摘要

背景

胶质母细胞瘤(GBM)最初可能对电离辐射(IR)治疗有反应,但预后仍然非常差,因为肿瘤总是会复发。通过使用动物模型,我们之前证明了抑制基质细胞来源的因子1信号可以通过阻断ir诱导的髓样细胞募集,特别是产生肿瘤相关巨噬细胞的单核细胞,从而防止或延迟GBM的复发。目前的研究旨在确定抑制集落刺激因子1 (CSF-1)信号是否可以作为一种替代策略,靶向被辐照GBM招募的原致瘤髓系细胞。

方法

为了抑制髓系细胞中的CSF-1信号,我们使用了PLX3397,这是一种能有效抑制CSF-1受体(CSF-1R)酪氨酸激酶活性的小分子。采用2种不同的人GBM颅内异种移植模型,比较IR联合PLX3397治疗与IR单独治疗的疗效。

结果

用IR上调CSF-1R配体表达处理的GBM异种移植物,并增加了肿瘤中CD11b +骨髓衍生细胞的数量。用PLX3397治疗耗尽的CD11b +细胞,并调节颅内肿瘤对IR的响应。单独接受联合治疗的小鼠对小鼠进行中间生存率显着更长。骨髓细胞分化标志物的分析表明,CSF-1R抑制阻止IR募集的单核细胞细胞区分为免疫抑制,促血管生成的肿瘤相关的巨噬细胞。

结论

CSF-1R抑制可能是一种有希望的策略,以改善GBM对放疗的反应。

胶质母细胞瘤(GBM)是最常见和最具侵略性的原发性脑肿瘤,诊断后期<15个月的中位存活率,2年生存仅为25%。12这种令人悲伤的预后主要是由于标准治疗后GBM的快速复发,目前由手术,放疗和替替替莫唑胺化学疗法组成。

放射治疗是GBM治疗的一体组成部分,大量努力提高了其疗效。辐射敏胶剂,高剂量促进立体定向放射牢技术,以及诸如血管生成抑制的佐剂疗法,以试图通过电离辐射(IR)来改善GBM的局部控制。2 - 4然而,这些治疗方法收效甚微,而且肿瘤总是复发——通常是在放疗区域内。5.因此,仍然需要强调开发新的治疗,显着提高放射疗法的功效,并且能够预防肿瘤复发。

肿瘤微环境中的基质细胞,特别是肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),已被证明在实体肿瘤进展和治疗耐药中发挥关键作用。6.我们之前已经显示在啮齿动物模型中,即GBM对辐射的抗性依赖于骨髓细胞,特别是骨髓衍生的单核细胞产生刺激新肿瘤血管的生长。7.照射后的肿瘤分泌趋化因子基质细胞衍生因子1 (SDF-1,又名CXCL12),它与循环单核细胞上表达的CXCR4受体结合。靶向SDF-1或CXCR4的药物可抑制单核细胞浸润到肿瘤中,并延迟甚至在某些情况下完全阻断GBM的复发。7.8.然而,肿瘤分泌的其他趋化因子与促肿瘤tam及其单核细胞前体的募集有关。9.10

集落刺激因子1 (CSF-1)是另一种趋化因子,似乎是抑制TAM对肿瘤进展的贡献的一个有希望的靶点。CSF-1是一种有效的化学引诱剂,被认为是调节单核细胞向巨噬细胞分化的最重要的生长因子。9.与此一致的是,在多种癌症中,CSF-1过表达与TAM浸润增加和临床预后差相关。9.11-14

在这里,我们证明了CSF-1受体(CSF-1R)的抑制通过改变被辐照的GBM肿瘤招募的骨髓源性细胞的募集和表型来增强照射。我们使用了两种不同的GBM模型:表达荧光素酶的U251 (U251-luc)肿瘤,允许在体内成像肿瘤生长和可能增强临床相关性的患者来源的gb12肿瘤。15用IR上调CSF-1R配体的IR上调表达治疗GBM异种移植物,增加了肠瘤CD11b +骨髓细胞的数量。与CSF-1R抑制剂PLX3397治疗耗尽的CD11b +细胞和显著迟发性颅内GBM肿瘤与全脑辐射(WBI)处理的小鼠中生长的复发。骨髓细胞分化标志物的分析表明,CSF-1R抑制还阻止了IR募集的单核细胞区分为免疫抑制,促血管生成的TAMS。

