Distinct phenotypic and transcriptomic profiles of myeloid-derived suppressor cells induced by 4T1 tumor growth and cyclophosphamide treatment
تُظهر هذه الدراسة أن نمو ورم 4T1 والعلاج بمركب سيكلوفوسفاميد يستحثان مجموعات متميزة من الخلايا النخاعية المشتقة من الخلايا الكابتة (MDSCs) تتميز بتكوينات فرعية فريدة، وملفات تعريف للوسائط المثبطة للمناعة، وبرامج نسخية خاصة، مما يسلط الضوء على التأثير الحاسم لطريقة الاستحثاث على الأنماط الظاهرية للخلايا النخالية المشتقة من الخلايا الكابتة (MDSCs).
المؤلفون الأصليون:Maysa M. Abosenna, Asmaa M. Youssef, Ahmed M. Moustafa, Motoharu Hamada, Ahmed Osman, Ahmed M.R. Fath El-Bab, Essam Elshikh, Mona Sheta, Yousef Mysara, Somaia M. Zakzok, Kazi Mahnaz Mehrin, Mei SuzukiMaysa M. Abosenna, Asmaa M. Youssef, Ahmed M. Moustafa, Motoharu Hamada, Ahmed Osman, Ahmed M.R. Fath El-Bab, Essam Elshikh, Mona Sheta, Yousef Mysara, Somaia M. Zakzok, Kazi Mahnaz Mehrin, Mei Suzuki, Mohamed L. Salem, Hisashi Oishi
المؤلفون الأصليون: Maysa M. Abosenna, Asmaa M. Youssef, Ahmed M. Moustafa, Motoharu Hamada, Ahmed Osman, Ahmed M.R. Fath El-Bab, Essam Elshikh, Mona Sheta, Yousef Mysara, Somaia M. Zakzok, Kazi Mahnaz Mehrin, Mei Suzuki, Mohamed L. Salem, Hisashi Oishi
داخل الجهاز المناعي للجسم، تعمل مجموعة متخصصة من الجنود تُعرف باسم الخلايا المثبطة المشتقة من النخاع ككابح قوي للاستجابة المناعية. هذه الخلايا هي خلايا دم بيضاء غير ناضجة، تعمل في الظروف العادية على المساعدة في كبح الالتهاب. ومع ذلك، عندما يواجه الجسم تهديدات خطيرة مثل السرطان أو الإصابات الشديدة، يمكن لهذه الخلايا أن تتكاثر بسرعة وتتحول إلى وضع يوقف قدرة الجهاز المناعي على المقاومة. هذا التثبيط هو سلاح ذو حدين: فبينما يمنع الجسم من مهاجمة نفسه أثناء الالتهاب، فإنه يسمح للأورام أيضًا بالاختباء من الهجمات المناعية ويمكن أن يتداخل مع العلاجات المصممة لإيقاظ الجهاز المناعي. لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن هذه الخلايا المثبطة يمكن تحفيزها بوجود ورم، ولكن يمكن أيضًا إجبارها على التكاثر بواسطة بعض أدوية العلاج الكيميائي. وظل هناك سؤال حاسم لم تتم الإجابة عليه: هل تبدو هذه الخلايا وتتصرف بنفس الطريقة سواء تم إنماؤها بواسطة ورم أو بواسطة دواء؟
لقد شرع فريق من الباحثين في الإجابة على هذا السؤال من خلال مقارنة الخلايا المتولدة في ثلاثة سيناريوهات مختلفة باستخدام نموذج فأر مصاب بسرطان الثدي. لقد درسوا فئرانًا بها ورم نامٍ، وفئرانًا عولجت بدواء علاج كيميائي يسمى سيكلوفوسفاميد، وفئرانًا كانت تعاني من الورم والدواء معًا. ركز العلماء دراستهم على نخاع العظم، حيث تُصنع هذه الخلايا، وفحصوها بالتفصيل لمعرفة ما إذا كان أسلوب التحفيز يغير هويتها. ووجدوا أن مصدر الضغط يفرق بعمق؛ فعندما كان الورم موجودًا، أنتج الجسم نوعًا أكبر بكثير من نوع معين من الخلايا المثبطة التي تشبه الخلايا المتعادلة (النيتروفيل)، وهي نوع شائع من خلايا الدم البيضاء التي تحارب البكتيريا. وفي المقابل، عندما أُعطي دواء العلاج الكيميائي، أنتج الجسم نوعًا مختلفًا يشبه الخلايا الوحيدة (المونوسايت)، وهي نوع آخر من الخلاًيا المناعية. وهذا يعني أنه على الرغم من أن الخلايا كانت تحمل نفس علامات التعريف العامة، إلا أنها كانت مختلفة جوهريًا في تكوينها اعتمادًا على ما إذا كانت ناتجة عن السرطان أو عن الدواء.
