Att manipulera en masterregulator förhindrar tumörtillväxt hos möss

Att manipulera en masterregulator förhindrar tumörtillväxt hos möss

Ett protein som identifierades för nästan 40 år sedan för sin förmåga att stimulera produktionen av röda blodkroppar spelar en överraskande och avgörande roll för att dämpa immunsystemets svar på cancer.

Blockering av proteinets aktivitet förvandlar tidigare "kalla" eller immunresistenta levertumörer hos möss till "heta" tumörer som kryllar av cancerbekämpande immunceller. I kombination med immunterapi, som ytterligare aktiverar dessa immunceller mot cancern, ledde behandlingen till fullständig regression av befintliga levertumörer hos de flesta möss. Behandlade djur levde under experimentets varaktighet. Däremot överlevde kontrolldjuren bara några veckor.

Detta är ett grundläggande genombrott i vår förståelse av hur immunförsvaret stängs av vid cancer. Jag kunde inte vara mer exalterad över denna upptäckt, och jag hoppas att behandlingar riktade mot den mekanism vi upptäckt snabbt kommer att gå vidare till mänskliga försök. "

Edgar Engleman, MD, PhD, professor i patologi och medicin

Engleman är huvudförfattare till forskningen, som kommer att publiceras online den 24 aprilVetenskap. Forskaren för Basic Life, David Kung-Chun Chiu, PhD, är huvudförfattaren till studien.

Förmodligen tillämpligt på många typer av cancer

Även om arbetet slutfördes på möss, finns det starka bevis för att proteinet, erytropoietin eller EPO, spelar en liknande roll i många typer av cancer.

"Forskning från mer än ett decennium sedan visade att ge EPO till cancerpatienter med anemi för att stimulera produktionen av röda blodkroppar påskyndar tumörtillväxt," sa Engleman.

Sammansättningen var så anmärkningsvärd att 2007 krävde Food and Drug Administration en svart låda varningsetikett för läkemedlet, som varnade för dess användning hos personer med cancer. Forskarna såg också ett tydligt samband mellan patienternas prognos och nivåer av naturligt förekommande EPO och dess receptor i tumören.

"Dessa gamla rapporter visade tydligt att ju mer EPO eller Epor det fanns i tumörer, desto värre var patienterna," sa Engleman. "Men kopplingen mellan EPO och cancerimmunitet har aldrig fastställts tidigare. Faktum är att eftersom EPO är så väletablerat som en tillväxtfaktor för röda blodkroppar, tog det lång tid och många experiment för att övertyga oss om att EPO spelar en grundläggande roll för att blockera immunsvaret mot cancer."

Chiu utvecklade och studerade genomredigeringstekniker för att skapa flera musmodeller av levercancer för att studera hur levertumörer utvecklas och svarar på behandling. Varje modell rekapitulerar specifika mutationer, histologi och svar på godkända terapier som finns i subtyper av human levercancer. Tumörbildning inducerades antingen genom att injicera en kombination av DNA-kodade proteiner associerade med levercancer i djurens svansven eller genom att implantera levercancerceller i djurens lever.

Forskarna var intresserade av effekten på cancertillväxt av en vanlig immunterapi som riktade in sig på en molekyl som heter PD-1 på immunceller som kallas T-celler. Bindning till PD-1 blockerar cancercellernas förmåga att dämpa T-cellsaktivitet. Anti-PD-1-terapier, inklusive en som marknadsförs kommersiellt som Keytruda, används rutinmässigt för att behandla många typer av humana cancerformer, inklusive melanom, Hodgkins lymfom och vissa typer av lungcancer. I vissa fall har de förändrat patientens resultat. Men en stor majoritet av tumörer, inklusive de flesta lever-, bukspottkörtel-, kolon-, bröst- och prostatacancer, är resistenta mot behandling.

Forskarna fann att vissa kombinationer av mutationer, som liknar levercancer hos människor, ledde till utvecklingen av levertumörer som till stor del ignorerades av immunsystemet, blev immunprivilegierade eller kalla. Dessa tumörer krympte inte när djuren behandlades med anti-PD-1 eftersom det fanns få T-celler närvarande i tumören.

