Protumoral effect of mesenchymal stromal cells in ovarian cancer by cytokine secretions and activation of the innate immune response
Effets des cellules stromales mésenchymateuses dans la chimiorésistance des cancers ovariens par sécrétion de chimiokines et polarisation des macrophages
Résumé
Ovarian cancer is the leading cause of gynecological cancer death. To date, the most effective treatment consists of the complete excision of the tumor associated with chemotherapy based on platinum salts and taxanes. However, the 5-year overall survival remains low (close to 40%) due to a high rate of recurrence and development of resistance to treatments. Disease progression and the acquisition of this chemoresistance seem to be due to interactions between ovarian tumor cells (OTC) and the microenvironment. Amidst the cells of the tumor microenvironment, we were able to isolate mesenchymal stromal cells (MSC) from tumor biopsies of patients with ovarian adenocarcinoma. These cancer-associated MSC (CA-MSC) have the ability to induce resistance to carboplatin in OTC. In order to understand the mechanisms leading to the secretion of pro-tumoral factors by the CA-MSC in the context of ovarian cancer, we have developed a model based on the in vitro MSC culture of from healthy donors in tumor conditioning media. We have observed that an ovarian tumor environment modifies the physiological phenotype of bone marrow MSC (BM-MSC), leading in particular to the secretion by these "induced" CA-MSC of chemoprotective factors for OTC. Among these secreted factors, we have identified chemokines such as CXCL1, CXCL2 and IL-8 as therapeutic targets in order to control drug resistance. In fact, CA-MSC and "induced" CA-MSC secrete more CXCL1, CXCL2 and IL-8 than BM-MSC and the use of an inhibitor of their receptors (CXCR1 and CXCR2) sensitized OTC to carboplatin even in the presence of CA-MSC and " induced " CA-MSC secretions. These in vitro experiments have been confirmed in an experimental mouse model in vivo. Indeed, the co-injection of MSC with OTC yielded a greater protection of OTC to carboplatin compared with the OTC injection alone. Co-treatment with a CXCR1 and CXCR2 inhibitor resulted in sensitization of OTC to carboplatin and prevention of MSC-induced chemoresistance. We conducted a retrospective study evaluating the concentration of these chemokines at the time of diagnosis. We thus showed that patients who are a posteriori "resistant" to carboplatin have a higher concentration of chemokines than patients belong to the "sensitive" group to carboplatin. In addition to their direct role concerning the acquisition of chemoresistance, chemokines such as CXCL1, CXCL2 and IL-8 may be involved in the immune system regulation. In this context, we showed that CA-MSC were able to modify the phenotype of macrophages into a M2 phenotype described in literature to have a pro-tumoral activity. Indeed, these polarized macrophages present a lower cytotoxic capacity against OTC than unstimulated macrophages. CXCR1 and CXCR2 inhibitor restores the initial cytotoxic activity of macrophages even in the presence of CA-MSC secretions. Thus, our work suggests that CA-MSC could originate from physiological MSC which, in contact with an ovarian tumor environment, acquire a phenotype capable of inducing the secretion of chemoprotective factors for CTO and of polarizing macrophages into a less cytotoxic phenotype for OTC. These two pro-tumoral mechanisms can be inhibited by the use of CXCR1 and CXCR2 receptor inhibitors emphasizing the role of these chemokines in the development of a chemoresistance and showing how important is to go further is this study. Finally, these chemokines receptors seem to be therapeutic targets in order to sensitize OTC to carboplatin and to potentialize actual treatments. This could prevent the recurrence of ovarian cancers that are presently observed in more than 70% of patients.
