Tümör Mikroçevresi

Doç Dr Nalan Akgül Babacan

Güncellenme tarihi: 15.12.2015

TÜMÖR MİKROÇEVRESİ

Tümörün sadece kanser hücrelerinden oluşan bir yığın olmadığı 1800lerden beki bilinmektedir. İlk kez Steven Paget tohum ve toprak (seed and soil) hipotezinden sözetmiş ve bir tohumun (tümör hücresinin) yetişebilmesi için mutlaka bereketli bir toprağa (mikroçevre) ihtiyacı olduğunu söylemiştir. Mikroçevre, tümör dokusu içindeki kanser hücresi olmayan hücre ve yapılarını tanımlar. Bu alanda fibroblastlar, immün hücreler, kan damarları, sinyal molekülleri, ekstrasellüler matrix (ESM veya ECM), bağ doku, integrinler ve sitokinler mevcuttur. Mikroçevre; tümörün anjiyogenezinde, periferik immün tolerans (anerji) gelişiminde, ilaç direncinde ve tüm bunların sonucunda tümör progresyonunda aktif rol oynar. Tümör anerjisinin gelişimine immün regülatör hücreler kadar baskılayıcı nitelikteki sitokinler de katkıda bulunur.

Mikroçevre, tümöre karşı savaşan lenfositlerin fonksiyonuna ve çoğalmasına doğrudan hasar verir. Dendritik hücre, Myeloid kökenli baskılayıcı hücreler (MKBH) ve tümör hücrelerinden salgılanan indolamin 2,3 dioksijenaz (IDO) enzimi, triptofanı katabolize edip ‘kynurenine denen metaboliti açığa çıkarır. Bu olay klonal T hücre büyümesini engeller ve T lenfositlerin Treglere dönüşmesine yol açar. Ayrıca, IL-6 üretimine neden olur ki bu da MKBHlerin baskılayıcı fonksiyonlarını artırır.

Metabolik değişiklikler: hızlı çoğalan hücre popülasyonu hipoksiye neden olur. Hipoksi, HIF-1α üretimi ve yeniden damar oluşumuna (neo-anjiyogenez) ve tümör progresyonuna yol açar. HIF-1α yolağının aktive olması epitelyal-mezenkimal dönüşüm ü (EMD veya EMT) tetikler, E-kaderin üretimine yol açarak tümörün migrasyon ve invazyon yeteneğini artırır. HIF-1α, normal koşullarda hücrede übikütin ilişkili degradasyon sistemiyle parçalanır. Hipoksik durumda HIF-1β ile heterodimer oluşturup hipoksik cevap elementine (HCE veya HREs) bağlanır ve hücre çekirdeğine bazı transkripsiyon faktörlerini aktive eder. Bu transkripsiyon faktörleri sağkalım, anjiyogenez ve çoğalma gibi fonksiyonlarla ilişkilidir ve sonuçta tümör progresyonuna yol açarlar.

Hipoksik ortamda genetik instabilite de artar ve DNA hasar tamiri bozulur. Tümör hücresi hipoksik ortamda glikoliz yaparak enerji üretmeye çalışır ve ortaya çıkan laktat dokuda birikerek ortami asidik (pH 6,5-6,9) hale getirir. Bu da ekstrasellüler matrixin yıkımına ve tümör açısından migrasyonun kolaylaşmasına yol açar. Aslında tümör hücreleri normo-oksik ortamda da glikolizi tercih eder ve mitokondriyal yolu kullanmaz. Bu durum ‘Warburg etkisi olarak bilinir. Mikroçevrede gelişen hipoksi, dendritik hücreyi olumsuz etkiler ve tümör ilişkili makrofaj (TAM) polarizasyonuna yol açar.

Tümör mikroçevresinde kronik bir inflamasyon süreci mevcuttur. Bu sürece hem tümör hücrelerinin salgıladığı enflamatuar mediatörler hem de mikroçevre ve tümör etkisiyle değişime uğramış immün hücrelerin katkısı vardır.