材料和方法

细胞培养

U251人胶质母细胞瘤细胞从R. K. Puri (FDA)中获得,并保存在含有10%胎牛血清(Gibco)的Dulbecco改良Eagle培养基中。如前所述,U251-luc细胞是使用pfb -荧光素酶逆转录病毒系统(Stratagene)产生的。7.GBM12肿瘤从J. N. Sarkaria(梅奥诊所)获得,并通过连续移植于胸腺nu/nu(裸)小鼠的侧腹(国家癌症研究所)进行繁殖。在颅内植入之前,从侧腹肿瘤中获取GBM12细胞,并在之前描述的含2.5%胎牛血清的Dulbecco改良Eagle培养基中,在基质包覆的烧瓶上作为短期外植体培养。15

“绿带运动”的肿瘤模型

接种2 × 10可产生皮下肿瘤6.U251-luc肿瘤细胞入裸鼠左后肢。如前所述,原位肿瘤由脑内接种GBM肿瘤细胞产生。16简而言之,将细胞立刻地注射到蜂鸣中的1.5毫米的右半球的右半球中,1.5mm右侧矢状缝合线的右侧,2.5毫米下方的颅骨。对于U251-LUC原位肿瘤,1×106.细胞接种,3 × 105.接种细胞用于GBM12原位肿瘤。根据斯坦福大学的机构审查委员会指导方针获得所有肿瘤细胞,并由行政小组批准实验室动物护理的所有动物程序。

成像和辐照

通过生物发光成像(BLI)监测原位U251-LUC肿瘤的生长。用异氟烷麻醉小鼠并用150mg / kg d-luciferin(perkinelmer)腹膜内注射。用IVIS Lumina成像系统(Xenogen)注射后5分钟成像小鼠。当肿瘤达到对应于2-5×10的BLI信号的尺寸时8.光子/秒通过使用相对的侧面给出12 Gy WBI。定制的铅夹具用于屏蔽非粘膜组织,包括颊粘膜。WBI,皮下肿瘤辐照和培养中生长细胞的照射在单个级分中进行,用Phillips X射线单元以200kVP操作,剂量率为1.21 GY / min(20mA,加入过滤0.5mm铜,距离,距离从X射线源到31厘米的目标,半值层为1.3毫米铜)。

定量PCR分析

在分离RNA之前,对培养的GBM细胞进行胰蛋白酶处理。皮下肿瘤被切除,碎片约为3mm3.被一台PowerGen 125转子-定子均质器(Fisher Scientific)破坏。使用EasySep Mouse CD11b+ Selection Kit (Stem cell Technologies)从酶消化肿瘤中分离髓系细胞(如下荧光激活细胞分类分析)。总RNA用RNeasy Mini Kit (Qiagen)分离,cDNA用RT合成2第一链试剂盒(Qiagen)。然后用7900HT快速实时PCR系统(Applied Biosystems)进行实时PCR2SYBR绿色ROX定量PCR MasterMix(QIAGEN)。QIAGEN也获得了人类和小鼠基因的Quartitect引物。β-肌动蛋白表达用作内部对照,使用比较循环阈值法计算治疗组之间基因表达的折叠变化。17

免疫印迹分析

轴承原位U251-LUC肿瘤的小鼠的大脑使用IVIS Lumina成像系统成像,肿瘤与正常脑组织分离。肿瘤在T-PERAY蛋白提取试剂(Thermo Fisher)中均化,并在还原条件下对十二烷基硫酸钠 - 聚丙烯酰胺凝胶电泳进行等量的蛋白质,然后转移到硝酸纤维素膜上。用超级块阻断缓冲液(Thermo Fisher)封闭膜1小时,然后用兔抗人CSF-1抗体(Proteintech)或兔抗人Interse介素(IL)-34(AbCam)孵育1:1000在阻塞中孵育缓冲液在4°C下过夜。使用辣根过氧化物酶 - 缀合的山羊抗兔免疫球蛋白G(杰克逊免疫研究)稀释1:10 000和超人征西基衬底(Thermo Fisher)检测初级抗体。为了确定加载效率,剥离膜并用兔抗β-肌动蛋白抗体(ABCAM)再生。