ذهب الباحثون إلى أبعد من ذلك لمعرفة كيفية عمل هذه الخلايا المختلفة. فقد قاموا بقياس إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية، وهي إشارات كيميائية يمكن أن تضر الخلايا الأخرى، وأكسيد النيتريك، وهو جزيء يمكنه إسكات الاستجابات المناعية. أظهرت الخلايا من الفئران التي تحمل ورمًا مستويات أعلى من الإشارات الكيميائية المرتبطة بالإجهاد التأكسدي، بينما أظهرت الخلايا من الفئران المعالجة بالدواء مستويات أعلى من أكسيد النيتريك. يشير هذا إلى أن مجموعتي الخلايا تستخدمان أسلحة كيميائية مختلفة لتثبيط الجهاز المناعي. ولفهم التعليمات الأعمق التي تقود هذه الاختلافات، حلل الفريق النشاط الجيني للخلايا. ووجدوا أن الجينات التي تنشط في الخلايا المستحثة بالورم كانت مختلفة عن تلك الموجودة في الخلايا المستحثة بالدواء. أظهرت مجموعة الورم نشاطًا في المسارات المتعلقة بكيفية تعامل الجسم مع الكوليسترول والاستجابة لإشارات الالتهاب، بينما أظهرت مجموعة الدواء نشاطًا في المسارات المتعلقة بإصلاح تلف الحمض النووي (DNA) وإدارة انقسام الخلايا.
وعندما جمع الباحثون بين الورم والدواء، كانت النتيجة مزيجًا فريدًا لم يكن مجرد مجموع الجزأين. أنتجت هذه المجموعة مجموعة متميزة من الجينات، بما في ذلك الجينات المشاركة في التواصل الخلوي وتجلط الدم، وأظهرت تفضيلًا محددًا لتوسيع الخلايا الشبيهة بالخلايا الوحيدة. تؤكد الدراسة أن هذه الخلايا المثبطة ليست مجموعة واحدة موحدة تتصرف بنفس الطريقة بغض النظر عن كيفية إنشائها. بدلاً من ذلك، هي مجموعات شديدة التكيف تتخذ خصائص متميزة بناءً على البيئة التي تنشئها. وتعد هذه النتيجة مهمة لأنها تشير إلى أن العلماء والأطباء لا يمكنهم معاملة جميع الخلايا المثبطة على أنها متطابقة. فإذا كان العلاج مصممًا لإيقاف هذه الخلايا، فقد يحتاج إلى تصميم مخصص لما إذا كانت قد تولدت عن طريق ورم أو عن طريق دواء، حيث إن آلاتها الداخلية وطرق تثبيطها متميزة بوضوح.