Tümör mikroçevresinde yer alan bazı hücre ve komponentler aşağıda özetlenmiştir:


İmmün Sistemin Regülatör Hücreleri

Normalde tümörü infiltre eden immün hücrelerin büyük kısmını (tümörü infiltre eden lenfositler) TIL oluşturur, geri kalanı ise TAMlar, dendritik hücreler ve granülositlerden ibarettir. Tümör mikroçevresindeki bu hücrelerin bir kısmın immün aktivasyonu desteklerken diğer kısmı inflamasyonu baskılama yönünde çalışırlar. İşte bu hücrelerden İmmün sistem üzerinde baskılayıcı etki gösteren hücrelere ‘regülatör hücreler denir. Regülatör hücrelerin oluşumunu anlamak için yine inflamasyonun fizyolojik evrelerine yakından bakmak gerekir:

CD4+ T hücrelerinin tümör immünolojisindeki yerinden daha önceki bölümlerde bahsetmiştik. Bu hücre grubu naif iken ortamdaki sitokin ve dendritik hücrenin etkisiyle 4 çeşit farklılaşma geçirebilir:

-Th1 hücreleri : diğer immün hücrelerin fagositoz aktivitesini artırırlar, INF-gamma salgısıyla makrofajı uyarır, kompleman sistemini aktive eder ve antikor izotip üretimini artırırlar. Bu özellikleri ile tümöre karşı savaşta en önemli yere sahip hücrelerden biridir.

-Th2 hücreleri: IL-4 salgısı yaparak IgE üretimine, IL-5 salgısıyla da eosinofil uyarısına yol açarlar ve paraziter enfeksiyonlarla mücadelede rol alırlar. Ayrıca IL-10 ve 13 artışıyla da Th1 aracılı immüniteyi baskılarlar. Fizyolojik şartlarda Th1 ve Th2 sayısı belli bir dengede tututlmaktadır.

-Th17+ hücreler : aslında ekstrasellüler bakteri ve fungusla mücadelede görevlidirler ve mukozal bariyerlerde aktif rol alırlar. Pek çok otoimmün hastalıkta Th17 artışı bilinmektedir.

-Regülatör Th (T-reg): periferdeki T hücrelerinin %5ini, TILin yaklaşık %20lik kısmını oluştururlar. Normal Timus T lenfosit eğitimi sırasında kendi öz MHC moleküllerine aşırı afinite gösteren lenfositler negatif seleksiyonla apoptozise uğratılırlar. Ancak Tregler aynı özelliğe sahip oldukları halde öldürülmeyip perifere gönderilirler. Fizyolojik ortamda görevleri inflamatuar yanıtın kronikleşmesini önlemek veya otoimmüniteyi engellemek için immün sistem hücrelerini baskılamaktır. FOXP3 ekspresyonu, IL-10 ve TGF-β aracılığıyla IL-2 etkisini engellerler ve dendritik hücrenin ‘baskılayıcı tipe dönüşmesine yol açarlar. Lökosit aktivasyon geni (LAG-3), PD1 ve sitotoksik T-lenfosit ilişkili antijen (CTLA4) üretimi de yapabilirler. CTLA4+ olanlar, aynı zamanda IDO salgılayarak T hücre gelişimini bozarlar. B7-H4 üretimi de inhibitör eş-uyarıya neden olarak T hücre yanıtını azaltır.

Bu sayılan CD4+ T hücrelerinden Th2, Th17 ve Tregler tümör lehine çalışabilen hücrelerdir.

Myeloid kökenli baskılayıcı hücreler (MKBH veya MDSC): bu hücreler myeloid bazı yüzey markırları (CD33, CD11b ve IL4R-alfa) taşırken, lenfoid bazı markırları (CD3,CD19, CD56) da taşımazlar. T hücre inhibisyonu yaparken, Treg ve supresör NK hücrelerinin dönüşümünü de desteklerler. Güçlü reaktif oksijen radikalleri (ROS) kaynağıdırlar ki bu maddeler, antijen sunumu aşamasında immün sinapsın oluşmasını engeller. Nitrik asit oksidazla uyarılabilir enzim (iNOS) üreterek nitrik asit dönüşümüne ve böylece T hücre fonksiyonlarının bozulmasına yol açarlar. Ayrıca T hücre çoğalması ve farklılaşması için gerekli olan triptofanın katabolizmasını sağlayan IDO enzimini de üretirler. IL-10 salgısı ve IL-12 down-regülasyonu ile Th2 dönüşümüne neden olurlar. Arginaz-1 enzimi ile L-arginaz yıkımına ve böylece T hücre reseptörü (TCR) yapısını bozarak T hücre anerjisine yol açarlar.

