Inflammation och ihållande infektioner kan bidra till olika maligniteter hos människor. Det finns bevis för den roll som inflammation spelar för initiering, utveckling, progression, angiogenes och invasion av cancer. Inflammation kan framkalla ett immunsvar som involverar T-celler, B-celler, NK-celler, DC, makrofager och neutrofiler . Immunsystemets exakta roll i uppreglering och modifiering av egenantigener i tumörigenesen är dock fortfarande oklar. Som nämnts ovan är inflammasomer en multiproteinplattform i det medfödda immunsystemet som inducerar procaspas-1-aktivering och mognad av inflammatoriska cytokiner som IL-1β och IL-18 . Överuttryck av IL-1β kan påverka flera autoimmuna sjukdomar och kan leda till karcinogenes . Flera inflammasomer, bl.a. NLRP3, NLRP6, NLRC4, NLRP1 och AIM2, kan ha en patogen roll i tumörigenesen genom sin modulering av medfödd och adaptiv immunitet, apoptos, differentiering och tarmmikrobiota . Det finns nu uppgifter som tyder på att NLRP3-inflammasom-polymorfismer är relaterade till olika maligniteter, t.ex. tjocktarmscancer och melanom (tabell 1) . NLRP3:s exakta kliniska funktion när det gäller initiering och främjande av olika neoplasmer belyser också inflammasomernas terapeutiska potential och deras roll som prognostiska markörer.

Roll för NLRP3-inflammasomen i kolonepitelets homeostas

Inflammasomkomplexet är en viktig homeostatisk komponent i tarmepitelet. Experimentella musmodeller har belyst de kliniska egenskaperna hos inflammasomen som har relaterats till mänskliga sjukdomar . I en modell gav oral administrering av dextran natriumsulfat (DSS) upphov till en ökad dödlighet och förlust av kroppsvikt genom de toxiska effekterna i kolonens epitel , och NLRP3-bristfälliga möss uppvisade en ökad dödlighet, diarré och rektalblödning. Den ökade tarminflammation hos NLRP3-bristande möss som inducerades av DSS berodde på ökad permeabilitet i kolon, med patogener som hamnade i levern och lymfkörtlarna . I en annan studie visade ASC- och caspase-1-bristande möss ökade histopatologiska förändringar som var förknippade med död vid både kronisk och akut inflammation . Andra rapporterade att proliferationen av gastrointestinala epitelceller minskade hos både NLRP3- och caspase-1-bristande möss . Den ökade permeabiliteten hos NLRP3-deficienta möss kopplades till minskad antimikrobiell effektivitet och en minskad produktion av defensiner i kolon .

NLRP3 inflammasom i gastrointestinala maligniteter

NLRP3 i magsäckscancer

Magsäckscancer (GC) är den fjärde vanligaste maligniteten och är ett globalt hälsoproblem. Ihållande infektion med bakterien Helicobacter pylori (H. pylori) leder till utveckling av gastriska och extragastriska sjukdomar . Man har funnit att NLRP3 kan vara involverad i patofysiologin vid H.pylori-infektion och IL-1β-produktion; NOD1-protein ökar avsevärt och följs av en förhöjd inflammation i magsäcksneoplasmer som inducerats av H.pylori . Dessutom reglerar NOD2 mikrobiota och underhåll av tjocktarmstumörer . NLRP3-inflammasomen ökar celldifferentieringen i gastrisk cancer genom att engagera cyklin-D1 samt inducera IL-1β-produktion. IL-1β binder till sin receptor och aktiverar NF-κB som initierar JNK-signalering som orsakar proliferation, invasion och cancerutveckling . H.pylori-infektion som leder till kronisk inflammation i magsäcken och förmedling av inflammatoriska cytokiner som IL-6, IL-1β, tumörnekrosfaktor alfa (TNF-α) och makrofager , kan utlösa proliferation av magsäcksceller och karcinogenes .

