Kazan medical journalKazan medical journalКазанский медицинский журнал0368-48142587-9359Eco-Vector62914210.17816/KMJ629142Theoretical and clinical medicineТеоретическая и клиническая медицинаResearch ArticleAssociation of spleen-derived stem-like cells with hematogenous metastasis developmentАссоциация клеток селезёнки со стволовыми признаками с развитием гематогенных метастазовhttps://orcid.org/0000-0003-0909-92063565-7265AndryukhovaElena S.АндрюховаЕлена Сергеевна
Russian Federation

Junior Researcher, Depart. of General and Molecular Pathology, Oncology Research Institute

мл. науч. сотр., отд. общей и молекулярной патологии, Научно-исследовательский институт онкологии

elenasergeevna9607@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2061-84174371-5340TashirevaLyubov A.ТаширеваЛюбовь Алексановна
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Med.), Head of the Laboratory, Laboratory of Molecular Cancer Therapy, Oncology Research Institute

д-р мед. наук, зав. лабораторией, лаб. молекулярной терапии рака, Научно-исследовательский институт онкологии

tashireva@oncology.tomsk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4701-03759206-3037AfanasyevSergey G.АфанасьевСергей Геннадьевич
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Med.), Prof., Head of Depart., Depart. of Abdominal Oncology, Oncology Research Institute

д-р мед. наук, проф., зав. отд., отд. абдоминальной онкологии, Научно-исследовательский институт онкологии

doc1966@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9429-98131229-0323ZavyalovaMarina V.ЗавьяловаМарина Викторовна
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Med.), Prof., Leading Researcher, Depart. of General and Molecular Pathology, Oncology Research Institute; Head of Depart., Depart. Of Pathology

д-р мед. наук, проф., ведущий науч. сотр., отд. общей и молекулярной патологии, Научно-исследовательский институт онкологии; зав. каф., каф. патологической анатомии

zavyalovamv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7633-96206252-5319PerelmuterVladimir M.ПерельмутерВладимир Михайлович
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Med.), Prof., Honored Scientist of the Russian Federation, Chief Researcher, Depart. of General and Molecular Pathology, Oncology Research Institute

д-р мед. наук, проф., заслуженный деятель науки РФ, гл. науч. сотр., отд. общей и молекулярной патологии, Научно-исследовательский институт онкологии

pvmngs@yandex.ruTomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesТомский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукSiberian State Medical UniversityСибирский государственный медицинский университет081020242711202410569069161503202420062024Copyright ©; 2024, Eco-VectorCopyright ©; 2024, Эко-Вектор2024Eco-VectorЭко-Векторhttps://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/629142

BACKGROUND: Spleen status has been associated with survival in patients with carcinoma, potentially mediated by the effects of immunosuppressive hematopoietic cells in the spleen.

AIM: This study aimed to investigate the composition and quantity of hematopoietic stem-like cells in the spleen and their relationship with hematogenous metastases in patients with varying carcinoma types.

MATERIAL AND METHODS: Forty patients with carcinomas of the stomach, gastroesophageal junction, pancreas, splenic flexure of the colon, sigmoid colon, kidney, ovary, and uterus were examined. The subgroup with hematogenous metastases (15 patients) included 7 cases of gastric cancer, 1 of gastroesophageal junction cancer, 4 of colon cancer, 1 of pancreatic cancer, 1 of renal cancer, and 1 of ovarian cancer. The subgroup without hematogenous metastases (13 patients) comprised 6 cases of gastric cancer, 4 of gastroesophageal junction cancer, 1 of colon cancer, 1 of pancreatic cancer, and 1 of uterine cancer. Formalin-fixed, paraffin-embedded spleen tissue sections were analyzed using multiplex tyramide signal amplification, a modified immunohistochemistry technique, with antibodies to CD45, CD34, CD133, TIE2, VEGFR1, CD90, and CD11b. Data are presented as median (Me) and interquartile range (Q1–Q3). Differences between groups were assessed using the Mann–Whitney U test. ROC analysis was employed to evaluate the prognostic significance of the parameters. P < 0.05 indicated significant differences.

