IL-1β-IL-1R放大环路促进ALA-PDT治疗皮肤鳞癌的效应与机制研究

Cancer associated fibroblasts(CAFs), as main extracellular matrix cells in tumor microenvironment, essentially support the tumor immunosuppressive microenvironment and tumor growth. We analyzed ultraviolet induced mouse SCC model samples treated by ALA-PDT via gene chip and bioinformatics, and found obvious upregulation of topical inflammatory cytokine receptors(e.g.IL-1R) after ALA-PDT. In vitro experiment, we found abundant IL-1β in the supernatant of cultured tumor cells after ALA-PDT, whereas the supernatant obviously suppressed the proliferation of fibroblasts. Above data, suggested that ALA-PDT can achieve treatment effects via intense inflammatory reaction, which is supported by IL-1β-IL-1R amplifying loops and phenotype transition of CAFs. We will further explore the interaction effect between tumor cells and CAFs and the key signaling pathway via IL-1β-IL-1R amplifying loops induced by ALA-PDT. Clinical samples, mouse SCC models and the system of coculture of primary tumor cells and fibroblasts will be used to develop further experiments. An insight view into the mechanism can throw lights on a target spot on the development of ALA-PDT sensitizer, and provide new theoretical evidence on the clinical effect.

肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）是肿瘤微环境中主要基质细胞，对肿瘤微环境免疫抑制及支持肿瘤细胞生长发挥重要作用。本课题组前期应用表达谱芯片和生物信息分析紫外线诱导的小鼠皮肤鳞癌样本，发现ALA-PDT治疗后瘤体局部炎症性细胞因子相关受体（如IL-1R）表达显著上调；体外实验发现ALA-PDT处理后的肿瘤细胞培养上清含有大量IL-1β，但是却可以显著抑制成纤维细胞增殖，提示ALA-PDT可能通过IL-1β-IL-1R放大环路改变CAFs功能，诱导急剧的炎症反应获得治疗效果。本课题组拟进一步应用临床样本分析、小鼠皮肤鳞癌模型、体外共培养的原代肿瘤与成纤维细胞等体系从体内、细胞与分子水平，探索ALA-PDT诱导的IL-1β-IL-1R放大环路打破肿瘤细胞与CAFs之间交互作用效应及关键信号通路。为ALA-PDT增敏剂的研发提供设计靶点；也为临床应用ALA-PDT治疗提供基础理论。

背景：ALA-PDT治疗皮肤鳞癌主要依赖于肿瘤局部炎症反应的诱导及其激活，但是ALA-PDT后炎症反应如何产生、如何放大，以及IL-1β-IL-1R放大环路如何促进ALA-PDT治疗皮肤鳞癌的效应与机制等科学问题有待进一步研究。.目的：研究ALA-PDT治疗皮肤鳞癌后上调IL-1β的表达是否通过诱导肿瘤相关成纤维细胞（cancer associated fibroblast，CAFs） IL-1β分泌的途径，以及进一步探索其启动、放大的可能存在的机制。.方法：建立紫外线诱导的 SKH-1 无毛小鼠皮肤鳞癌模型，应用qPCR、ELISA检测 IL-1β 的表达，研究IL-1R 干扰是否打破 IL-1β -IL-1R 放大环路。通过共培养与隔离培养体系，联合Western Blot（WB）等技术检测inflammasome 活化关键指标caspase-1活化，从分子水平证实IL-1β-IL-1R放大环路抑制CAFs促肿瘤性功能。.结果：本项目成功培养出小鼠皮肤鳞癌细胞及肿瘤相关成纤维细胞，并优化了种植瘤小鼠皮肤鳞癌模型。WB结果显示ALA-PDT处理后的CAFs表达IL-1β蛋白增多，同时NLRP3、ASC以及caspase-1p20表达增多，提示ALA-PDT治疗cSCC是通过诱导NLRP3炎症小体激活产生caspase-1p20，产生大量IL-1β发挥重要作用。此外，ALA-PDT处理后NF-κB信号通路中pp-65/p65显著增多。大量炎症因子表达可能与IL-1β增多有关，且IL-1β信号通路激活后，可进一步促进NF-κB信号通路活化，形成正反馈机制放大炎症。.结论：IL-1β是ALA-PDT治疗皮肤鳞癌疗效的关键细胞因子。肿瘤相关成纤维细胞在ALA-PDT处理后表达分泌IL-1β增多。肿瘤相关成纤维细胞通过活化NLRP3炎症小体分泌IL-1β，NF-κB信号转导通路的活化进一步促进炎症放大。以上结果为ALA-PDT治疗皮肤鳞癌的机制研究提供新的思路和研究技术。