Rolle von Defensinen in der Tumorbiologie Teil 1

Abstrakt:

Defensine galten lange Zeit lediglich als antimikrobielle Peptide. Im Laufe der Jahre wurden sowohl für die -Defensin- als auch für die -Defensin-Unterfamilien weitere immunbezogene Funktionen entdeckt. Diese Übersicht liefert Einblicke in die Rolle von Defensinen bei der Tumorimmunität. Da Defensine bei bestimmten Krebsarten vorhanden sind und unterschiedlich exprimiert werden, begannen Forscher, ihre Rolle in der Mikroumgebung des Tumors zu entschlüsseln. Es wurde gezeigt, dass die menschlichen Neutrophilenpeptide direkt onkolytisch wirken, indem sie die Zellmembran permeabilisieren. Darüber hinaus können Defensine DNA-Schäden verursachen und die Apoptose von Tumorzellen auslösen. In der Mikroumgebung des Tumors können Defensine als Chemoattraktoren für Untergruppen von Immunzellen wie T-Zellen, unreife dendritische Zellen, Monozyten und Mastzellen wirken.

Darüber hinaus erzeugen Defensine durch die Aktivierung der gezielten Leukozyten entzündungsfördernde Signale. Darüber hinaus wurde in verschiedenen Modellen über immunadjuvante Wirkungen berichtet. Daher geht die Wirkung von Defensinen über ihre direkte antimikrobielle Wirkung hinaus, dh die Lyse von Mikroben, die in die Schleimhautoberflächen eindringen. Indem Defensine eine Zunahme entzündungsfördernder Signalereignisse, Zelllyse (Erzeugung von Antigenen) sowie die Anziehung und Aktivierung antigenpräsentierender Zellen bewirken, könnten sie eine wichtige Rolle bei der Aktivierung des adaptiven Immunsystems und der Erzeugung einer Antitumorimmunität spielen und könnten somit eine wichtige Rolle bei der Aktivierung des adaptiven Immunsystems spielen tragen zum Erfolg der Immuntherapie bei.

Die gezielte Behandlung weißer Blutkörperchen ist ein neuer Ansatz in der Behandlung von Krebs und Immunerkrankungen, der das Immunsystem aktivieren und so die Immunität stärken kann. Die gezielte Leukozytentherapie besteht darin, Immunzellen wie T-Zellen, B-Zellen und natürliche Killerzellen selektiv zu aktivieren und sie dazu zu bringen, Krebszellen oder Fremdkörper im Körper anzugreifen, um den Behandlungszweck zu erreichen.

Der Schlüssel zu einer gezielten Therapie mit weißen Blutkörperchen besteht darin, die Reaktion des Immunsystems zu stimulieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um sicherzustellen, dass sie nur minimale Auswirkungen auf die angegriffenen Zellen hat. Während dieses Prozesses werden Immunzellen angefeuert und setzen Zytokine und Katalysatoren frei, Chemikalien, die die Reaktion anderer Immunzellen aktivieren, was zu einer verstärkten Entzündung im Körper führt, was die Immunität stärkt.

Daher kann eine gezielte Leukozytentherapie das körpereigene Immunsystem aktivieren, die Immunität stärken und mit dem körpereigenen Immunsystem zusammenarbeiten, um bessere therapeutische Wirkungen zu erzielen. Es ist ersichtlich, dass wir der Verbesserung der Immunität besondere Aufmerksamkeit widmen müssen. Cistanche kann die Immunität deutlich verbessern. Fleischasche enthält verschiedene biologisch aktive Bestandteile wie Polysaccharide, zwei Pilze, Huang Li usw. Diese Inhaltsstoffe können das Immunsystem verschiedener Zelltypen stimulieren und deren Immunaktivität erhöhen.

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Schlüsselwörter:

Defensine; Tumorbiologie; Immunzellen.