RESULTS: Multiparametric analysis of spleen tissue identified 20 phenotypes within the continuum of hematopoietic stem cells and cells with hematopoietic/angiogenic potential, exhibiting phenotypic diversity. Across all carcinoma types, the number of CD45–CD34+CD133–TIE2–VEGFR1– stem-like cells in lymphoid follicles was lower in patients with hematogenous metastases: 43.313 (0.00–85.393) and 110.034 (83.050–197.915), respectively (p = 0.03). The number of stem-like cells with the CD45–CD34+CD133–TIE2–VEGFR1– phenotype was lower in the group of patients with gastric cancer and hematogenous metastases (31.092 [0.000–37.987]) than in the group without hematogenous metastases (119.962 [103.486–258.533]) (p = 0.001). In contrast, the number of hematopoietic progenitor cells with the CD45+CD34–CD133+TIE2–VEGFR1– phenotype identified in the lymphoid follicle was higher (7901.164 [5705.314–8563.807] vs 4670.894 [3328.607–6473.649]) (p = 0.035), as well as the number of CD45+CD34–CD133+TIE2+VEGFR1+ cells detected in the red pulp of the spleen (131.396 [35.701–167.521] vs 21.524 [6.123–30.117]) (p = 0.02).

CONCLUSION: The number of spleen-derived cells with the phenotypes CD45–CD34+CD133–TIE2–VEGFR1–, CD45+CD34–CD133+TIE2–VEGFR1–, and CD45+CD34–CD133+TIE2+VEGFR1+ is associated with hematogenous metastasis.

Актуальность. Состояние селезёнки ассоциировано с выживаемостью при карциномах. Один из механизмов может быть связан с эффектами иммуносупрессивных гемопоэтических клеток, источником которых служит селезёнка.

Цель. Изучить состав и количество гемопоэтических клеток со стволовыми признаками в селезёнке и их ассоциацию с гематогенным метастазированием у пациентов с разными нозологическими формами карцином.

Материал и методы исследования. В исследование были включены 40 пациентов с раком желудка, кардиоэзофагеального перехода, поджелудочной железы, селезёночного угла толстой кишки, сигмовидной кишки, почки, яичника и матки. В подгруппу с гематогенными метастазами (15 пациентов) были включены 7 случаев рака желудка, 1 — кардиоэзофагеального перехода, 4 — толстой кишки, 1 — поджелудочной железы, 1 — почки, 1 — яичника. В подгруппу без гематогенных метастазов (13 пациентов) включены: 6 случаев рака желудка, 4 — кардиоэзофагеального перехода, 1 — толстой кишки, 1 — поджелудочной железы, 1 — матки. Материалом исследования служили фиксированные формалином и залитые парафином срезы ткани селезёнки. Применяли метод мультиплексной тирамидной амплификации сигнала — модифицированной иммуногистохимии срезов ткани, с использованием антител к CD45, CD34, CD133, TIE2, VEGFR1, CD90, CD11b. Исследуемые параметры были описаны как медиана (Ме) и интерквартильный интервал (Q1–Q3). Оценку различий параметров осуществляли при помощи критерия Манна–Уитни. ROC-анализ использовали для оценки прогностической ценности параметров. Различия считали достоверными при уровне значимости р <0,05.

Результаты. Изучение ткани селезёнки с одновременным определением на каждой клетке нескольких маркёров позволило выявить 20 фенотипов, относящихся к представителям континуума стволовых гемопоэтических клеток и континуума стволовых клеток с гемопоэтическими/ангиогенными потенциями, характеризующихся выраженным фенотипическим разнообразием. В общей группе, включающей все исследованные нозологические формы, количество стволовых клеток с фенотипом CD45–CD34+CD133–TIE2–VEGFR1–, обнаруживаемых в лимфоидных фолликулах селезёнки, было меньше в случаях с гематогенными метастазами: соответственно, 43,313 (0,00–85,393) и 110,034 (83,050–197,915) (p=0,03). В группе больных раком желудка с гематогенными метастазами обнаружено меньшее количество стволовых клеток с фенотипом CD45–CD34+CD133–TIE2–VEGFR1– [31,092 (0,000–37,987)] по сравнению группой без гематогенных метастазов [119,962 (103,486–258,533)] (p=0,001), большее число стволовых клеток-предшественников с фенотипом CD45+CD34–CD133+TIE2–VEGFR1–, определённых в лимфоидном фолликуле [7901,164 (5705,314–8563,807) против 4670,894 (3328,607–6473,649)] (p=0,035), а также большее количество клеток с фенотипом CD45+CD34–CD133+TIE2+VEGFR1+, выявленных в красной пульпе селезёнки [131,396 (35,701–167,521) против 21,524 (6,123–30,117)] (p=0,02).

