RICERCA ITALIANA     

Ruolo dell'angiogenesi e dell'infiammazione nella progressione tumorale

Università degli Studi di Torino

Abstract

L’osservazione istologica del tessuto tumorale dimostra la presenza di tre diversi comparti: le cellule tumorali, lo stroma con il sistema vascolare e i leucociti. E’ ormai chiaro che il comportamento della cellula neoplastica è profondamente influenzato da quello delle due altre componenti descritte.
Studi epidemiologici hanno dimostrato che condizioni di infiammazione cronica favoriscono l’insorgenza di tumori e che farmaci anti-infiammatori non steroidei hanno attività preventive in certi tipi di tumore. Queste osservazioni concordano con il dato che dimostra come la presenza di macrofagi nel tumore spesso correla con una prognosi peggiore.
Un’altro segno tipico della progressione tumorale è il cosiddetto “angiogenic switch” , dovuto a alterato rapporto tra induttori e inibitori dell’angiogenesi. Oltre agli induttori dell’angiogenesi secreti dalla cellula tumorale, importanti sono quelle secreti dai leucociti e da cellule stromali, che potenziano gli effetti dei primi. In quest’ottica sono promettenti farmaci anti-agiogenetici nel trattamento di alcuni tumori solidi.
Pertanto è possibile prevedere l’esistenza di circuiti complessi tra cellule tumorali,stroma e leucociti regolati da un’ampia gamma di molecole solubili, recettori ed enzimi proteolitici.
Lo scopo del progetto é di decifrare circuiti di comunicazione tra le tre componenti cellulari descritte e di come questi influenzino la progressione tumorale regolando la risposta infiammatoria. Infatti fino ad ora i legami tra cancro e infiammazione sono stati meramente descrittivi e poco è conosciuto sui meccanismi molecolari. Inoltre è molto recente il concetto che stroma e infiltrato infiammatorio possano essere un bersaglio terapeutico per il trattamento dei tumori.
Il progetto affronta il ruolo di VEGF-A, PDGF-BB and FGF-2 come molecule chiave predisposte alla regolazione di circuiti autonomi ma tra di loro connessi che hanno come attori i tre compartimenti cellulari descritti. Saranno utilizzati modelli in vitro di colture cellulari e due modelli più avanzati che utilizzano cellule isolate dal midollo di pazienti con mieloma multiplo e topi transgenici per oncoproteine di SV40 (Rip1-Tag2) che sviluppano un insulinoma.