I motsats till de kalla tumörerna resulterade andra mutationer i heta eller "inflammerade" tumörer som försvagades med T-celler. Dessa tumörer var mycket känsliga för anti-PD1-behandling, vilket ledde till att T-cellerna attackerade cancern.

Oväntat visade de kalla tumörerna ökade EPO-nivåer jämfört med heta tumörer. Denna ökning orsakas sannolikt av den syrefattiga mikromiljön - ett tillstånd som kallas hypoxi - som förekommer i kalla tumörer. Hypoxi inducerar produktionen av proteiner i cancerceller, vilket i sin tur ökar produktionen av EPO för att skapa fler röda blodkroppar för att bekämpa de låga syrenivåerna.

"Hypoxi i tumörer har studerats i decennier," sa Engleman. "Det är bortom någons vetskap, inklusive jag, att EPO i detta sammanhang skulle kunna göra något annat än att fungera som en tillväxtfaktor för röda blodkroppar."

Intresserade vände sig forskarna till befintliga databaser för att bekräfta att förhöjda EPO-nivåer korrelerar med sämre överlevnad hos personer med cancer i lever, njure, bröst, tjocktarm och hud. De mixtrade sedan med tumörcellernas förmåga att göra EPO och blev förvånade över vad som hände i djurens levertumörer.

De fann att mutationer som hade lett till utvecklingen av kalla tumörer istället orsakade heta tumörer när tumörerna modifierades så att de inte kunde göra EPO. Omvänt trivdes heta tumörer som tidigare framgångsrikt hade utrotats av immunsystemet när de konstruerades för att uppnå förhöjda nivåer av EPO.

Ytterligare uttömmande forskning visade att i kalla tumörer producerar och utsöndrar tumörceller EPO, som binder till receptorer på ytan av immunceller som kallas makrofager. Makrofagerna byter sedan till en immunsuppressiv roll, skrämmer bort cancermuterande T-celler och tämjer deras aktivitet.

Vikten av denna EPO-modererade överhörning mellan tumörceller och makrofager visades tydligt när forskarna undersökte den kombinatoriska effekten av att blockera EPO-signalvägen och anti-PD-1-vägen samtidigt.

I dessa experiment levde inga möss med kalla levertumörer behandlade med kontroll eller anti-PD-1 mer än åtta veckor efter tumörinduktion. Däremot kunde 40 % av mössen med makrofager inte överleva EPO-receptorn efter avslutad experiment 18 veckor efter tumörinduktion. När möss som saknade EPO-receptorn fick anti-PD-1-behandling, levde alla djur under experimentets varaktighet.

"Det är lätt," sa Engleman. "Om du tar bort den EPO-signaleringen, antingen genom att sänka hormonnivåerna eller genom att blockera receptorerna på makrofagerna, får du inte bara en minskning av tumörtillväxten, utan du får tumörregression tillsammans med känslighet för anti-PD-1 leverans."

Engleman och hans kollegor designar nu behandlingar som riktar sig mot EPO-signalering i humana cancerformer. Ospecifik inriktning på EPO-proteinet kan orsaka anemi, vilket Engleman spekulerar kan vara en acceptabel kompromiss för effektiv cancerterapi. Ett alternativt tillvägagångssätt är att selektivt blockera EPO-receptorerna på ytorna av makrofager vid cancer.

"Jag fortsätter att vara förvånad över detta fynd," sa Engleman. "Inte alla tumörer kommer att reagera på samma sätt, men jag är mycket optimistisk att denna upptäckt kommer att leda till kraftfulla nya cancerterapier."

Forskare från New York Blood Center och läkemedelsföretaget Immunedge Inc. bidrog till forskningen.

Studien finansierades av National Institutes of Health (bidrag R01CA262361, P01CA244114, U54CA2745115 och P01HL149626).

Chiu är en av grundarna av Immunedge Inc. Engleman är grundare, aktieägare och styrelseledamot i Immunedge Inc. Chiu och Engleman är Stanford-anslutna uppfinnare av PCT/US2023/063997 med titeln "EPO-receptoragonister och antagonister."

Källor: