DOI: https://doi.org/10.1038/s41419-025-07473-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40038250
تاريخ النشر: 2025-03-04
المؤلف: Qi Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الخلايا المناعية في السرطان
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في دور أنماط الجزيئات المرتبطة بتلف الميتوكوندريا (DAMPs)، وخاصة الحمض النووي الميتوكوندري (mtDNA)، في بيئة الورم الدقيقة (TME) لسرطان الكبد الخلوي (HCC) ومقاومته لعقار السورافينيب. تجد الدراسة أن علاج السورافينيب يؤدي إلى خلل في الميتوكوندريا، مما يؤدي إلى زيادة مستويات الحمض النووي الميتوكوندري الحر في بلازما الفئران المقاومة للسورافينيب. يتم امتصاص هذا الحمض النووي الميتوكوندري بواسطة البلعميات المرتبطة بالورم من النوع M2 (TAMs) في TME، مما ينشط إشارة TLR9، مما يعزز تنشيط NF-κB ويدفع إلى مزيد من استقطاب M2 للبلعميات.
يظهر المؤلفون أن التدخلات مثل علاج DNase I لهضم الحمض النووي الميتوكوندري أو استنزاف البلعميات تقلل من تسلل M2، وتعيق نمو HCC، وتعزز الحساسية للسورافينيب. بالإضافة إلى ذلك، أظهر حجب تنشيط TLR9 أنه يحسن الفعالية العلاجية للسورافينيب. بشكل عام، تكشف النتائج عن آلية جديدة تساهم من خلالها DAMPs الميتوكوندرية المتداولة في إعادة تشكيل بيئة HCC الدقيقة وتعزز المقاومة للسورافينيب، مما يشير إلى أن استهداف مسار mtDNA-TLR9 قد يمثل استراتيجية علاجية واعدة للتغلب على هذه المقاومة.
مقدمة
سرطان الكبد الخلوي (HCC) هو سرطان شائع مرتبط بالتهاب الكبد المزمن ويحتل المرتبة الرابعة كأحد الأسباب الرئيسية للوفيات المرتبطة بالسرطان على مستوى العالم. حوالي 50% من مرضى HCC يظهرون في مرحلة متقدمة، مما يحد من أهليتهم للتدخلات الجراحية الجذرية. تشمل طرق العلاج الحالية لـ HCC المتقدم العلاجات المستهدفة، مثل السورافينيب، الذي يعد أول مثبط للكيناز التيروزين ثبتت فعاليته. ومع ذلك، يستفيد حوالي 30% فقط من المرضى من السورافينيب، حيث يطور معظمهم مقاومة خلال ستة أشهر. تظل الآليات الكامنة وراء هذه المقاومة المكتسبة غير مفهومة جيدًا، على الرغم من أن عوامل مثل بيئة الورم المناعية، والتغيرات الوراثية، والتغيرات الأيضية قد تم الإشارة إليها.
تلعب البلعميات المرتبطة بالورم (TAMs)، وخاصة النوع الفرعي M2، دورًا حاسمًا في خلق بيئة مثبطة للمناعة تعزز تقدم الورم ومقاومته لعلاجات مثل السورافينيب. ربطت الأبحاث السابقة زيادة تسلل TAMs بتوقعات سيئة في مرضى HCC وأظهرت أن TAMs يمكن أن تعزز خصائص تشبه خلايا جذعية سرطانية وانتقال الظهارة-المتوسطة (EMT) في خلايا HCC، مما يساهم بشكل أكبر في مقاومة العلاج. تكشف هذه الدراسة أن علاج السورافينيب يؤدي إلى إطلاق الحمض النووي الميتوكوندري (mtDNA) إلى المصفوفة خارج الخلوية، مما ينشط TLR9 ويعزز استقطاب M2 لـ TAMs، مما يؤدي إلى تفاقم مقاومة السورافينيب. توفر هذه النتائج رؤى جديدة حول الآليات الجزيئية التي تحرك استقطاب TAMs في سياق مقاومة علاج HCC.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم زراعة خلايا THP-1 أحادية النواة البشرية وخطوط خلايا HCC SNU739 في وسط RPMI-1640 معزز بـ 10% من مصل العجل الجنيني، بينما تم الحفاظ على خطوط خلايا HCC الفأرية Hepa1-6 وRAW264.7 في وسط Eagle المعدل من ديلبيكو مع نفس مكمل المصل. تم تمايز خلايا THP-1 إلى بلعميات باستخدام 150 نانومتر من الفوربول 12-ميريستات 13-أسيتات (PMA) لمدة 24 ساعة. تم التحقق من صحة جميع خطوط الخلايا من خلال اختبار الحمض النووي القصير المتكرر (STR) وتم الحفاظ عليها في بيئة محكومة عند 37 درجة مئوية مع 5% CO2.
