De rol van defensines in de tumorbiologie Deel 1

Abstract:

Defensinen zijn lang beschouwd als louter antimicrobiële peptiden. Door de jaren heen zijn er meer immuungerelateerde functies ontdekt voor zowel de subfamilies -defensin als -defensin. Deze review geeft inzicht in de rol van defensines bij de immuniteit van tumoren. Omdat defensinen aanwezig zijn en differentieel tot expressie komen in bepaalde soorten kanker, begonnen onderzoekers hun rol in de micro-omgeving van de tumor te ontrafelen. Van de menselijke neutrofiele peptiden is aangetoond dat ze direct oncolytisch zijn door het celmembraan permeabel te maken. Verder kunnen defensinen DNA-schade aanrichten en apoptose van tumorcellen induceren. In de micro-omgeving van de tumor kunnen defensinen fungeren als chemoattractanten voor subsets van immuuncellen, zoals T-cellen, onrijpe dendritische cellen, monocyten en mestcellen.

Bovendien genereren defensines, door de gerichte leukocyten te activeren, pro-inflammatoire signalen. Bovendien zijn immuno-adjuvante effecten gemeld in een verscheidenheid aan modellen. Daarom reikt de werking van defensinen verder dan hun directe antimicrobiële effect, dwz de lysis van microben die de mucosale oppervlakken binnendringen. Door een toename van pro-inflammatoire signaleringsgebeurtenissen, cellysis (genererende antigenen) en aantrekking en activering van antigeenpresenterende cellen te veroorzaken, zouden defensinen een relevante rol kunnen spelen bij het activeren van het adaptieve immuunsysteem en het genereren van antitumorimmuniteit, en zouden ze dus kunnen bijdragen aan het succes van immuuntherapie.

Het richten op witte bloedcellen is een nieuwe aanpak bij de behandeling van kanker en immuunziekten, die het immuunsysteem kan activeren en zo de immuniteit kan versterken. Gerichte leukocyttherapie is het selectief activeren van immuuncellen zoals T-cellen, B-cellen en natural killer-cellen, en hen begeleiden om kankercellen of vreemde lichamen in het lichaam aan te vallen, om het doel van de behandeling te bereiken.

De sleutel tot gerichte therapie met witte bloedcellen is het stimuleren van de reactie van het immuunsysteem en het nemen van passende maatregelen om ervoor te zorgen dat het een minimale impact heeft op de cellen die worden aangevallen. Tijdens dit proces worden immuuncellen geactiveerd en geven ze cytokines en katalysatoren vrij, chemicaliën die de reactie van andere immuuncellen activeren, wat leidt tot verhoogde ontsteking in het lichaam, wat de immuniteit verhoogt.

Daarom kan gerichte leukocyttherapie het immuunsysteem van het lichaam activeren, de immuniteit versterken en samenwerken met het immuunsysteem van het lichaam om betere therapeutische effecten te produceren. Het is duidelijk dat we speciale aandacht moeten besteden aan de verbetering van de immuniteit. Cistanche kan de immuniteit aanzienlijk verbeteren. Vleesas bevat verschillende biologisch actieve componenten, zoals polysacchariden, twee paddenstoelen, Huang Li, enz. Deze ingrediënten kunnen het immuunsysteem van verschillende soorten cellen stimuleren en hun immuunactiviteit verhogen.

Klik op gezondheidsvoordelen van cistanche

Trefwoorden:

defensines; tumorbiologie; immune cellen.

1. Inleiding

Defensinen zijn een familie van kleine kationische peptiden die zes cysteïneresiduen bevatten die zijn verbonden via drie intramoleculaire disulfidebindingen, waarbij een centraal vel hun structuur domineert [1,2]. Er zijn drie onderfamilies ontdekt. Lehrer en collega's identificeerden in 1984 de eerste zoogdierdefensinen uit konijnengranulocyten. Later, in 1985, rapporteerden ze de eerste humane defensinesequenties, die ze aanvankelijk aanduidden als antibiotische peptiden afgeleid van neutrofielen of humane neutrofielpeptiden (HNP's) [3,4 ]. Ze introduceerden ook de term 'defensinen' voor de sterk verwante peptiden HNP-1 tot 3, gebaseerd op hun antibacteriële, antivirale en schimmelwerende eigenschappen die de afweer van de gastheer versterken [4].

Later werd HNP-4 ontdekt, met dezelfde cysteïneruggengraat als de andere myeloïde HNP's, maar met een iets andere volgorde en significant meer hydrofobe aminozuren [5]. Slechts ongeveer 2 procent van het totale neutrofiele defensinegehalte is HNP-4, wat waarschijnlijk de reden is dat het over het hoofd werd gezien tijdens de ontdekking van de eerste drie HNP's [6]. Niet alle zoogdieren hebben leukocytaire defensinen, aangezien deze alleen zijn gemeld bij primaten, konijnen en enkele andere knaagdiersoorten [2].