Il progetto inoltre avrà a disposizione una piattaforma nanotecnologica per effettuare misure biologiche più accurate sia in termini quantitative che di localizzazione spaziale di eventi molecolari. Tre sono i maggiori obiettivi raggiungibili.
1.Studio dei circuiti paracrini e autocrini coordinati da bFGF. L’obiettivo sarà raggiunto attraverso 3 fasi: i) valutazione di citochine e chemochine prodotte dall’endotelio stimolato con bFGF; ii) dissezione del ruolo dell’infiammazione nella risposta angiogenica di bFGF; iii) valutazione della capacità di bFGF di indurre un fenotipo pro-angiogenetico nei leucociti.
2. Studio dei circuiti paracrini e autocrini coordinati da VEGFs
Si intende sviluppare e applicare modelli teorici e computazionali partendo da dati biologici per esplorare le interazioni dinamiche di molecole che partecipano alla risposta cellulare a VEGFs per organizzare le strutture vascolari nel modello di angiogenesi tumorale. L’obiettivo sarà raggiunto studiando le vie di segnale attivate da VEGF-A in differenti tipi cellulari, generando e analizzando dati proteomici e transcrittomici in cellule endoteliali stimolate da VEGF-A e nel modello Rip1-Tag2 in cui il trattamento farmacologico permette di inibire le vie di VEGF-A, e infine creando modelli teorici e computazionali per predire la robustezza del network e come risponde a perturbazioni esterne.
3. Studio del ruolo di PDGF-BB nel mieloma multiplo.
Il mieloma è un esempio paradigmatico di come il microambiente influenzi la progressione neoplastica. L’obiettivo è di comprendere il ruolo delle vie di segnale di PDGF-BB/PDGFRbeta e la ro importanza nella patogenesi della malattia. L’obiettivo è perseguito attraverso due fasi: i) studio della capacità di PDGF-BB, associato o meno a VEGF-A, di’attivare circuiti di stimolazione autocrini e paracrini nelle plasmacellule, nell’endotelio e nei macrofagi isolati dal midollo di tali pazienti nonché di comprendere se interviene nella transizione macrofago-endotelio; ii) dissezione del ruolo di VEGF-A e PDGF-BB e delle reciproche vie di segnale nelle plasmacellule, nell’endotelio e nei macrofagi isolati dal midollo di tali pazienti,utilizzando inibitori chimici delle tiroxine cinasi recettoriali al fine di individuare punti comuni delle vie di trasduzione che possono essere possibili bersagli per terapie mirate. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Federico Bussolino Università degli Studi di TORINO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo scopo di questo progetto è di indagare circuiti biologici fra cellule infiammatorie, endoteliali (EC) e tumorali e su come essi infuenzano la progressione del tumore. L’obbiettivo sara’ raggiunto grazie agli sforzi integrati di quattro unita’ con specifiche competenze. Poichè la definizione del ruolo di una molecola in un circuito biologico dipende dalla sua concentrazione e localizazzione, il team puo’ usufruire dell’esperienza dell’unita’ 5 che mette a disposizione la sua competenza sui sistemi ottici ed elettromeccanici applicati alla biologia.
Il progetto è focalizzato sulle interazioni fra cellule endoteliali, macrofagi, mast-cells e cellule tumorali con stimoli scatenanti qauli VEGF-A, PDGF-BB e FGF2. Questi circuiti saranno esaminati sia in cellule in coltura che in topi transgenici RIP1-Tag2 e nel mieloma multiplo dell’uomo (MM).
VEGF-A, PDGF-BB e FGF2 giocano ruoli diversi e in parte sovrapponibili nell’angiogenesi [1,2]. Queste molecole vengono secrete dalle cellule endoteliali, tumorali e dai leucociti [3,4] e ne esprimono i recettori attivando loops autocrini e paracrini. E’ stato dimostrato che VEGF-A è rilasciato dalle cellule endoteliali, dai leucociti infiltranti e dalle cellule tumorali [5,6] e che agisce sia sull’endotelio che sui monociti [6]. PDGF-BB è prodotto dalle cellule endoteliali, dai monociti e dalle cellule tumorali [7] e il suo recettore è espresso dai monociti [8] e dai progenitori CD34+CD133+VEGFR2+ suggerendo l’esistenza di un suo ruolo nel commissionare i precursori mieloidi [9]. bFGF è una citochina pleiotropica coinvolta nei pathways autocrini dell’endotelio ed è secreta dai macrofagi e dalle cellule tumorali. Tuttavia, l’effetto angiogenico dell’FGF2 è caratterizzato da richiamo di leucociti [10]. Risultati preliminari ottenuti dal collaboratore 2 dimostrano che i macrofagi esprimono FGFR-1 a supporto dell’esistenza di un pathway d’azione autocrino dell’FGF2 nei macrofagi associati ai tumori (TAM). <br />Per lo scopo ultimo del progetto verranno perseguiti i seguenti obiettivi.
1. STUDIO DEI LOOPS PARACRINI E AUTOCRINI MEDIATI DA bFGF NELL’ANGIOGENESI ASSOCIATA AI TUMORI.