لإنتاج وسط مشروط (CM) من البلعميات المرتبطة بالورم من النوع M2، تم استقطاب البلعميات المستمدة من THP-1 وخلايا RAW264.7 إلى النمط الظاهري M2 عن طريق الحضانة مع 20 نانوجرام/مل من IL-13 وIL-4 لمدة 24 ساعة، تليها الترشيح. لتحضير HCC-CM، تم معالجة خلايا SNU739 وHepa1-6 بتركيز المثبط 50% (IC50) من السورافينيب، مع تفاصيل التركيزات المحددة وأوقات الحضانة (SNU739: 16 ميكرومول لمدة 24 ساعة أو 7 ميكرومول لمدة 48 ساعة؛ Hepa1-6: 30 ميكرومول لمدة 24 ساعة أو 16 ميكرومول لمدة 48 ساعة). تم أيضًا ترشيح المصل الناتج للحصول على HCC-CM للتحليلات اللاحقة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تم ملاحظتها، بما في ذلك أي بيانات إحصائية ذات صلة، أو اتجاهات، أو أنماط ظهرت من الدراسة. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة بوسائل بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتعزيز الوضوح وتسهيل فهم البيانات.
في هذا القسم، قد يناقش المؤلفون أيضًا تداعيات نتائجهم فيما يتعلق بالفرضيات المطروحة في بداية البحث. يشمل ذلك مقارنة النتائج بالدراسات السابقة، مع التأكيد على أي مساهمات جديدة في هذا المجال. بشكل عام، تخدم النتائج لتأكيد أهداف البحث وتوفير أساس للمناقشات والاستنتاجات اللاحقة.
المناقشة
يسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على دور البلعميات المرتبطة بالورم (TAMs)، وخاصة البلعميات المستقطبة من النوع M2، في مقاومة سرطان الكبد الخلوي (HCC) لعلاج السورافينيب. باستخدام نماذج فئران مختلفة، بما في ذلك الزرع الموضعي وزرع الأنسجة تحت الجلد، تظهر الدراسة أن تسلل M2-TAM أعلى بكثير في الأورام المقاومة للسورافينيب مقارنة بتلك الحساسة. تم تأكيد ذلك من خلال زيادة تعبير علامات M2 مثل CD163 وCD206 في الأورام المقاومة، مما يشير إلى وجود علاقة بين وفرة M2-TAM وتوقعات المرضى السيئة. علاوة على ذلك، أظهر الوسط المشروط من خلايا HCC المعالجة بالسورافينيب أنه يعزز استقطاب M2 في البلعميات، مما يشير إلى أن بيئة الورم الدقيقة (TME) تلعب دورًا حاسمًا في تعديل الاستجابات المناعية.
بالإضافة إلى ذلك، تحقق الدراسة في الآليات التي من خلالها يحفز السورافينيب إطلاق الحمض النووي الميتوكوندري (mtDNA) من خلايا HCC، والتي ترتبط باستقطاب البلعميات. تكشف النتائج أن مستويات الحمض النووي الميتوكوندري المتداولة مرتفعة في الفئران المقاومة للسورافينيب وأن هذا الحمض النووي الميتوكوندري يعزز استقطاب M2 للبلعميات من خلال تنشيط مستقبلات Toll-like 9 (TLR9). تؤكد الأبحاث على التفاعل المعقد بين خلايا HCC وبيئة المناعة الدقيقة، مما يشير إلى أن استهداف M2-TAMs ومسار TLR9 قد يوفر استراتيجيات علاجية للتغلب على مقاومة السورافينيب في HCC.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41419-025-07473-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40038250
Publication Date: 2025-03-04
Author(s): Qi Yang et al.
Primary Topic: Immune cells in cancer
Overview
This research investigates the role of mitochondrial damage-associated molecular patterns (DAMPs), particularly mitochondrial DNA (mtDNA), in the tumor microenvironment (TME) of hepatocellular carcinoma (HCC) and its resistance to the drug sorafenib. The study finds that sorafenib treatment leads to mitochondrial dysfunction, resulting in increased levels of cell-free mtDNA in the plasma of sorafenib-resistant HCC mice. This mtDNA is taken up by M2-type tumor-associated macrophages (TAMs) in the TME, activating TLR9 signaling, which promotes NF-κB activation and further M2 polarization of macrophages.
