Aspectos fisiopatológicos da inflamação crônica na infecção por Ascaris suum e o impacto na progressão do carcinoma de mama murino 4T1

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tese de doutorado

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Pathophysiological aspects of chronic inflammation in Ascaris suum infection and the impact on the progression of 4T1 murine breast carcinoma

Primeiro orientador

Membros da banca

Kenneth John Gollob
Soraya Gaze Jangola
Flávio Almeida Amaral
Vanessa Pinho da Silva

Resumo

Infecções por alguns helmintos estão entre os fatores de risco para alguns cânceres. Esses agentes além de estarem em constante contato com a sociedade, devido às condições socioeconômicas e ambientais, modulam a resposta imune e podem enriquecer o microambiente tumoral. Ascaris spp. por exemplo, é o helminto mais prevalente no mundo, mas pouco se sabe sobre os efeitos da inflamação causada a longo prazo por esse parasito e o impacto na progressão de alguns cânceres. Neste trabalho, investigamos a relação entre a infecção por A. suum e o impacto na progressão do carcinoma de mama (o mais prevalente globalmente), no modelo 4T1 em camundongos BALB/c, incluindo respectivas metástases no fígado e pulmão. Foram padronizados experimentos para validação de genes referência para análises de qPCR no modelo de infecção e no de carcinoma de mama 4T1. Além disso também padronizamos a utilização de metodologias auxiliares, como a utilização de radioisótopos para acompanhamento de metástases, para serem utilizadas neste trabalho e por outros que envolvam o modelo. Também caracterizamos os danos e o perfil de resposta imune presentes nos animais infectados até 100 dias após a infecção (dpi) ao parasito com diferentes doses e frequências de exposição para tentar mimetizar o cenário de infecção real. Para isso, técnicas de biologia molecular, ensaios de atividade celular, análises histopatológicas foram incorporadas a este trabalho após padronizações realizadas. Nossos principais resultados destacam que mesmo na ausência de larvas, aos 100dpi por A. suum é possível visualizar danos persistentes ao pulmão e fígado juntamente com o predomínio de citocinas inflamatórias, especialmente IFN-γ, TNF, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13 e TGF-β. Doses elevadas de infecção causaram danos mais intensos, mas com reparo mais rápido, enquanto doses menores, que melhor mimetizam o cenário de infecção natural, apesar de danos menores levaram a mecanismos de reparo mais lentos como aumento na expressão de TGF-β. Além disso, observamos que mesmo nesse tempo, os animais apresentam quadros de doença pulmonar crônica, similar a Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) e doença hepática sugestiva de doença colestática. Em ambos tecidos também houve a persistência de extensas áreas de fibrose. Esses achados contribuíram com o nosso entendimento da possível relação entre o favorecimento do microambiente tumoral para metástases do câncer de mama. Dessa forma, descrevemos os impactos relacionados à inflamação causada pelo parasito em diferentes doses de infecção em modelo murino. Enquanto a maior dose de infecção contribuiu com a melhor prognóstico dos animais, evidenciada pela redução na contagem de focos metastáticos no pulmão e melhora nos aspectos relacionados ao dano tecidual, as doses de 250 ovos, demonstraram ser um importante fator de risco para a progressão do câncer e agravamento das metástases, inclusive resultando em morte precoce dos animais. Acreditamos que esse cenário tenha sido resultado do perfil de resposta distinto que cada dose resultou. Enquanto a maior dose intensificou maior infiltrado de células, especialmente de eosinófilos, cuja ausência em modelos deficientes acelerou a mortalidade (estudo piloto conduzido em animais GATA-1-/-), na menor dose houve menor expressão de citocinas inflamatórias, provavelmente devido ao aumento na expressão de TGF-β bem acima de todos os grupos e, assim, favorecendo o escape tumoral do sistema imune e, assim, favorecendo a progressão do câncer com piora do prognóstico. Nossos achados destacam a importância da avaliação do perfil de citocinas e do recrutamento celular na resposta imune e sugerem que a infecção por A. suum pode exercer efeitos dose-dependentes cruciais na evolução tumoral. Além disso, reforçam a necessidade de estratégias de controle para a ascaridose, considerando sua relevância para a saúde pública, não só devido a associação com câncer, mas, assim como evidenciamos, sob risco de surgimento de outras doenças como DPOC, Doença Colestática e fibrose persistente tanto no fígado quanto no pulmão. Acreditamos que este trabalho possa abrir caminhos para exploração em outros modelos de câncer além do câncer de mama. Ele também destaca o potencial para investigar a relação entre outras parasitoses e o desenvolvimento de outros tipos de câncer, ampliando o entendimento sobre o papel desses agentes na oncogênese e no seu prognóstico.

