DOI: https://doi.org/10.1172/jci175031
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38194275
تاريخ النشر: 2024-01-09
المؤلف: Yamu Li وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات العدلات، الميالوبيروكسيداز والأكسدة
مقدمة
في هذه الدراسة، يحقق المؤلفون في دور الفخاخ خارج الخلوية للعدلات (NETs) في سياق العلاج الكيميائي لسرطانات القولون والمستقيم (CRCs) ذات الطفرة PIK3CA. تُعرف العدلات، وهي أكثر كريات الدم البيضاء وفرة، بقدرتها على احتجاز وقتل الممرضات من خلال NETs، التي تتكون من الكروماتين المفكك والبروتينات الحبيبية. وجد المؤلفون أن مزيجًا من مثبط الجلوتاميناز CB-839 والعامل الكيميائي 5-فلورويوراسيل (5-FU) لم يثبط فقط نمو CRCs ذات الطفرة PIK3CA في نماذج الفئران المختلفة، بل أيضًا حفز تشكيل NETs. كان هذا التحفيز مرتبطًا بإطلاق البروتياز السيريني كاتيبسين G (CTSG)، الذي دخل خلايا CRC وأدى إلى الاستماتة عبر قطع 14-3-3ε والنقل الميتوكوندري لبروتين BAX.
تسلط الدراسة الضوء أيضًا على أن وجود NETs في خزعات الأورام من المرضى الذين عولجوا بمزيج الأدوية كان مرتبطًا بزيادة البقاء على قيد الحياة بدون تقدم. من الناحية الآلية، زاد مزيج الأدوية من تعبير IL-8 في الأورام ذات الطفرة PIK3CA، مما سهل تجنيد العدلات وزاد من تشكيل NET. من المهم أن فعالية مزيج الأدوية قد انخفضت عندما تم تعطيل NETs بواسطة علاج DNase I أو استنفاد العدلات، مما يبرز الدور الحاسم لـ NETs في الوساطة بين التأثيرات المضادة للورم لمزيج CB-839 و5-FU. بشكل عام، تكشف هذه النتائج عن آلية جديدة تساهم من خلالها NETs المستحثة بواسطة العلاج الكيميائي في قمع الأورام في CRCs.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تفصيل جميع المواد المستخدمة في الجدول التكميلي 4، مما يوفر نظرة شاملة على المواد المستخدمة في التجارب. لفهم أكثر شمولاً للمنهجيات المطبقة، يتم توجيه القراء إلى قسم الطرق التكميلية، الذي يوضح إجراءات وتجارب إضافية ذات صلة بالبحث. تضمن هذه المقاربة المنظمة الشفافية وقابلية التكرار في نتائج الدراسة.
النتائج
تظهر نتائج هذه الدراسة أن العدلات تعدل بشكل كبير التأثيرات المضادة للورم للعلاج المركب الذي يتضمن CB-839، وهو مثبط للجلوتاميناز، و5-FU في نماذج سرطان القولون والمستقيم (CRC). أشارت النتائج السابقة إلى أن هذا المزيج من الأدوية يقلل بشكل فعال من حجم الورم في زراعة الأورام ذات الطفرة PIK3CA في الفئران العارية. ومع ذلك، في فئران NOD-SCID-γ (NSG)، التي تفتقر إلى خلايا المناعة الفطرية الوظيفية، فشل المزيج في تحفيز تراجع الورم، مما يشير إلى أن المناعة الفطرية، وخاصة العدلات، تلعب دورًا حاسمًا في الوساطة بين الفعالية العلاجية لهذا العلاج. أدى استنفاد العدلات باستخدام جسم مضاد مضاد لـ Ly6G إلى تقليل كبير في التأثير المضاد للورم لمزيج الأدوية، مما يشير إلى مساهمتها الأساسية في النتائج العلاجية الملاحظة.
كشفت التحقيقات الإضافية أن مزيج CB-839 و5-FU زاد من تعبير IL-8 في خلايا CRC، المعروفة بجذب العدلات. كما أظهرت الدراسة أن مزيج الأدوية زاد من مستويات الأنواع التفاعلية للأكسجين (ROS) في العدلات، مما أدى إلى تشكيل الفخاخ خارج الخلوية للعدلات (NETs)، والتي تُعتبر مرتبطة بتثبيط الورم. من الجدير بالذكر أن حذف IL-8 في خطوط خلايا CRC قلل من كل من التأثير المثبط للورم لمزيج الأدوية وتسلل العدلات وNETs في أورام الزرع. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن النشاط المضاد للورم لمزيج CB-839 و5-FU يعزز من خلال تجنيد العدلات وتشكيل NET، الذي يتم بوساطة إشارات IL-8 وإنتاج ROS.
المناقشة
تناقش الأبحاث الآلية التي من خلالها يحفز مزيج CB-839 و5-FU الفخاخ خارج الخلوية للعدلات (NETs) لتثبيط نمو الورم في سرطان القولون والمستقيم (CRC) مع طفرات PIK3CA. تشير النتائج إلى أن هذا المزيج من الأدوية ينشط NRF2، مما يؤدي إلى زيادة نسخ IL-8 والاستماتة اللاحقة في خلايا CRC، وخاصة في نماذج الزرع. من الجدير بالذكر أن العلاج المركب يعزز الاستماتة في خطوط خلايا CRC المختلفة وأورام الزرع، مع تقليل كبير في التأثيرات المضادة للورم عند علاج DNase I أو استنفاد العدلات، مما يشير إلى أن NETs تلعب دورًا حاسمًا في الوساطة بين هذه الاستجابة.