Därmed kan NLRP3 genom en kombination av beroende och oberoende inflammasomvägar öka proliferationen av magsäckscancerceller och GC-utvecklingen. NLRP3 nedreglering kan modifiera mekanismen för GC utveckling . Det finns ett antal mekanismer för förlust av NLRP3-uttryck, bland annat arylkolväte-receptorn (AhR), Dopamin D1-receptorn (DRD1) och GPBAR1 (G-proteinkopplad gallsyre-receptor 1). AhR-mekanismen förhindrar bindningen av det xenobiotiska responselementet till transkriptionsfaktorn NLRP3-inflammasomen och DRD1 verkar via E3 ubiquitinligaset membranassocierad ring-CH-typfinger 7 (MARCH7) som kan leda till NLRP3-inflammasomens ubiquitering och autofagireaktion . Variationer i IL-1β har visat sig vara relaterade till känslighet för GC och inducerad levertumörgenes . Li et al. rapporterade att microRNA (MiR)-22 är en viktig regulator i magen genom nedreglering av NLRP3 i leverslemhinneceller och makrofager, och H. pylori-infektion inhiberade signifikant miR-22-uttrycket samtidigt som NLRP3-uttrycket främjades. Detta tyder på att miR-22 har en betydande roll i inhiberingen av NLRP3-inflammasomexpressionen. Dessutom har det visats att miR-22 kan inaktivera gastrisk cellproliferation och karcinogenes inducerad av H.pylori ; de molekylära vägarna mellan NLRP3-inflammasomen och gastrisk tumörigenes kräver dock ytterligare belysning.

NLRP3 i kolitassocierad tumörigenes

Kolorektalcancer (CRC) är den tredje vanligaste orsaken till cancerdödlighet i USA . Koloninflammation som uppstår som svar på skador och patogener kan öka CRC-benägenheten . Mekanismen för NLRP3-inflammasomen i tumörigenesen av kolorektalcancer föreslog att den antitumorala effekten av IL-18 förhindrar tumörutveckling samt hämmar angiogenes och kan inducera återhämtning av epitelceller . NLRP3- och caspase-1-bristmodeller inducerade av azoxymetan (AOM)/DSS visade signifikanta minskningar av IL-18 i tarmen . Oral administrering av DSS ger upphov till flera kliniska och histopatologiska drag som förknippas med ulcerös kolit hos människor, bland annat blodig diarré, viktförlust, ödem och skador på krypt- och epitelceller samt leukocytinfiltration . Dessutom förhindrade administrering av rekombinant IL-18 i caspase-1-bristande djurmodeller som behandlades med AOM/DSS avsevärt tumörutveckling . Omvänt ökade cancerbördan i den IL-18-bristfälliga AOM/DSS-musmodellen, vilket speglar NLRP3- och caspase-1-bristfälliga möss . Dessa data visar på den viktiga roll som IL-18-sekretionen spelar genom NLRP3 som skyddar kolit från malign omvandling och främjar enterocytdifferentiering och tarmepitelintegritet . Dessutom kan IL-18 i remissionsfasen av kolit minska cellproliferationen i tarmepitelet i tumörzonen . IFN-γ visade sig vara signifikant nedsatt i AOM/DSS-musmodeller som saknade NLRP3 och caspase-1, vilket tyder på att IFNγ skulle kunna öka koloncellsproliferationen vid DSS-inducerad kolit av primär grad . Ungerback et al. visade att variationer i tumörnekrosfaktor alfa-inducerat protein 3 (TNFAIP3), NLRP3 och NFκB-gener var relaterade till känslighet för CRC . Grace et al. beskrev att kaspas-1-bristande möss uppvisade allvarlig tumörigenes samt STAT1- och IL-18-reduktion jämfört med den NLRP3-bristande modellen . Det har också rapporterats att NLRP3-inflammasomen hämmar metastatisk tillväxt av CRC i levern genom att öka NK-cellernas tumördödande funktion som förmedlades av IL-18, oberoende av IFN- γ, eftersom knockoutmöss för NLRP3-inflammasomen visar ökade CRC-metastaser i levern .

NLRP3 i hepatocellulärt karcinom

Hepatocellulärt karcinom (HCC) är den femte vanligaste neoplasman och den tredje vanligaste orsaken till cancerdöd i världen . Det hepatiska parenkymala cellstroma är associerat med invasiviteten av hepatocellulär cancer . En betydande mängd bevis har bekräftat NLRP3-inflammasomens roll vid leversvikt och leversjukdom . I HCC är NLRP3-inflammasomens molekylära plattformskomponenter förlorade eller avsevärt reducerade jämfört med normal lever, och dess nedreglering är signifikant förknippad med avancerade kliniska stadier och sämre patologisk differentiering . Omvänt kan en farmakologisk inriktning på NLRP3-inflammasomen dämpa proliferation och metastasering av HCC, vilket tyder på att detta skulle kunna vara en terapeutisk strategi och indikerar att det krävs en förståelse av inflammasomens exakta verkningsmekanismer i HCC-tumörers proliferation, aggressivitet och metastasering .

