源自骨肉瘤与肿瘤相关巨噬细胞相互作用的 IL-8 通过粘着斑激酶通路在骨肉瘤生长和转移中的关键作用

骨肉瘤（OS）是困扰儿童和青少年最普遍的原发性骨肿瘤。在肉瘤中，与肿瘤类似，肿瘤微环境（TME），包括细胞外基质、血小板、成纤维细胞、淋巴细胞、骨髓来源的炎症细胞和信号分子等成分，已经引起了人们的关注。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是 TME 的主要成分，大致可分为 M1 和 M2 表型，前者具有促炎、肿瘤抑制作用，后者具有抗炎、肿瘤支持作用。此外，包括肉瘤在内的各种 TAM 表型已被记录，强调了它们在各种过程中的多方面作用，包括肿瘤生长、转移促进和血管生成。TAM 衍生的细胞因子在这些过程中起着核心作用。尽管研究已报道了 IL-6 在未分化多形性肉瘤（UPS）中的重要性，但 OS 中的关键细胞因子仍未得到充分了解。

IL-8 在炎症组织中诱导中性粒细胞的趋化性，并促进肿瘤细胞的增殖和血管生成。IL-8 在癌症中是一种转移性和预后因子，在 OS 中可能具有类似的体外和体内效应。然而，控制 TME 中 IL-8 产生的机制及其对 OS 的影响仍不清楚。

因此，日本山梨大学骨外科、熊本大学医学研究生院细胞病理学系、日本国立癌症研究中心等课题团队在一项联合研究中旨在阐明源自 OS 和 TAMs 之间相互作用中的 IL-8 的效应及其对 OS 生长和转移的影响。研究成果发表于 Cell Death & Disease 期刊题为“Pivotal role of IL-8 derived from the interaction between osteosarcoma and tumor-associated macrophages in osteosarcoma growth and metastasis via the FAK pathway”。

首先，使用免疫组织化学（IHC）比较原发性 OS 患者和 OS 肺转移性患者部位的 TAM 数量，阐明巨噬细胞在 OS 中的作用。肺转移中巨噬细胞标志物 Iba1 和 M2 巨噬细胞/促肿瘤标志物 CD163 阳性细胞的数量和大小明显高于原发肿瘤。这些细胞频繁且高度共表达这两种标志物，表明 TAMs 可能支持 OS 进展。

然后，将 OS细胞和巨噬细胞共培养以模拟 TME（图1 D）。WST、划痕和侵袭试验结果显示，源自 OS 和 THP-1 来源的巨噬细胞的共培养条件培养基（CM）促进了 OS 细胞增殖、迁移和侵袭（图1 B-D），强调了 OS 细胞和巨噬细胞共培养产生的细胞因子对 OS 的促进作用。

图1 共培养 CM 对骨肉瘤细胞增殖、迁移和侵袭的影响。（A）将单核细胞分化为巨噬细胞并将其与 OS 细胞共培养。（B）使用 Cell Counting Kit-8 检测对经或不经共培养 CM 处理的 OS 细胞的细胞活力。（C、D）用或不用共培养 CM 处理的 OS 细胞的划痕和侵袭测定。

接下来，使用细胞因子阵列监测细胞因子谱，研究了源自 OS 和巨噬细胞共培养 CM 促进作用的确切机制，并观察到了几种细胞因子（包括 CXCL5 和 MCP-1）的改变。值得注意的是，共培养 CM 中的 IL-8 水平显著高于单独 OS 和巨噬细胞培养物上清液中的水平（图2 A）。

进一步研究人骨肉瘤细胞系 143B-Luc 或 SJSA-1 细胞与巨噬细胞共培养中 IL-8 的产生，发现当 OS 细胞与人或 THP-1 衍生的巨噬细胞共培养时，IL-8 的产生增加（图2 B）。此外，将 OS-CM 添加到 THP-1 衍生的或人巨噬细胞中时增加了 IL-8 基因和蛋白质表达（图2 C）。值得注意的是，OS 细胞本身也产生 IL-8，并且当巨噬细胞 CM 被引入 OS 细胞时，它同样增加了 IL-8 基因和蛋白质表达，反映了巨噬细胞中添加 OS-CM 的效果（图2 D）。此外，OS 患者的单细胞 RNA-seq 分析显示，Iba1+ CD163+ TAMs 中的 IL-8 表达高于 Iba-1− CD163− TAMs（图2 E-G）。这些结果表明，在 OS TME 中，TAMs 与 OS 相互作用以增强 IL-8 的产生。

