на пролиферацията, миграцията и инвазията на раковите клетки. 4-MU намалява метастазите в модели на ксенотрансплантация на рак на кожата, белите дробове, остеосарком и рак на гърдата (85, 87–91). Диетичното включване на 4-MU също е свързано с подобрена химиопрофилактика: ежедневно поглъщане на 4-MU (450 mg/kg) в продължение на 28 седмици отменя започване на тумора на простатата и метастази в експериментални модели (91). Независимо от това, този подход не е специфичен за свързаните с тумори HA и също така ще блокира желаните функции на HMW-HA в нормалните тъкани.

Насочване към LMW-HA

Блокиране на активността на хиалуронидазата

Природните производни (т.е. хепарин, глициризинова киселина и натриев ауротиомалат) и лекарства (т.е. фенопрофен), насочени към HYAL изоформите, са изследвани като терапевтични средства (26, 85, 88). Първоначално описани като инхибитори на HYAL в урината, O-сулфатирани производни на HA (sHA) показват мощно инхибиране на активността на HYAL1 (IC50: 0,0083–0,019 μM) чрез свързване с алостерични места (92, 93). Освен това, sHA показва по-ефективно неконкурентно, отколкото конкурентно инхибиране, което предполага, че неговата ефикасност няма да бъде възпрепятствана от повишената концентрация на НА в туморните тъкани. В животински модел на рак на простатата, приложението на sHA инхибира HYAL1 активността и предизвиква апоптоза през външния път (70). Намаляването на регулацията на HYAL1 корелира с намалена експресия на CD44 и RHAMM и PI3K/AKT сигнализиране, което предполага механизъм за обратна връзка между разграждането на HA и сигнализирането в туморните клетки. Пролиферативният и инвазивен капацитет на раковите клетки на простатата също намаляват значително след sHA-лечение (69).

И обратно, повишеното разграждане на стромалната HA от PEGPH20 (пегилирана хиалуронидаза) при рак на панкреаса разгражда HA капсулата, която се натрупва около тези туморни клетки, за да позволи по-добро излагане на туморните клетки на химиотерапия и освобождаване потискане на нео-ангиогенезата (94). Понастоящем ефикасността на PEGPH20 за улесняване на отговора на туморните клетки на панкреаса на химиотерапия се оценява във фаза 3 клинични изпитвания за метастатичен дуктален аденокарцином на панкреаса (ClinicalTrials.gov) (94). Прилагането на PEGPH20 при животински модели на рак на панкреаса индуцира съдов колапс в тумори и драстично повишава налягането на интерстициалната течност, засилва перфузията и доставя химиотерапевтични лекарства в солидния тумор (71). По този начин, комбинираното приложение на PEGPH20 и друга химиотерапия (т.е., гемцитабин) насърчава оцеляването и намалява туморния растеж при миши модели чрез индуциране на апоптоза и потискане на пролиферацията (71).

Секвестиране на HA фрагменти

HMW-HA, хиалуронидаза и CD44 като механизми за предотвратяване на тумори

Докато горните проучвания предсказват функциите на HMW-HA, които биха могли да допринесат за туморна резистентност при предразположени към рак видове, като мишки и хора, устойчивият на рак гол мол-плъх (Heterocephalus glaber) предостави първите преки доказателства за HMW-HA в потискане на индуцираната от канцероген туморогенеза (24, 105). При H. glaber комбинацията от свръхекспресия на HAS2, силно намалена активност на хиалуронидазата и сигнализиране чрез CD44 осигурява устойчивост на няколко канцерогенни обиди, включително UVB и активиран RAS (24). Интересното е, че HMW-HA се натрупва в някои тъкани, особено в кожата, и остава високо през целия живот на това животно (24). За разлика от това, HMW-HA намалява в кожата и повечето тъкани на човек и мишка с възрастта (106–110) и след хронично излагане на UVB, което е преобладаващият канцероген, причиняващ кератиноцитни тумори.