NLRP3 inflammasom i icke-gastrointestinal malignitet

NLRP3 i huvud- och halscancer

Huvud- och halsskivecancer (HNSCC) är nära förknippat med kronisk inflammation, och förhöjt NLRP3 inflammasomexpression i HNSCC-vävnad har visats, och uttrycksgraden har associerats med sjukdomsprognos. HNSCC kan inducera produktion av aktivt IL-1β genom NLRP3-inflammasomvägar, och hämning av NLRP3-inflammasomvägen föreslogs vara ett lovande tillvägagångssätt för att minska tumörcellernas invasion och överlevnad . På senare tid har NLRP3-inflammasomaktivering visat sig aktivera cancerstamceller (CSC), vilket leder till självförnyelse och acceleration av HNSCC-progressionen, vilket innebär att NLRP3-inflammasomhämning skulle kunna minska CSC-populationen i HNSCC med en förbättrad prognos som följd .

Oralcancer är den sjätte vanligaste maligniteten i världen, och skivepitelcancer i munnen (OSCC) står för cirka 90 % av alla maligniteter i munnen . Medan de möjliga molekylära mekanismerna i OSCC håller på att fastställas, är den definitiva orsaken till initiering och utveckling av OSCC fortfarande inte klarlagd . Inflammation är en viktig orsak till tumörbildning som är kopplad till genetiska och epigenetiska förändringar och kan framkalla OSCC . Det har rapporterats att komponenterna i NLRP3-inflammasomen är uppreglerade i djurmodeller för OSCC och OSCC-patienter. 5-FU är ett kemoterapeutiskt medel som används för behandling av solida maligniteter som OSCC, men på grund av resistens mot terapi har det ett smalt spektrum av klinisk användning . Nedreglering av NLRP3-inflammasomen har potential att bli en ny terapeutisk metod, eftersom det har visats att NLRP3-inflammasomerna är förhöjda vid kemoresistens mot 5-FU både in vitro och in vivo i OSCC-celler; därför kan målinriktning på NLRP3-inflammasom/ROS/IL-1β-signalvägarna förbättra kemoterapi med 5-FU .

NLRP3 i lungcancer

Lungcancer har visat sig initieras av ett antal olika patogener som utsätts för miljöpåverkan, och det är välkänt att kronisk inflammation är en kritisk faktor för lungtumörutveckling. Asbest inducerar aktivering av NLRP3-inflammasomen i mesotelceller, vilket leder till ett inflammatoriskt svar och så småningom till initiering och utveckling av cancer. Djurförsök har visat höga NLRP3 mRNA-uttrycksnivåer i lungor och mjälte, med det högsta NLRP3 mRNA-uttrycket i alveolära makrofager . Wang et al. rapporterade att utsöndringen av IL-18 och IL-1β var förhöjd på grund av aktivering av NLRP3-inflammasomen i lungadenokarcinomcellinjen A549, och de föreslog att en kombination av IL-18- och IL-1 β-cytokiner kan ha terapeutisk potential . Andra studier har visat att NLRP3-aktivering efter allergenexponering ökade N6-etheno- ATP (eATP) i bronkoalveolär lavagevätska (BAL) vilket resulterade i en förhöjning av IL-1β vid astma . TNF-α har en effektiv roll i överlevnaden av malignt mesoteliom genom hämning av mesotelproliferation, minskning av asbestskador och induktion av NF-κB . Detta leder sedan till bildandet av ett inflammasomkomplex och produktion av IL-1β som är viktigt för malignt mesoteliomutveckling . Hos NLRP3-bristande möss minskade antalet tumörceller i lungorna jämfört med kontrolldjuren . Nanopartiklar (NP) som kiseldioxid och asbest kan leda till överuttryck av NLRP3-inflammasomer och utsöndring av caspase-1 och IL1β i in vivo-modellen för lungcancer . Inhalation av NP kan öka känsligheten för kroniska lungsjukdomar, men NLRP3:s definitiva funktion vid kronisk obstruktiv lungsjukdom (COPD) och astma är oklar.