Вывод. Количество клеток селезёнки с фенотипами CD45–CD34+CD133–TIE2–VEGFR1–, CD45+CD34–CD133+TIE2–VEGFR1– и CD45+CD34–CD133+TIE2+VEGFR1+ ассоциировано с гематогенным метастазированием.

spleencarcinomashematogenous metastasishematopoietic stem cellsселезёнкакарциномыгематогенное метастазированиеклетки-предшественники гемопоэзаRussian Foundation for Basic ResearchРоссийский научный фонд23-15-00135Wu C, Ning H, Liu M, Lin J, Luo S, Zhu W, Xu J, Wu WC, Liang J, Shao CK, Ren J, Wei B, Cui J, Chen MS, Zheng L. Spleen mediates a distinct hematopoietic progenitor response supporting tumor-promoting myelopoiesis. J Clin Invest. 2018;128(8):3425–3438. doi: 10.1172/JCI97973Wu C., Ning H., Liu M., et al. Spleen mediates a distinct hematopoietic progenitor response supporting tumor-promoting myelopoiesis // J Clin Invest. 2018. Vol. 128, N. 8. P. 3425–3438. doi: 10.1172/JCI97973Steenbrugge J, De Jaeghere EA, Meyer E, Denys H, De Wever O. Splenic hematopoietic and stromal cells in cancer progression. Cancer Res. 2021;81(1):27–34. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-20-2339Steenbrugge J., De Jaeghere E.A., Meyer E., et al. Splenic hematopoietic and stromal cells in cancer progression // Cancer Res. 2021. Vol. 81, N. 1. P. 27–34. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-20-2339Han Y, Liu Q, Hou J, Gu Y, Zhang Y, Chen Z, Fan J, Zhou W, Qiu S, Zhang Y, Dong T, Li N, Jiang Z, Zhu H, Zhang Q, Ma Y, Zhang L, Wang Q, Yu Y, Li N, Cao X. Tumor-induced generation of splenic erythroblast-like ter-cells promotes tumor progression. Cell. 2018;173(3):634–648.e12. doi: 10.1016/j.cell.2018.02.061Han Y., Liu Q., Hou J., et al. Tumor-induced generation of splenic erythroblast-like ter-cells promotes tumor progression // Cell. 2018. Vol. 173, N. 3. P. 634–648.e12. doi: 10.1016/j.cell.2018.02.061Cheng H, Zheng Z, Cheng T. New paradigms on hematopoietic stem cell differentiation. Protein Cell. 2020;11(1):34–44. doi: 10.1007/s13238-019-0633-0Cheng H., Zheng Z., Cheng T. New paradigms on hematopoietic stem cell differentiation // Protein Cell. 2020. Vol. 11, N. 1. P. 34–44. doi: 10.1007/s13238-019-0633-0Velten L, Haas SF, Raffel S, Blaszkiewicz S, Islam S, Hennig BP, Hirche C, Lutz C, Buss EC, Nowak D, Boch T, Hofmann WK, Ho AD, Huber W, Trumpp A, Essers MA, Steinmetz LM. Human haematopoietic stem cell lineage commitment is a continuous process. Nat Cell Biol. 2017;19(4):271–281. doi: 10.1038/ncb3493Velten L., Haas S.F., Raffel S., et al. Human haematopoietic stem cell lineage commitment is a continuous process // Nat Cell Biol. 2017. Vol. 19, N. 4. P. 271–281. doi: 10.1038/ncb3493Karamitros D, Stoilova B, Aboukhalil Z, Hamey F, Reinisch A, Samitsch M, Quek L, Otto G, Repapi E, Doondeea J, Usukhbayar B, Calvo J, Taylor S, Goardon N, Six E, Pflumio F, Porcher C, Majeti R, Göttgens B, Vyas P. Single-cell analysis reveals the continuum of human lympho-myeloid progenitor cells. Nat Immunol. 2018;19(1):85–97. doi: 10.1038/s41590-017-0001-2Karamitros D., Stoilova B., Aboukhalil Z., et al. Single-cell analysis reveals the continuum of human lympho-myeloid progenitor cells // Nat Immunol. 2018. Vol. 19, N. 1. P. 85–97. doi: 10.1038/s41590-017-0001-2O'Neill HC, Lim HK. Skeletal stem/progenitor cells provide the niche for extramedullary hematopoiesis in spleen. Front Physiol. 2023;14:1148414. doi: 10.3389/fphys.2023.1148414O'Neill H.C., Lim H.K. Skeletal stem/progenitor cells provide the niche for extramedullary hematopoiesis in spleen // Front Physiol. 