荧光激活细胞分选分析

摘取皮下肿瘤,机械分离单细胞悬浮液,用200µg/mL Liberase DH (Roche)在37℃下消化1小时。用红细胞裂解缓冲液(eBioscience)在冰上孵育10分钟去除红细胞,用LIVE/ dead细胞活力试剂盒(Life Technologies)染色死亡细胞。大鼠抗小鼠CD11b/异硫氰酸荧光素、Ly6C-allophycocyanin、Ly6G-PerCP-Cy5.5、CD16/CD32 (Fc block)抗体和同型对照均来自BD Biosciences。抗体在1:500浓度的FACS缓冲液(Dulbecco磷酸盐缓冲盐水,2%牛血清白蛋白,1 mM EDTA, 0.02% NaN)中孵育3.用FACS缓冲液3×洗涤细胞,然后用FACScan流式细胞仪(BD Biosciences)分析。

免疫组织化学分析

从原位肿瘤小鼠的大脑中制备冰冻切片(10 μM)。用标准苏木精伊红(H&E)染色检测恶性组织。髓系细胞用大鼠抗小鼠生物素偶联CD11b抗体(BD Biosciences)进行染色鉴定,TAMs用大鼠抗小鼠生物素偶联F4/80抗体(AbD Serotec)或大鼠抗小鼠CD206抗体(Thermo Fisher)进行鉴定。除抗cd206抗体1:20 00稀释外,所有抗体均用1%牛血清白蛋白稀释1:20 00。染色切片用4 ',6 ' -二氨基-2-苯基吲哚(Life Technologies)的延长金抗褪色试剂固定,对细胞核进行反染色。

统计分析

统计学显著性由Student's决定T.以及。P.-Values <.05被认为是统计学意义的。Kaplan-Meier曲线和日志秩检验用于比较治疗组之间的存活时间。使用GraphPad Prism进行所有计算。

结果

电离辐射诱导GBM肿瘤中CSF-1R配体的表达

将U251-LUC肿瘤和GBM12肿瘤皮下植入裸鼠中并用单一剂量的12Gy照射。定量PCR用于测定CSF-1和IL-34的表达,即CSF-1R的已知配体,18在照射后的不同时间点(N= 5 - 6 /组)。辐照的U251-LUC肿瘤在检查的所有时间点表现出CSF-1和IL-34 mRNA的表达增加,随着未处理的对照和2-到8-介于2-到8-〜8-之间,每个配体的表达在治疗后7天增加超过14倍。折叠在稍后的时间点(图。1A和D)。辐照的GBM12肿瘤也显示出CSF-1和IL-34的表达升高,当在处理后7和21天检查时,表达在3-6倍之间增加(图。1将U251-luc肿瘤植入颅内,并在12 Gy治疗7天后通过western blot检测CSF-1和IL-34蛋白的表达。与未治疗对照组相比,放疗后肿瘤中CSF-1和IL-34蛋白水平升高(图)。1C)。最后,在5gy辐照培养的U251-luc细胞中,发现在48 h内CSF-1和IL-34 mRNA的表达增加(图)。1F)。

图1所示。

IR在GBM肿瘤中诱导CSF-1R配体的表达。通过单剂量12Gy照射皮下U251-LUC(A和D)和GBM12(B和E)肿瘤,并通过定量(Q)PCR在不同时间点处测定CSF-1和IL-34的表达(UNTR =未经治疗的控制)。(c)在IR后,通过Western印迹测定用12Gy照射12μl和IL-34表达的颅内U251-LUC肿瘤。(f)培养中生长的U251-LUC细胞用5GY照射,并通过QPCR 48 H分析。将CSF-1和IL-34表达归一化为每个实验中的β-肌动蛋白的表达。误差柱代表平均值±SEMN每组= 5-6只小鼠或4只培养烧瓶。***P.< .001和**P.< . 01;学生的T.以及。

图1所示。

IR在GBM肿瘤中诱导CSF-1R配体的表达。通过单剂量12Gy照射皮下U251-LUC(A和D)和GBM12(B和E)肿瘤,并通过定量(Q)PCR在不同时间点处测定CSF-1和IL-34的表达(UNTR =未经治疗的控制)。(c)在IR后,通过Western印迹测定用12Gy照射12μl和IL-34表达的颅内U251-LUC肿瘤。(f)培养中生长的U251-LUC细胞用5GY照射,并通过QPCR 48 H分析。将CSF-1和IL-34表达归一化为每个实验中的β-肌动蛋白的表达。误差柱代表平均值±SEMN每组= 5-6只小鼠或4只培养烧瓶。***P.< .001和**P.< . 01;学生的T.以及。