NLRP3 i bröstcancer

Bröstcancer är den femte dödsorsaken bland kvinnor i världen . Det finns inga direkta bevis för NLRP3-inflammasomer i bröstcancer, men indirekta bevis tyder på att inflammasomaktivering spelar en roll i utvecklingen av brösttumörer genom IL-1β . IL-1β är uppreglerat vid initiering och utveckling av brösttumörer, och variationer i IL-1R och IL-1β har också relaterats till brösttumörutveckling. Fibroblast Growth Factor Receptor (FGFR) 1 i djurmodellen för bröstmalignitet leder till bröstcancerogenes och är relaterad till IL-1β-sekretion . Tumörassocierade makrofager (TAM), bland andra tumörinfiltrerande immunceller, spelar en viktig roll i tumörens lymfangiogenes och utbredning. Inflammasomaktivering följt av IL-1β- och sfingolipidsphingosin-1-fosfat (S1P)-signalproduktion i TAMs underlättar en gynnsam mikromiljö för utveckling av bröstcancer . S1P-signalering är involverad i flera cellbiologiska vägar och reglerar möjligen tillväxt, proliferation, utveckling och överlevnad . Det har visats att amplifieringen av NLRP3-inflammasomkomponenterna minskade i S1PR1-deficienta TAMs, vilket tyder på att NLRP3-regleringen i TAMs var förknippad med lymfkörtelmetastasering och prognos .

NLRP3 i prostatacancer

Prostatacancer är en vanlig orsak till cancerdödlighet bland män i västerländska länder . Patogener, destruktiva signaler och stress är de vanliga stimulerande faktorerna för NLRP3 Inflammasome aktivering i prostatavävnad , men andra mediatorer såsom urinsyra, infektioner och urinkristaller kan framkalla skada på prostatakörteln (PG) som leder till uppreglering av proinflammatoriska cytokiner genom den aktiverade inflammasomen i PG och leder till cancerprogress .

Djurmodeller har visat överuttryck av inflammasomprotein vid prostatainflammation genom kemiska stimulatorer som inducerar aktivering av caspas-1 och IL-1훽 genom uppreglering av NRLP1-inflammasomen i PG . Möss med NLRP3-brist uppvisar minskad cancerinvasion och tumörigenes genom minskad proliferation av NK-celler och minskad utsöndring av CXCL9-kemokiner. Musmodellerna med oxalatdiet främjar njurskador och resulterar i NLRP3-aktivering ; uppgifterna är dock inkonsekventa om huruvida NLRP3-brist är en riskfaktor för tumörbildning på grund av det inflammatoriska svaret . Ett samband mellan inflammatorisk reaktion och autofagi har visats, där en störning i autofagi inducerar NLRP3-aktivering som resulterar i en minskning av IL-1β . Denna process är kopplad till stress i det endoplasmatiska retikulumet som resulterar i aktivering av NLRP3-komplexet som leder till prostatacancer. Det har också rapporterats att i prostatacellinjerna (BPH-1 och PC-3) som utsätts för hypoxi överuttrycks NF-κB, vilket leder till aktivering av NLRP3- och AIM2-inflammasomen . Andra har dock rapporterat motstridiga resultat som tyder på att det inte fanns någon signifikant skillnad i uttrycksnivån för NLRP3-inflammasomen i alla undersökta stadier av prostatacancer .