ملخص تقني: الملامح الظاهرية والنسخية المتمايزة للخلايا النخاعية المشتقة من الخلايا الكابتة (MDSCs) المستحثة عن طريق نمو ورم 4T1 وعقار سيكلوفوسفاميد (CTX)
بيان المشكلة تعد الخلايا النخاعية المشتقة من الخلايا الكافة (MDSCs) مجموعة غير متجانسة من الخلايا النخاعية غير الناضجة التي تتوسع في ظل الظروف المرضية، مثل السرطان أو الالتهاب المزمن، أو يمكن استحثاثها دوائياً بواسطة عوامل مثل السيكلوفوسفاميد (CTX). وبينما يُعرف عن هذه الخلايا قدرتها على كبت المناعة عبر آليات تشمل الأرجينيز (arginase)، وأكسيد النيتريك (NO)، وأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والسيتوكينات، إلا أنه لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت الخلايا (MDSCs) المتولدة عن طريق نمو الورم مقابل تلك المستحثة بواسطة علاج (CTX) تمثل مجموعات متميزة ظاهرياً وجزيئياً. تشير الدراسات السابقة إلى أن الإشارات المشتقة من الورم غالباً ما تفضل الخلايا النخاعية ذات النمط الجسدي متعدد النوى (PMN-MDSCs) ذات النشاط المعتمد على (ROS)، بينما قد يفضل استحثاث (CTX) الناتج عن إصابة نخاع العظم وما يليه من تعافٍ، الخلايا النخاعية أحادية النواة (M-MDSCs) ذات النشاط المعتمد على (NO). ومع ذلك، كان هناك نقص في المقارنة المباشرة بين تكوين المجموعات الفرعية، وملفات الوسائط الكابتة، والمشاهد النسخية لكل منهما.
المنهجية استخدمت الدراسة نموذجاً فئران يتضمن إناث من نوع (BALB/c) لمقارنة خلايا (MDSCs) في نخاع العظم تحت أربعة ظروف: التحكم (control)، وحمل ورم 4T1 (الورم)، وعلاج (CTX)، ومزيج من حمل الورم مع علاج (CTX) (الورم + CTX).
نماذج الاستحثاث: تم تلقيح خلايا 4T1-Luc في الوسائد الدهنية الثديية لتحفيز نمو الورم. وتم إعطاء (CTX) بجرعة (150 ملجم/كجم) عن طريق الصفاق، إما بمفرده أو وفق جدول زمني يتبع تلقيح الورم.
عزل الخلايا: تم حصاد خلايا نخاع العظم وعزل خلايا (MDSCs) التي تحمل العلامات (CD11b⁺Gr-1⁺) باستخدام الفصل المغناطيسي.
التحليل الظاهري: استُخدم قياس التدفق الخلوي لتحديد كمية إجمالي الـ (MDSCs) والتمييز بين المجموعات الفرعية: (PMN-MDSCs) وهي (CD11b⁺Ly6G⁺Ly6Clow)، و(M-MDSCs) وهي (CD11b⁺Ly6G⁻Ly6Chi).
الاختبارات الوظيفية: تم قيال مستويات (ROS) داخل الخلايا باستخدام فلورة (DCFH-DA)؛ وقيس إنتاج (NO) عبر فلورة (DAF-FM DA)؛ كما تم قياس نشاط الأرجينيز إنزيمياً.
التوصيف الجزيئي: حلل قياس النسخ العكسي الكمي (qRT-PCR) التعبير عن الجينات الرئيسية المرتبطة بالـ (MDSCs) مثل (Cybb, Nos2, Arg1, Cxcr2, Tgfb1, Cd84، إلخ).
النسخيات (Transcriptomics): أُجري تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-seq) للكتلة (Bulk RNA sequencing) على خلايا (MDSCs) من جميع المجموعات الأربع (ن=4 لكل مجموعة). وشمل تحليل البيانات تحليل التعبير التفاضلي (DESeq2)، وتحليل المكونات الرئيسية (PCA)، والتجميع الهرمي، وإثراء المسارات (KEGG وGene Ontology).
النتائج الرئيسية
تكوين المجموعات الفرعية: أدت جميع ظروف الاستحثاث الثلاثة إلى زيادة كبيرة في العدد المطلق وتكرار خلايا (MDSCs) في نخاع العظم. ومع ذلك، اختلف تكوين المجموعات الفرعية:
نمو الورم أدى بشكل تفضيلي إلى توسع (PMN-MDSCs).