Le cancer ovarien est la 1ère cause de décès par cancer gynécologique. A ce jour, le traitement le plus efficace consiste en une exérèse la plus complète possible de la tumeur associée à une chimiothérapie à base de sel de platine et de taxanes. Cependant, la survie globale des patientes à 5 ans reste faible (environ 40%), due à un fort taux de récidive et au développement d'une résistance aux traitements. Les interactions entre les cellules tumorales ovariennes (CTO) et le microenvironnement semblent être impliquées dans la progression de la maladie et l'acquisition de cette chimiorésistance. Parmi les cellules du microenvironnement tumoral, nous avons pu isoler des cellules stromales mésenchymateuses (MSC) à partir de biopsies de carcinome ovarien. Ces MSC associées au cancer (CA-MSC) ont la capacité d'induire une résistance des CTO au traitement par carboplatine. Afin de mieux comprendre les mécanismes conduisant des MSC à sécréter des facteurs pro-tumoraux, dans un contexte de cancer ovarien, nous avons mis en place un modèle à partir de MSC issues de donneurs ne présentant pas de cancer. Nous avons observé que la présence d'un environnement tumoral ovarien modifie le phénotype de MSC de moelle osseuse (BM-MSC) physiologiques, en entrainant notamment la sécrétion par ces CA-MSC " induites " de facteurs chimioprotecteurs pour les CTO. Parmi les facteurs sécrétés, nous avons identifié des chimiokines telles que CXCL1, CXCL2 et IL-8 comme des cibles thérapeutiques intéressantes pour lutter contre la résistance à la chimiothérapie. En effet, les CA-MSC et les CA-MSC " induites " sécrètent plus de CXCL1, CXCL2 et d'IL-8 que les BM-MSC. En outre, l'inhibition des récepteurs de ces chimiokines (CXCR1 et CXCR2) sensibilise les CTO au carboplatine, même en présence des sécrétions des CA-MSC et des CA-MSC " induites ". Ces expériences in vitro ont été confirmées in vivo dans un modèle expérimental murin. En effet, la co-injection à des souris immunodéprimées de MSC avec des CTO humaines entraine une protection des CTO vis-à-vis du carboplatine comparée à l'injection de CTO seules. Le co-traitement avec un inhibiteur de CXCR1 et de CXCR2 a permis de sensibiliser les CTO au carboplatine et d'empêcher la chimiorésistance induite par les MSC. En effectuant une étude rétrospective évaluant la concentration de ces chimiokines au moment du diagnostic, nous avons confirmé que les patientes qui seront a posteriori " résistantes " au carboplatine ont une concentration sérique de ces chimiokines qui est plus élevées que les patientes du groupe " sensibles " au carboplatine. Outre leur rôle direct dans l'acquisition de la chimiorésistance, les chimiokines comme CXCL1, CXCL2 et IL-8 peuvent être impliquées dans la régulation du système immunitaire. Nous avons montré que les CA-MSC étaient capables de modifier le phénotype des macrophages vers un phénotype M2 décrit comme pro-tumoral. En effet, ces macrophages ainsi polarisés ont un pouvoir cytotoxique dirigé contre les CTO inférieur aux macrophages non stimulés. L'ajout d'un inhibiteur de CXCR1 et de CXCR2 restaure le pouvoir cytotoxique initial des macrophages, même en présence des sécrétions des CA-MSC. Ainsi nos travaux suggèrent que les CA-MSC pourraient provenir de MSC physiologiques qui, au contact d'un environnement tumoral ovarien, vont acquérir un phénotype capable d'induire la sécrétion de facteurs chimioprotecteurs pour les CTO et de polariser les macrophages vers un phénotype moins cytotoxique pour les CTO. Ces deux phénomènes pro-tumoraux peuvent être inhibés par l'utilisation d'un inhibiteur des récepteurs de CXCR1 et de CXCR2. Ainsi ces récepteurs des chimiokines, semblent être des cibles thérapeutiques intéressantes afin de sensibiliser les CTO au carboplatine et traiter plus efficacement la tumeur. Ceci pourrait permettre d'éviter les récidives des cancers ovariens qui sont, à l'heure actuelle, observées chez plus de 70% des patientes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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