Lapatinib e neratinib, entrambi inibitori della tirosin-chinasi (TKI) a piccole molecole, hanno ricevuto l'approvazione della FDA nel 2007 e nel 2017 per il trattamento del carcinoma mammario metastatico1. Questi farmaci sono noti per inibire il recettore 2 del fattore di crescita epidermico umano, HER22, un recettore tirosin-chinasi che è sovraespresso in alcuni tumori al seno3. Nonostante il loro successo clinico, lapatinib e neratinib sono anche associati a effetti avversi, in particolare epatotossicità 4,5. Il danno epatico acuto, manifestato da elevati livelli di aminotransferasi, si verifica in circa il 14% dei pazienti sottoposti a trattamento con lapatinib o neratinib6. L'epatotossicità è in gran parte attribuita al metabolismo epatico di questi farmaci, che coinvolge gli enzimi del citocromo P450 (CYP), prevalentemente CYP3A4/5 7,8. Questi enzimi catalizzano la formazione di intermedi chinone-immina, che sono elettrofili e altamente reattivi 9,10. Questi metaboliti reattivi, tra cui O-dealchilato lapatinib, N-dealchilato lapatinib e N-idrossi lapatinib, O-dealchilato neratinib e N-demetilato neratinib, possono formare addotti covalenti con macromolecole cellulari, interrompendo così le normali funzioni cellulari e provocando infine danno epatico11.
I metaboliti reattivi di lapatinib e neratinib possono anche indurre stress ossidativo, un fattore chiave per la senescenza cellulare12. La senescenza cellulare è uno stato di arresto della crescita ma metabolicamente attivo, caratterizzato dalla secrezione di varie citochine pro-infiammatorie, fattori di crescita e proteasi. Questo fenotipo secretorio è noto come fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP)13,14,15. Il SASP può influenzare profondamente il microambiente circostante, spesso promuovendo l'infiammazione e il rimodellamento dei tessuti. Nel contesto della terapia del cancro, il SASP può arricchire la popolazione di cellule staminali tumorali e modificare la risposta immunitaria per favorire la sopravvivenza del tumore16. Inoltre, le citochine infiammatorie possono esacerbare il danno tissutale. Abbiamo ipotizzato che nei pazienti trattati con lapatinib e neratinib, il danno epatico sia in parte contribuito dalla senescenza indotta da TKI e dalla produzione di SASP pro-infiammatoria.
I nostri esperimenti hanno dimostrato che lapatinib e neratinib inducono la produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) nelle cellule epatiche, portando a danni al DNA e disfunzione mitocondriale, che a sua volta innesca la senescenza cellulare. Questa senescenza può contribuire all'epatotossicità indotta da lapatinib/neratinib rilasciando fattori SASP, che possono influenzare la polarizzazione dei macrofagi.
I macrofagi svolgono un ruolo fondamentale nella risposta immunitaria e il loro fenotipo funzionale può cambiare in risposta a vari stimoli17,18. Il fenotipo classico dei macrofagi M1 è tipicamente associato a risposte pro-infiammatorie, inclusa la produzione di citochine come TNF-α e IL-1β, ed è generalmente considerato un marcatore di infiammazione acuta19,20. Al contrario, il fenotipo macrofagico M2 è associato a fibrosi, riparazione tissutale21, immunosoppressione e risposta all'infiammazione cronica 22,23. Le citochine infiammatorie nel SASP possono influenzare la polarizzazione dei macrofagi, promuovendo la conversione dei macrofagi M1 in un fenotipo23 simile a M2. Questo cambiamento di polarizzazione può avere implicazioni significative per il microambiente immunitario, portando potenzialmente all'immunosoppressione, alla progressione tumorale e al rimodellamento dell'architettura tissutale.
Per studiare la polarizzazione dei macrofagi indotta da lapatinib e neratinib, abbiamo utilizzato la linea cellulare RAW264.7, una linea cellulare murina simile ai macrofagi comunemente utilizzata nella ricerca immunologica24,25. Le cellule RAW264.7 derivano da topi BALB/c e sono ampiamente utilizzate per studiare l'infiammazione, la fagocitosi e le risposte immunitarie25. Rispondono a vari stimoli, tra cui i lipopolisaccaridi (LPS), e sono particolarmente preziosi per studiare la funzione dei macrofagi, la produzione di citochine e la biologia del cancro26. In questo studio, HepG2, una linea cellulare umana di epatoma, è stata trattata con lapatinib e neratinib per imitare gli effetti epatotossici osservati nei pazienti. La linea cellulare HepG2 è spesso utilizzata come modello di studio del metabolismo dei farmaci e dell'epatotossicità a causa della sua origine umana e del lignaggio del carcinoma epatocellulare27. Dopo aver trattato le cellule HepG2 con i TKI, i terreni condizionati sono stati raccolti e aggiunti alle cellule RAW264.7. Sono stati monitorati i successivi cambiamenti fenotipici dei macrofagi, concentrandosi sul fatto che il trattamento induca un passaggio dal fenotipo M1 pro-infiammatorio al fenotipo M2 immunosoppressivo.
L'epatotossicità indotta da farmaci è generalmente studiata attraverso saggi di citotossicità, valutazione dei marcatori infiammatori e l'uso di modelli animali. Rispetto a questi, il nostro metodo di esame dell'epatotossicità indotta da TKI lapatinib e neratinib attraverso fattori del fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP) e la loro influenza sulla polarizzazione dei macrofagi presenta diversi vantaggi. In primo luogo, il nostro metodo stabilisce una connessione tra i fattori SASP prodotti dalle cellule epatiche senescenti indotte da farmaci e l'immunità innata, che può essere ulteriormente collegata al rimodellamento dei tessuti, all'infiammazione cronica e alla carcinogenesi 28,29,30,31. Gli screening di tossicità convenzionali non possono aiutarci a catturare le interazioni a breve termine tra il fegato e le cellule immunitarie, né possono rivelare l'impatto a lungo termine dei TKI sull'infiammazione e la fibrosi epatica, in particolare nel contesto dell'esposizione cronica ai farmaci. Se combinata con un approccio proteomico adeguato per identificare i costituenti SASP, questa tecnica può aiutare a identificare i biomarcatori predittivi dell'epatotossicità indotta da TKI e informare la progettazione di interventi terapeutici per mitigarla 29,30,31.
Per l'implementazione, i ricercatori dovrebbero utilizzare sistemi di co-coltura o terreni condizionati con linee cellulari epatiche e immunitarie, come descritto, e valutare i biomarcatori della senescenza e i macrofagi M1 e M2. Questo metodo è più efficace per la valutazione del danno epatico acuto o cronico indotto da farmaci o per esplorare strategie per ridurre al minimo gli effetti off-target delle terapie antitumorali 29,30,31.