Inflamassomo NLRP3 e progressão do carcinoma oral de células escamosas (OSCC): influência diferencial em células neoplásicas e células imunes

Abstract

O inflamassomo NLRP3 desempenha um papel importante na resposta imune inata sob condições inflamatórias de origem infecciosa e não infecciosa, influenciando também o fenótipo da resposta imune adaptativa. Os principais efeitos da ativação do inflamassomo NLRP3 resultam da ativação da caspase-1 como molécula efetora, que promove o processamento enzimático (clivagem) e bioativação das citocinas inflamatórias IL-1β e IL-18, bem como da gasdermina D, uma proteína associada à piroptose, uma forma de morte celular inflamatória. Evidências indicam um papel ambíguo da NLRP3 em câncer, variando de uma influência pró-tumoral/oncogênica à antitumoral/supressora. Essa variabilidade pode estar relacionada ao tipo de câncer considerado, seu estágio de desenvolvimento/progressão e aos modelos experimentais e condições estudadas. Mutações e aumento da expressão de componentes dos inflamassomos, especialmente o gene e a proteína NLRP3, são frequentemente observadas em amostras clínicas de vários tipos de câncer, incluindo carcinoma de células escamosas orais (OSCC). O possível efeito biológico diferencial do NLRP3 em células neoplásicas e em células estromais/imunes na progressão de OSCC é desconhecido e pode fornecer insights importantes sobre o papel ambíguo desse inflamassomo no desenvolvimento tumoral, bem como seu potencial como biomarcador de agressividade/resposta ao tratamento e como possível alvo terapêutico. A hipótese central deste estudo foi que a atividade do inflamassomo NLRP3 tem papéis relevantes e distintos na progressão do carcinoma escamoso oral, dependendo do tipo celular considerado: células neoplásicas ou estromais/imunes. Utilizamos um modelo OSCC ortotópico imunogênico imunocompetente murino em camundongos WT e knockouts para NLRP3, com e sem administração local (intratumoral) de um inibidor bioquímico do NLRP3 (MCC950) e na presença e ausência de administração sistêmica de uma sub-dose (não curativa) de cisplatina para investigar a influência do NLRP3 na resposta ao tratamento citotóxico. Os desfechos avaliados incluíram medições macroscópicas, avaliação histomorfológica, expressão gênica, infiltrado imunológico e fenótipo celular (citometria de fluxo). Em geral, a inibição do inflamassomo NLRP3 aumentou o crescimento tumoral, indicando um papel de “supressor de tumor” para NLRP3 neste modelo OSCC. Esse aumento no crescimento tumoral foi acompanhado por redução da infiltração por macrófagos e células T CD8, redução da morte celular e alteração da eferocitose. A inibição do NLRP3 também prejudicou a resposta à cisplatina. Esses resultados foram observados tanto com a inibição da atividade do NLRP3 limitada às células estromais/imunes (camundongos KO para Nlrp3) quanto com a inibição farmacológica do NLRP3 com administração intratumoral de MCC950 tanto em camundongos WT quanto em animais Nlrp3 KO, suportando o papel de supressor tumoral para NLRP3 tanto em células estromais/imunes quanto em células neoplásicas neste modelo pré-clínico de OSCC. Estes dados sugerem um possível potencial terapêutico de estratégias de ativação de NLRP3 no microambiente tumoral de OSCC.

The NLRP3 inflammasome plays an important role in the innate immune response under inflammatory conditions of both infectious and non-infectious origin, while also influencing the phenotype of the adaptive immune response. The main effects of NLRP3 inflammasome activation result from the activation of caspase-1 as an effector molecule, which promotes the enzymatic processing, or cleavage, and bioactivation of the inflammatory cytokines IL-1β and IL-18, as well as gasdermin D, a protein associated with pyroptosis, a form of inflammatory cell death. Evidence indicates an ambiguous role of NLRP3 in cancer, ranging from a pro-tumoral/oncogenic influence to an antitumoral/tumor-suppressive one. This variability may be related to the type of cancer considered, its stage of development/progression, and the experimental models and conditions studied. Mutations and increased expression of inflammasome components, especially the NLRP3 gene and protein, are frequently observed in clinical samples from several types of cancer, including oral squamous cell carcinoma (OSCC). The possible differential biological effect of NLRP3 in neoplastic cells and in stromal/immune cells during OSCC progression is unknown and may provide important insights into the ambiguous role of this inflammasome in tumor development, as well as its potential as a biomarker of aggressiveness/response to treatment and as a possible therapeutic target. The central hypothesis of this study was that NLRP3 inflammasome activity has relevant and distinct roles in the progression of oral squamous cell carcinoma, depending on the cell type considered: neoplastic cells or stromal/immune cells. We used an immunogenic, immunocompetent murine orthotopic OSCC model in WT mice and NLRP3 knockout mice, with and without local, intratumoral administration of a biochemical NLRP3 inhibitor, MCC950, and in the presence or absence of systemic administration of a sub-dose, non-curative dose, of cisplatin to investigate the influence of NLRP3 on the response to cytotoxic treatment. The outcomes assessed included macroscopic measurements, histomorphological evaluation, gene expression, immune infiltrate, and cellular phenotype by flow cytometry. Overall, inhibition of the NLRP3 inflammasome increased tumor growth, indicating a “tumor-suppressor” role for NLRP3 in this OSCC model. This increase in tumor growth was accompanied by reduced infiltration by macrophages and CD8 T cells, reduced cell death, and altered efferocytosis. NLRP3 inhibition also impaired the response to cisplatin. These results were observed both with inhibition of NLRP3 activity limited to stromal/immune cells, in Nlrp3 KO mice, and with pharmacological inhibition of NLRP3 through intratumoral administration of MCC950 in both WT mice and Nlrp3 KO animals, supporting a tumor-suppressive role for NLRP3 in both stromal/immune cells and neoplastic cells in this preclinical OSCC model. These data suggest the potential therapeutic value of strategies aimed at activating NLRP3 in the OSCC tumor microenvironment.