NLRP3 i hudcancer

Hudneoplasier, melanom och maligniteter som inte är melanom, är de vanligaste typerna av cancer i vita befolkningar . Melanomforskning visade att utvecklingen av cancerceller hämmades av minskat inflammasom- och IL-1β-uttryck . Nya bevis tyder på att en uppreglering av NLRP3-inflammasomen kan förvärra inflammatoriska reaktioner i hudneoplasmer. Mössmodeller med NLRP3-, caspase-1- och ASC-adaptorbrist visar skydd mot cancerutveckling . Melanom uttrycker inflammatoriska egenskaper beroende på tumörens grad. I den första graden uttrycks IL-1-receptorn och co-stimulerande molekyler i hög grad. I den andra graden uttrycks IL-1R och i det tredje progressiva stadiet är NLRP3-inflammasomen konstitutivt aktiv , en korrelation har visats mellan NLRP1- och NLRP3-variationerna och melanomrisken, med den största korrelationen mellan NLRP1 och nodulärt melanom . I överensstämmelse med dessa uppgifter har det visats att NLRP3-nedreglering och minskad IL-1β- och IL18-sekretion minskade metastatiskt melanom genom tymokinonbehandling i en musmodell . Utvärdering av NLRP3-inflammasomens roll i immunsvaret med hjälp av DC-vaccinering mot melanomcellerna visade att vaccinering av NLRP3-bristande möss som fick en subkutan injektion av dåligt immunogena melanomceller resulterade i en 4-faldig ökning av den totala överlevnaden jämfört med kontrolldjur . Andra har rapporterat att NLRP1 kan aktivera caspas 2 och – 9 i neoplasmaceller vilket resulterar i tumörigenes, men NLRP3 verkade inte vara tumörigena .

NLRP3 i livmoderhalscancer

Livmoderhalscancer är den näst vanligaste neoplasman hos kvinnor globalt sett . Nya rapporter visade att humant papillomvirus (HPV) kan utlösa onormal celltillväxt i livmoderhalsen via inflammation . Pontillo et al. rapporterade att en variant i NLRP3-genen, rs10754558, var associerad med HPV-resistens och visade att det fanns ett statistiskt signifikant samband mellan rs10754558 och utveckling av livmoderhalscancer . Andra har rapporterat att CD200 (ett membranglykoprotein som tillhör immunglobulin superfamiljen) kan undertrycka NLRP3- och TLR4-NF-κB-vägar i LPS-inducerade cellinjer för mänsklig livmoderhalscancer .

NLRP3 i tumörer i centrala nervsystemet

Maligniteter i hjärnan och det centrala nervsystemet (CNS) är ovanliga neoplasmer som är förknippade med olika patologiska orsaker, molekylära vägar och immunologiska svar . Den medfödda immuniteten har en viktig roll i cancermetastasering i CNS . Liksom andra cancerformer uttrycks många element i hjärnvävnad, däribland TLR och NLR, vilket kan leda till proinflammatoriska reaktioner och aktivera bildandet av inflammasomkomplex för tumörigenes. I detta avseende kan NLRP3 minska NK-cellernas aktivering och leda till tumörinvasion . Det har också visats att IL-1β uttrycks på ett avvikande sätt i glioblastomceller som ett resultat av NLRP3-inflammasomaktivering . Därför kan NLRP3 vara viktigt i cancerogenes och dess höjning kan användas som en prediktiv biomarkör i framtida terapeutiska strategier . I en experimentell modell av glioblastom minskade förhindrandet av NLRP3-uttrycket cancerutvecklingen och ökade överlevnaden hos möss som utsattes för joniserande strålning (IR), med NLRP3 som en brygga mellan hjärnans åldrande/gliomutveckling och IR-terapi . Därför kan en minskning av NLRP3-genuttrycket vara ett framtida terapeutiskt mål för gliom, även om ytterligare klargöranden av de molekylära mekanismerna behövs.

NLRP3 och cancer i studier på människor

Kunskapen om inflammasomer och cancer i studier på människor är preliminär och knapphändig.

Nyligen föreslogs inflammasomaktivering som en viktig orsak till inflammation i humant adamantinomatöst kraniopharyngiom (ACP), en sällsynt tumör hos barn som förekommer i sella-regionen. Uttrycket av många gener som reglerar centrala inflammasomkomponenter, inklusive NLRP1, NLRP3, NLRC4, CASP1 och PYCARD, ökade med högst 6,4, 4,8, 4,8, 4,8, 5 respektive 4 gånger. Detta resultat kan ha terapeutiska konsekvenser. Det har visats att undertryckande av inflammasomaktivering med IL1-hämmare som anakinra och canakunimab hade betydande effekter vid olika neuroinflammatoriska och autoinflammatoriska sjukdomar . Därför kan dessa hämmare ha en terapeutisk potential i cancerbehandling som behöver bedömas ytterligare.