CSF-1R抑制耗尽照射后GBM肿瘤中的CD11b+髓系细胞

皮下U251-luc肿瘤小鼠分别用PLX3397 (40 mg/kg/d)、IR (12 Gy)或IR + PLX3397治疗。未处理对照组和“单独IR”组给予非活性PLX3397模拟物。肿瘤在不同的时间点采集(N= 5-6 /组),并使用CD11b抗体进行流式细胞术分析,以识别骨髓源性细胞。放射诱导的骨髓细胞招募在治疗后14天达到最高,与未治疗对照组的14.9%相比,ir治疗肿瘤中33.7%的细胞CD11b染色阳性(图)。2A和B)。然而,在处理后14天,用IR + PLX3397处理的肿瘤中只有20.2%的细胞在治疗后14天呈阳性,其类似于未处理的对照。单独使用PLX3397处理的肿瘤比未处理的对照组在7和21天内具有更少的骨髓细胞,但在14天内,2组的差异在统计学上没有统计学意义(P.= 0。06)。

图2所示。

CSF-1R抑制降低照射后GBM肿瘤中CD11b+髓系细胞的数量。皮下注射PLX3397 (40 mg/kg/d)、IR (12 Gy)或IR + PLX3397治疗U251-luc肿瘤小鼠。(A)在照射后的不同时间点采集肿瘤,并使用抗cd11b抗体进行流式细胞术分析。误差柱代表平均值±SEMN= 5 - 6老鼠。Arunachal Pradesh,P.< .01和*P.< . 05;学生的T.-测试(相对于未处理)。(b)在辐照后14d分析的肿瘤的代表FACS图。

图2所示。

CSF-1R抑制降低照射后GBM肿瘤中CD11b+髓系细胞的数量。皮下注射PLX3397 (40 mg/kg/d)、IR (12 Gy)或IR + PLX3397治疗U251-luc肿瘤小鼠。(A)在照射后的不同时间点采集肿瘤,并使用抗cd11b抗体进行流式细胞术分析。误差柱代表平均值±SEMN= 5 - 6老鼠。Arunachal Pradesh,P.< .01和*P.< . 05;学生的T.-测试(相对于未处理)。(b)在辐照后14d分析的肿瘤的代表FACS图。

CSF-1R抑制使GBM肿瘤对辐射敏感

U251-LUC肿瘤的原位植入小鼠的大脑中,并通过BLI监测肿瘤生长。植入后18天,单独使用PLX3397,IR单独或IR + PLX3397处理小鼠(N= 5 - 6 /组)。未处理对照组和单独IR组再次给予无活性PLX3397模拟物。在第50天,接受IR + PLX3397治疗的小鼠的BLI信号比仅接受IR或PLX3397治疗的小鼠的BLI信号小约100倍,反映了肿瘤大小的巨大差异(图。3.A和B)。用IR和PLX3397处理的颅内U251-LUC肿瘤的小鼠中位数的生存显着长于用IR单独处理的小鼠(87d Vs 57 D,P.<。;log-rank检验),为未处理对照组(42 d)的2倍以上。3.C).单独使用PLX3397的小鼠在48天的中位生存期比未使用PLX3397的小鼠长,但差异没有统计学意义(P.= .054)。

图3所示。

CSF-1R抑制可使GBM肿瘤对辐射增敏。用PLX3397 (40 mg/kg/d)、IR (12 Gy)或IR + PLX3397治疗U251-luc或GBM12肿瘤小鼠。(A) BLI检测颅内U251-luc肿瘤生长曲线。误差柱代表平均值±SEMN= 5 - 6老鼠。(B)具有代表性的BLI图像显示不同治疗组小鼠中U251-luc肿瘤生长。(C)颅内U251-luc肿瘤小鼠Kaplan-Meier生存曲线(N= 6 - 8老鼠/组)。IR + PLX3397治疗小鼠的中位生存期为87 d,而IR单独治疗小鼠为57 d (P.<。;生存率较)。(D)颅内GBM12肿瘤小鼠Kaplan-Meier生存曲线(N= 5 - 6小鼠/组)。IR + PLX3397治疗小鼠的中位生存期为61 d,而IR单独治疗小鼠为36 d (P.<。;生存率较)。

