Az IKKβ/mTOR/VEGF jelátviteli út megcélzása mint az elhízással kapcsolatos emlőrák lehetséges terápiás stratégiája

Chun-Te Chen

1 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék A Texasi Egyetem MD Anderson Rákközpont, Houston, Texas

3 Orvosbiológiai Orvostudományi Kar, a Texasi Egyetem Egészségtudományi Központja, Houston, Texas, Texas

Yi Du

1 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék A Texasi Egyetem MD Anderson Rákközpont, Houston, Texas

3 Orvosbiológiai Orvostudományi Kar, a Texasi Egyetem Egészségtudományi Központja, Houston, Texas, Texas

Hirohito Yamaguchi

1 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék A Texasi Egyetem MD Anderson Rákközpont, Houston, Texas

Jung-Mao Hsu

1 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék A Texasi Egyetem MD Anderson Rákközpont, Houston, Texas

3 Orvosbiológiai Orvostudományi Kar, a Texasi Egyetem Egészségtudományi Központja, Houston, Texas, Texas

Hsu-Ping Kuo

1 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék A Texasi Egyetem MD Anderson Rákközpont, Houston, Texas

3 Orvosbiológiai Orvostudományi Kar, a Texasi Egyetem Egészségtudományi Központja, Houston, Texas, Texas

Gabriel N. Hortobagyi

2 A Texasi Egyetem Mell-orvosi Onkológiai Osztálya MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas

Mien-Chie Hung

1 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék A Texasi Egyetem MD Anderson Rákközpont, Houston, Texas

3 Orvosbiológiai Orvostudományi Kar, a Texasi Egyetem Egészségtudományi Központja, Houston, Texas, Texas

4 Diplomás Rákbiológiai Intézet és a Klinikai Orvostudományi Molekuláris Orvostudományi Központ

5 Ázsiai Egyetem, Tajcsung, Tajvan

Társított adatok

Absztrakt

A klinikai korrelációs vizsgálatok egyértelműen kimutatták, hogy az elhízás összefügg az emlőrák kockázatával és a betegek túlélésével. Bár több lehetséges mechanizmust javasoltak az elhízás és a rák összekapcsolására, az elhízás által közvetített emlő tumorgenezisének részletes molekuláris mechanizmusát még nem értékelték kritikusan. Ebben a tanulmányban értékeltük az elhízás emlődaganat-iniciációra és -fejlődésre gyakorolt hatását genetikai és étrend által kiváltott elhízással rendelkező, emlődaganat-xenograftokat tartalmazó egerek és egér-emlődaganat-vírusneu-transzgenikus egerek alkalmazásával, amelyeket magas zsírtartalmú táplálékkal tápláltak. Megmutatjuk, hogy az elhízás elősegítette az emlődaganat növekedését és fejlődését ezekben az állatmodellekben. Ezenkívül a TNFα, VEGF, IKKβ és mTOR expresszióját felülszabályozzák elhízott egerek emlődaganataiban, ami arra utal, hogy az IKKβ/mTOR/VEGF jelátviteli utat a TNFα aktiválja elhízott egerek daganataiban. Ennél is fontosabb, hogy az útvonal tagjait megcélzó inhibitorok (rapamicin, bevacizumab és aszpirin) elhízott egereknél hatékonyabban elnyomják a tumorgenezist és meghosszabbítják a túlélést, mint nem elhízott egereknél. Itt nemcsak egy specifikus jelátviteli utat azonosítottunk, amely hozzájárul az emlődaganat kialakulásához elhízott egereknél, hanem stratégiát is az elhízás által közvetített emlőrák kezelésére.

Bevezetés

Az elhízás súlyos egészségügyi probléma az Egyesült Államokban, és a cukorbetegség, a magas vérnyomás és a szív- és érrendszeri betegségek fokozott kockázatával jár. Sőt, egyre növekvő bizonyítékok azt mutatják, hogy az elhízás az emberi rák többféle típusának (1–4) kockázati tényezője, és köztudottan korrelál az emlőrák tumorgenezisével és fejlődésével (5, 6). Az emlőrák a nőknél a rák okozta halálozások második vezető oka az Egyesült Államokban, és az elhízott emlőrákos betegeknél nagyobb a visszatérő betegség kockázata, magasabb az áttétek és a halálozás aránya, nagyobb a daganattömeg és rosszabb a prognózis, mint a nem elhízott emlőnél rákos betegek (7–12).

Korábban kimutattuk, hogy a TNFα/az IKKβ mTOR/VEGF utat indukálja az emlőrák progressziójának elősegítésére az angiogenezis fokozásával (21). Az aktivált TNFα receptor aktiválja az IKKβ-t, amely viszont foszforilálja a tuberózus sclerosis 1 fehérjét (TSC1), és aktiválja a downstream jelátviteli utat, például az mTOR-t. Ezenkívül az IKKβ aktiváció, a TSC1 foszforiláció és a VEGF expresszió korrelál az emlőrákos betegek rossz klinikai eredményével (21). Mivel az elhízott betegeknél magasabb az adipocyta szint, és így több TNFα-t képesek kiválasztani (22), feltételeztük, hogy ez az újonnan azonosított mechanizmus összekapcsolhatja a TNFα/aktivált IKKβ/mTOR/VEGF (23) az elhízással, és ezáltal hozzájárulhat az elhízás által közvetített emlőrák progressziójához.