M2 tip Makrofaj: normalde M1 ve M2 olarak iki grup makrofaj bulunur ve M1, IL-6, IL-12 ve TNF-α gibi pro-inflamatuar sitokinleri üretirken M2, IL-10 ve TGF-β gibi inhibitör sitokinleri salgılarlar. Tümörde M2 tipin daha aktif olduğu görülmektedir.

Tümör ilişkili makrofajlar (TİM veya TAM) : TAMlar kronik inflamasyon ve kanser arasındaki kuvvetli ilişkinin merkezinde yer alan hücrelerdendir. Makrofaj öncüleri tümör tarafından salınan IL-4 ve IL-13 etkisiyle TAMa dönüşürler. Normal makrofajlardan farklı olarak sitotoksik aktiviteden yoksundurlar. Immün baskılayıcı IL-10, VEGF, TGF-β, epidermal büyüme faktörü (EBF veya EGF) ve nitrik oksit sentaz (NOS) salgılayarak ve ekstrasellüler matriksi yeniden şekillendirerek tümörü desteklerler. CCL18 kemokini salgılayarak naif T hücrenin mikroçevreye gelmesini sağlarlar, hücreler olgun olmadığı için bu yanıt anerjiye neden olur. CCL17 ve CCL22 kemokin salgısı ile de Treg ve Th2nin bölgeye gelmesini sağlarlar. Prostoglandin E2 salgısı ise MKBHin fonksiyonlarını destekler. Matrix metalloproteazlar (MMP) salgılayarak mikroçevrede bağ dokunun yıkılımına ve anjiyogenezin kolaylaşmasına neden olurlar. TAMlar yavaş bir NF-κB aktivasyonu yaparlar ve kanserdeki kronik enflamasyon durumuna katkıda bulunurlar. Tümör dokusunda fazlaca bulunmaları (periferik T hücreli lenfoma ve akciğer adenokanserlerde) kötü prognostiktir.

Karsinom ilişkili fibroblast (CAF veya KİF): ç oğunlukla normal fibroblastlardan EMD ya da endotelyal-mezenkimal dönüşüm (EndMD veya EndMT) sonucu gelişirler. CAF hücreleri VEGF, FGF, PDGF gibi pro-anjiyojenik faktörleri, TGF-βyı, IGF-1,2yi salgılayarak sitotoksik T hücre ve NK inhibisyonu yaparlar. Tümörde konak kaynaklı VEGFün en büyük kaynağı bu hücrelerdir. Ayrıca hepatosit büyüme faktörü (HBF veya HGF) de üreterek tümör hücresinde c-MET yolağının aktive olmasına yol açarlar.

CAFlar Ekstrasellüler matrixin yeniden düzenlenmesinde (ECM remodeling) en önemli rolü oynar. Mikroçevrenin çatısını oluşturan kollajen, proteoglikan, glikozaminoglikan, elastin ve glikoprotein gibi yapıların çoğunun düzenlenmesinden fibroblastlar sorumludur. Ancak tümördeki CAF dönüşümü nedeniyle ECMdeki bu yapıların üretimi ve yapısı bozulur. Üstelik ürettikleri matrix metalloproteinazlarla (MMP) ortamdaki yapıların yıkılmasına da neden olurlar. ECM parçalanması VEGF, TGF-beta, FGF, IGF-1,2, TNF, EGF gibi tümör büyütücü faktörlerin açığa çıkmasına yol açar. ECM parçalanmasıyla aslında endostatin, restin, canstatin ve turnstatin gibi anti-anjiyojenik maddeler de açığa çıkar ama bunlar göreceli olarak daha az miktarda kalırlar. KİFlerin salgıladığı diğer bir enzim olan lizil oksidaz da kollajen tip IVün çapraz bağlarını kopararak tümör progresyonunu desteklerler.