图3所示。

CSF-1R抑制可使GBM肿瘤对辐射增敏。用PLX3397 (40 mg/kg/d)、IR (12 Gy)或IR + PLX3397治疗U251-luc或GBM12肿瘤小鼠。(A) BLI检测颅内U251-luc肿瘤生长曲线。误差柱代表平均值±SEMN= 5 - 6老鼠。(B)具有代表性的BLI图像显示不同治疗组小鼠中U251-luc肿瘤生长。(C)颅内U251-luc肿瘤小鼠Kaplan-Meier生存曲线(N= 6 - 8老鼠/组)。IR + PLX3397治疗小鼠的中位生存期为87 d,而IR单独治疗小鼠为57 d (P.<。;生存率较)。(D)颅内GBM12肿瘤小鼠Kaplan-Meier生存曲线(N= 5 - 6小鼠/组)。IR + PLX3397治疗小鼠的中位生存期为61 d,而IR单独治疗小鼠为36 d (P.<。;生存率较)。

CSF-1R抑制也增强了IR对GBM12原位肿瘤的作用。GBM12肿瘤的生长速度比U251-luc肿瘤快,因此小鼠在植入后14天被分为上述治疗组。IR + PLX3397治疗颅内GBM12肿瘤小鼠的中位生存期再次显著长于IR单独治疗小鼠(61 vs 36 d)。P.<。;对数秩检验)和未处理对照的中位存活的~3倍(20 d)(图。3.d)。PLX3397单独治疗对患GBM12肿瘤的小鼠的中位数生存没有显着影响。从IR + PLX3397处理的小鼠收获的H&E-染色的大脑切片在48天的情况下表明,与在早期时间点的其他治疗组中的小鼠中的小鼠中取出的脑切片相比,组合治疗显着抑制了肿瘤生长(图。4.A).虽然H&E染色未发现明显的恶性组织,但人类特异性波形蛋白抗体染色确实显示植入部位残留的肿瘤细胞(补充图。S1).

图4所示。

免疫组化显示IR联合CSF-1R抑制显著抑制GBM生长。(A)含有GBM12肿瘤的小鼠的h&e染色脑组织切片。取植入后不同时间点的脑组织:未处理(21 d)、PLX3397 (21 d)、IR (31 d)、IR + PLX3397 (48 d,箭头指示植入部位)。(B)系列从老鼠大脑部分轴承颅内肿瘤U251-luc收获在不同时间点:未经处理的(43 d), PLX3397 d(43)、红外(57 d),红外+ PLX3397 (60 d)。前面板显示H&E-stained部分,中间面板显示部分彩色CD11b(绿色),和较低的面板显示部分彩色F4/80(绿色)。标尺= 200µm。

图4所示。

免疫组化显示IR联合CSF-1R抑制显著抑制GBM生长。(A)含有GBM12肿瘤的小鼠的h&e染色脑组织切片。取植入后不同时间点的脑组织:未处理(21 d)、PLX3397 (21 d)、IR (31 d)、IR + PLX3397 (48 d,箭头指示植入部位)。(B)系列从老鼠大脑部分轴承颅内肿瘤U251-luc收获在不同时间点:未经处理的(43 d), PLX3397 d(43)、红外(57 d),红外+ PLX3397 (60 d)。前面板显示H&E-stained部分,中间面板显示部分彩色CD11b(绿色),和较低的面板显示部分彩色F4/80(绿色)。标尺= 200µm。

u251 -luc植入小鼠经IR + PLX3397处理后60天的脑组织切片也缺乏任何可检测到的与肿瘤组织增殖相关的高细胞性,而在植入部位似乎只有纤维化区域(图)。4.b)。重要的是,纤维化区域几乎不存在CD11b +骨髓细胞或F4 / 80 + Tams,而用IR处理的原位肿瘤与对照相比,用IR处理的数量显着增加了CD11b +和F4 / 80 +细胞的数量(图。4.为了确定PLX3397是否对肿瘤细胞增殖有影响,我们进行了体外细胞活力试验。PLX3397对U251-luc肿瘤细胞不表现出细胞毒性,但对Raw264.7巨噬细胞表现出细胞毒性,其致死剂量需要杀死50%的~ 6 μ M细胞(补充图。S2).