Takano och medarbetare visade ett högre uttryck av proteiner relaterade till inflammasomkomplexet (t.ex. NLRP3, ASC, IL-1β, IL-18 och caspase-1) hos patienter med orofaryngealt skivepitelcancer (SCC) jämfört med kontroller, oberoende av deras HPV-infektionsstatus. Eftersom överuttrycket av inflammasomrelaterade proteiner i orofaryngealt SCC är oberoende av HPV-infektion tyder detta på att inflammasomerna kan spela en viktig roll för att främja antitumörimmunitet . Nyligen upptäcktes en uppreglering av NAIP, NLRP3, NLRP4 och NLRP9 hos patienter med blåscancer jämfört med normala kontroller . Dessutom har det observerats att proinflammatoriska cytokiner, inklusive IL1β och NLRP3, var signifikant uppreglerade i visceral fettvävnad jämfört med subkutan fettvävnad hos cancerpatienter. Uttrycksnivåerna av IL1β och NLRP3 var direkt korrelerade med medeldiametern av adipocyter (μm) hos män, men inte hos kvinnor och det har föreslagits att NLRP3-inflammasomen skulle kunna vara en ny biomarkör för fetmarelaterade metabola sjukdomar , eftersom den högaamplifieringen av IL1β och NLRP3 kan vara kopplad till patofysiologiska abnormiteter i visceral fettvävnad.

Nivån av NLRP3 var avsevärt förhöjd i cancerartade plasmacytoida dendritiska celler (pDCs) som isolerats från mänskliga lungprover från patienter som lider av icke-småcellig lungcancer jämfört med prover från normala kontroller. Framför allt orsakade utlösningen av tumörassocierade pDC:er med NLRP3-aktivatorn förhöjda IL-1β-nivåer .

I flera genetiska studier har man undersökt betydelsen av NLR-signalvägen i olika cancerformer hos människor. Patienter med bukspottkörtelcancer har t.ex. polymorfismen rs35829419-NLRP3 (annat namn, Q705K) i högre frekvens än personer som inte har cancer. Q705K (glutamin till lysin) kan leda till överdriven enzymatisk klyvning av pro-IL-1β till dess aktiva form . Wang et al. genotypade utvalda inflammasomkompartment-SNP:er rs16944 i IL-1β, rs1946518 i IL-18, Q705K i NLRP3 och rs2043211 i CARD8 bland 383 patienter med akut myeloisk leukemi (AML) och 300 parkontroller. Resultaten visade att endast variationer av IL-18 och IL-1β var associerade med de kliniska egenskaperna och minskad överlevnad hos AML-patienter . Liknande resultat observerades också hos patienter med kronisk myeloisk leukemi (CML) där genotypning visade att genetiska polymorfismer av IL-1β-rs16944, IL-18-rs1946518 och CARD8-rs2043211 var förknippade med patofysiologiska egenskaper och behandling av CML-patienter. Dessa variationer kan tillämpas som nya prognostiska och terapeutiska markörer för leukemi, vilket kräver ytterligare utvärdering i framtida studier .

En annan studie utvärderade sambandet mellan de genetiska polymorfismerna av NLRP3 (Q705K och rs10733113), CARD-8 (rs2043211) och NLRP1 (rs6502867 och rs12150220) hos svenska patienter med sporadiskt malignt melanom (MM). Svenska män som bär på rs35829419A- NLRP3 är mer mottagliga för sporadisk MM. I synnerhet förekomsten av nodulärt melanom (NM) var associerad med NLRP3-rs35829419 och NLRP1-rs12150220. Dessutom var NLRP1-rs12150220 1,8 gånger vanligare hos blekhyade kvinnliga patienter (CI:1,04-3,3) . Dessa resultat för melanomassociering hittades dock inte i en brasiliansk kohort, även om frekvensen av allmänt utvalda SNPs (Q705K, NLRP1-rs12150220 och CARD-8-rs2043211) liknar den svenska befolkningen. I en fall-kontrollstudie av genuttryck var varianter i CARD8 (rs11672725), NLRP3)rs10754558(NLRP3)rs4612666(NLRP12)rs199475867 (och NLRX1)rs10790286 (signifikant associerade med GC. Multivariat regressionsanalys visade att CARD8-rs11672725 och NLRP12-rs2866112 var starka riskfaktorer för GC och H. pylori-infektion (OR = 4,8, 95 % KI: 1,4-16,6 och OR = 2,1, 95 % KI: 1,2-3,7).