تحدد الدراسة كاتيبسين G (CTSG) كلاعب رئيسي في الاستماتة لخلايا CRC، حيث يدخل هذه الخلايا عبر مستقبل المنتجات النهائية للجليكاسيون المتقدمة (RAGE) ويقطع البروتين المضاد للاستسقاء 14-3-3ε، مما يسهل النقل الميتوكوندري لبروتين BAX والاستماتة. علاوة على ذلك، تسلط الأبحاث الضوء على أن زيادة مستويات NETs بعد العلاج تتوافق مع زيادة البقاء على قيد الحياة بدون تقدم (PFS) في المرضى الذين يعانون من CRC ذات الطفرة PIK3CA النقيلي، مما يبرز إمكانية NETs كهدف علاجي. يقترح المؤلفون تجارب سريرية مستقبلية لاستكشاف مزيج العلاجات المحفزة لـ NET مع عوامل مثل G-CSF لتعزيز فعالية العدلات أثناء العلاج الكيميائي.
DOI: https://doi.org/10.1172/jci175031
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38194275
Publication Date: 2024-01-09
Author(s): Yamu Li et al.
Primary Topic: Neutrophil, Myeloperoxidase and Oxidative Mechanisms
Introduction
In this study, the authors investigate the role of neutrophil extracellular traps (NETs) in the context of chemotherapy for PIK3CA-mutant colorectal cancers (CRCs). Neutrophils, the most abundant leukocytes, are known for their ability to trap and kill pathogens through NETs, which consist of decondensed chromatin and granular proteins. The authors found that a combination of the glutaminase inhibitor CB-839 and the chemotherapeutic agent 5-fluorouracil (5-FU) not only inhibited the growth of PIK3CA-mutant CRCs in various mouse models but also induced the formation of NETs. This induction was linked to the release of the serine protease Cathepsin G (CTSG), which entered CRC cells and triggered apoptosis via the cleavage of 14-3-3ε and subsequent mitochondrial translocation of BAX.
The study further highlights that the presence of NETs in tumor biopsies from patients treated with the drug combination was associated with longer progression-free survival. Mechanistically, the drug combination upregulated IL-8 expression in PIK3CA-mutant tumors, facilitating neutrophil recruitment and enhancing NET formation. Importantly, the efficacy of the drug combination was diminished when NETs were disrupted by DNase I treatment or neutrophil depletion, underscoring the critical role of NETs in mediating the antitumor effects of the CB-839 and 5-FU combination. Overall, these findings reveal a novel mechanism by which chemotherapy-induced NETs contribute to tumor suppression in CRCs.
Methods
In this study, all reagents utilized are detailed in Supplemental Table 4, providing a comprehensive overview of the materials employed in the experiments. For a more thorough understanding of the methodologies applied, readers are directed to the Supplemental Methods section, which outlines additional experimental procedures and techniques relevant to the research. This structured approach ensures transparency and reproducibility in the study’s findings.
Results
The results of this study demonstrate that neutrophils significantly modulate the antitumor effects of the combination therapy involving CB-839, a glutaminase inhibitor, and 5-FU in colorectal cancer (CRC) models. Previous findings indicated that this drug combination effectively reduced tumor size in PIK3CA-mutant CRC xenografts in nude mice. However, in NOD-SCID-γ (NSG) mice, which lack functional innate immune cells, the combination failed to induce tumor regression, suggesting that innate immunity, particularly neutrophils, plays a crucial role in mediating the therapeutic efficacy of this treatment. Depletion of neutrophils using an anti-Ly6G antibody markedly diminished the antitumor effect of the drug combination, indicating their essential contribution to the observed therapeutic outcomes.
Further investigations revealed that the combination of CB-839 and 5-FU upregulated IL-8 expression in CRC cells, which is known to attract neutrophils. The study also demonstrated that the drug combination increased reactive oxygen species (ROS) levels in neutrophils, leading to the formation of neutrophil extracellular traps (NETs), which are implicated in tumor inhibition. Notably, knocking out IL-8 in CRC cell lines reduced both the tumor-inhibitory effect of the drug combination and the infiltration of neutrophils and NETs in xenograft tumors. These findings collectively suggest that the antitumor activity of the CB-839 and 5-FU combination is enhanced by neutrophil recruitment and NET formation, mediated through IL-8 signaling and ROS production.
Discussion
The research discusses the mechanism by which the combination of CB-839 and 5-FU induces neutrophil extracellular traps (NETs) to inhibit tumor growth in colorectal cancer (CRC) with PIK3CA mutations. The findings indicate that this drug combination activates NRF2, leading to increased IL-8 transcription and subsequent apoptosis in CRC cells, particularly in xenograft models. Notably, the combination treatment enhances apoptosis in various CRC cell lines and xenograft tumors, with DNase I treatment or neutrophil depletion significantly reducing the antitumor effects, suggesting that NETs play a crucial role in mediating this response.
The study identifies cathepsin G (CTSG) as a key player in the apoptosis of CRC cells, as it enters these cells via the receptor for advanced glycation end products (RAGE) and cleaves the anti-apoptotic protein 14-3-3ε, facilitating BAX mitochondrial translocation and apoptosis. Furthermore, the research highlights that increased levels of NETs post-treatment correlate with longer progression-free survival (PFS) in patients with metastatic PIK3CA-mutant CRC, emphasizing the potential of NETs as a therapeutic target. The authors propose future clinical trials to explore the combination of NET-inducing treatments with agents like G-CSF to enhance neutrophil efficacy during chemotherapy.