علاج (CTX) ومزيج (الورم + CTX) أدى بشكل تفضيلي إلى توسع (M-MDSCs).
زادت أعداد الكريات البيضاء الإجمالية في المجموعات الحاملة للورم ولكن ليس في مجموعة (CTX) وحدها، مما يش eng يشير إلى آليات مختلفة (تكون النخاع المدفوع بالورم مقابل التعافي الدموي التعويضي).
ملفات الوسائط الكابتة:
(ROS): أظهرت خلايا (MDSCs) المستحثة بالورم زيادة في تعبير جين Cybb وقيمة فلورة أعلى عددياً مرتبطة بـ (ROS) مقارنة بالمجموعات الأخرى.
(NO): أظهرت المجموعات التي تحتوي على (CTX) (أي مجموعة CTX ومجموعة الورم + CTX) زيادة في الفلورة المرتبطة بـ (NO)، رغم التغيرات المحدودة في مستويات mRNA لجين Nos2 في (qRT-PCR)، مما يشير إلى تنظيم محتمل لما بعد النسخ.
الأرجينيز: انخفض تعبير جين Arg1 في مجموعتي الورم و(CTX) مقارنة بمجموعات التحكم، ولم تُلاحظ فروق ذات دلالة إحصائية في إجمالي نشاط الأرجينيز بين المجموعات.
التعبير الجيني والنسخيات:
(qRT-PCR): أظهرت مجموعة (الورم + CTX) زيادة انتقائية في تعبير Cd84 وTgfb1، وهي متميزة عن المجموعات الأخرى.
(RNA-seq): فصل تحليل (PCA) والتجميع الهرمي المجموعات الأربع بوضوح، مما يشير إلى برامج نسخية فريدة لكل حالة.
الجينات ذات التعبير التفاضلي (DEGs): سجلت مجموعة الورم أعلى عدد من الـ (DEGs) بلغ (2,283)، تلتها مجموعة (CTX) بـ (1,438)، ثم مجموعة (الورم + CTX) بـ (812).
(CTX): غني بمسارات فقر الدم من نوع فانكوني (Fanconi anemia)، وإعادة التركيب المتماثل (homologous recombination)، ومسارات الدورة الخلوية (مما يعكس الاستجابة لتلف الحمض النووي والتعافي).
الأهمية والادعاءات خلص المؤلفون إلى أن نمو الورم، وعلاج (CTX)، ومزيذهما، يولدان مجموعات من خلايا (MDSCs) متميزة ظاهرياً ونسخياً، على الرغم من اشتراكها في نفس العلامات السطحية (CD11b⁺Gr-1⁺).
آليات متميزة: توضح الدراسة أن طريقة الاستحثاث تملي الانحياز السلالي (PMN مقابل M-MDSC)، والوسيط الكابت المهيمن (ROS مقابل NO)، والبرنامج النسخي الأساسي.
الاعتماد على السياق: تؤكد النتائج أن خلايا (MDSCs) ليست كياناً موحداً؛ إذ تتشكل خصائصها البيولوجية بواسطة الإشارات البيئية المحددة (الالتهاب الناتج عن الورم مقابل الإجهاد الناتج عن العلاج الكيميائي).
الآثار المترتبة على البحث: تؤكد الورقة أن خلايا (MDSCs) المستحثة بواسطة بروتوكولات تجريبية مختلفة لا ينبغي اعتبارها قابلة للتبادل. يجب على الباحثين مراعاة سياق الاستحثاث بعناية عند تفسير بيولوجيا (MDSCs)، أو اختيار النماذج لدراسات المناعة الورمية، أو تقييم التنظيم المناعي المستحث بالعلاج. وتسلط الدراسة الضوء على أن الاعتماد فقط على العلامات السطحية دون النظر في تاريخ الاستحثاث قد يؤدي إلى التغافل عن الاختلافات الوظيفية والجزيئية الحرجة.