2023. Vol. 14. P. 1148414. doi: 10.3389/fphys.2023.1148414Zhao L, He R, Long H, Guo B, Jia Q, Qin D, Liu SQ, Wang Z, Xiang T, Zhang J, Tan Y, Huang J, Chen J, Wang F, Xiao M, Gao J, Yang X, Zeng H, Wang X, Hu C, Alexander PB, Symonds ALJ, Yu J, Wan Y, Li QJ, Ye L, Zhu B. Late-stage tumors induce anemia and immunosuppressive extramedullary erythroid progenitor cells. Nat Med. 2018;24(10):1536–1544. doi: 10.1038/s41591-018-0205-5Zhao L., He R., Long H., et al. Late-stage tumors induce anemia and immunosuppressive extramedullary erythroid progenitor cells // Nat Med. 2018. Vol. 24, N. 10. P. 1536–1544. doi: 10.1038/s41591-018-0205-5Rix B, Maduro AH, Bridge KS, Grey W. Markers for human haematopoietic stem cells: The disconnect between an identification marker and its function. Front Physiol. 2022;13:1009160. doi: 10.3389/fphys.2022.1009160Rix B., Maduro A.H., Bridge K.S., Grey W. Markers for human haematopoietic stem cells: The disconnect between an identification marker and its function // Front Physiol. 2022. Vol. 13. P. 1009160. doi: 10.3389/fphys.2022.1009160Bauer N, Fonseca AV, Florek M, Freund D, Jászai J, Bornhäuser M, Fargeas CA, Corbeil D. New insights into the cell biology of hematopoietic progenitors by studying prominin-1 (CD133). Cells Tissues Organs. 2008;188(1–2):127–138. doi: 10.1159/000112847Bauer N., Fonseca A.V., Florek M., et al. New insights into the cell biology of hematopoietic progenitors by studying prominin-1 (CD133) // Cells Tissues Organs. 2008. Vol. 188, N. 1–2. P. 127–138. doi: 10.1159/000112847Kumar A, Bhanja A, Bhattacharyya J, Jaganathan BG. Multiple roles of CD90 in cancer. Tumour Biol. 2016;37(9):11611–11622. doi: 10.1007/s13277-016-5112-0Kumar A., Bhanja A., Bhattacharyya J., Jaganathan B.G. Multiple roles of CD90 in cancer // Tumour Biol. 2016. Vol. 37, N. 9. P. 11611–11622. doi: 10.1007/s13277-016-5112-0Majeti R, Park CY, Weissman IL. Identification of a hierarchy of multipotent hematopoietic progenitors in human cord blood. Cell Stem Cell. 2007;1(6):635–645. doi: 10.1016/j.stem.2007.10.001Majeti R., Park C.Y., Weissman I.L. Identification of a hierarchy of multipotent hematopoietic progenitors in human cord blood // Cell Stem Cell. 2007. Vol. 1, N. 6. P. 635–645. doi: 10.1016/j.stem.2007.10.001Tang Y, Harrington A, Yang X, Friesel RE, Liaw L. The contribution of the Tie2+ lineage to primitive and definitive hematopoietic cells. Genesis. 2010;48(9):563–567. doi: 10.1002/dvg.20654Tang Y., Harrington A., Yang X., et al. The contribution of the Tie2+ lineage to primitive and definitive hematopoietic cells // Genesis. 2010. Vol. 48, N. 9. P. 563–567. doi: 10.1002/dvg.20654Gerber HP, Malik AK, Solar GP, Sherman D, Liang XH, Meng G, Hong K, Marsters JC, Ferrara N. VEGF regulates haematopoietic stem cell survival by an internal autocrine loop mechanism. Nature. 2002;417(6892):954–958. doi: 10.1038/nature00821Gerber H.P., Malik A.K., Solar G.P., et al. VEGF regulates haematopoietic stem cell survival by an internal autocrine loop mechanism // Nature. 2002. Vol. 417, N. 6892. P. 954–958. doi: 10.1038/nature00821Cogle CR, Wainman DA, Jorgensen ML, Guthrie SM, Mames RN, Scott EW. Adult human hematopoietic cells provide functional hemangioblast activity. Blood. 2004;103(1):133–135. doi: 10.1182/blood-2003-06-2101Cogle C.R., Wainman D.A., Jorgensen M.L., et al. Adult human hematopoietic cells provide functional hemangioblast activity // Blood. 