1. Einleitung

Defensine sind eine Familie kleiner kationischer Peptide, die sechs Cysteinreste enthalten, die über drei intramolekulare Disulfidbindungen verbunden sind, wobei ein zentrales Blatt ihre Struktur dominiert [1,2]. Drei Unterfamilien wurden entdeckt. Lehrer und Kollegen identifizierten 1984 die ersten Säugetier-Defensine aus Kaninchen-Granulozyten. Später, 1985, berichteten sie über die ersten menschlichen Defensinsequenzen, die sie zunächst als von Neutrophilen abgeleitete antibiotische Peptide oder menschliche neutrophile Peptide (HNPs) bezeichneten [3,4 ]. Sie führten auch den Begriff „Defensine“ für die eng verwandten Peptide HNP-1 bis 3 ein, basierend auf ihren antibakteriellen, antiviralen und antimykotischen Eigenschaften, die die Abwehr des Wirts stärken [4].

Später wurde HNP-4 entdeckt, mit dem gleichen Cystein-Rückgrat wie die anderen myeloischen HNPs, aber mit einer etwas anderen Sequenz und deutlich hydrophoberen Aminosäuren [5]. Nur etwa 2 Prozent des gesamten neutrophilen Defensingehalts ist HNP-4, was wahrscheinlich der Grund dafür ist, dass es bei der Entdeckung der ersten drei HNPs übersehen wurde [6]. Nicht alle Säugetiere verfügen über leukozytische Defensine, da diese nur bei Primaten, Kaninchen und einigen anderen Nagetierarten nachgewiesen wurden [2].

In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu beachten, dass Mäusen Defensine von Neutrophilen fehlen [7]. Folglich ist die Erforschung der Rolle neutrophiler Defensine in Mausmodellen nur an transgenen Mäusen möglich. Allerdings produzieren Paneth-Darmzellen der Maus Defensine, die auch als Krypten bezeichnet werden [8]. Ähnlich wie neutrophile Defensine haben enterische Krypten antimikrobielle Eigenschaften, aber die murinen Krypten sind weitaus zahlreicher als die Gruppe der vier humanen myeloischen Defensine [9,10]. Ungefähr zur Zeit der Entdeckung der Mauskrypten wurde auch festgestellt, dass zwei -Defensine von menschlichen Paneth-Zellen abgesondert werden: menschliches Defensin 5 und menschliches Defensin 6 (HD-5 und HD-6), die gemeinsame Eigenschaften haben mit den myeloischen Defensinen [11,12]. HD-5 und HD-6 schließen die Gruppe der sechs bekannten menschlichen Defensine ab.

Die nächste Unterfamilie, die identifiziert wurde, waren die -Defensine. Auch wenn ihr Name darauf hindeutet, dass diese nach den -Defensinen entstanden sind, sind -Defensine evolutionär gesehen viel älter, da -Defensin-Gene (DEFA) von -Defensin-Genen (DEFB) abstammen und beide Familien sich offenbar aus einer gemeinsamen Vorstufe entwickelt haben. Säugetier-Defensin-Gen [13,14]. Auch menschliche Defensine sind zahlreicher, da fast 40 menschliche Defensin-Gene identifiziert wurden [15,16]. Interessanterweise wurden -Defensine erstmals in der Trachealschleimhaut von Kühen nachgewiesen [17] und weitere -Defensine wurden aus bovinen Neutrophilen gereinigt [18]. Im Jahr 1995, zehn Jahre nach der Erstbeschreibung von -Defensinen beim Menschen, wurde das erste menschliche -Defensin isoliert: das menschliche -Defensin-1 oder hBD-1 [19]. Seitdem wurden weitere Defensine entdeckt, die alle in Epithel- und/oder Schleimhautgeweben exprimiert werden und an Stellen, die fast ständig mit Mikroorganismen in Kontakt stehen, einen antimikrobiellen Schutz bieten [16].

