Uloga defenzina u biologiji tumora, 1. dio

sažetak:

Defenzini su dugo smatrani samo antimikrobnim peptidima. Tokom godina otkriveno je više funkcija povezanih s imunitetom i za podfamilije -defensin i -defensin. Ovaj pregled daje uvid u ulogu defenzina u imunitetu tumora. Pošto su defenzini prisutni i različito izraženi u određenim tipovima raka, istraživači su počeli da otkrivaju njihovu ulogu u mikrookruženju tumora. Pokazalo se da su ljudski neutrofilni peptidi direktno onkolitički permeabilizirajući ćelijsku membranu. Nadalje, defenzini mogu uzrokovati oštećenje DNK i inducirati apoptozu tumorskih stanica. U mikrookruženju tumora, defenzini mogu djelovati kao kemoatraktanti za podgrupe imunih stanica, kao što su T ćelije, nezrele dendritične ćelije, monociti i mastociti.

Dodatno, aktiviranjem ciljanih leukocita, defenzini stvaraju proinflamatorne signale. Štaviše, imuno-adjuvantni efekti su prijavljeni u različitim modelima. Stoga, djelovanje defenzina prevazilazi njihov direktan antimikrobni učinak, tj. lizu mikroba koji invaziju na mukozne površine. Izazivajući povećanje proinflamatornih signalnih događaja, lizu ćelija (generisanje antigena) i privlačenje i aktivaciju ćelija koje predstavljaju antigen, defenzini bi mogli imati relevantnu ulogu u aktiviranju adaptivnog imunog sistema i stvaranju antitumorskog imuniteta, te bi stoga mogli doprinose uspjehu imunoterapije.

Ciljanje bijelih krvnih zrnaca je novi pristup u liječenju raka i imunoloških bolesti, koji može aktivirati imuni sistem i na taj način poboljšati imunitet. Ciljana leukocitna terapija je da selektivno aktivira imune ćelije kao što su T ćelije, B ćelije i prirodne ćelije ubice, i da ih vodi da napadnu ćelije raka ili strana tela u telu, kako bi se postigla svrha lečenja.

Ključ za ciljanje terapije bijelim krvnim zrncima je stimulacija odgovora imunološkog sistema i poduzimanje odgovarajućih mjera kako bi se osiguralo da ima minimalan utjecaj na ćelije koje su napadnute. Tokom ovog procesa, imunološke ćelije se pale i oslobađaju citokine i katalizatore, hemikalije koje aktiviraju odgovor drugih imunoloških ćelija, što dovodi do pojačane upale u tijelu, što jača imunitet.

Stoga ciljana terapija leukocitima može aktivirati imunološki sistem tijela, poboljšati imunitet i sarađivati ​​s imunološkim sistemom tijela kako bi proizvela bolje terapijske efekte. Vidi se da posebnu pažnju treba obratiti na poboljšanje imuniteta. Cistanche može značajno poboljšati imunitet. Mesni pepeo sadrži različite biološki aktivne komponente, kao što su polisaharidi, dve pečurke, Huang Li itd. Ovi sastojci mogu stimulisati imuni sistem raznih vrsta ćelija, i povećati njihovu imunološku aktivnost.

Kliknite na zdravstvene prednosti cistanchea

Ključne riječi:

defenzini; biologija tumora; imune ćelije.

1. Uvod

Defenzini su familija malih kationskih peptida koji sadrže šest cisteinskih ostataka povezanih preko tri intramolekularne disulfidne veze, sa centralnim slojem koji dominira njihovom strukturom [1,2]. Otkrivene su tri potporodice. Lehrer i kolege identifikovali su prve defenzine sisara iz granulocita zeca 1984. Kasnije, 1985. godine, objavili su prve sekvence ljudskog defenzina, koje su prvobitno nazvali kao antibiotski peptidi izvedeni iz neutrofila ili humanih neutrofilnih peptida (3,44) ]. Oni su također uveli termin 'defenzini' za visoko srodne peptide HNP-1 do 3, na osnovu njihovih antibakterijskih, antivirusnih i antifungalnih svojstava koja osnažuju odbranu domaćina [4].

Kasnije je otkriven HNP-4, sa istom cisteinskom kičmom kao i ostali mijeloidni HNP, ali sa nešto drugačijom sekvencom i značajno više hidrofobnih aminokiselina [5]. Samo oko 2 posto ukupnog sadržaja defenzina neutrofila je HNP-4, što je vjerovatno razlog zašto je zanemaren tokom otkrića prva tri HNP-a [6]. Nemaju svi sisari leukocitne defenzine, jer su oni prijavljeni samo kod primata, zečeva i nekih drugih vrsta glodara [2].

