Ciprofloxacina jako nowy potencjał w immunoterapii raka jelita grubego

Czy ciprofloxacina rewolucjonizuje immunoterapię raka jelita grubego?

Najnowsze badania wykazują, że ciprofloxacina, powszechnie stosowany antybiotyk z grupy fluorochinolonów, może mieć potencjał w zwiększaniu skuteczności immunoterapii w leczeniu raka jelita grubego. Rak jelita grubego (CRC) jest trzecim najczęstszym nowotworem na świecie i drugą najczęstszą przyczyną zgonów związanych z nowotworami. Mimo dostępnych metod leczenia, takich jak chirurgia, chemioterapia czy radioterapia, rokowanie w przypadkach zaawansowanych i nawrotowych pozostaje niezadowalające, z pięcioletnim wskaźnikiem przeżycia poniżej 20%.

Immunoterapia, szczególnie z wykorzystaniem inhibitorów punktów kontrolnych układu immunologicznego, takich jak przeciwciała anty-PD-1, otworzyła nowe możliwości w leczeniu nowotworów. Jednakże odsetek odpowiedzi na tego typu leczenie waha się między 20% a 40%, co wskazuje na potrzebę opracowania strategii zwiększających jego skuteczność. Odpowiedź na inhibitory punktów kontrolnych jest silnie uzależniona od immunogenności guza, dlatego połączenie leków indukujących immunogenną śmierć komórek z immunoterapią może wzmocnić efekt przeciwnowotworowy.

Jak wpływa mikrośrodowisko i szlak cGAS-STING na terapię?

Mikrośrodowisko guza (TME) stanowi złożony ekosystem sprzyjający inicjacji, progresji, inwazji i przerzutowaniu nowotworu. Zawiera ono zarówno komórki nowotworowe, jak i nienowotworowe, w tym różne typy komórek układu immunologicznego, fibroblasty związane z nowotworem, otaczające naczynia krwionośne, macierz pozakomórkową, komórki śródbłonka naczyniowego i perycyty. Wzajemne oddziaływanie komórek nowotworowych i nienowotworowych przekształca środowisko, zapewniając przestrzeń i składniki odżywcze sprzyjające wzrostowi guza.

W omawianym badaniu naukowcy skupili się na wpływie ciprofloxaciny na aktywację szlaku sygnalizacyjnego cGAS-STING (cykliczna GMP-AMP syntaza – stymulator genów interferonowych) w komórkach raka jelita grubego. Szlak ten stanowi wewnątrzkomórkowy system wykrywania DNA, który normalnie aktywowany jest przez obce patogeny lub DNA uwalniane z uszkodzonych komórek. Gdy cytosolowe DNA wiąże się z cGAS, przekształca ono GTP i ATP w cykliczny GMP-AMP (cGAMP), który z kolei wiąże się ze STING, prowadząc do produkcji interferonu typu I i innych cytokin prozapalnych.

Jakie dowody eksperymentalne potwierdzają działanie ciprofloxacyny?

Ciprofloxacina jest antybiotykiem o szerokim spektrum działania, należącym do klasy fluorochinolonów, zatwierdzonym przez FDA w 1987 roku. Mechanizm jej działania polega na hamowaniu aktywności gyrazy DNA (topoizomerazy II) i zakłócaniu procesów replikacji i naprawy DNA bakteryjnego, co prowadzi do śmierci bakterii. Wcześniejsze badania wykazały, że inhibitor topoizomerazy II, teniposid, może pośredniczyć w aktywacji osi cGAS-STING i indukować immunogenność guza poprzez uwalnianie HMGB1 (high-mobility group box 1) i sygnalizację interferonu typu I w komórkach nowotworowych.

Badacze wykazali, że ciprofloxacina indukuje powstawanie cytosolowego DNA (zarówno jedno- jak i dwuniciowego) w komórkach raka okrężnicy CT26 w sposób zależny od stężenia. Co istotne, traktowanie komórek ciprofloxaciną prowadziło do zwiększonej ekspresji mRNA i białek szlaku cGAS-STING, w tym cGAS, STING oraz IFNβ. Aby potwierdzić zaangażowanie tego szlaku, zastosowano małe interferujące RNA (siRNA) przeciwko STING, co skutecznie blokowało ciprofloxaciną-indukowaną aktywację.