Bunlar dışında plazmositoid dendritik hücreler, PMN ve NK hücreleri de ortamdaki sitokin dengesine göre supresör etki gösterebilirler. Tüm bu inhibitör etkili hücreler uygulanan immün tedavilerin de etkin olmasını engelleyebilirler.

İmmün Sistemin Regülatör Sitokin/Kemokinleri

Sitokinler : immün hücrelerce salınan, hücreler arasındaki iletişimi sağlayan, salgılandığı mikroçevrede etkisini gösteren (otokrin veya parakrin, immün veya immün olmayan hücrelerde) protein yapısındaki moleküllerdir. Sitokinler immun sistem hücrelerinin gelişmesi, farklılaşması ve aktivasyonunda, antijen sunumu, adezyon moleküllerinin ekspresyonu, akut faz yanıtları gibi immun yanıtın ve inflamasyonun her safhasında, hücre ölümünde, hematopoez ve yara iyileşmesi gibi birçok olayda hücreler arası ilişkileri düzenlerler. Temelde, T hücre ve makrofajlar olmak üzere immün sistemin tüm hücrelerinden salgılanabilirler. Sistemik dolaşımda inaktif durumdadırlar ve etkilerini çok spesifik yüksek afiniteli reseptörlerine bağlandıkları zaman gösterirler. Bir sitokinin farklı hücrelerde farklı etkiler yapabilmesine ‘pleotrofi denir. Sitokinler tümör mikroçevresinde anti-tümöral etki ile anerji/tümörü destekleyen etki arasındaki dengede önemli rol oynarlar.

Sitokin Aileleri:

1. Hematopoetinler; Eritropoetin, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-11, IL-12, IL-13, IL-15, GM-CSF, G-CSF, M-CSF, GM-CSF.

2. Tumor nekrozis faktor (TNF) ailesi; TNF-α ve β, CD40L, CD30L, CD27L, FasL

3. IL-1 ailesi: IL-1 -α ve β, IL-1Ra, IL-18

4. Interferon (IFN) ailesi; IFN α, β, γ

5. IL-10 ailesi; IL-10, IL-19, IL-20, IL-22,IL-24,IL-26, IL-28,IL-29

6. IL-12 ailesi; IL-12, IL-23, IL-27

7. Diğerleri; TGF- β, IL-16, IL-17, IL-25

Etkilerine göre sitokin tipleri:

Proinflamatuar sitokinler : TNF-α, IL-1β, IL-2, IL-6, IL-12, IFN-α, ve IFN-γdır. TNF-α, IL-1β, IL-6 başlıca makrofajlar ve monositlerden üretilir. C-reaktif protein, serum amiloid A, fibrinojen, kompleman, alfa 1-antitripsin gibi akut faz proteinlerin sentezini arttırır. Proinflamatuar sitokinler, mikro-organizmalar, mikrobiyal ürünler, antijenler, inflamatuar ajanlar, bitkisel lektinler, lenfokinler ve bazı kimyasallar tarafından indüklenir.

Anti-inflamatuar sitokinler : Başlıcaları IL-1ra, IL-4, IL-6, IL-10, IL-11, IL-13, TGF-β ve bazı solubl sitokin reseptörleridir (solubl TNF reseptörü, solubl IL-1 reseptör tip II). Anti-inflamatuar etkisi olan solubl sitokin reseptörlerinden başlıcaları olan solubl TNF reseptoru, TNFnin etkisini ve solubl IL-1 reseptörü tip II ise IL-1βnın etkisini engeller. IL-1ra, IL-1in doğal inhibitörü olup IL-1 reseptörüne bağlanmak için IL-1 ile yarışır.

Tümör mikroçevresinde denge anti-inflamatuar sitokinler yününe kaymıştır.