为了阐明共培养 CM 中 IL-8 对 OS 细胞增殖、迁移和侵袭的影响，研究证实了 OS 细胞表达 CXCR1 和 CXCR2，它们是 IL-8 受体。此外，重组 IL-8 在促进两种 OS 细胞类型的增殖、迁移和侵袭方面表现出相似的趋势。使用抗-IL-8 抗体抑制共培养 CM 中的 IL-8 减弱了共培养 CM 促进的增殖、迁移和侵袭。因此，共培养 CM 中的 IL-8 在增强 OS 细胞增殖、迁移和侵袭中发挥作用。

鉴于 IL-8-FAK（粘着斑激酶）通路在癌症中的重要性，研究人员假设该通路可能对 OS 增殖、迁移和侵袭产生类似的影响。同样，在暴露于重组 IL-8 后，两种 OS 细胞类型中观察到 FAK 磷酸化。在共培养 CM 中加入抗-IL-8 抗体可显著抑制 FAK 磷酸化。此外，使用 FAK 磷酸化抑制剂也减弱了共培养 CM 的促进作用。这些研究结果表明，共培养 CM 中的 IL-8 通过 FAK 通路增强了 OS 细胞增殖、迁移和侵袭。

图2 骨肉瘤和巨噬细胞之间的相互作用增加了 IL-8 的产生。

通过裸鼠皮下移植 OS 细胞和每周 3 次向肿瘤旁注射共培养 CM 来研究 IL-8 在共培养 CM 中对原发部位的影响。在共培养 CM 组中，143B-Luc 和 SJSA-1 细胞显著增加了肿瘤体积和重量。IHC 分析显示，共培养 CM 组的 Ki-67 指数和磷酸化-FAK 水平高于对照组。

将抗-IL-8 抗体引入同一皮下异种移植肿瘤模型的共培养 CM 中，与对照组相比，抗-IL-8 抗体组中 143B-Luc 和 SJSA-1 细胞的肿瘤体积和重量均受到抑制。值得注意的是，抗- IL-8 抗体不会诱导小鼠体重减轻，但 Ki-67 指数和磷酸化-FAK 水平降低。

肺转移是影响骨肉瘤患者预后的关键因素，因此，通过用共培养 CM 预处理 OS 细胞并将其静脉注射到小鼠尾部，进一步研究其对肺转移的影响（图3 A）。14 天后，共培养 CM 组的 IVIS、肺集落计数和 Ki-67 指数均高于对照组（图3 B-D）。通过在共培养 CM 中加入抗-IL-8 抗体可减轻共培养 CM 的转移促进作用（图3 E-H），表明共培养 CM 中的 IL-8 可促进体内增殖和转移，从而突出了 IL-8 作为新治疗靶点的潜力。

图3 共培养 CM 中 IL-8 对肺转移的影响。

总之，该研究确定了 IL-8 是由 OS 和 TAMs 之间的相互作用产生的 TME 内的细胞因子，并进一步证实了它在体外、体内和患者样本中的重要性。研究结果还强调了 IL-8-FAK 轴是 IL-8 影响 OS 细胞的关键通路。考虑到肿瘤化疗的发展，IL-8 成为一种有前途的新型治疗靶点。

参考文献：Tatsuno R, Ichikawa J, Komohara Y, Pan C, Kawasaki T, Enomoto A, Aoki K, Hayakawa K, Iwata S, Jubashi T, Haro H. Pivotal role of IL-8 derived from the interaction between osteosarcoma and tumor-associated macrophages in osteosarcoma growth and metastasis via the FAK pathway. Cell Death Dis. 2024 Feb 1;15(2):108. doi: 10.1038/s41419-024-06487-y. Erratum in: Cell Death Dis. 2024 Jul 2;15(7):471. doi: 10.1038/s41419-024-06795-3. PMID: 38302407; PMCID: PMC10834992.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38302407/

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