Questo obiettivo è caratterizzato da tre fasi: i) valutazione della produzione di citochine e chemochine delle cellule endoteliali stimolate da bFGF; ii) analisi dell’effetto diretto e mediato da monociti del bFGF sull’angiogenesi tumorale utilizzando il recettore delle chemochine M3 [11], i topi knock-out per PI3Kgamma [12] e la tecnica del silenziamento genico in zebrafish. L’unita’ 2 ha messo a punto un metodo per studiare l’angiogenesi tumorale in zebrafish impiantando cellule tumorali di mammifero nello spazio perivitellino degli embrioni 48 ore dopo la fertilizzazione [13]; iii) analisi della capacita’ del bFGF di indurre un fenotipo pro-angiogenico nei monociti umani e mast-cells.
2. STUDIO DEI LOOPS PARACRINI E AUTOCRINI MEDIATI DA VEGF-A NELL’ANGIOGENESI ASSOCIATA AI TUMORI.
Lo scopo di questo obiettivo è quello di stabilire e applicare uno schema teorico e computazionale in cui esplorare le interazioni dinamiche delle molecole che fanno parte dei pathways di azione del VEGF-A, che permette di organizzare le strutture vascolari in un modello di angiogenesi tumorale. La struttura del progetto è caratterizzata dalla produzione di dati biologici mediante esperimenti in vitro e mediante il modello di oncogenesi dei topi Rip1-Tag2 in cui i pathways di VEGF-A sono stati modificati mediante farmaci o manipolazioni genetiche, che includeranno scale sub-cellulari, cellulari e tissutali. L’obiettivo verra’ realizzato tramite le seguenti fasi: i) generazione di dati quantitativi e spaziali su come VEGFR-2 è attivato nelle cellule endoteliali; ii) valutazione del ruolo dei loops autocrini di VEGF-A nei macrofagi e mast-cells; iii) analisi nei macrofagi e mast-cells dei pathways che influenzano l’attivita’ del VEGF-A (cioè semaforine, angiopoietine e chemochine); iv) generazione di dati di trascriptomica e proteomica nelle cellule endoteliali stimolate da VEGF-A e nel modello dei topi Rip1-Tag2 in cui i pathways di VEGF-A sono alterati da trattamento farmacologico; v) produzione di modelli teorici che identificano nelle reti biochimiche moduli codificati e che chiarificano i processi di “decision making” e inglobano informazioni spazio-temporali su diverse scale.
3. STUDIO DEL RUOLO DEL PATHWAY DI PDGF-BB NELLA PROGRESSIONE DEL MIELOMA MULTIPLO.
Il mieloma multiplo (MM) è un esempio paradigmatico del ruolo del microambiente nella progressione della malattia [14]. In assenza di vasi appena sviluppati e in presenza di TAM, il mieloma multiplo non progredisce ma regredisce ad uno stato stabile a bassa massa paragonabile alla gammopatia monoclonale. L’obiettivo è quello di focalizzarsi sul “signaling” di PDGF-BB/PDGFRbeta e sulla sua rilevanza nella patogenesi del mieloma multiplo in parallelo ad altri pathways importanti come quello del VEGF/VEGFR2. L’obiettivo verra’ raggiunto attraverso le seguenti fasi: i) stabilire se PDGF-BB da solo o in associazione con VEGF-A, è in grado di scatenare la crescita autocrina delle plasma cellule, dell’endotelio e l’imitazione del processo di vasculogenesi dei macrofagi mediante stimolazione diretta da PDGFRbeta o indiretta da fattori pro-angiogenici secreti dalle plasma cellule del MM; ii) analisi dei pathways mediati da PDGF-BB/VEGF nelle plasma cellule, nell’endotelio maturo e nei macrofagi isolati da pazienti affetti da mieloma multiplo allo scopo di identificare segnali a valle che potrebbero rappresentare targets terapeutici nel MM.
4. ORGANIZZAZIONE DI UNA PIATTAFORMA DI NANOTECNOLOGIE PER MIGLIORARE LA SENSIBILITA’ DELLE MISURAZIONI DI MOLECOLE COINVOLTE NELLA PROGRESSIONE DEI TUMORI.
Uno dei maggiori problemi nella medicina molecolare è la mancanza di strumenti che servano ad individuare quantita’ molto piccole di biomolecole e la loro localizzazione. Le nanotecnologie rappresentano un approccio interessante per affrontare questo problema. L’unita’ 5 ha una lunga esperienza nella applicazione di strumenti ottici per superare i limiti degli attuali microscopi dovuti alla diffrazione. Inoltre, l’unita’ 5 installa biosensori microcantilever (MC) che combinano un trasduttore biologicamente sensibile con uno fisico per individuare in modo selettivo e quantitativo specifici composti in un determinato ambiente esterno. Sono disponibili due piattaforme: a) una piattaforma ottica basata sull’uso delle nanoparticelle non soggette al fenomeno di “photobleaching” o fototossicita’ (a differenza dei coloranti organici) e quindi utilizzabili per le marcature cellulari migliorando la risoluzione spaziale della microscopia ottica; b) MC attivati con specifici anticorpi per il riconoscimento molecolare – permettono la misurazione di massa con precisione. La piattaforma ottica verra’ utilizzata per migliorare la localizzazione del VEGFR2, PDGFR-B e di alcune molecole a valle (PLC-gamma, PI3K, Akt, MAPK) e la loro dinamica verra’valutata mediante FRET. I biosensori MC saranno utilizzati per misurare a livello di femtomole la quantita’ di VEGF-A, angiopoietina-1, PDGF-B, SDF-1 (CXCL12) prodotte negli obiettivi sopra descritti.

