Neutrofile początkowo były charakteryzowane jako wrodzone komórki odpornościowe, które służą jako pierwsza linia obrony przed atakującymi mikroorganizmami. Obecnie wiadomo, że neutrofile pełnią bardziej dalekosiężne funkcje, biorąc udział w narastaniu adaptacyjnych odpowiedzi immunologicznych przeciwko obcym antygenom1,2, regulacji hematopoezy3, angiogenezie4i gojeniu się ran5. Ponadto neutrofile mogą wpływać na wzrost guza i progresję przerzutów ze względu na swoje działanie pro- i przeciwnowotworowe6,7. Neutrofile charakteryzują się polimorficznym segmentowanym jądrem (stąd nazywanym leukocytami wielojądrzastymi (PMN)) i zawierają co najmniej trzy odrębne podklasy granulek, a także pęcherzyki wydzielnicze8 (ryc. 1A-C).
Neutrofile mają wysoką zdolność fagocytarną i wysoką aktywność oksydazy NADPH, krytyczną dla eliminacji drobnoustrojów, a także wydzielają szeroki zakres chemokin ważnych dla przyciągania dodatkowych neutrofili i innych komórek odpornościowych do miejsca zapalenia8,9. Neutrofile charakteryzują się ekspresją dużej ilości receptorów powierzchniowych, w tym receptorów Toll-podobnych (TLR), receptorów lektyny typu C (CLR), receptora dopełniacza 3 (CD11b/CD18) i innych cząsteczek adhezyjnych (np. L-selektyny, LFA-1, VLA-4 i cząsteczki adhezyjnej komórek związanych z antygenem rakotwórczym 3 (CEACAM3/CD66b)), receptorów chemokiny (np. CXCR1, CXCR2, CCR1, CCR2), receptorów chemoatraktantu (np. PAFR, LTB4R i C5aR), receptory cytokin (np. G-CSFR, IL-1R, IL-4R, IL-12R, IL-18R, TNFR), receptory peptydowe formylu (np. FPR1-3) i receptory Fc (np. CD16 (FcγRIII), CD32 (FcγRII) i CD64 (FcγRI)10. U myszy neutrofile są zwykle identyfikowane jako CD11b + Ly6G +, podczas gdy neutrofile ludzkie są identyfikowane za pomocą markerów leukocytów CD11b, CD15, CD16 i CD66b. Ogólnie przyjmuje się również barwienie białek ziarnistych, mieloperoksydazy (MPO) i elastazy neutrofilowej (NE) w celu wykrycia neutrofili w tkankach.
Nadal nie jest jasne, czy różne funkcje neutrofili są pośredniczone przez tę samą komórkę, czy przez różne subpopulacje komórek. Coraz więcej danych wskazuje na obecność heterogenicznej populacji neutrofili, która wykazuje wysoki stopień plastyczności, na który wpływ mają bodźce prozapalne i mikrośrodowisko11,12. Fridlender i wsp.13 z grubsza podzieliło neutrofile w raku na dwie główne subpopulacje określane jako N1 o właściwościach przeciwnowotworowych i N2 o właściwościach pronowotworowych. W raku, a także w przewlekłym zapaleniu, istnieje dodatkowa subpopulacja złożona z granulocytarnych komórek supresorowych pochodzących z mieloidu (G-MDSC), które hamują odpowiedzi limfocytów T14. G-MDSC są uważane za niedojrzałe komórki szpikowe charakteryzujące się fenotypem CD11b + Ly6Co niskimpoziomie Ly6Ghi u myszy15, podczas gdy mająniski fenotyp CD15 + / CD16 u człowieka16. G-MDSC wyrażają wyższe poziomy arginazy i mieloperoksydazy, podczas gdy niższe poziomy cytokin i chemokin niż normalne krążące neutrofile. Są mniej fagocytarne i migrujące, ale wytwarzają wyższe poziomy ROS15,17,18. W niniejszej pracy przedstawimy podstawowe metodologie izolacji i charakterystyki neutrofili o właściwościach przeciwnowotworowych.