Interesujące jest, że ciprofloxacyna nie wpływała znacząco na żywotność komórek CT26, ich morfologię czy cykl komórkowy w zastosowanych stężeniach. Obserwowano jedynie nieznaczne zahamowanie proliferacji przy najwyższych stężeniach. Sugeruje to, że efekt przeciwnowotworowy ciprofloxacyny nie wynika z bezpośredniej cytotoksyczności, lecz raczej z modulacji odpowiedzi immunologicznej.

W badaniach in vivo na mysim modelu podskórnego guza CT26 wykazano, że zarówno monoterapia ciprofloxaciną, jak i przeciwciałami anty-PD1 hamowały wzrost guza, jednak efekt ten był znacznie silniejszy przy zastosowaniu terapii skojarzonej. Co istotne, nie zaobserwowano istotnych działań toksycznych związanych z leczeniem – parametry takie jak masa ciała, liczba białych krwinek oraz funkcje wątroby i nerek pozostawały stabilne.

Analiza mikrośrodowiska guza oraz śledziony wykazała, że terapia skojarzona indukowała ekspresję granzyme B w komórkach T CD8+ w guzie, co wskazuje na zwiększoną aktywność cytotoksyczną tych komórek. Ponadto, ciprofloxacyna wpływała na polaryzację makrofagów, zwiększając ekspresję makrofagów M1 o właściwościach przeciwnowotworowych. Barwienie immunohistochemiczne potwierdziło zwiększoną ekspresję białka STING w próbkach guza po leczeniu, przy czym najwyższy poziom obserwowano po terapii skojarzonej.

Szczegółowa analiza profili ekspresji komórek immunologicznych wykazała, że w populacjach komórek T, ekspresja CD3, CD4 i CD8 nie uległa zmianie po leczeniu zarówno w guzie, jak i w śledzionie. Ciprofloxacyna zwiększała ekspresję komórek Treg w śledzionie, ale nie w guzie. W śledzionie, monoterapia anty-PD1, ciprofloxaciną oraz terapia skojarzona indukowały ekspresję makrofagów M1, ale nie makrofagów M2. Tylko leczenie ciprofloxaciną indukowało ekspresję makrofagów M1 i M2 w guzach. Leczenie anty-PD1 generowało ekspresję monocytów zapalnych i Ly6C(med) w guzie, jednak w śledzionie zwiększało tylko ekspresję monocytów Ly6C(med). Leczenie anty-PD1 indukowało również ekspresję komórek NK w mikrośrodowisku śledziony.

Badacze sprawdzili również rolę makrofagów M1 w aktywacji szlaku cGAS-STING. Ekspresja mRNA cGAS, STING, IRF3 i IFNβ w komórkach CT26 nie uległa zmianie po współhodowli z mysimi makrofagami M1 izolowanymi ze śledziony w porównaniu z samymi komórkami CT26. Ciprofloxacina indukowała ekspresję mRNA STING i IRF3 w systemie współhodowli. Wstępne traktowanie siRNA STING hamowało ekspresję STING i IFNβ w współhodowanych komórkach CT26 i makrofagach M1, również po leczeniu ciprofloxaciną.

Czy ciprofloxacyna zmienia perspektywy leczenia przy zachowaniu bezpieczeństwa?

Mechanizm działania ciprofloxacyny może być związany z jej zdolnością do hamowania aktywności topoizomerazy II, co prowadzi do pęknięć dwuniciowego DNA i uszkodzeń DNA. Uwolnione DNA mitochondrialne lub jądrowe może działać jako wzorzec molekularny związany z uszkodzeniem (DAMP), rozpoznawany przez cGAS, co prowadzi do aktywacji wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Podobne efekty zaobserwowano wcześniej w przypadku innych inhibitorów topoizomerazy II, takich jak teniposid czy doksorubicyna.

