Metaloproteases de matriz como maestros do duplo papel de macrófagos pró-inflamatórios e anti-inflamatórios no comportamento de células tumorais

No microambiente do tumor, as células tumorais interagem com outras populações celulares, das quais se destacam as células do sistema imune. De entre estas, destacam-se os macrófagos que se podem diferenciar em várias populações com diferentes perfis inflamatórios. No entanto, o seu papel na atividade das células tumorais é ainda pouco conhecido. Neste estudo, investigamos a influência de macrófagos pró-inflamatórios (estimulados com LPS) e anti-inflamatórios (estimulados com IL-10) na invasão de células tumorais gástricas e colorectais, migração/motilidade, angiogénese e proteólise, assim como os mecanismos moleculares associados.

Para tal, linhas celulares gástricas e colorectais foram cultivadas, direta ou indiretamente com macrófagos humanos estimulados com LPS ou IL-10. Posteriormente, analisou-se o efeito das diferentes populações macrofágicas na invasão, migração, motilidade bem como o nível de fosforilação do EGFR e de moléculas associadas a esta via de sinalização. O efeito dos meios condicionados de ambas as populações macrofágicas na angiogénese induzida pelas células tumorais foi estudada utilizando o ensaio da membrana corioalantóide do embrião de galinha. A atividade das MMPs foi avaliada através de zimografia de gelatina.

Verificou-se que os macrófagos estimulados com IL-10 são os mais eficientes na promoção da invasão e migração das células tumorais, in vitro. Além disso, factores solúveis produzidos por estes macrófagos estimularam a angiogénese induzida pelas células tumorais, contrariamente ao observado para os macrófagos estimulados por LPS. Contudo, as diferenças na sinalização mediada pelo EGFR não eram responsáveis pelo diferente efeito das duas populações em termos de invasão e angiogénese, uma vez que ambas induziam níveis semelhantes de fosforilação do EGFR, c-Src, Akt, ERK1/2 e p38. No entanto, as duas populações macrofágicas possuem diferentes perfis em termos de atividade proteolítica, sendo a estimulada por IL-10 mais eficiente na indução da atividade da MMP-2 e da MMP-9. Utilizando um inibidor de MMPs de largo espectro, demonstrámos que a proteólise foi essencial na invasão e angiogénese de células tumorais mediada por macrófagos.

Este estudo propõe que macrófagos estimulados por LPS ou IL-10 têm uma capacidade diferente de modular o comportamento de células tumorais, como consequência dos distintos perfis de atividade proteolítica, os quais influenciam a invasão celular e angiogénese.

Autores e Afiliações:

Ana P. Cardoso^1,2,3, Marta L. Pinto^1,2,4, Ana T. Pinto^1,2,3, Marta T. Pinto^1,4, Cátia Monteiro^1,2, Marta I. Oliveira^1,2, Susana G. Santos^1,2,3, João B. Relvas^1,5, Raquel Seruca^1,6,7, Alberto Mantovani^8,9, Marc Mareel¹⁰, Mário A. Barbosa^1,2,4 and Maria J. Oliveira^1,2,7

¹I₃S - Instituto de Investigação e Inovação em Saúde, Universidade do Porto, Porto, Portugal

²INEB-Institute of Biomedical Engineering, University of Porto;

³FEUP-Faculty of Engineering, University of Porto;

⁴ICBAS-Institute of Biomedical Sciences Abel Salazar, University of Porto;

⁵IBMC-Institute for Cell and Molecular Biology, University of Porto;

⁶IPATIMUP-Institute of Molecular Pathology and Immunology of the University of Porto;

⁷Department of Pathology and Oncology, Faculty of Medicine, University of Porto;

⁸Humanitas Clinical and Research Centre, Rozzano, Italy;

⁹BIOMETRA Department, University of Milan, Milan, Italy

¹⁰Laboratory of Experimental Cancerology, Ghent University Hospital, Belgium

Abstract:

The interactions established between macrophages and cancer cells are largely dependent on instructions from the tumour microenvironment. Macrophages may differentiate into populations with distinct inflammatory profiles, but knowledge on their role on cancer cell activities is still very scarce. In this work, we investigated the influence of pro-inflammatory (LPS-stimulated) and anti-inflammatory (IL-10-stimulated) macrophages on gastric and colorectal cancer cell invasion, motility/migration, angiogenesis and proteolysis, and the associated molecular mechanisms.

Following exposure of gastric and colon cancer cell lines to LPS- and IL-10-stimulated human macrophages, either by indirect contact or conditioned media, we analyzed the effect of the different macrophage populations on cancer cell invasion, migration, motility and phosphorylation of EGFR and of several interacting partners. Cancer-cell induced angiogenesis upon the influence of conditioned media from both macrophage populations was assessed using the chick embryo chorioallantoic membrane assay. MMP activities were evaluated by gelatin zymograhy.

Our results show that IL-10-stimulated macrophages are more efficient in promoting in vitro cancer cell invasion and migration. In addition, soluble factors produced by these macrophages enhanced in vivo cancer cell-induced angiogenesis, as opposed to their LPS-stimulated counterparts. We further demonstrate that differences in the ability of these macrophage populations to stimulate invasion or angiogenesis cannot be explained by the EGFR-mediated signalling, since both LPS- and IL-10-stimulated macrophages similarly induce the phosphorylation of cancer cell EGFR, c-Src, Akt, ERK1/2, and p38. Interestingly, both populations exert distinct proteolytic activities, being the IL-10-stimulated macrophages the most efficient in inducing matrix metalloprotease (MMP)-2 and MMP-9 activities. Using a broad-spectrum MMP inhibitor, we demonstrated that proteolysis was essential for macrophage-mediated cancer cell invasion and angiogenesis.

We propose that IL-10- and LPS-stimulated macrophages distinctly modulate gastric and colorectal cancer cell behaviour, as result of distinct proteolytic profiles that impact cell invasion and angiogenesis.

Revista: BMC Cancer

Link: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26043921