Targeting lactate transport for tumor immunotherapy

Abstract

O interesse no estudo do metabolismo das células tumorais tem vindo a aumentar devido a diversas evidências que demonstram que alterações no seu metabolismo celular dão origem a um microambiente tumoral acídico, através da libertação de lactato e protões pelos Transportadores de Monocarboxilato (MCTs), comprometendo a função das células imunes e assim potenciando o crescimento tumoral. Os MCTs são transportadores bidirecionais que medeiam o importe ou exporte de lactato dos vários tipos celulares presentes no microambiente tumoral. De facto, já foi demonstrado que o lactato pode modular a função dos macrófagos associados ao tumor (TAMs), um dos principais componentes celulares do microambiente tumoral, para um perfil anti-inflamatório. Assim sendo, neste estudo pretendemos investigar de que modo a inibição dos MCTs nas células tumorais ou nos TAMs leva a uma perturbação da relação metabólica existente entre estas populações, e consequentemente a uma redução do perfil imunossupressor dos TAMs. Neste trabalho, estudos de co-localização sugerem a existência de uma relação metabólica entre os TAMs e as células tumorais ao demonstrarem, em tumores subcutâneos de murganhos, a co-expressão de CD68, uma proteína expressa nos macrófagos, com a expressão do MCT2, uma isoforma responsável pelo importe de lactato, enquanto que a expressão do MCT4, isoforma responsável pelo exporte do lactato, foi detetada nas células tumorais. Posteriormente, inibimos o exporte de lactato nas células tumorais com o knockout (KO) do MCT1 e do MCT4. Verificamos que o KO do MCT1 aumentou a atividade glicolítica das células em concentrações baixas de glucose, mas não diminuiu a capacidade das células de exportarem lactato, assim como o KO do MCT4 não teve efeito na diminuição do exporte de lactato pelas células tumorais. Porém, em combinação com a inibição farmacológica do MCT1/2, levou a uma diminuição do exporte de lactato e da viabilidade celular. Apesar disso, o KO do MCT1 ou do MCT4 por si só não foi suficiente para modular o fenótipo dos macrófagos para um perfil pró-inflamatório. Curiosamente, quando inibimos a expressão do MCT2 nos macrófagos verificamos a diminuição da expressão de genes anti-inflamatórios e o aumento da expressão de genes pró-inflamatórios, indicando um papel crucial do MCT2 na relação metabólica entre células tumorais e macrófagos.

Cancer cell metabolism has increasingly gained attention in the cancer research community, as studies demonstrated that metabolic reprogramming of cancer cells gives rise to an acidic microenvironment by the release of lactate and protons. The transport of lactate is done by the Monocarboxylate Transporters (MCTs) and this acidic microenvironment compromises the function of immune cells, helping tumor growth. Indeed, recent evidence have shown that lactate modulates tumor associated macrophages (TAMs), a critical component of the tumor microenvironment (TME), towards an anti-inflammatory phenotype. MCTs are bidirectional transporters that play an important role in mediating the transport of lactate into and out of the different cell types of the tumor microenvironment. Therefore, we hypothesized that disrupting MCTs in cancer cells or in TAMs will interrupt this metabolic crosstalk and consequently control the immunosuppressive phenotype of TAMs. In this work, we demonstrated, in a murine Lewis lung carcinoma model, that expression of CD68, a glycoprotein expressed in macrophages, co-localized with the expression of MCT2, a known lactate importer, while MCT4, an isoform responsible for the export of lactate, was expressed in cancer cells, suggesting a metabolic crosstalk between TAMs and cancer cells. Therefore, we decided to disrupt lactate release from cancer cells by knocking out MCT1 and MCT4. MCT1 knockout (KO) increased the glycolytic activity of cells in low glucose conditions but was not able to decrease the export of lactate. MCT4 KO had no effect on decreasing lactate export, however, combination with pharmacological inhibition of MCT1/2 resulted in impaired lactate production and cell viability. Unfortunately, single MCT1 or MCT4 KO in cancer cells was not able to polarize macrophages towards a pro-inflammatory phenotype. On the other hand, MCT2 inhibition in macrophages resulted in a decrease in the expression of anti-inflammatory genes and an increase in the expression of pro-inflammatory genes, suggesting a crucial role of MCT2 in the metabolic crosstalk between cancer cells and macrophages.