S tim u vezi, važno je napomenuti da miševima nedostaju defenzini neutrofila [7]. Shodno tome, istraživanje uloge defenzina neutrofila u mišjim modelima moguće je samo kod transgenih miševa. Međutim, mišje crijevne Paneth stanice proizvode defenzine, koji se također nazivaju kriptama [8]. Slično neutrofilnim defenzinima, enterične kripte imaju antimikrobna svojstva, ali mišje kripte uveliko nadmašuju grupu od četiri ljudska mijeloidna defenzina [9,10]. Otprilike u vrijeme otkrića mišjih kripti, također je otkriveno da dva -defenzina luče ljudske Paneth ćelije: ljudski defenzin 5 i ljudski defensin 6 (HD-5 i HD-6), koji dijele svojstva sa mijeloidnim -defenzinima [11,12]. HD-5 i HD-6 zaključuju grupu od šest poznatih ljudskih -defenzina.

Sljedeća potfamilija koja je identificirana bila je -defensins. Iako njihovo ime sugerira da su oni nastali nakon -defenzina, -defenzini su mnogo stariji na evolucijskoj skali, budući da -defenzinski geni (DEFA) potiču od -defenzinskih gena (DEFB) i čini se da su obje porodice evoluirale iz zajedničkog pre- gen defenzina sisara [13,14]. Ljudski defenzini su također brojniji, jer je identificirano skoro 40 ljudskih defenzinskih gena [15,16]. Zanimljivo je da su -defenzini prvi put otkriveni u trahealnoj sluznici krava [17], a dodatni -defenzini su pročišćeni iz goveđih neutrofila [18]. Bilo je to 1995. godine, deset godina nakon prvog opisa -defenzina kod ljudi, izolovan je prvi ljudski -defensin: ljudski -defensin-1 ili hBD-1 [19]. Od tada je otkriveno više -defenzina, a svi se oni eksprimiraju u epitelnom i/ili mukoznom tkivu pružajući antimikrobnu zaštitu na mjestima koja su gotovo kontinuirano u kontaktu s mikroorganizmima [16].

Sljedeća potfamilija koja je identificirana bila je -defensins. Iako njihovo ime sugerira da su oni nastali nakon -defenzina, -defenzini su mnogo stariji na evolucijskoj skali, budući da -defenzinski geni (DEFA) potiču od -defenzinskih gena (DEFB) i čini se da su obje porodice evoluirale iz zajedničkog pre- gen defenzina sisara [13,14]. Ljudski defenzini su također brojniji, jer je identificirano skoro 40 ljudskih defenzinskih gena [15,16]. Zanimljivo je da su -defenzini prvi put otkriveni u trahealnoj sluznici krava [17], a dodatni -defenzini su pročišćeni iz goveđih neutrofila [18]. Bilo je to 1995. godine, deset godina nakon prvog opisa -defenzina kod ljudi, izolovan je prvi ljudski -defensin: ljudski -defensin-1 ili hBD-1 [19]. Od tada je otkriveno više -defenzina, a svi se oni eksprimiraju u epitelnom i/ili mukoznom tkivu pružajući antimikrobnu zaštitu na mjestima koja su gotovo kontinuirano u kontaktu s mikroorganizmima [16].

Generalno, strukturu ljudskih defenzina karakteriše trolančani antiparalelni sloj, koji se drži na mjestu pomoću tri disulfidne veze [1,21,22] (Slika 1). U defenzinima ove disulfidne veze nastaju između cisteinskih ostataka 1–6, 2–4 i 3–5, dok je u -defenzinima to između cisteinskih ostataka 1–5, 2–4 i 3–6, što rezultira malo drugačijom strukturom. [2].

Ubrzo nakon njihovog otkrića, zaključeno je da defenzini djeluju prvenstveno kao antimikrobni lijekovi, ali čak i u to vrijeme sugerirano je da defenzini također mogu igrati ulogu u upali, ozljedama tkiva i drugim procesima [26].

Trenutno su defenzini uključeni u porodicu alarmina. Alarmini su detaljno proučeni u kontekstu njihove uloge braniča prve linije koji štite domaćina. Oni su proteini ili peptidi koji djeluju kao inicijatori različitih imunoloških procesa [27]. Oni pripadaju široj porodici DAMP-a (molekularni obrasci povezani sa oštećenjem) i mogu se podijeliti na osnovu njihovog porijekla: neki su izvedeni iz granula, kao što su defenzini, katelicidin i neurotoksin izveden iz eozinofila; neke imaju nuklearno porijeklo, kao što je kutija 1 grupe visoke pokretljivosti; a neki potiču iz citoplazme, npr. proteini toplotnog šoka [27]. Većina alarmina dobijenih iz granula također je poznata kao antimikrobni peptidi ili AMP, a ova podgrupa uključuje defenzine.

