Microbiota regulation of cancer immune surveillance

Abstract

O cancro representa um dos principais problemas de saúde a nível mundial, prevendo-se um aumento da sua incidência nos próximos anos. Embora o desenvolvimento de novas terapias tenha reduzido a mortalidade, é crucial determinar novos alvos terapêuticos para tratar os pacientes que não respondem aos tratamentos existentes. Assim, torna-se indispensável definir os principais intervenientes envolvidos na carcinogénese de modo a revelar novas vias de intervenção e biomarcadores. O microbiota emergiu recentemente como um regulador chave quer da carcinogénese quer da vigilância imunitária. Nesta Tese de Doutoramento exploramos o impacto de alterações dietéticas, nomeadamente a suplementação dietética com zinco, na progressão tumoral. Os nossos dados mostraram que ratinhos que receberam dieta suplementada com zinco apresentaram maior crescimento tumoral quando comparados com o grupo controlo, sujeito a uma dieta standard. Adicionalmente, ratinhos submetidos a um tratamento com antibióticos, previamente à exposição à dieta suplementada com zinco, não apresentaram alterações no crescimento tumoral em comparação com o grupo controlo, revelando o papel crucial do microbiota neste modelo. Mais ainda, verificamos alterações na resposta imunitária nos animais que receberam a dieta suplementada com zinco que se caracterizou pelo aumento da acumulação de linfócitos T FoxP3+ nos nódulos linfáticos mesentéricos, bem como acumulação intra tumoral de células Gr1+ . Importa ressalvar que as células Gr1+ têm um papel crítico na promoção do crescimento dos tumores, uma vez que a sua depleção o reverteu. Mostramos ainda que o aumento dos níveis de interleucina (IL)-10 reduziu o crescimento excessivo dos tumores nos ratinhos que receberam a dieta suplementada com zinco. Uma vez que os níveis aumentados de IL-10 foram acompanhados pelo aumento da produção de imunoglobulina (Ig) A no intestino destes ratinhos, hipotetizamos que a IL-10 neutraliza a atividade oncogénica do microbiota através da promoção de produção de IgA. Por fim, exploramos a avaliação dos linfócitos intra-tumorais como biomarcador de prognóstico em amostras humanas de cancro colo-retal (CCR). Embora não tenhamos encontrado nenhuma associação entre a infiltração intra-tumoral de linfócitos com os parâmetros clínico-patológicos, a presença destes linfócitos nas margens invasivas do tumor, particularmente de linfócitos FoxP3+ , associou-se com marcadores de bom prognóstico. No entanto, não encontramos alterações na sobrevida dos indivíduos analisados. Em suma, os nossos resultados mostraram um papel pro-tumoral da suplementação dietética com zinco mediado pelo microbiota, bem como um papel anti-tumoral da via IL-10-IgA. Mais ainda, mostramos que a localização e o tipo de linfócitos presentes nos tumores estão associados à patogénese do CCR.

Cancer represents a major health problem worldwide, and its incidence is predicted to increase in the following years. Although the development of new therapies has decreased the number of deaths, novel therapeutic targets are required to treat patients that do not respond to current treatments. It is critical to define the key players involved in carcinogenesis, as this will unveil new pathways to be intervened and will help establish new prognostic biomarkers. In this regard, the microbiota has recently emerged as a key regulator of carcinogenesis and cancer immune surveillance. Therefore, in this Doctoral Thesis we explored the impact of dietary alterations, namely dietary zinc supplementation, in tumor progression, since diet is an important modulator of microbiota. We found that tumor-bearing mice under short-term dietary zinc supplementation had increased tumor growth when compared to mice maintained with regular chow. Interestingly, we disclosed a crucial role for microbiota, as antibiotic treated mice under dietary zinc supplementation did not display tumor overgrowth. Our data further revealed alterations in the immune response, that were characterized by increased accumulations of FoxP3+ T lymphocytes in mesenteric lymph nodes and intratumor Gr1+ cells in mice under dietary zinc supplementation. Importantly, Gr1+ cells were critical for tumor promotion, as their depletion reverted tumor overgrowth. In addition, we showed that increased levels of interleukin (IL)-10 reduced tumor overgrowth in mice under short-term dietary zinc supplementation. Given that IL-10 overexpression accompanied by increased production of immunoglobulin (Ig)A in the gut of mice under dietary zinc supplementation, we hypothesize that IL-10 counteracts the oncogenic activity of microbiota through the induction of IgA production. With these compelling evidence on the role of tumor infiltrating immune cells, we sought to explore the prognostic potential of tumor-infiltrating lymphocytes in human colorectal cancer. While we did not find any correlation between intratumor lymphocyte infiltrations with clinicopathological parameters, we found that the presence of lymphocytes in tumor invasive margins, particularly FoxP3+ lymphocytes, was associated with markers of good prognosis. However, we did not find alterations in the overall survival of these patients. Taken together, our data unravel a novel oncogenic potential for dietary zinc supplementation mediated via microbiota as well as a critical antitumorigenic role of the IL-10-IgA pathway. Additionally, our data showed that the location and type of tumor-infiltrating lymphocytes are associated with the pathogenesis of colorectal cancer.