Ebben a tanulmányban arra törekedtünk, hogy meghatározzuk az elhízás hatásait az emlődaganat progressziójára 2 különböző elhízási egérmodell segítségével: egerek genetikai és diétával indukált elhízással (DIO), amelyek ortotóp xenograft emlődaganatokat hordoznak. Ezenkívül felmértük a DIO tumor iniciációra gyakorolt hatását egér emlődaganat vírus (MMTV) -neu modellben is. Ezekkel a modellekkel egyértelműen megmutattuk, hogy az elhízás elősegíti az emlődaganatok kialakulását és növekedését. Ennél is fontosabbnak találtuk, hogy az IKKβ/mTOR/VEGF jelátviteli utat a TNFα nagymértékben aktiválta elhízott egerek daganataiban, és ennek az útnak a klinikailag alkalmazott gyógyszerekkel történő gátlása csökkentette az elhízás által közvetített tumorgenezist. Így tanulmányunk nemcsak molekuláris értelmezést nyújthat az emlőrák magasabb előfordulási gyakorisága és az elhízott nők rossz prognózisa szempontjából, hanem új utat is kínálhat az elhízás által közvetített emlőrák terápiás stratégiáinak kidolgozásához.

Anyagok és metódusok

Sejtvonalak

Az EO771 egér emlődaganatos sejteket Dr. F.M. Sirotnak (Memorial Sloan-Kettering, New York, NY). További hitelesítést nem hajtottak végre. A sejteket 10% FBS-sel kiegészített RPMI-1640 táptalajon tenyésztettük.

Állati modell

Az emlődaganat modelljéhez 2 × 105 EO771 sejtet injektáltunk a 14 hetes C57BL/6J vagy OB egerek emlőzsír-párnáiba. Miután a daganatok elérték a 3-5 mm átmérőt, az egereknek aszpirint adtak be 120 mg/kg/nap (Sigma) szubkután injekció formájában (30); rapamicin (LC Labs) 5 mg/kg dózisban hetente kétszer intraperitoneális injekcióval (31); és bevacizumab (Avastin, az MD Anderson Cancer Center Gyógyszerészeti Minisztériumától vásárolt) 10 mg/kg adagban hetente egyszer intravénás injekció formájában (32).

Immunfluoreszcencia vizsgálat

Az emlődaganatos szöveteket összegyűjtötték és Tissue-Tek OCT vegyületbe (Sakura Finetek) fagyasztott beágyazás és szekcionálás céljából beágyazták. A tumormintákat külön-külön anti-TNFa-val és anti-VEGF-rel festettük (IHC World); foszforilezett IKKβ (S176/180) [pIKKβ (S176/180)], foszforilezett S6 (S240/244) [pS6 (S240/244) (az mTOR aktivitás mutatója)]; foszforilezett VEGF receptor (S996) [pIKKp (S996)]; a Cell Signaling Technology előző 3 antitestje); CD31 és CD45 antitest (BD Biosciences); Ki67 antitest a rákos sejtek szaporodásának indikátoraként (Abcam). Az atommagokat 4 ’, 6-diamidino-2-fenilindol-kékkel festettük, és a fluoreszcencia intenzitást az AxioVision 4.4-es verziójával (Carl Zeiss) elemeztük.

Statisztikai analízis

Az adatokat 10 egér vagy kezelés átlagának ± SD-ként mutatjuk be. A csoportok közötti statisztikai szignifikanciát Student t teszttel vagy egy- vagy kétutas ANOVA-val elemeztük. A túlélést Kaplan-Meier-diagram segítségével elemeztük, és az MMTV-neu egerek tumorának előfordulását log-rank teszttel mértük (Mantel-Cox teszt; 33., 34. hivatkozás). A 0,05-nél kisebb P értéket statisztikailag szignifikánsnak tekintették, és ezentúl csillag jelzi.

Eredmények

A genetikai elhízás és a DIO elősegíti az emlő tumorgenezisét és növeli a mortalitást

Bár a klinikai bizonyítékok azt mutatják, hogy az elhízás az emlőrák egyik fő kockázati tényezője (35), és annak ellenére, hogy a kutatók számos mechanizmust javasoltak az elhízás és a tumor progressziójának összekapcsolására, korlátozott információ áll rendelkezésre a molekuláris mechanizmusok közötti okozati összefüggésekről és az elhízás által közvetített emlőrák. Az elhízás által közvetített emlőrák mögöttes mechanizmusainak további feltárásához először kétféle elhízási egér modellt, a DIO-t és a genetikai elhízást alkalmaztunk emlődaganat-xenograft létrehozására ezekben az egerekben, és tovább vizsgáltuk az elhízási tumor előrehaladásának hatásait.

Először ebben a 2 modellben figyeltük az egerek testtömegét, és megerősítettük, hogy ezek az egerek többet nyomnak, mint a kontroll egerek (1A. És B. Ábra, felső panelek). Ezután emlődaganatokat állapítottunk meg ezekben az egerekben, és elhízott egerekben szignifikánsan nagyobb daganatnövekedést figyeltünk meg (HFD/DIO és OB), mint sovány egerekben (normál chow étrend és WT) mindkét modellben (1A és B ábra, középső panelek). Sőt, az elhízott egerek túlélési aránya mindkét modellben szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a kontroll egereké (1A és B ábra, alsó panelek). Hasonló eredményeket figyeltek meg a 4T1 egér emlődaganat modelljeiben (S1A és S1B kiegészítő ábra). Ezek az eredmények együttesen azt jelezték, hogy az elhízás elősegítette az emlődaganat növekedését in vivo és csökkentette a medián túlélést, és hogy ezek az állatmodellek megvalósíthatók az elhízás által közvetített tumor progressziójának mögöttes mechanizmusainak tanulmányozásában.