U normalnim okolnostima, urođeni i adaptivni imuni sistem rade zajedno kako bi nas zaštitili od prijetnji koje nisu samostalne, kao što su bakterije i virusi. Međutim, iako rak potječe iz 'samih' ćelija, naš imunološki sistem može prepoznati i ubiti maligne ćelije zbog njihovog izmijenjenog antigenskog sastava i biološkog ponašanja [28,29]. Genetska nestabilnost ćelija raka je primarni izvor tumor-specifičnih antigena [29]. Osim toga, epigenetske abnormalnosti, mijenjajući ekspresiju gena, također igraju važnu ulogu u nastanku raka i mogu uzrokovati transkripciju gena koja je normalno ograničena na razvoj fetusa tokom odraslog života [29,30]. Osim što su antigeni, mnogi tumori pokušavaju pobjeći iz imunološkog sistema stvaranjem imunosupresivnog okruženja.

Stoga je jasno da je interakcija između imunološkog sistema i tumorskih ćelija složena, a sa porastom imunoterapije, ne treba zanemariti važnost antitumorskog imuniteta i mogućeg imunološkog bijega. Ovdje sumiramo potencijalne uloge defenzina u tumorskom mikrookruženju (TME), budući da sve više i više dokaza ukazuje na imunološke funkcije koje su izvan jednostavne antimikrobne aktivnosti.

2. Direktan učinak na tumorske ćelije

Prvo, slično njihovom antimikrobnom dejstvu, -defenzini mogu imati direktan citotoksični efekat na tumorske ćelije. Mogući mehanizmi djelovanja variraju od direktne fizičke interakcije s membranom do aktivacije puteva ćelijske smrti (slika 2). HNP-1 do 3 inducira ćelijsku smrt u A549 ćelijama i Jurkat T-ćelijama povezanim s mitohondrijskom ozljedom i drugim nespecificiranim putevima, sa znacima aktivacije kaspaze-3/-7 [31,32]. Dodatno, HNP-1 se akumulirao u endoplazmatskom retikulumu prije aktivacije kaspaze-3 u A549 ćelijama [33]. Kada je rekombinantni HNP-1 eksprimiran u A549 ćelijama, to je izazvalo značajnu inhibiciju rasta zbog (vjerovatno sličnog) apoptotičkog mehanizma koji je pokrenuo intracelularni HNP-1. Ova antitumorska aktivnost je također dokazana in vivo, budući da su apoptoza tumorskih ćelija, smanjena gustina mikrožila i povećana infiltracija limfocita uočeni kod miševa tretiranih eukariotskim ekspresijskim plazmidom koji kodira HNP-1 [34].

U biomehaničkoj studiji sa PC-3 ćelijama, Gaspar i kolege su pokazali citotoksičnost HNP-1, što je izazvalo morfološke modifikacije povezane sa permeabilizacijom membrane [35]. Oni su predložili proces oštećenja ćelije u dva koraka: prvo, membrana je permeabilizirana omogućavajući HNP-ovima da uđu u ćeliju, a zatim dolazi do oštećenja DNK, jer HNP-ovi mogu inducirati jednolančane lomove DNK [35,36]. Ovisno o koncentraciji defenzina, poremećaj membrane može biti uzrokovan dimerizacijom HNP-1, gdje je hidrofobna strana dimera okrenuta prema lipidnim lancima membrane, dok polarna strana formira vodenu poru, uzrokujući curenje ćelija [37 ]. Relativna 'selektivnost' HNP-a za ćelijske membrane raka može se objasniti obogaćivanjem fosfatidilserinom u ćelijskim membranama raka, čineći ih anjonskim i povećavajući mogućnost interakcije sa kationskim HNP-ima [35,38]. Visoke lokalne koncentracije HNP-1 (veće ili jednake 10 µg/mL) također su ispoljile citotoksične efekte na keratinocite, primarne epitelne ćelije i fibroblaste [39,40].