1. Bussolino F, et al Trends Biochem Sci 1997, 22:251-256.
2. Folkman J: NEngl, J Med 1995, 333:1757-1763.
3. Coussens LM, Werb Z: Nature 2002, 420(6917):860-867.
4. Mueller MM, Fusenig NE: Nat Rev Cancer 2004, 4:839-849.
5. Serini G, et al EMBO J 2003, 22:1771-1779.
6. Olsson AK, et al Nat Rev Mol Cell Biol 2006, 7:359-371.
7. Betsholtz C: Cytokine Growth Factor Rev 2004, 15:215-228.
8. Inaba T, et al . J Biol Chem 1993, 268:24353-24360.
9. Su R, et al Br J Hematol 2002, 117:735-746.
10. Presta M, et al Cytokine Growth Factor Rev 2005, 16:159-178.
11. Alexander et al Cell 2002, 111:343-356.
12. Hirsch E, et al Science 2000, 287:1049-1053.
13. Nicoli S, et al Cancer Res 2007, 67:2927-2931.
14. Vacca A, D. R: Leukemia 2006, 20:193-199. <<<

Risultati parziali attesi

OBIETTIVO 1.STUDIO DI CIRCUITI PARACRINI E AUTOCRINI MEDIATI DA bFGF NELL’ANGIOGENESI TUMORALE

Saranno raggunti i seguenti risultati:
• Informazione sul potenziale angiogenetico dib FGF in topi KO del gene PI3Kgamma null mice
• Informazioni sul rulo dell’infiammazione nell’angiogenesi mediate da bFGF
• Informazioni sulla capacità di bFGF di attivare un fenotipo pro-angiogenico in macrofagi e mastociti
• Informazioni sull’attività di un pan-inibitore di chemochine nell’inibire l’angiogenesi indotta da bFGF
• Informazioni sul ruolo di bFGF sulla crescita tumorale e sull’angiogenesi ad essa associate in zebrafish