The authors demonstrate that interventions such as DNase I treatment to digest mtDNA or macrophage depletion reduce M2 infiltration, inhibit HCC growth, and enhance sensitivity to sorafenib. Additionally, blocking TLR9 activation was shown to improve the therapeutic efficacy of sorafenib. Overall, the findings reveal a novel mechanism by which circulating mtDAMPs contribute to the remodeling of the HCC microenvironment and promote resistance to sorafenib, suggesting that targeting the mtDNA-TLR9 pathway may represent a promising therapeutic strategy to overcome this resistance.
Introduction
Hepatocellular carcinoma (HCC) is a prevalent cancer associated with chronic hepatitis and ranks as the fourth leading cause of cancer-related mortality globally. Approximately 50% of HCC patients present at an advanced stage, limiting their eligibility for radical surgical interventions. Current treatment modalities for advanced HCC include targeted therapies, such as sorafenib, which is the first tyrosine kinase inhibitor shown to be effective. However, only about 30% of patients benefit from sorafenib, with most developing resistance within six months. The mechanisms underlying this acquired resistance remain poorly understood, although factors such as the tumor immune microenvironment, epigenetic changes, and metabolic alterations have been implicated.
The tumor-associated macrophages (TAMs), particularly the M2 subtype, play a crucial role in creating an immunosuppressive environment that promotes tumor progression and resistance to therapies like sorafenib. Previous research has linked increased TAM infiltration to poor prognoses in HCC patients and demonstrated that TAMs can enhance cancer stem cell-like properties and epithelial-mesenchymal transition (EMT) in HCC cells, further contributing to treatment resistance. This study reveals that sorafenib treatment leads to the release of mitochondrial DNA (mtDNA) into the extracellular matrix, which activates TLR9 and promotes M2 polarization of TAMs, thereby exacerbating sorafenib resistance. These findings provide new insights into the molecular mechanisms driving TAM polarization in the context of HCC treatment resistance.
Methods
In this study, human monocytic THP-1 cells and HCC cell lines SNU739 were cultured in RPMI-1640 medium supplemented with 10% fetal bovine serum, while murine HCC cell lines Hepa1-6 and RAW264.7 were maintained in Dulbecco’s Modified Eagle Medium with the same serum supplement. THP-1 cells were differentiated into macrophages using 150 nM phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) for 24 hours. All cell lines were authenticated through short tandem repeat (STR) DNA testing and maintained in a controlled environment at 37 °C with 5% CO2.
To generate conditioned medium (CM) from M2 tumor-associated macrophages, THP-1-derived macrophages and RAW264.7 cells were polarized to the M2 phenotype by incubation with 20 ng/mL IL-13 and IL-4 for 24 hours, followed by filtration. For HCC-CM preparation, SNU739 and Hepa1-6 cells were treated with the 50% inhibitory concentration (IC50) of sorafenib, with specific concentrations and incubation times detailed (SNU739: 16 μM for 24 h or 7 μM for 48 h; Hepa1-6: 30 μM for 24 h or 16 μM for 48 h). The resulting supernatants were also filtered to obtain HCC-CM for subsequent analyses.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that were observed, including any relevant statistical data, trends, or patterns that emerged from the study. The results are typically accompanied by visual aids such as graphs or tables to enhance clarity and facilitate understanding of the data.
In this section, the authors may also discuss the implications of their findings in relation to the hypotheses posed at the outset of the research. This includes a comparison of the results with previous studies, emphasizing any novel contributions to the field. Overall, the results serve to substantiate the research objectives and provide a foundation for subsequent discussions and conclusions.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the role of tumor-associated macrophages (TAMs), particularly M2-polarized TAMs, in the resistance of hepatocellular carcinoma (HCC) to sorafenib treatment. Using various mouse models, including orthotopic implantation and subcutaneous xenografts, the study demonstrates that M2-TAM infiltration is significantly higher in sorafenib-resistant tumors compared to sensitive ones. This was corroborated by increased expression of M2 markers such as CD163 and CD206 in resistant tumors, suggesting a correlation between M2-TAM abundance and poor patient prognosis. Furthermore, conditioned media from sorafenib-treated HCC cells was shown to enhance M2 polarization in macrophages, indicating that the tumor microenvironment (TME) plays a critical role in modulating immune responses.
Additionally, the study investigates the mechanisms by which sorafenib induces the release of mitochondrial DNA (mtDNA) from HCC cells, which is linked to macrophage polarization. The findings reveal that circulating mtDNA levels are elevated in sorafenib-resistant mice and that this mtDNA promotes M2 polarization of macrophages through Toll-like receptor 9 (TLR9) activation. The research underscores the complex interplay between HCC cells and the immune microenvironment, suggesting that targeting M2-TAMs and the TLR9 pathway may offer therapeutic strategies to overcome sorafenib resistance in HCC.