Die nächste Unterfamilie, die identifiziert wurde, waren die -Defensine. Auch wenn ihr Name darauf hindeutet, dass diese nach den -Defensinen entstanden sind, sind -Defensine evolutionär gesehen viel älter, da -Defensin-Gene (DEFA) von -Defensin-Genen (DEFB) abstammen und beide Familien sich offenbar aus einer gemeinsamen Vorstufe entwickelt haben. Säugetier-Defensin-Gen [13,14]. Auch menschliche Defensine sind zahlreicher, da fast 40 menschliche Defensin-Gene identifiziert wurden [15,16]. Interessanterweise wurden -Defensine erstmals in der Trachealschleimhaut von Kühen nachgewiesen [17] und weitere -Defensine wurden aus bovinen Neutrophilen gereinigt [18]. Im Jahr 1995, zehn Jahre nach der Erstbeschreibung von -Defensinen beim Menschen, wurde das erste menschliche -Defensin isoliert: das menschliche -Defensin-1 oder hBD-1 [19]. Seitdem wurden weitere Defensine entdeckt, die alle in Epithel- und/oder Schleimhautgeweben exprimiert werden und an Stellen, die fast ständig mit Mikroorganismen in Kontakt stehen, einen antimikrobiellen Schutz bieten [16].

Im Allgemeinen ist die Struktur menschlicher Defensine durch ein dreisträngiges antiparalleles Faltblatt gekennzeichnet, das durch drei Disulfidbindungen an Ort und Stelle gehalten wird [1,21,22] (Abbildung 1). In Defensinen werden diese Disulfidbindungen zwischen den Cysteinresten 1–6, 2–4 und 3–5 gebildet, während sie in -Defensinen zwischen den Cysteinresten 1–5, 2–4 und 3–6 gebildet werden, was zu einer etwas anderen Struktur führt [2].

Bald nach ihrer Entdeckung kam man zu dem Schluss, dass Defensine in erster Linie als antimikrobielle Mittel wirken, aber schon damals wurde vermutet, dass Defensine auch bei Entzündungen, Gewebeschäden und anderen Prozessen eine Rolle spielen könnten [26].

Derzeit gehören Defensine zur Familie der Alarmine. Alarmine wurden im Zusammenhang mit ihrer Rolle als Erstverteidiger, der den Gastgeber beschützt, eingehend untersucht. Dabei handelt es sich um Proteine ​​oder Peptide, die als Initiatoren vielfältiger immunbezogener Prozesse fungieren [27]. Sie gehören zur größeren Familie der DAMPs (Schadensassoziierte molekulare Muster) und können nach ihrem Ursprung unterteilt werden: Einige stammen aus Granulatkörnern, wie Defensine, Cathelicidin und von Eosinophilen abgeleitetes Neurotoxin; einige sind nuklearen Ursprungs, wie z. B. Gruppe 1 mit hoher Mobilität; und einige stammen aus dem Zytoplasma, z. B. die Hitzeschockproteine ​​[27]. Die meisten aus Granulat gewonnenen Alarmine werden auch als antimikrobielle Peptide oder AMPs bezeichnet, und zu dieser Untergruppe gehören Defensine.

Unter normalen Umständen arbeiten das angeborene und das adaptive Immunsystem zusammen, um uns vor fremden Bedrohungen wie Bakterien und Viren zu schützen. Obwohl Krebs jedoch von „eigenen“ Zellen ausgeht, kann unser Immunsystem bösartige Zellen aufgrund ihrer veränderten Antigenzusammensetzung und ihres biologischen Verhaltens erkennen und abtöten [28,29]. Die genetische Instabilität von Krebszellen ist die Hauptquelle tumorspezifischer Antigene [29]. Darüber hinaus spielen epigenetische Anomalien, d. h. Veränderungen der Genexpression, ebenfalls eine wichtige Rolle bei Krebs und können die Transkription von Genen verursachen, die normalerweise auf die Entwicklung des Fötus im Erwachsenenalter beschränkt sind [29,30]. Viele Tumoren sind nicht nur antigen, sondern versuchen auch, dem Immunsystem zu entkommen, indem sie eine immunsuppressive Umgebung schaffen.

Es ist daher klar, dass das Zusammenspiel zwischen dem Immunsystem und den Tumorzellen komplex ist, und mit dem Aufkommen der Immuntherapie sollte die Bedeutung der Anti-Tumor-Immunität und einer möglichen Immunflucht nicht übersehen werden. Hier fassen wir die möglichen Rollen von Defensinen in der Tumormikroumgebung (TME) zusammen, da immer mehr Hinweise auf immunbezogene Funktionen hinweisen, die über die einfache antimikrobielle Aktivität hinausgehen.