CSF-1R抑制特异性耗尽辐照肿瘤中的CD11b + Ly6c-单核细胞

在小鼠中,募集到肿瘤的CD11b +髓样细胞可分为单核细胞和粒细胞群,后者通过表达细胞表面抗原Ly6g来鉴定。19流式细胞术分析照射后的U251-luc肿瘤显示,PLX3397治疗并没有显著改变肿瘤中Ly6g+粒细胞的数量(图)。5.因此,我们的分析集中在Ly6g -单核细胞上,根据Ly6c的表达,Ly6c -单核细胞可以进一步分为2个亚群,Ly6c+单核细胞是Ly6c -单核细胞和TAMs的前体。20.-22CSF-1是驱动单核细胞分化的主要生长因子,9.和从小鼠的骨髓中分离单核细胞在体外用重组CSF-1(培养时显示出降低的Ly6C表达补充图S3A).与IR单独治疗的肿瘤(13.0%肿瘤)相比,PLX3397联合治疗的肿瘤具有更少的CD11b+Ly6c−单核细胞(4.5%肿瘤)(图。5.然而,PLX3397治疗并没有显著减少照射肿瘤中CD11b+Ly6c+单核细胞的数量。有趣的是,CSF-1R抑制导致CD11b - Ly6c+细胞数量的增加,与CD11b+Ly6c -细胞数量的减少成正比,表明骨髓源性前体肿瘤的细胞总数相对不变(图)。5.a和c)。

图5所示。

CSF-1R抑制特异性地耗尽照射肿瘤中的CD11b+Ly6c−单核细胞。皮下U251-luc肿瘤小鼠用IR (12 Gy)±PLX3397 (40 mg/kg/d)治疗。(A)照射21 d后采集肿瘤,使用CD11b、Ly6c和Ly6g特异性抗体进行流式细胞术分析。上面板上的门控种群表示Ly6g+细胞。仅分析Ly6g−细胞的CD11b和Ly6c表达(下图)。SSC,侧散射光。(B) Ly6g表达的流式细胞术分析综述。(C) CD11b和Ly6c表达的流式细胞术分析综述。误差柱代表平均值±SEMN= 5 - 6老鼠。Arunachal Pradesh,P.< . 01;学生的T.以及。

图5所示。

CSF-1R抑制特异性地耗尽照射肿瘤中的CD11b+Ly6c−单核细胞。皮下U251-luc肿瘤小鼠用IR (12 Gy)±PLX3397 (40 mg/kg/d)治疗。(A)照射21 d后采集肿瘤,使用CD11b、Ly6c和Ly6g特异性抗体进行流式细胞术分析。上面板上的门控种群表示Ly6g+细胞。仅分析Ly6g−细胞的CD11b和Ly6c表达(下图)。SSC,侧散射光。(B) Ly6g表达的流式细胞术分析综述。(C) CD11b和Ly6c表达的流式细胞术分析综述。误差柱代表平均值±SEMN= 5 - 6老鼠。Arunachal Pradesh,P.< . 01;学生的T.以及。

CSF-1R抑制阻断了促进GBM复发的致瘤性TAMs的分化

可选地,已知活化(M2)TAMS促进对放射治疗的肿瘤发生和耐火性2324并且可以通过CD206的表达鉴定(又名巨噬细胞甘露糖受体)。25颅内U251-LUC肿瘤的免疫组织化学分析,12GY照射后7天显示,高比例的CD11b +骨髓细胞对CD206染色阳性(图。6.一种)。用IR和PLX3397处理的肿瘤较少的CD206 +巨噬细胞(图。6.A).此外,定量PCR分析从皮下肿瘤中分离的髓样细胞经IR和PLX3397处理后,发现与M2表型相关的基因相对于单独IR处理的基因表达较低。放疗后肿瘤髓系细胞arginase-1表达增加(__arg1)、淋巴管内皮透明质酸受体1 (Lyve1)和IL-10(Il10).表达式__arg1Il10用IR + PLX3397处理的肿瘤显着降低,用IL10在未经治疗的肿瘤中,表达降低到低于骨髓细胞的水平。PLX3397表现出轻微抑制诱导Lyve1,差异无统计学意义(图。6.B).相反,CSF-1R抑制增加了与促炎M1 TAM表型相关的基因的表达,特别是IL-6 (白细胞介素6)、一氧化氮合酶2 (NOS2.)和肿瘤坏死因子α(Tnfa).白细胞介素6在IR处理的肿瘤中,TAMs的表达下调,而在IR + PLX3397处理的肿瘤中,TAMs的表达下调较少(图)。6.C).一氧化氮合酶2 (NOS2.)及肿瘤坏死因子(Tnfa)在来自辐照肿瘤的TAM中略微上调,但在用IR + PLX3397处理的肿瘤中升高到汤姆中的更高程度(20-至40倍)(图。6.C)。