In dit opzicht is het belangrijk op te merken dat muizen geen neutrofiele defensinen hebben [7]. Bijgevolg is het onderzoeken van de rol van neutrofiele defensinen in muizenmodellen alleen mogelijk bij transgene muizen. Paneth-cellen in de darm van de muis produceren echter defensinen, ook wel crypten genoemd [8]. Gelijkaardig aan neutrofiele defensines, hebben enterische crypten antimicrobiële eigenschappen, maar de muriene crypten overtreffen ruimschoots de groep van vier menselijke myeloïde defensines [9,10]. Rond de tijd van de ontdekking van de muizencrypten werden ook twee -defensines gevonden die werden uitgescheiden door menselijke Paneth-cellen: menselijke defensine 5 en menselijke defensine 6 (HD-5 en HD-6), die eigenschappen delen met de myeloïde -defensinen [11,12]. HD-5 en HD-6 besluiten de groep van de zes bekende menselijke afweerstoffen.

De volgende onderfamilie die geïdentificeerd werd, waren de -defensins. Hoewel hun naam doet vermoeden dat die ontstaan ​​zijn na de -defensins, zijn -defensins veel ouder op evolutionaire schaal, aangezien -defensin-genen (DEFA) afstammen van -defensin-genen (DEFB) en beide families lijken te zijn geëvolueerd uit een gemeenschappelijke pre-defensin-genen. zoogdierdefensine-gen [13,14]. Human-defensinen zijn ook talrijker, aangezien er bijna 40 human-defensin-genen zijn geïdentificeerd [15,16]. Interessant is dat -defensinen voor het eerst werden gedetecteerd in het tracheale slijmvlies van koeien [17], en aanvullende -defensinen werden gezuiverd uit runderneutrofielen [18]. Het was in 1995, tien jaar na de eerste beschrijving van -defensines bij mensen, dat de eerste menselijke -defensine werd geïsoleerd: de menselijke -defensine-1 of hBD-1 [19]. Sindsdien zijn er meer -defensinen ontdekt, en deze komen allemaal tot expressie in epitheel- en/of slijmvliesweefsels die antimicrobiële bescherming bieden op plaatsen die bijna continu in contact staan ​​met micro-organismen [16].

De volgende onderfamilie die geïdentificeerd werd, waren de -defensins. Hoewel hun naam doet vermoeden dat die ontstaan ​​zijn na de -defensins, zijn -defensins veel ouder op evolutionaire schaal, aangezien -defensin-genen (DEFA) afstammen van -defensin-genen (DEFB) en beide families lijken te zijn geëvolueerd uit een gemeenschappelijke pre-defensin-genen. zoogdierdefensine-gen [13,14]. Human-defensinen zijn ook talrijker, aangezien er bijna 40 human-defensin-genen zijn geïdentificeerd [15,16]. Interessant is dat -defensinen voor het eerst werden gedetecteerd in het tracheale slijmvlies van koeien [17], en aanvullende -defensinen werden gezuiverd uit runderneutrofielen [18]. Het was in 1995, tien jaar na de eerste beschrijving van -defensines bij mensen, dat de eerste menselijke -defensine werd geïsoleerd: de menselijke -defensine-1 of hBD-1 [19]. Sindsdien zijn er meer -defensinen ontdekt, en deze komen allemaal tot expressie in epitheel- en/of slijmvliesweefsels die antimicrobiële bescherming bieden op plaatsen die bijna continu in contact staan ​​met micro-organismen [16].

Over het algemeen wordt de structuur van menselijke defensines gekenmerkt door een driestrengs antiparallelvel, op zijn plaats gehouden door drie disulfidebindingen [1,21,22] (Figuur 1). Bij defensinen worden deze disulfidebindingen gevormd tussen cysteïneresiduen 1–6, 2–4 en 3–5, terwijl dit bij -defensinen tussen cysteïneresiduen 1–5, 2–4 en 3–6 is, wat resulteert in een iets andere structuur [2].

Al snel na hun ontdekking werd geconcludeerd dat defensines in de eerste plaats als antimicrobiële middelen werken, maar zelfs destijds werd gesuggereerd dat defensines ook een rol kunnen spelen bij ontstekingen, weefselbeschadiging en andere processen [26].