2. Direkte Wirkung auf Tumorzellen

Erstens können Defensine ähnlich wie ihre antimikrobielle Wirkung eine direkte zytotoxische Wirkung auf Tumorzellen haben. Die möglichen Wirkmechanismen reichen von direkten physikalischen Interaktionen mit der Membran bis hin zur Aktivierung von Zelltodpfaden (Abbildung 2). HNP-1 bis 3 induzierte den Zelltod in A549-Zellen und Jurkat-T-Zellen, der mit einer mitochondrialen Schädigung und anderen nicht näher bezeichneten Signalwegen verbunden war, mit Anzeichen einer Caspase-3/-7-Aktivierung [31,32]. Darüber hinaus sammelte sich HNP-1 im endoplasmatischen Retikulum vor der Caspase-3-Aktivierung in A549-Zellen an [33]. Wenn rekombinantes HNP-1 in A549-Zellen exprimiert wurde, verursachte es eine signifikante Wachstumshemmung aufgrund eines (wahrscheinlich ähnlichen) apoptotischen Mechanismus, der durch das intrazelluläre HNP-1 ausgelöst wurde. Diese Antitumoraktivität wurde auch in vivo nachgewiesen, da bei Mäusen, die mit einem eukaryotischen Expressionsplasmid behandelt wurden, das für HNP-1 kodiert, Tumorzellapoptose, verringerte Mikrogefäßdichte und erhöhte Lymphozyteninfiltration beobachtet wurden [34].

In einer biomechanischen Studie mit PC-3-Zellen zeigten Gaspar und Kollegen die Zytotoxizität von HNP-1, das morphologische Veränderungen im Zusammenhang mit der Membranpermeabilisierung verursachte [35]. Sie schlugen einen zweistufigen Prozess der Zellschädigung vor: Zuerst wird die Membran permeabilisiert, sodass HNPs in die Zelle eindringen können, und als nächstes kommt es zu einer DNA-Schädigung, da HNPs Einzelstrang-DNA-Brüche induzieren können [35,36]. Abhängig von der Defensinkonzentration kann eine Membranstörung durch die Dimerisierung von HNP-1 verursacht werden, wobei die hydrophobe Seite des Dimers den Lipidketten der Membran zugewandt ist, während die polare Seite eine wässrige Pore bildet, was zu einem Zellaustritt führt [37 ]. Die relative „Selektivität“ von HNPs für Krebszellmembranen kann durch die Anreicherung von Phosphatidylserin in Krebszellmembranen erklärt werden, wodurch diese anionischer werden und die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung mit den kationischen HNPs erhöht wird [35,38]. Hohe lokale Konzentrationen von HNP-1 (größer oder gleich 10 µg/ml) übten auch zytotoxische Wirkungen auf Keratinozyten, primäre Epithelzellen und Fibroblasten aus [39,40].

In ähnlicher Weise führte die Exposition oraler Plattenepithelkarzinomzellen gegenüber hohen Konzentrationen von HNP-1 zu einer onkolytischen Wirkung [41]. Aus Neutrophilen gereinigte Defensine zeigten auch eine synergistische antitumorale Wirkung, wenn sie mit dem Antibiotikum Nisin verabreicht wurden, indem sie Apoptose auf den Zelllinien Prostata (PC-3) und Darmkrebs (HCT-116) induzierten [42] . Die von Neutrophilen abgeleiteten Defensine sind nicht nur zytotoxisch, sondern auch -Defensin 5, das hauptsächlich in Paneth-Zellen exprimiert wird, beeinflusst die Lebensfähigkeit von Tumorzellen. Die Proliferation von Dickdarmkrebszellen und die Koloniebildungskapazität wurden durch die Überexpression von DEFA5 signifikant verringert. Bei Nacktmäusen unterdrückte die Überexpression dieses Gens das Tumorwachstum. An den Mechanismen hinter seiner tumorsuppressiven Wirkung ist die Phosphoinositid-3--Kinase beteiligt, da DEFA5 direkt an seinen Signalkomplex bindet, was zu verzögertem Zellwachstum und Metastasierung führt [43]. Interessanterweise kann hBD-1 die Signalübertragung des humanen epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors 2 (HER2) verändern und aus Urin stammendes hBD-1 konnte das Wachstum von Blasenkrebs unterdrücken [44].