Kemokinler: kemotaktik sitokinler olarak bilinen, inflamasyonda ve homeostazda lökositlere ve stem hücrelere kemotaksi yaptıran sitokinler olup, 8-12 kD moleküler ağırlığına sahip, çok sayıda domaini bulunan protein yapısında moleküllerdir. Başlıca dört grupta toplanırlar: CXC, CC, CX3C ve XC.

Tedavi hedefi olarak mikroçevre

Stromal hücrelerle tümör hücreleri arasındaki iletişim kanser progresyonunda önemli bir basamak olduğundan bu iletişimde rol alan sinyal moleküllerine yönelik tedaviler konusunda çalışmalar sürmektedir. Natalizumab, adezyon molekülü (integrin VLA-4) hedefli bir monoklonal antikordur ve invitro çalışmalarda B hücreli lenfomalarda umut verici sonuçları bildirilmiştir.

T hücre fonksiyonlarını düzeltmek amacıyla IDO hedefli tedaviler (Indoximod, INCB024360 vs) de klinik araştırma konusudur.

Tümördeki başlıca VEGF kaynağı TAM ve CAFlardır. Bevasizumab bir monoklonal antikordur ve VEGF inhibisyonu yaparak bir bakıma mikroçevre üzerinden anti-kanser etkinlik göstermektedir. Yine VEGF hedefli tirozin kinaz inhibitörleri de (sunitinib, aksitinib, pazopanib vs) benzer şekilde mikroçevre kaynaklı anjiyojenetik yolakları engellemeyi hedefler.

Tümör damarlanmasındaki faklılık nedeniyle ortaya çıkan, artmış geçirgenlik ve birikim özelliği nedeniyle nano partiküllerle tedavi (nab-paklitaxel) ve lipozomal formülasyonlar (lipozomal doksorubisin) tümöre ilaçların daha iyi ulaşmasını sağlayabilir.

Trabektedin, immün modülatör etkilerini TAMları inhibe ederek sağlar.

CTLA4, PD1 inhibitörleri gibi immün kontrol noktası inhibitörleri de mikroçevredeki baskılayıcı yöndeki immün yanıtı aktif hale getirmeyi hedefler.

KAYNAKLAR:

1. Abul K Abbas, Andrew H. Lichman. Basic Immunology: Functions and Disorders of the Immue System. Philedelphia,USA, Elsevier/Saunders. 4. Edition (2014).

2. Theresa L, Whitside Bruce, WS Robinson, Carl H June, Michael T Lotze. Principles of tumor İmmunology in Clinical Immunology, Principles and Practice. (Editor: Robert R. Rich) Fourth Edition,USA, 2013.

3. Michael T Lotze, Bruce WS Robinson, Carl H June, Theresa L, Whitside. Tumor İmmunotherapy in Clinical Immunology, Principles and Practice. (Editor: Robert R. Rich) Fourth Edition,USA, 2013.

4. R. Cornelissen, J.G.J.V. Aerts and J.P.J.J. Hegmans Immuno-Oncology and Immunotherapy (2012) in Mesotheliomas - Synonyms and Definition, Epidemiology, Etiology, Pathogenesis, Cyto-Histopathological Features, Clinic, Diagnosis, Treatment, Prognosis, Dr Alexander Zubritsky (Ed.), ISBN: 978-953-307-845-8, InTech, DOI: 10.5772/31322.

5 Ming-Ju Tsai, Wei-An Chang, Ming-Shyan Huang, and Po-Lin Kuo. Tumor Microenvironment: A New Treatment Target for Cancer. ISRN Biochemistry, volume 2014, Article ID 351959, 8 pages. http://dx.doi.org/10.1155/2014/351959

6. Cornelissen, R., J. G. J. V. Aerts, and J. P. J. J. Hegmans. Immuno-Oncology and Immunotherapy. INTECH Open Access Publisher, 2012.

7. Tsai, Ming-Ju, et al. "Tumor microenvironment: A new treatment target for cancer." ISRN biochemistry 2014 (2014).

8. Weber, Cynthia E.; Kuo, Paul C. (September 2012). "The tumor microenvironment". Surgical Oncology 21 (3): 172–177. doi:10.1016/j.suronc.2011.09.001. Retrieved June 2015

9. cancerresearch.org(immunotherapy)