OBIETTIVO 2. STUDIO DI CIRCUITI PARACRINI E AUTOCRINI MEDIATI DA VEGF NELL’ANGIOGENESI TUMORALE

Saranno raggunti i seguenti risultati:
• Identificazione di fosforilazioni e substrati chiave nella trasduzione del segnale indotta da VEGF-A
• Profilo di espressione genico in endotelio in condizioni che mimano l’endotelio quiescente e angiogenico
• Caratterizzazione quantitative di moduli di segnale attivati da VEGFR2 in differenti tipi cellulari (endotelio, mastociti e macrofagi)
• Parametri molecolari e funzionali che caratterizzano la progressione tumorale nel topo transgenico Rip1-Tag2
• Inform azioni sul ruolo della flogosi nell’angiogenesi indotta da VEGF-A
• Parametri spazio-temporali che caratterizzano il trattamento dei topi Rip1-Tag2 con inibitori di VEGF-A.
• Informazioni sui circuiti autocrini a paracrini coinvolgenti VEGF-A/C/D in mastociti e macrofagi e partecipanti alla reglazione dell’angiogenesi e della linfoangiogenesi.
• Modello dinamico dei segnali intracellulari indotti da VEGF-A in cellule endoteliali.
• Modello dinamico e predittivo della formazione di vasi indotto da VEGF-A nel modello Rip1-Tag2

OBIETTIVO 3. STUDIO DEL RUOLO DI PDGF-BB PATHWAY NELLA PROGRESSIONE DEL MIELOMA MULTIPLO

Saranno raggunti i seguenti risultati:
• Identificazione di fosforilazioni e substrati chiave nella trasduzione del segnale indotta da PDGF-BB in endotelio, macrofagi e plasmacellule isolate da pazineti con mieloma multiplo
• Valutazione dell’attivazione in vivo del PDGFRbeta
• Informazoni sul ruolo di PDGF-BB nella transizione macrofago-endotelio nel mieloma multiplo
• Informationzioni sull’efficacia di inibitori di recettori tirosina cinasi sulla funzione dell’endotelio e dei macrofagi isolate da pazienti con mieloma multiplo
• Correlazione tra I risultati biologici ottenuti e le caratteristiche cliniche dei pazienti
• Messa a punto di un protocollo per l’utilizzo di RNA interferenti in cellule isolate (macrofagi, endotelio, plasmacellule) da midollo di pazienti con mieloma multiplo
•
OBIETTIVO 4. UTILIZZO DELLA PIATTAFORMA NANOTECNOLOGICA PER IL MIGLORAMENTO DELLE MISURE BIOLOGICHE

Saranno raggunti i seguenti risultati:
• Messa a punto di bisensori microcantilever per almeno 3 proteine di interesse
• Messa a punto di nanoparticelle d’oro coniugate ad anticorpi specifici per almeno 3 proteine di interesse.


Dati recenti sempre più dimostrano una stretta e reciproca interazione tra infiammazione cronica, angiogenesi e sviluppo e progressione della malattia tumorale. La rilevanza di questi circuiti è anche ulteriormente dimostrata dall’efficacia in modelli pre-clinici di oncogenesi e in trials clinici su tumori sia solidi che ematologici di molecole che hanno come bersaglio l’infiammazione (per esempio inibitori della cicloossigenasi-2), l’angiogenesi (per esempio il bevacizumab) o entrambi (per esempio la talidomide). Inoltre modelli pre-clinici dimostrano la rilevanza di regimi terapeutici basati sulla chemioprevenzione e che hanno come bersaglio l’angiogenesi e l’infiammazione. Pertanto le conoscenze che tale progetto apporterà sui circuiti autocrini e paracrini potrà essere utile a medio termine per disegnare strategie terapeutiche chemiopreventive e curative. E’ importante sottolineare che i contributi che proverranno dallo studio proposto sul mieloma multiplo potranno avere ricadute più immediate sia per la disponibilità in clinica di farmaci cje inibiscono PDGFR beta, sia dal fatto che tale malattia ha già tratto beneficio dall’uso della talidomide,che interrompe circuiti tra infiammazione e angiogenesi. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