Podczas gdy neutrofile stanowią największą populację wszystkich białych krwinek w ludzkim krążeniu (45 - 70%; 1,800 - 6,000/μl), u myszy, w normalnych warunkach, są one raczej rzadkie (10 - 15%; 300 - 500/μl). Liczba granulocytów obojętnochłonnych wzrasta stopniowo po wystąpieniu stanu zapalnego, a czasami w przypadku raka, który reprezentuje stan przewlekłego stanu zapalnego7. Neutrofile rozwijają się z multipotencjalnych komórek prekursorowych szpiku (CMP) w szpiku kostnym w procesie różnicowania, przechodząc przez etapy mieloblastów (MB), promielocytów (PM), mielocytów (MC), metamielocytów (MM) i komórek pasmowych (BC)8. Dojrzałe, postmitotyczne neutrofile mogą pozostawać w szpiku kostnym przez 4 - 7 dni, zanim zostaną uwolnione do krążenia8. Obrót neutrofili we krwi jest zwykle szybki ze średnim okresem półtrwania wynoszącym 6 - 12 godzin, który może się wydłużyć w stanach zapalnych. Niestymulowane neutrofile mają ograniczoną aktywność przeciwnowotworową, cechę, którą można nabyć poprzez wystawienie naiwnych neutrofili na działanie chemokin IL-8 (CXCL2), CCL2, CCL5 i CXCL56,19 lub sztucznie, poprzez wystawienie ich na działanie estru forbolu 12-mirystynianu 13-octanu (PMA)6.
Krótki okres półtrwania neutrofili we krwi wraz z niską liczbą neutrofili (~ 3 - 5 x 105) osiągniętą z 1 ml krwi naiwnej myszy w wieku 6 - 8 tygodni, utrudniły zbadanie funkcji krążących neutrofili myszy in vitro. Aby przezwyciężyć tę trudność, wykorzystano inne źródła. Na przykład dużą liczbę neutrofili można uzyskać ze szpiku kostnego20 lub otrzewnej po indukcji jałowego stanu zapalnego (np. po dootrzewnowym wstrzyknięciu bulionu tioglikolanowego lub Zymosanu A). Należy zauważyć, że neutrofile uzyskane z jamy otrzewnej nie wykazują żadnej aktywności przeciwnowotworowej (obserwacja niepublikowana).
Granot et al. 6 zaobserwowało, że myszy BALB / c zaszczepione ortotopowo mysią linią komórkową raka piersi 4T1 rozwijają neutrofilię, która pogarsza się wraz z progresją guza6 (Figura 2A), tak że 20 - 40 milionów neutrofili krwi można łatwo wyizolować z 1 ml krwi 3-4 tygodnie po inokulacji guza. Te neutrofile uzyskały działanie przeciwnowotworowe i w związku z tym zostały ukute jako neutrofile indukowane przez guz (TEN), w celu odróżnienia ich od naiwnych neutrofili6 (Figura 2B). Podczas gdy neutrofile o dużej gęstości (HDN, Figura 1A) są wysoce przeciwnowotworowe, neutrofile o niskiej gęstości (LDN, Figura 1B) generowane w kontekście raka nie są21. Również neutrofile o dużej gęstości ze szpiku kostnego i śledziony myszy z guzem mają działanie przeciwnowotworowe (dane niepublikowane). Należy zauważyć, że wraz z postępem guza śledziona ulega stopniowemu powiększeniu (splenomegalia), wraz ze wzrostem ilości neutrofili.
Należy zauważyć, że TEN jest również generowany w innych modelach raka, w tym zarówno spontanicznych (MMTV-PyMT i MMTV-Wnt1 guzy sutka oraz nowotwory płuc napędzane przez k-Ras), jak i wstrzykiwanych (komórki raka piersi AT-3 (MMTV-PyMT) i E0771, komórki raka płuc Lewisa LLC i komórki czerniaka B16-F10). Jednak zakres mobilizacji neutrofili w tych modelach nowotworowych jest znacznie mniejszy niż u myszy zaszczepionych 4T1, osiągając 5 - 10 x 106 neutrofili w 1 ml krwi po 3 tygodniach.