Abstract

Infections by some helminths are among the risk factors for some cancers. Besides them being in constant contact with society due to socioeconomic and environmental conditions, these agents modulate the immune response and can enrich the tumor microenvironment. Ascaris spp., for example, is the most prevalent helminth in the world, but little is known about the effects of long term inflammation caused by this parasite and its impact on the progression of some cancers. In this study, we investigated the relationship between infection by A. suum and the impact on the progression of breast carcinoma (the most prevalent globally) in the 4T1 model in BALB/c mice, including respective metastases in the liver and lung. Experiments were standardized to validate reference genes for qPCR analyses in the infection model and in the 4T1 breast carcinoma model. In addition, we also standardized the use of auxiliary methodologies, such as the use of radioisotopes to monitor metastases, to be used in this study and in others involving the model. We also characterized the damage and the immune response profile present in animals infected up to 100 days post infection (dpi) with the parasite with different doses and frequencies of exposure to try to mimic the real infection scenario. For this, molecular biology techniques, cellular activity assays, and histopathological analyses were incorporated into this study after standardizations were performed. Our main results highlight that even in the absence of larvae, at 100 dpi by A. suum it is possible to visualize persistent damage to the lung and liver together with the predominance of inflammatory cytokines, especially IFN-γ, TNF, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13, and TGF-β. High doses of infection caused more intense damage, but with faster repair, while lower doses, which better mimic the natural infection scenario, despite less damage led to slower repair mechanisms such as increased TGF-β expression. In addition, we observed that even at this time, the animals presented chronic lung disease, similar to Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) and liver disease suggestive of cholestatic disease. In both tissues, there was also the persistence of extensive areas of fibrosis. These findings contributed to our understanding of the possible relationship between the favoring of the tumor microenvironment for breast cancer metastases. Thus, we describe the impacts related to inflammation caused by the parasite at different doses of infection in a murine model. While the highest dose of infection contributed to a better prognosis for the animals, evidenced by the reduction in the number of metastatic foci in the lung and improvement in aspects related to tissue damage, the doses of 250 eggs proved to be an important risk factor for cancer progression and worsening of metastases, even resulting in early death of the animals. We believe that this scenario was the result of the distinct response profile that each dose resulted in. While the highest dose intensified a greater infiltration of cells, especially eosinophils, whose absence in deficient models accelerated mortality (pilot study conducted in GATA-1-/- animals), at the lowest dose there was a lower expression of inflammatory cytokines, probably due to the increase in TGF-β expression well above all groups and, thus, favoring tumor escape from the immune system and, thus, favoring cancer progression with worsening prognosis. Our findings highlight the importance of assessing the cytokine profile and cellular recruitment in the immune response and suggest that A. suum infection may exert crucial dose-dependent effects on tumor progression. Furthermore, they reinforce the need for control strategies for ascariasis, considering its relevance to public health, not only due to its association with cancer, but, as we have shown, due to the risk of developing other diseases such as COPD, Cholestatic Disease and persistent fibrosis in both the liver and lung. We believe that this work may open avenues for exploration in other cancer models besides breast cancer. It also highlights the potential to investigate the relationship between other parasitic diseases and the development of other types of cancer, expanding the understanding of the role of these agents in oncogenesis and prognosis.

Assunto

Parasitologia, Ascaridíase, Neoplasias da Mama, Fatores de Risco, Inflamação

Palavras-chave

Ascaridose larval, câncer de mama, 4T1, fator de risco, inflamação crônica

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