Momenteel zijn defensines opgenomen in de alarmin-familie. Alarmins zijn grondig bestudeerd in de context van hun rol als eerstelijnsverdedigers die de gastheer beschermen. Het zijn eiwitten of peptiden die fungeren als initiators van een breed scala aan immuungerelateerde processen [27]. Ze behoren tot de bredere familie van DAMP's (schade-geassocieerde moleculaire patronen) en kunnen worden onderverdeeld op basis van hun oorsprong: sommige zijn afgeleid van korrels, zoals defensinen, cathelicidine en van eosinofielen afgeleid neurotoxine; sommige hebben een nucleaire oorsprong, zoals hoge mobiliteitsgroep box 1; en sommige zijn afkomstig uit het cytoplasma, bijvoorbeeld de heat shock-eiwitten [27]. De meeste van korrels afgeleide alarminen zijn ook bekend als antimicrobiële peptiden of AMP's, en deze subgroep omvat defensinen.

Onder normale omstandigheden werken het aangeboren en het adaptieve immuunsysteem samen om ons te beschermen tegen niet-zelfbedreigingen, zoals bacteriën en virussen. Hoewel kanker afkomstig is van 'eigen' cellen, kan ons immuunsysteem kwaadaardige cellen herkennen en doden vanwege hun veranderde antigene samenstelling en biologisch gedrag [28,29]. De genetische instabiliteit van kankercellen is de primaire bron van tumorspecifieke antigenen [29]. Bovendien spelen epigenetische afwijkingen, veranderende genexpressie, ook een belangrijke rol bij kanker en kunnen transcriptie veroorzaken van genen die normaal gesproken beperkt zijn tot de ontwikkeling van de foetus tijdens het volwassen leven [29,30]. Behalve dat ze antigeen zijn, proberen veel tumoren aan het immuunsysteem te ontsnappen door een immuunonderdrukkende omgeving te creëren.

Het is daarom duidelijk dat de wisselwerking tussen het immuunsysteem en tumorcellen complex is, en met de opkomst van immunotherapie mag het belang van antitumorimmuniteit en mogelijke ontsnapping aan het immuunsysteem niet over het hoofd worden gezien. Hier vatten we de potentiële rollen van defensines in de micro-omgeving van de tumor (TME) samen, aangezien steeds meer bewijs wijst op immuungerelateerde functies die verder gaan dan eenvoudige antimicrobiële activiteit.

2. Direct effect op tumorcellen

Ten eerste kunnen -defensinen, vergelijkbaar met hun antimicrobiële werking, een direct cytotoxisch effect hebben op tumorcellen. De mogelijke werkingsmechanismen variëren van directe fysieke interacties met het membraan tot de activering van celdoodroutes (Figuur 2). HNP-1 tot 3 geïnduceerde celdood in A549-cellen en Jurkat T-cellen geassocieerd met mitochondriaal letsel en andere niet-gespecificeerde routes, met tekenen van caspase-3/-7-activering [31,32]. Bovendien accumuleerde HNP-1 in het endoplasmatisch reticulum vóór de activering van caspase-3 in A549-cellen [33]. Toen recombinant HNP-1 tot expressie werd gebracht in A549-cellen, veroorzaakte het een aanzienlijke remming van de groei dankzij een (waarschijnlijk vergelijkbaar) apoptotisch mechanisme dat werd geactiveerd door het intracellulaire HNP-1. Deze antitumoractiviteit werd ook in vivo bewezen, aangezien apoptose van tumorcellen, verminderde dichtheid van microvaatjes en verhoogde lymfocyteninfiltratie werden gezien bij muizen die werden behandeld met een eukaryotisch expressieplasmide dat codeert voor HNP-1 [34].

In een biomechanische studie met PC-3-cellen toonden Gaspar en collega's de cytotoxiciteit van HNP-1 aan, die morfologische modificaties veroorzaakte die samenhangen met membraanpermeabilisatie [35]. Ze stelden een celbeschadigingsproces in twee stappen voor: eerst wordt het membraan doorlaatbaar gemaakt waardoor HNP's de cel kunnen binnendringen, en vervolgens treedt DNA-schade op, aangezien HNP's enkelstrengs DNA-breuken kunnen veroorzaken [35,36]. Afhankelijk van de defensineconcentratie kan membraanverstoring worden veroorzaakt door de dimerisatie van HNP-1, waarbij de hydrofobe zijde van het dimeer naar de lipideketens van het membraan is gericht, terwijl de polaire zijde een waterige porie vormt, waardoor cellekkage ontstaat [37 ]. De relatieve 'selectiviteit' van HNP's voor kankercelmembranen kan worden verklaard door de verrijking van fosfatidylserine in kankercelmembranen, waardoor deze meer anionisch worden en de kans op interactie met de kationische HNP's groter wordt [35,38]. Hoge lokale concentraties van HNP-1 (hoger dan of gelijk aan 10 µg/ml) oefenden ook cytotoxische effecten uit op keratinocyten, primaire epitheelcellen en fibroblasten [39,40].