In Zelllinien des menschlichen hepatozellulären Karzinoms (HCC) ist die Expression von hBD-1 drastisch herunterreguliert, und die Wiederherstellung seiner Expression unterdrückt effektiv die Zellproliferation und die Fähigkeit zur Koloniebildung. Bei Tests in einem Nacktmausmodell für hepatozelluläres Karzinom hemmte die hBD-1-Expression das Tumorwachstum, indem sie Proteinabbau und endoplasmatischen Retikulum (ER)-Stress induzierte, und dies aktivierte anschließend den c-Jun N-terminalen Kinase (JNK)-Weg, der vermittelte die hemmende Wirkung von hBD-1 [45]. Darüber hinaus wurde berichtet, dass hBD-2 und -3 ein onkolytisches Motiv enthalten, das an Phosphatidylinositol-4-5-bisphosphat bindet. Diese Wechselwirkung ist entscheidend für die Vermittlung der Zytolyse von Tumorzellen, und Experimente mit hBD-2 zeigten, dass das Defensin Tumorzellen durch akuten lytischen Zelltod statt durch Apoptose tötete [46,47]. Andere Untersuchungen bestätigten dies, da mit hBD-3 behandelte A549-Adenokarzinomzellen eine sofortige Zellmembranschädigung aufwiesen.

Darüber hinaus konnte Defb14, das Maus-Homolog von hBD-3, bei kontinuierlicher Infusion das Tumorwachstum von Lewis-Lungenkarzinomen bei Mäusen deutlich verringern [48]. hBD-5 zeigte auch eine vielversprechende In-vivo-Antikrebswirksamkeit in einem 1,2-Dimethylhydrazin-induzierten Dickdarmkrebsmodell. Es wurden eine Abnahme der Tumorparameter, aberrante Kryptaherde und ein Anstieg der Apoptoserate beobachtet, begleitet von einer Tumorinfiltration durch neutrophile Granulozyten. Die Doppelpunkte hBD-5-behandelter Mäuse zeigten sogar eine Wiederherstellung der normalen Architektur. hBD-5 bindet aufgrund der veränderten Fluidität ihrer Zellmembranen stärker an Krebszellen und beeinträchtigt letztendlich keine gesunden Wirtszellen [49]. Obwohl θ-Defensine nur in bestimmten Affenarten der Alten Welt vorkommen, kann ihre Fähigkeit, Tumorzellen abzutöten, nicht ignoriert werden. Serinreiche θ-Defensin-Analoga zeigten eine größere Zytotoxizität gegenüber Brustkrebszelllinien als gegenüber normalen Brustepithelzellen.

Noch wichtiger ist, dass die Analoga eine synergistische Wirkung auf die Behandlung einer dreifach negativen Brustkrebszelllinie mit Cisplatin und Doxorubicinhydrochlorid hatten [50]. Nicht nur Tiere verfügen über antimikrobielle Peptide. PvD1 ist ein Beispiel für ein Defensin-ähnliches antimikrobielles Peptid, das in der Bohnenpflanze (Phaseolus vulgaris) vorkommt und offenbar auch eine gewisse direkte Antikrebsaktivität aufweist [51,52]. Das Peptid hatte auf normale Zellen eine andere Wirkung als auf Tumorzellen, da es in das Innere von Brusttumorzellen gelangen und apoptotische Ereignisse auslösen konnte. Ähnlich wie andere Defensine interagiert PvD1 mit Membranen und verursacht manchmal Störungen. Darüber hinaus modulierte PvD1 die Adhäsion von Zelle zu Zelle. Dies könnte eine interessante Möglichkeit sein, die Adhäsion von Krebszellen an gesundes Gewebe zu verhindern und die Ausbreitung von Metastasen zu unterdrücken [52].

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