Slično, izlaganje ćelija oralnog skvamoznog karcinoma visokim koncentracijama HNP-1 rezultiralo je onkolitičkim efektom [41]. defenzini pročišćeni od neutrofila također su pokazali sinergistički antitumorski efekat kada su davani sa antibiotikom nizinom, izazivajući apoptozu na ćelijskim linijama prostate (PC-3) i kolorektalnog karcinoma (HCT-116) [42] . Ne samo da su defenzini izvedeni iz neutrofila citotoksični, već i -defensin 5, koji je uglavnom eksprimiran u Panethovim stanicama, utječe na održivost tumorskih stanica. Proliferacija ćelija raka debelog crijeva i kapacitet formiranja kolonija značajno su smanjeni prekomjernom ekspresijom DEFA5. Kod golih miševa, prekomjerna ekspresija ovog gena potisnula je rast tumora. Mehanizmi iza njegovog supresivnog efekta tumora uključuju fosfoinozitid 3-kinazu, jer se DEFA5 direktno vezuje za svoj signalni kompleks, što dovodi do odgođenog rasta ćelija i metastaza [43]. Zanimljivo je da hBD-1 može promijeniti transdukciju signala receptora 2 humanog epidermalnog faktora rasta (HER2), a hBD-1 izveden iz urina bio je u stanju da potisne rast raka mokraćne bešike [44].

U ćelijskim linijama humanog hepatocelularnog karcinoma (HCC), ekspresija hBD-1 je dramatično smanjena, a spašavanje njegove ekspresije efikasno potiskuje ćelijsku proliferaciju i sposobnost formiranja kolonija. Kada je testiran na modelu hepatocelularnog karcinoma golog miša, ekspresija hBD-1 inhibirala je rast tumora izazivajući degradaciju proteina i stres endoplazmatskog retikuluma (ER), a to je kasnije aktiviralo put c-Jun N-terminalne kinaze (JNK), koji posredovanje inhibitornog efekta hBD-1 [45]. Nadalje, prijavljeno je da hBD-2 i -3 sadrže onkolitički motiv koji se vezuje za fosfatidilinozitol 4,5-bisfosfat. Ova interakcija je kritična za posredovanje u citolizi tumorskih ćelija, a eksperimenti sa hBD-2 su pokazali da je defenzin ubio tumorske ćelije putem akutne litičke smrti ćelije umjesto apoptoze [46,47]. Druga istraživanja su to potvrdila, jer ćelije adenokarcinoma A549 tretirane hBD-3 pokazuju trenutno oštećenje ćelijske membrane.

Nadalje, Defb14, mišji homolog hBD-3, bio je u stanju da značajno smanji rast tumora Lewisovog karcinoma pluća kod miševa kada se kontinuirano primjenjuje [48]. hBD-5 je također pokazao obećavajuću in vivo efikasnost protiv raka u modelu raka debelog crijeva izazvanog 1,2-dimetilhidrazinom. Uočeno je smanjenje tumorskih parametara, aberantna žarišta kripta i povećanje stope apoptoze, istovremeno s infiltracijom tumora neutrofilnim granulocitima. Debelo crijevo miševa tretiranih hBD-5- čak je otkrilo obnovu normalne arhitekture. hBD-5 se više vezuje za kancerogene ćelije, zbog izmenjene fluidnosti njihovih ćelijskih membrana, na kraju ne utičući na zdrave ćelije domaćina [49]. Iako se θ-defenzini nalaze samo u određenim vrstama majmuna iz Starog svijeta, njihova sposobnost ubijanja tumorskih stanica ne može se zanemariti. Analozi θ-defensina bogati serinom pokazali su veću citotoksičnost prema ćelijskim linijama raka dojke nego prema normalnim epitelnim stanicama dojke.

Što je još važnije, analozi su imali sinergistički učinak na liječenje trostruko negativne ćelijske linije raka dojke cisplatinom i doksorubicin hidrokloridom [50]. Ne samo životinje imaju antimikrobne peptide. PvD1 je primjer antimikrobnog peptida sličnog defenzinu koji se nalazi u biljci graha (Phaseolus vulgaris), za koji se čini da također ima direktnu aktivnost protiv raka [51,52]. Peptid je imao drugačiji učinak na normalne u odnosu na tumorske ćelije, jer je mogao doprijeti do unutrašnjosti ćelija tumora dojke i izazvati apoptotske događaje. Slično drugim defenzinima, PvD1 stupa u interakciju s membranama i ponekad uzrokuje poremećaje. Osim toga, PvD1 je modulirao adheziju između stanica. Ovo bi mogao biti zanimljiv način da se spriječi adhezija stanica raka na zdravo tkivo i suzbije širenje metastaza [52].

For more information:1950477648nn@gmail.com