Evenzo resulteerde blootstelling van orale plaveiselcelcarcinoomcellen aan hoge concentraties HNP-1 in een oncolytisch effect [41]. defensinen gezuiverd uit neutrofielen vertoonden ook een synergetisch antitumoreffect wanneer ze werden toegediend met het antibioticum nisine, door apoptose te induceren op de prostaatcellijnen (PC{3}}) en colorectale kankercellijnen (HCT{4}}) [42] . Niet alleen zijn de van neutrofielen afgeleide defensines cytotoxisch, maar -defensine 5, dat voornamelijk tot expressie wordt gebracht in Paneth-cellen, beïnvloedt de levensvatbaarheid van tumorcellen. De proliferatie van darmkankercellen en het vermogen om kolonies te vormen was significant verminderd door overexpressie van DEFA5. Bij naakte muizen onderdrukte overexpressie van dit gen de tumorgroei. De mechanismen achter het tumoronderdrukkende effect zijn fosfoinositide 3-kinase, aangezien DEFA5 direct bindt aan het signaalcomplex, wat leidt tot vertraagde celgroei en metastase [43]. Interessant is dat hBD-1 de signaaltransductie van menselijke epidermale groeifactorreceptor 2 (HER2) kan veranderen en dat hBD uit urine-1 de groei van blaaskanker kon onderdrukken [44].

In humane hepatocellulaire carcinoom (HCC) cellijnen wordt de expressie van hBD-1 drastisch verlaagd, en het redden van de expressie onderdrukt effectief celproliferatie en kolonievormend vermogen. Wanneer getest in een hepatocellulair carcinoommodel van een naakte muis, remde hBD-1-expressie de tumorgroei door eiwitafbraak en endoplasmatisch reticulum (ER)-stress te induceren, en dit activeerde vervolgens de c-Jun N-terminale kinase (JNK)-route, die bemiddelde het remmende effect van hBD-1 [45]. Verder werd gerapporteerd dat hBD-2 en -3 een oncolytisch motief bevatten dat bindt aan fosfatidylinositol-4,5-bisfosfaat. Deze interactie is cruciaal voor het mediëren van cytolyse van tumorcellen, en experimenten met hBD-2 toonden aan dat de defensine tumorcellen doodde via acute lytische celdood in plaats van apoptose [46,47]. Ander onderzoek bevestigde dit, aangezien A549-adenocarcinoomcellen die werden behandeld met hBD-3 onmiddellijke celmembraanbeschadiging vertoonden.

Bovendien was Defb14, de muizenhomoloog van hBD-3, in staat om de tumorgroei van Lewis-longcarcinoom bij muizen aanzienlijk te verminderen bij continue infusie [48]. hBD-5 toonde ook veelbelovende in vivo antikankerwerkzaamheid in een door 1,2-dimethylhydrazine geïnduceerd colonkankermodel. Er werden een afname van de tumorparameters, afwijkende crypte-foci en een toename van de apoptosesnelheid waargenomen, gelijktijdig met tumorinfiltratie door neutrofiele granulocyten. Colons van met hBD behandelde-5-muizen lieten zelfs een herstel van de normale architectuur zien. hBD-5 bindt zich meer aan kankercellen vanwege de veranderde vloeibaarheid van hun celmembranen, waardoor gezonde gastheercellen uiteindelijk niet worden aangetast [49]. Hoewel θ-defensinen alleen worden aangetroffen in bepaalde apensoorten uit de Oude Wereld, kan hun vermogen om tumorcellen te doden niet worden genegeerd. Serinerijke θ-defensine-analogen vertoonden meer cytotoxiciteit voor borstkankercellijnen dan voor normale borstepitheelcellen.

Wat nog belangrijker is, de analogen hadden een synergetisch effect op de behandeling met cisplatine en doxorubicinehydrochloride van een triple-negatieve borstkankercellijn [50]. Niet alleen dieren hebben antimicrobiële peptiden. PvD1 is een voorbeeld van een defensine-achtig antimicrobieel peptide dat wordt aangetroffen in de gewone bonenplant (Phaseolus vulgaris), dat ook enige directe antikankeractiviteit lijkt te hebben [51,52]. Het peptide had een ander effect op normale dan op tumorcellen, omdat het in staat was om het inwendige van borsttumorcellen te bereiken en apoptotische gebeurtenissen te induceren. Net als andere defensinen interageert PvD1 met membranen en veroorzaakt soms verstoringen. Bovendien moduleerde PvD1 cel-tot-celadhesie. Dit zou een interessante manier kunnen zijn om de adhesie van kankercellen aan gezond weefsel te voorkomen en metastatische verspreiding te onderdrukken [52].

For more information:1950477648nn@gmail.com