INFIAMMAZIONE E CANCRO
L’insorgenza del cancro e la sua progressione sono caratterizzate da una notevole infiltrazione leucocitaria, che rappresenta l’indicazione di due distinte situazioni fisiopatologighe. Virchow suggerì, nel diciannovesimo secolo, che l’infiammazione cronica può dare origine a tumori maligni [1-3]. Di conseguenza in molti tumori umani, ma non in tutti, un’alta frequenza di infiltrato macrofagico è associata a una prognosi sfavorevole. Questo concetto è stato confermato recentemente da studi di espressione genica sul trascrittoma dei tumori, che hanno messo in correlazione la prognosi sfavorevole con un’elevata infiltrazione leucocitaria e macrofagica [4, 5]. Questi dati biologici sono anche supportati da studi clinici ed epidemiologici che indicano una stretta associazione tra infezione, infiammazione cronica e cancro [1, 2]. Parallelamente a questo fenomeno è stato riportato che le infiltrazioni linfocitarie/monocitarie infiammatorie sono talvolta associate ad inibizione tumorale e prognosi più favorevole [6]. Questo quadro istopatologico è un segnale dell’attivazione del sistema immunitario che cerca di combattere le cellule cancerose: in effetti, gli infiltrati infiammatori possono provenire dall’attivazione cronica di vari tipi di cellule immunitarie all’interno o adiacenti il tessuto pre-canceroso, le quali possono promuovere lo sviluppo tumorale. Alternativamente, ciò può riflettere la completa attivazione di cellule adattive in risposta al tumore verso la possibile eradicazione delle cellule maligne [7].
Questo progetto mira alla scoperta di nuove prospettive riguardo al ruolo pro-tumorale dell’infiammazione. Il legame tra infiammazione e cancro è stato in realtà chiarito solo in tempi molto recenti, ed è negli ultimi cinque anni che l’infiammazione è diventata un argomento centrale negli studi dei processi tumorali [1-3, 8]. Cellule “ospiti” non neoplastiche, come cellule endoteliali, stromali ed infiammatorie, hanno un ruolo critico per la crescita tumorale, e geni prognostici per l’insorgenza del cancro possono essere espressi nel compartimento non-neoplastico [2]. Alla fine degli anni ’70 è stato scoperto che una rilevante popolazione leucocitaria presente nei tumori (TAM, Tumor Associated Macrophages) è in grado di promuovere lo sviluppo tumorale. Queste cellule sono attratte in loco da un ventaglio di chemochine e citochine prodotte da cellule cancerose o da cellule infiammatorie preesistenti [3].
Gli infiltrati infiammatori possono avere anche altri effetti sulla regolazione del tumore. Cellule dell’immunità innata, come neutrofili, mastociti e macrofagi, possono favorire l’oncogenesi tramite l'attivazione di NFk-B, che avviene nelle cellule infiammatorie in risposta ad agenti infettivi, citochine e proteine infiammatorie e segnali di pericolo rilasciati da cellule necrotiche [3, 9]. Ciò porta alla produzione di fattori secreti che aumentano crescita, sopravvivenza e vascolarizzazione del tumore. Inoltre, azoto e ossigeno radicalici prodotti dalle cellule infiammatorie producono danni al DNA, favorendo la trasformazione tumorale. D’altro canto, l’attivazione di NFk-B nelle cellule cancerose aumenta l’espressione di geni legati al ciclo cellulare (come la ciclina D1), di inibitori dell’apoptosi e proteasi che promuovono il fenotipo invasivo [3, 9]. Questa risposta può essere ulteriormente modulata dall’ipossia, un importante evento che occorre durante la progressione tumorale, attraverso l’induzione di HIF-1 (Hypoxia-inducible factor-1). HIF-1 media lo switch tra metabolismo aerobico ed anaerobico, conferendo un fenotipo glicolitico alle cellule cancerose che assicura loro l’approvvigionamento energetico e, attraverso l’acidificazione del mezzo, stimola la metastatizzazione. HIF-1 promuove la trascrizione di induttori angiogenici come VEGF-A ed angiopoietina-2 e mette quindi in correlazione l’insorgenza del cancro con il successivo aumento del fabbisogno di nutrienti necessari all’espansione del tumore [8].