2004. Vol. 103, N. 1. P. 133–135. doi: 10.1182/blood-2003-06-2101Han C, Jin J, Xu S, Liu H, Li N, Cao X. Integrin CD11b negatively regulates TLR-triggered inflammatory responses by activating Syk and promoting degradation of MyD88 and TRIF via Cbl-b. Nat Immunol. 2010;11(8):734–542. doi: 10.1038ni.1908Han C., Jin J., Xu S., et al. Integrin CD11b negatively regulates TLR-triggered inflammatory responses by activating Syk and promoting degradation of MyD88 and TRIF via Cbl-b // Nat Immunol. 2010. Vol. 11, N. 8. P. 734–742. doi: 10.1038ni.1908O’Neill HC. Niches for extramedullary hematopoiesis in the spleen. Niche. 2012;1:12–16. doi: 10.5152/niche.2012.03O’Neill H.C. Niches for extramedullary hematopoiesis in the spleen // Niche. 2012. Vol. 1. P. 12–16. doi: 10.5152/niche.2012.03Tan JK, O'Neill HC. Investigation of murine spleen as a niche for hematopoiesis. Transplantation. 2010;89(2):140–145. doi: 10.1097/TP.0b013e3181c42f70Tan J.K., O'Neill H.C. Investigation of murine spleen as a niche for hematopoiesis // Transplantation. 2010. Vol. 89, N. 2. P. 140–145. doi: 10.1097/TP.0b013e3181c42f70Coppin E, Florentin J, Vasamsetti SB, Arunkumar A, Sembrat J, Rojas M, Dutta P. Splenic hematopoietic stem cells display a pre-activated phenotype. Immunol Cell Biol. 2018;10.1111/imcb.12035. doi: 10.1111/imcb.12035Coppin E., Florentin J., Vasamsetti S.B., et al. Splenic hematopoietic stem cells display a pre-activated phenotype // Immunol Cell Biol. 2018. Р. 10.1111/imcb.12035. doi: 10.1111/imcb.12035Zhao X, Qian D, Wu N, Yin Y, Chen J, Cui B, Huang L. The spleen recruits endothelial progenitor cell via SDF-1/CXCR4 axis in mice. J Recept Signal Transduct Res. 2010;30(4):246–254. doi: 10.3109/10799893.2010.488241Zhao X., Qian D., Wu N., et al. The spleen recruits endothelial progenitor cell via SDF-1/CXCR4 axis in mice // J Recept Signal Transduct Res. 2010. Vol. 30, N. 4. P. 246–254. doi: 10.3109/10799893.2010.488241Zavyalova MV, Denisov EV, Tashireva LA, Savelieva OE, Kaigorodova EV, Krakhmal NV, Perelmuter VM. Intravasation of tumor cells is the most important link in metastasis. Biokhimiya. 2019;84(7):762–772. (In Russ.) doi: 10.1134/S0320972519070078Завьялова М.В., Денисов Е.В., Таширева Л.А., и др. Интравазация опухолевых клеток — важнейшее звено метастазирования // Биохимия. 2019. Т. 84, № 11. С. 972–984. doi: 10.1134/S0320972519070078Crane GM, Jeffery E, Morrison SJ. Adult haematopoietic stem cell niches. Nat Rev Immunol. 2017;17(9):573–590. doi: 10.1038/nri.2017.53Crane G.M., Jeffery E., Morrison S.J. Adult haematopoietic stem cell niches // Nat Rev Immunol. 2017. Vol. 17, N. 9. P. 573–590. doi: 10.1038/nri.2017.53Comazzetto S, Shen B, Morrison SJ. Niches that regulate stem cells and hematopoiesis in adult bone marrow. Dev Cell. 2021;56(13):1848–1860. doi: 10.1016/j.devcel.2021.05.018Comazzetto S., Shen B., Morrison S.J. Niches that regulate stem cells and hematopoiesis in adult bone marrow // Dev Cell. 2021. Vol. 56, N. 13. P. 1848–1860. doi: 10.1016/j.devcel.2021.05.018Sánchez-Lanzas R, Kalampalika F, Ganuza M. Diversity in the bone marrow niche: Classic and novel strategies to uncover niche composition. Br J Haematol. 2022;199(5):647–664. doi: 10.1111/bjh.18355Sánchez-Lanzas R., Kalampalika F., Ganuza M. Diversity in the bone marrow niche: Classic and novel strategies to uncover niche composition // Br J Haematol. 2022. Vol. 199, N. 5. P. 647–664. doi: 10.1111/bjh.18355