論文No3520
Chemotherapy-induced PDL-1 expression in cancer-associated fibroblasts promotes chemoresistance in NSCLC
Gayathri Heenatigala Palliyage,Parinya Samart,Sharan Bobbala,...Karen Martin,Patrick S. Callery,Yon Rojanasakul
LUNG CANCER, VOLUME 181, 107258, JULY 2023
＜目的＞
化学療法抵抗性のために、癌の治癒はほとんどの患者にとって手の届かないものとなっている。
癌関連線維芽細胞（CAF）は癌の化学療法抵抗性において重要な役割を果たしているが、
特に化学療法抵抗性肺癌におけるそのプロセスの詳細な理解は不十分である。
本研究では、CAFによる化学療法抵抗性の潜在的バイオマーカーとして
programmed death-ligand 1（PDL-1）を検討し、
非小細胞肺癌（NSCLC）におけるその役割と化学療法抵抗性の基礎的機序を評価した。
＜方法＞
伝統的な線維芽細胞バイオマーカーとCAFが分泌する腫瘍原性サイトカインの発現強度を決定するために、
NSCLCの複数組織の遺伝子発現プロファイルの全身的検索を行った。
CAFにおけるPDL-1の発現はELISA、ウェスタンブロッティング、フローサイトメトリーで解析した。
ヒトサイトカインアレイを用いてCAFから分泌される特異的サイトカインを同定した。
NSCLCの化学療法抵抗性におけるPDL-1の役割は、CRISPR/Cas9ノックダウンと、
MTT、細胞浸潤、スフィア形成、細胞アポトーシスを含む様々な機能的アッセイを用いて評価された。
In vivo実験は、ライブセルイメージングと免疫組織化学を用いた共移植異種移植マウスモデルを用いて行った。
＜結果＞
化学療法で刺激されたCAFは、NSCLC細胞の腫瘍形成と幹細胞様の性質を促進し、
それが化学療法抵抗性に寄与していることを示した。
続いて、化学療法を受けたCAFではPDL-1の発現が上昇し、予後不良と関連していることを明らかにした。
PDL-1の発現を抑制すると、CAFの幹細胞様の性質と肺がん細胞の浸潤性を促進する能力が抑制され、
化学療法抵抗性が有利になる。
機序的には、化学療法を受けたCAFにおけるPDL-1のアップレギュレーションは、
肝細胞増殖因子（HGF）の分泌を増加させ、肺癌細胞の癌化、細胞浸潤、幹細胞性を刺激する一方で、
アポトーシスを阻害した。
＜結論＞
PDL-1陽性CAFがHGFを高濃度に分泌することによって、
NSCLC細胞の幹細胞様の性質を調節し、それによって化学療法抵抗性を促進することを示している。
Objectives
A cure for cancer is out of reach for most patients due to chemoresistance. Cancer-associated fibroblasts (CAFs) play a vital role in cancer chemoresistance, but detailed understanding of the process particularly in chemoresistant lung cancer is lacking. In this study, we investigated programmed death-ligand 1 (PDL-1) as a potential biomarker for CAF-induced chemoresistance and evaluated its role and the underlying mechanisms of chemoresistance in non-small cell lung cancer (NSCLC).
Materials and Methods
A systemic search of gene expression profiles of multiple tissues in NSCLC was carried out to determine the expression intensities of traditional fibroblast biomarkers and CAF-secreted protumorigenic cytokines. PDL-1 expression in CAFs was analyzed by ELISA, Western blotting, and flow cytometry. Human cytokine array was used to identify specific cytokines secreted from CAFs. Role of PDL-1 in NSCLC chemoresistance was assessed using CRISPR/Cas9 knockdown and various functional assays including MTT, cell invasion, sphere formation, and cell apoptosis. In vivo experiments were conducted using a co-implantation xenograft mouse model with live cell imaging and immunohistochemistry.
Results
We demonstrated that chemotherapy-stimulated CAFs promoted tumorigenic and stem cell-like properties of NSCLC cells, which contribute to their chemoresistance. Subsequently, we revealed that PDL-1 expression is upregulated in chemotherapy-treated CAFs and is associated with poor prognosis. Silencing PDL-1 expression suppressed CAFs’ ability to promote stem cell-like properties and invasiveness of lung cancer cells, favoring chemoresistance. Mechanistically, an upregulation of PDL-1 in chemotherapy-treated CAFs led to an increase in hepatocyte growth factor (HGF) secretion, which stimulates cancer progression, cell invasion, and stemness of lung cancer cells, while inhibiting apoptosis.
Conclusion
Our results show that PDL-1-positive CAFs modulate stem cell-like properties of NSCLC cells by secreting elevated HGF, thereby promoting chemoresistance. Our finding supports PDL-1 in CAFs as a chemotherapy response biomarker and as a drug delivery and therapeutic target for chemoresistant NSCLC.