Abstract

Hepatic irradiation for the treatment of hepatobiliary malignancies often indirectly damages liver tissue and promotes the development of liver fibrosis. However, little is known concerning the effects of hepatic irradiation on the liver immune system, including natural killer (NK) cells. The aim of this study was therefore to investigate how hepatic irradiation influences the functions and characteristics of liver resident NK cells. An established murine hepatic irradiation model was used to examine the specific effects of hepatic irradiation on immune cell populations and metastasis. This analysis demonstrated that hepatic irradiation decreased the number of liver resident NK cells (DX5–TRAIL+), but did not affect the total NK number or proportions of NK cells in the liver or spleen. This effect was correlated with the hepatic irradiation dose. Surprisingly, the liver resident NK population had not recovered by two months after hepatic irradiation. We also found that hepatic irradiation limited the cytotoxic effects of liver-derived lymphocytes against a mouse hepatoma cell line and promoted hepatic metastases in an in vivo model, although adoptive transfer of activated NK cells could alleviate metastatic growth. Finally, we demonstrated that hepatic irradiation disrupted the development of liver-resident NK cells, even after the adoptive transfer of precursor cells from the bone marrow, liver, and spleen, suggesting that irradiation had altered the developmental environment of the liver. In summary, our data demonstrated that hepatic irradiation abolished the DX5–TRAIL+ liver-resident NK cell population and dampened antitumor activities in the liver for at least two months. Additionally, hepatic irradiation prevented differentiation of precursor cells into liver-resident NK cells.

Highlights

  • 肝臓癌治療の基本は肝切除であるが、放射線照射機器の進歩により肝悪性腫瘍に対する放射線 治療が増加している。肝放射線照射は、サイトカインを産生し肝線維化等を引き起こす。肝内免 疫に関しては、NKT 細胞や制御性 T 細胞が比較的放射線に耐性と報告されているが、肝放射線 照射が自然免疫系の NK 細胞に与える影響は不明である。肝臓内には、全身を循環する従来の NK 細胞と機能的に異なる肝内在性 NK 細胞が存在する。肝内在性 NK 細胞は、細胞傷害性分 子である TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)を強く発現し、強力な抗腫瘍活性を 持つ。近年、肝内在性 NK 細胞が骨髄由来ではなく肝臓内前駆細胞より分化している可能性が 報告された。つまり、肝放射線照射により TRAIL 陽性肝内在性 NK 細胞の分化が抑制され、肝 内の抗腫瘍免疫が低下すると仮説を立てた。本研究の目的は、肝放射線照射が肝内在性 NK 細 胞の機能及び分化に与える影響を検討することである。.

  • Hepatic irradiation persistently eliminates liver resident NK cells (肝放射線照射による肝内在性ナチュラルキラー細胞 の持続的消失) PLoS One, 13(6): e0198904, 2018.

  • マウス(C57BL/6)を使用し、開腹下にタングステンで肝臓以外を遮蔽し肝放射線照射モデルを 作成した。肝放射線照射を 5Gy、10Gy、20Gy の照射群に分け、2、4、6、8 週後に肝臓内及び 脾臓内のリンパ球分画と NK 細胞表面抗原をフローサイトメトリーで解析した。各群において、 肝臓内及び脾臓内リンパ球中の NK 細胞、T 細胞、NK1+-like T 細胞の割合に有意な変化は認め なかった。一方で肝内在性 NK 細胞(DX5- TRAIL+)の割合は、10Gy、20Gy 照射群において、 非放射線照射群と比較し、放射線照射 2 週後より有意な低下を認め、8 週後にも回復しなかった。 この間、より未熟な NK 細胞(DX5- TRAIL-)の割合が肝内で増加していた。以上より、10Gy、 20Gy 照射群で肝内在性 NK 細胞の低下に伴う肝内免疫機能低下が予想された。

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Summary

Introduction

肝臓癌治療の基本は肝切除であるが、放射線照射機器の進歩により肝悪性腫瘍に対する放射線 治療が増加している。肝放射線照射は、サイトカインを産生し肝線維化等を引き起こす。肝内免 疫に関しては、NKT 細胞や制御性 T 細胞が比較的放射線に耐性と報告されているが、肝放射線 照射が自然免疫系の NK 細胞に与える影響は不明である。肝臓内には、全身を循環する従来の NK 細胞と機能的に異なる肝内在性 NK 細胞が存在する。肝内在性 NK 細胞は、細胞傷害性分 子である TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)を強く発現し、強力な抗腫瘍活性を 持つ。近年、肝内在性 NK 細胞が骨髄由来ではなく肝臓内前駆細胞より分化している可能性が 報告された。つまり、肝放射線照射により TRAIL 陽性肝内在性 NK 細胞の分化が抑制され、肝 内の抗腫瘍免疫が低下すると仮説を立てた。本研究の目的は、肝放射線照射が肝内在性 NK 細 胞の機能及び分化に与える影響を検討することである。.

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