Голият мол-плъх използва много механизми за резистентност към тумори, включително HMW-HA-регулиран механизъм, наречен „ранно контактно инхибиране“ (ECI), силна форма на контактно инхибиране, което включва експресия на нова изоформа на p16 INK4A (105). HA индуцира ранна експресия в p16 INK4A локуса чрез CD44 свързване, което води до блокирано фосфорилиране на Rb и затихване на клетъчния цикъл. Голи мобъл-плъхови фибробласти, култивирани в присъствието на хиалуронидаза, не показват ECI и понижават експресията на p16 INK4A (16). Този ефект на HMW-HA се медиира от CD44: NF2 сигнализиране (24, 105) (Фигура 2А). Инхибиращата растежа нефосфорилирана форма на NF2 е преобладаваща в култивирани голи клетки от къртици, но добавянето на хиалуронидаза стимулира NF2 фосфорилиране, което насърчава растежа на клетките (24).

HMW-HA функционира при профилактика на тумори. (А) LMW-HA: CD44 взаимодействията насърчават пролиферацията, докато HMW-HA: CD44 взаимодействията потискат пролиферацията, която може да бъде медиирана от асоциация на CD44 с туморния супресор Merlin (NF2). HMW-HA: CD44 сигналите водят до спиране на клетъчния цикъл и са един механизъм за намаляване на податливостта към рак. (Б) Дорзалната кожа на изложени на UVB изложени на кератиноцитен тумор-податливи мишки, третирани локално с HMW-хиалуронан-фосфатидилетаноламин (обогатен с НА), не образува тумори, натрупва по-високи нива на HMW-HA (горни панели) и CD44 (долни панели) и по-ниски нива на хиалуронидази, отколкото облъчени с UVB контроли. Епидермалната HA (кафява) се открива чрез HA-свързващ биотинилиран протеин върху вградена в парафин тъкан, оцветена с хематоксилин (синьо). CD44 (червен) и RHAMM (зелен) се откриват при използване на пан-антитела в дорзалната кожа на мишки, оцветени с DAPI (синьо).

HMW-HA като стратегия за химиопрофилактика

Към днешна дата HMW-HA не се използва като стратегия за химиопрофилактика, въпреки че е доказано, че пероралната консумация ограничава възпалението на тъканите, особено в червата (111). Исторически бариерата пред локалното приложение на HMW-HA е била ограниченото му преминаване през външния роговиден слой на епидермиса. Въпреки това, неотдавнашното развитие на полимери с хиалуронан-фосфатидилетаноламин с високо молекулно тегло [E. Turley (2010), номер на патент: US20130059769A1], които пресичат епидермиса и образуват обвивки около кератиноцити и дермални клетки (112) ще позволят да се прецени дали увеличаването на HMW-HA на кожата може да намали предразположението на кожата към туморогенеза при рак, податлив на рак видове (Фигура 2Б).

Заключения

В обобщение, LMW-HA увеличава пролиферативния и миграционния капацитет на туморните клетки, докато HMW-HA намалява туморогенността и придава устойчивост на рак, като ограничава пролиферацията, ограничава възпалението, неоангиогенезата и евентуално увреждане на ДНК. Необходими са допълнителни изследвания за събиране на пълния терапевтичен потенциал за насочване на LMW-HA полимери и използване на свойствата на туморна резистентност на HMW-HA. Подобреното разбиране на механизмите, увеличаващи зависимите от размера биологични ефекти на НА, вероятно ще доведе до ново терапевтично развитие за ограничаване на туморогенезата.

Принос на автора

ML предостави първия проект на ръкописа, който беше редактиран от ET и CT. CT и ML предоставиха данните за цифри. ET събра всички фигури, представени в този преглед.

Изявление за конфликт на интереси

Авторите декларират, че изследването е проведено при липса на каквито и да било търговски или финансови отношения, които биха могли да се тълкуват като потенциален конфликт на интереси.

Благодарности

Тази работа беше подкрепена от грант на Обществото за изследване на рака (# 22491) на ET. ET и ML бяха подкрепени от звеното за изследване на транслационния рак на гърдата чрез Канадското общество за рак на гърдата. ML беше подкрепена и от Инициативата за интердисциплинарно развитие в областта на стволовите клетки и стипендията за регенеративна медицина (R3170A15) чрез Western University.