Wcześniejsze badania wykazały, że ciprofloxacina hamuje wzrost nowotworów w kilku liniach komórek nowotworowych, w tym komórek raka jelita grubego, potrójnie ujemnego raka piersi, raka pęcherza moczowego i raka prostaty. Ciprofloxacina hamuje syntezę DNA, zakłóca potencjał błony mitochondrialnej, zwiększa ekspresję Bax i kaspaz -3, -8 i -9 oraz wzmacnia apoptozę w komórkach raka jelita grubego szczura i człowieka. Może również indukować zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie S/G2-M oraz ekspresję białek związanych z cyklem komórkowym TP53 i CDKN1 oraz białek proapoptotycznych w nowotworach pęcherza moczowego i prostaty.

Bezpieczeństwo stosowania ciprofloxacyny jest istotną kwestią. Najczęstszymi działaniami niepożądanymi fluorochinolonów, w tym ciprofloxacyny, są zaburzenia żołądkowo-jelitowe. Inne poważne działania niepożądane obejmują tendinopatię, neuropatię obwodową, wydłużenie odstępu QTc, arytmie serca, zaburzenia neuropsychiatryczne, tętniaki aorty i rozwarstwienie aorty. W przeprowadzonym badaniu in vivo ciprofloxacyna nie wykazywała jednak żadnej toksyczności biologicznej, w tym wpływu na masę ciała, funkcję wątroby i nerek czy profile hematologiczne.

Retrospektywne badania kohortowe wykazały, że jednoczesne leczenie antybiotykami i inhibitorami punktów kontrolnych układu immunologicznego wiązało się z wyższą śmiertelnością u pacjentów z rakiem wątrobowokomórkowym. Antybiotyki o szerokim spektrum działania wykazały negatywne wyniki w leczeniu inhibitorami punktów kontrolnych układu immunologicznego u pacjentów z nowotworami w warunkach klinicznych. Wyniki te rzucają światło na to, jak antybiotyki modulują mikrobiotę jelitową i indukują dysbiozę, wpływając na skuteczność immunoterapii.

Wyniki te sugerują, że ciprofloxacina, tani i powszechnie dostępny antybiotyk, może być potencjalnym adiuwantem w immunoterapii raka jelita grubego. Aktywacja szlaku cGAS-STING może zwiększać immunogenność guza i wzmacniać efekt terapeutyczny przeciwciał anty-PD1. Jednakże należy wziąć pod uwagę potencjalny wpływ antybiotyków na mikrobiotę jelitową, która odgrywa istotną rolę w odpowiedzi na immunoterapię.

Podsumowując, badanie to dostarcza dowodów na nowy mechanizm działania ciprofloxacyny w kontekście terapii przeciwnowotworowej i sugeruje potencjalne korzyści z połączenia tego antybiotyku z immunoterapią w leczeniu raka jelita grubego. Ciprofloxacina może aktywować szlak sygnalizacyjny cGAS-STING i wzmacniać terapeutyczne efekty anty-PD1 w raku jelita grubego. Profile komórek immunologicznych w mikrośrodowisku guza zostały również zmodyfikowane przez ciprofloxacinę. Dalsze badania są niezbędne do lepszego zrozumienia specyficznych mechanizmów, poprzez które ciprofloxacyna moduluje odpowiedź na immunoterapię, oraz do opracowania nowych schematów leczenia dla pacjentów.

Podsumowanie

Najnowsze badania nad ciprofloxaciną, antybiotykiem z grupy fluorochinolonów, wykazały jej potencjał w zwiększaniu skuteczności immunoterapii raka jelita grubego. Badania potwierdziły, że ciprofloxacina aktywuje szlak sygnałowy cGAS-STING w komórkach nowotworowych, prowadząc do zwiększonej produkcji interferonu typu I i cytokin prozapalnych. W badaniach in vivo wykazano, że terapia skojarzona ciprofloxaciny z przeciwciałami anty-PD1 skutecznie hamuje wzrost guza, zwiększając aktywność cytotoksyczną komórek T CD8+ oraz wpływając na polaryzację makrofagów. Co istotne, podczas badań nie zaobserwowano znaczących działań niepożądanych, a parametry życiowe pozostawały stabilne. Odkrycie to otwiera nowe możliwości w leczeniu raka jelita grubego, szczególnie w przypadkach zaawansowanych i nawrotowych, gdzie dotychczasowe metody leczenia nie przynosiły zadowalających rezultatów.