L’INFIAMMAZIONE RIDEFINISCE LE NOZIONI FISIOPATOLOGICHE DELL’ANGIOENESI TUMORALE
È ormai largamente accettato il fatto che l’angiogenesi sia necessaria per la progressione tumorale: recentemente, infatti, alcuni farmaci anti-angiogenci sono stati approvati per usi clinici [10]. Molti studi sull’angiogenesi tumorale e sull’anti-angiogenesi come approccio terapeutico si sono basati su cellule endoteliali reclutate e organizzate in nuovi capillari grazie a molecole solubili rilasciate da cellule cancerose, come dall’alterata omeostasi tra induttori ed inibitori, eventi che portano ad una vascolarizzazione fisiologicamente e morfologicamente alterata. I leucociti, com’è risaputo, rilasciano induttori angiogenici, ma solo recentemente si è stabilito che bersagliare gli eventi molecolari che caratterizzano l’angiogenesi indotta da attivazione infiammatoria può essere un promettente approccio di prevenzione chemioterapica [11].
L’elegante modello proposto da Folkman, in cui le cellule tumorali rilasciano molecole capaci di reclutare capillari dai tessuti adiacenti, è stato arricchito da nuove evidenze sperimentali ed ipotesi. Per esempio, tumori cerebrali sviluppano attorno a capillari pre-esistenti principalmente reclutati da cancer stem cells [12] e quindi, quando avviene la necrosi centrale, inizia nuova angiogenesi (modello cooption) [8]. La comprensione di come i capillari scelgono la loro traiettoria si basa sulle recenti scoperte di segnali di migrazione assonale (semaforine, efrine, slit, netrine) che partecipano alla fase di rimodellamento dell’angiogenesi [13]. Tuttavia, la novità più entusiasmante riguarda il ruolo emergente dell’angiogenesi infiammazione-dipendente durante la progressione tumorale. Il contributo di precursori da midollo osseo (modello vasculogenico) [14] o di cancer stem cells (mimica vasculogenica) [15] è stato descritto in diverse situazioni. L’identificazione nei tumori di un nuovo sottogruppo di cellule mielomonocitiche, in gran parte Tie-2 positive, ha consentito uno studio più accurato del loro ruolo durante lo sviluppo tumorale, come la formazione di capillari e l’intravasione [16, 17].
A complicazione dello scenario descritto da Folkman s’inserisce tuttavia l’importante scambio di informazioni tra infiltrati infiammatori, endotelio, cellule stromali e cellule cancerose [1, 2, 18]. Un esempio di questi circuiti è stato dimostrato di recente in un sistema transgenico per l’espressione condizionale di VEGF-A in organi specifici [17]. Il VEGF-A secreto dalle cellule tumorali mobilizza i precursori mieloidi dal midollo osseo e induce SDS-1 nei fibroblasti perivascolari; ne consegue un accumulo di macrofagi istruiti in senso pro-angiogenico attorno ai capillari nascenti. Hiratsuka et al. [19] hanno dimostrato che i tumori primari inducono MMP9 nelle cellule endoteliali attraverso un’interazione con i macrofagi polmonari in modo VEGFR-1 dipendente. L’espressione di MMP-9 nell’endotelio alveolare e nei TAM rende il sito metastatico polmonare fertile per la crescita di cellule maligne secondarie, in funzione dell’attivazione della cascata di segnale VEGF-VEGFR.