图6所示。

CSF-1R抑制特异性地阻断促致致致瘤的TAM的分化,其在IR之后有助于GBM复发。(a)用IR(12GY)±PLX3397(40mg / kg / d)通过免疫组化在7d下测定CD206 +巨噬细胞的颅内U251-LUC肿瘤。标尺= 200µm。通过定量PCR分析用IR±PLX3397处理后从皮下U251-LUC肿瘤7d中分离的骨髓细胞,以表达与M2(B)和M1(C)巨噬细胞相关的基因。表明每个基因的表达被标准化为β-肌动蛋白的表达。基因表达的折叠变化是相对于未处理的对照;N= 5只小鼠/组。****P.<.0001,***P.< .001和*P.< . 05;学生的T.以及。

图6所示。

CSF-1R抑制特异性地阻断促致致致瘤的TAM的分化,其在IR之后有助于GBM复发。(a)用IR(12GY)±PLX3397(40mg / kg / d)通过免疫组化在7d下测定CD206 +巨噬细胞的颅内U251-LUC肿瘤。标尺= 200µm。通过定量PCR分析用IR±PLX3397处理后从皮下U251-LUC肿瘤7d中分离的骨髓细胞,以表达与M2(B)和M1(C)巨噬细胞相关的基因。表明每个基因的表达被标准化为β-肌动蛋白的表达。基因表达的折叠变化是相对于未处理的对照;N= 5只小鼠/组。****P.<.0001,***P.< .001和*P.< . 05;学生的T.以及。

M2极化的tam也被认为是促血管生成的,26我们已经证明,霉菌衍生的细胞对GBM辐射抗性的主要机制之一是通过促进肿瘤脉管系统的生长。27与此一致的一致,与CSF-1培养的小鼠骨髓中分离的单核细胞表现出促进体外内皮细胞管形成的增加能力(补充图。S3B),血管内皮生长因子(VEGF)A表达上调30倍以上(补充图。S3C).因此,我们使用泛内皮细胞标记物CD31分析了皮下U251-luc肿瘤经IR治疗后的血管形成。IR后14天,PLX3397使照射后肿瘤的CD31+微血管密度降低>50%补充图S3D和S3E.非辐照肿瘤还显示出相对于未处理对照的CD31 +微血管密度降低。

讨论

目前的研究表明,放射治疗可以显著改善GBM,通过抑制脊髓源性细胞CSF-1R信号,招募到辐照肿瘤。通过2个临床前模型,我们发现照射后的GBM肿瘤上调了CSF-1R的2个同源配体(CSF-1和IL-34)的表达,招募了更多的CD11b+髓系细胞,而使用CSF-1R抑制剂PLX3397可以阻止髓系细胞招募。此外,CSF-1R的抑制可防止辐射诱导的CD11b+Ly6c−单核细胞和支持GBM复发的致瘤性tam的积累。CSF-1R阻断的这两种作用显著增强了对小鼠颅内GBM肿瘤生长的放疗效果,与对照组相比,接受联合治疗的小鼠中位生存期增加了2- 3倍,比单独接受IR治疗的小鼠延长了2- 3倍。

我们和其他人之前已经证明,抑制SDF-1/CXCR4信号通路可以通过阻断CD11b+髓系细胞对放疗肿瘤的招募来特异性增强放疗效果。7.8.28最近的证据表明,抑制CSF-1/CSF-1R途径是阻断骨髓细胞向肿瘤募集并增强放疗或化疗效果的一种替代策略。徐等29结果表明,PLX3397可通过阻断放射诱导的CD11b+F4/80+ TAMs和CD11b+Gr1+粒细胞源性抑制细胞募集,增强小鼠前列腺癌的放射治疗效果。类似地,DeNardo等人30.证明PLX3397可以通过阻止CD11b + Ly6C-F4 / 80 + TAMS到用紫杉醇处理的乳腺癌募集到乳腺癌中加强化疗。30.据报道,CSF-1是一种有效的巨噬细胞趋化剂,3132并且通过将TAM迁移和渗透到肿瘤的渗透到肿瘤来函的假设与本报告中提出的数据一致。然而,据我们所知,这是第一个显示辐照的GBM肿瘤的报告可以提高IL-34的表达,除CSF-1外。