LE CELLULE INFIAMMATORIE PARTECIPANO ALL’ANGIOGENESI
Vi sono tre popolazioni di cellule mielomonocitiche attive nella risposta immunitaria innata che partecipano alla regolazione dell’angiogenesi tumorale: i TAM, i neutrofili ed i mastociti. I TAM hanno attività opposte nella formazione del letto vascolare: da un lato essi producono induttori angiogenici e dall’altro esprimono molecole anti-angiogeniche danneggiando l’integrità dei vasi. È stato dimostrato che le metalloelastasi secrete dai TAM generano angiostatina, un potente inibitore dell’angiogenesi. Le proteasi secrete dai macrofagi generano inibitori angiogenici criptici tagliando precursori come il collagene e il plasminogeno [20]; tuttavia, come per l’interazione con le cellule neoplastiche, le funzioni pro-angiogeniche dei TAM sono predominanti. Nei tumori umani l’accumulo dei TAM è associato all’angiogenesi ed alla produzione di fattori angiogenetici come VEGF, PDGF, bFGF ed IL-8. Inoltre i TAM producono SDF-1 (CXCL12), un noto stimolo angiogenico che mobilizza i precursori endoteliali dal midollo osseo [21]. I macrofagi reclutati in situ rappresentano quindi un pathway indiretto di amplificazione dell’angiogenesi, insieme alle molecole angiogenetiche direttamente prodotte dalle cellule tumorali. Inoltre i TAM contribuiscono alla linfangiogenesi sia producendo VEGF-C, il fattore principale dell’endotelio linfatico [22], che trans-differenziando in cellule endoteliali linfatiche [23].
Oltre alle attività pro-tumorali dei TAM, i neutrofili aumentano in vitro il potenziale invasivo ed in vivo quello metastatico delle cellule tumorali singeniche facilitando l’invasione nella membrana basale [11]. Nei topi transgenici RIP1-Tag2 i neutrofili esprimenti MMP-9 si trovano prevalentemente all’interno di isole angiogeniche displasiche e nei tumori, e una deplezione transiente di neutrofili riduce la frequenza dello switch angiogenico in displasia [24]. I neutrofili contengono inoltre nei loro granuli grandi quantità di VEGF-A [25]. Queste osservazioni confermano il ruolo dei granulociti nel direzionare lo sviluppo e la progressione tumorale.
La prima osservazione di mastociti presenti nel tumore è stata riportata nel 1891 [26], ma il loro ruolo è stato ignorato per molto tempo. Nei topi transgenici HPV16 che sviluppano carcinomi squamosi, i mastociti infiltrano l’iperplasia, la displasia ed invadono i fronti del carcinoma ma non il centro solido del tumore, poiché degranulano in prossimità dei capillari e delle membrane basali epiteliali rilasciando le serin proteasi chimasi e triptasi. Inoltre, l’angiogenesi pre-maligna è abrogata nei topi HPV16 privi di mastociti [27]. Nell’insieme questi dati indicano che nelle displasie e nei fronti avanzanti dei tumori i mastociti sono reclutati a riorganizzare l’architettura stromale e ad attivare l’angiogenesi. In accordo con questo legame mastociti/tumore i topi privi di mastociti e trattati con cellule di melanoma B16-BL-6 hanno una minore capacità di sviluppare metastasi al polmone rispetto ai topi controllo [28]. Il rilascio localizzato di queste sostanze bioattive può aumentare la crescita tumorale, indurre l’angiogenesi, inibire l’apoptosi e aumentare il potenziale metastatico del tumore [1, 27, 29]. Di conseguenza gli infiltrati di mastociti esercitano una profonda influenza sull’aggressione tumorale che si manifesta come un peggioramento della prognosi per i pazienti portatori di tumore solido come il linfoma di Hodgkin e l’adenocarcinoma polmonare [30,31].


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2. Bhowmick NA, Neilson EG, Moses HL: Stromal fibroblasts in cancer initiation and progression. Nature 2004, 432(7015):332-337.
3. Mantovani A, Schioppa T, Porta C, Allavena P, Sica A: Role of tumor-associated macrophages in tumor progression and invasion. Cancer Metastasis Rev 2006, 25(3):315-322.
4. Paik S, Shak S, Tang G, Kim C, Baker J, Cronin M, Baehner FL, Walker MG, Watson D, Park T et al: A multigene assay to predict recurrence of tamoxifen-treated, node-negative breast cancer. N Engl J Med 2004, 351(27):2817-2826.
5. Balkwill F, Mantovani A: Inflammation and cancer: back to Virchow? Lancet 2001, 357(9255):539-545.
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7. Lollini PL, Cavallo F, Nanni P, Forni G: Vaccines for tumour prevention. Nat Rev Cancer 2006, 6(3):204-216.
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