由于CSF-1也是将单核细胞分化为巨噬细胞的主要生长因子,9.PLX3397还可以通过改变CD11b + Ly6c +单核细胞的成熟来起作用。PLX3397不影响CD11b + Ly6c +未成熟单核细胞的募集到辐照的GBM(图。5.)在上述研究中用紫杉醇处理的乳腺癌或乳腺癌。30.此外,已经证明了CSF-1R,BLZ945的另一个小分子抑制剂,以抑制血小板衍生的生长因子B驱动的胶质瘤(PDG)转基团的肿瘤进展,而不改变CD11b + Tams的总数。33在PDG模型中,肿瘤细胞分泌的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和干扰素-γ促进了TAMs的存活,而不是被BLZ945“重编程”攻击肿瘤细胞。我们还观察到PLX3397不能抑制ir诱导的小鼠GBM肿瘤中SDF-1的表达(未发表的结果)。因此,来自骨髓的未成熟单核细胞可以通过SDF-1信号被招募到照射后的GBM肿瘤中,并被肿瘤分泌的生长因子保护免受plx3397诱导的凋亡。

骨髓衍生的单核细胞的改变分化可以解释与IR和PLX3397处理的GBM中的CD11b + Ly6c-成熟巨噬细胞的降低相关的CD11b-Ly6c +细胞的比例增加。具有功能性CSF-1信号传导,募集的未成熟CD11b + Ly6c +单核细胞呈辐照的GBM维持CD11b表达,并最终失去Ly6c的表达,因为它们分化为成熟的Tams。当CSF-1介导的分化被阻断时,保持LY6C表达,并将CD11B表达替代,因为单核细胞分化由其他细胞因子征集。CSF-1已显示为树突细胞(DC)分化的负调节剂,34在没有CSF-1的情况下,用GM-CSF和IL-4培养的单核细胞分化为CD11b - dc。35

需要进一步的研究来在PLX3397处理的肿瘤中表征CD11b-Ly6c +细胞,并确定它们是否从骨髓募集的单核细胞中获得。在炎症期间,CD11b + Ly6c +单核细胞可以分化成巨噬细胞和DC,或者保持相对未分化的并且充当单核细胞骨髓衍生的抑制细胞。36CSF-1信号被认为是致瘤前M2巨噬细胞发展的关键,9.37我们发现PLX3397处理可减少M2巨噬细胞的数量,这是通过CD206表达鉴定的。此外,m2相关基因的表达__arg1IL10从plx3397治疗的肿瘤中分离出的TAMs显著降低。与此同时,伊克斯肿瘤坏死因子-α,基因通常与抗瘤癌M1巨噬细胞和DCs相关,2438被显着上调。因此,本研究中,在PLX3397处理的肿瘤中检测到的CD11B-LY6C +细胞可能是M1偏振的TAM和单核细胞衍生DC的组合。该推理得到了数据,显示从BLZ945处理的GBM中分离的TAMS丧失了它们的M2偏振,并表现出增强的吞噬作用。33

一些研究小组提供了令人信服的证据,证明CSF-1R抑制通过激活CD8+/CD4+ t细胞刺激抗肿瘤免疫反应。2930.3339-41然而,由于GBM人类异种移植模型,PLX3397增强IR的机制不太可能成为IR的机制,因为GBM人类异种移植模型需要使用胸肉裸鼠,大部分缺乏适应性免疫。用IR和PLX3397处理的GBM异种移植物表现出降低的微血管密度,表明我们研究中对TAM介导的血管生成的抑制是CSF-1R抑制敏化GBM肿瘤对照射的主要机制。用CSF-1培养的人单核细胞已被证明诱导VEGF表达和表现出促血管生成活性,42我们发现这对于从小鼠的骨髓中分离的CD11b + Ly6c +单核细胞是真实的。CSF-1诱导的单核细胞分化还表征了LY6C表达的下调,证明了CD11b + Ly6c-表型与促血管生成的单核细胞有关。这对应于数据显示使用VEGF募集到组织的Ly6C +单核细胞与促血管生成能力转化为Ly6C-表型43数据显示Ly6c -单核细胞通过清除受损的内皮细胞巡逻和重塑血管。4445

综上所述,我们的研究结果表明,在骨髓源性细胞中阻断CSF-1R信号可能是抑制放射治疗后GBM复发的一种有前途的策略。在我们的临床前模型中,用PLX3397抑制CSF-1R可阻止从骨髓募集的单核细胞分化为支持肿瘤生长的tam,并显著改善GBM对IR治疗的反应。CSF-1R抑制剂和其他靶向致瘤基质细胞的药物的临床转译可能是提高人类GBM患者目前护理标准和预后的关键。

资金

这项工作得到了美国国立卫生研究院(R01 CA149318和T32 CA09151)和Plexxikon公司的资助。

利益冲突陈述.B.L.K.是Plexxikon Inc.的雇员,J.M.B.是Plexxikon Inc.研究资助的接受者。

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