Meta-tyrosine: A powerful anti-metastatic factor with undetectable toxic-side effects

Concomitant tumor resistance (CR) is a phenomenon in which a tumor-bearing host is resistant to the growth of secondary tumor implants and metastasis. While former studies have indicated that T-cell dependent processes mediate CR in hosts bearing immunogenic small tumors, the most universal manifestation of CR induced by immunogenic and non-immunogenic large tumors had been associated with an antitumor serum factor that remained an enigma for many years. In a recent paper, we identified that elusive factor(s) as an equi-molar mixture of meta-tyrosine and ortho-tyrosine, two isomers of tyrosine that are not present in normal proteins and that proved to be responsible for 90% and 10%, respectively, of the total serum anti-tumor activity. In this work, we have extended our previous findings demonstrating that a periodic intravenous administration of meta-tyrosine induced a dramatic reduction of lung and hepatic metastases generated in mice bearing two different metastatic murine tumors and decreased the rate of death from 100% up to 25% in tumor-excised mice that already exhibited established metastases at the time of surgery. These anti-metastatic effects were achieved even at very low concentrations and without displaying any detectable toxic-side effects, suggesting that the use of meta-tyrosine may help to develop new and less harmful means of managing malignant diseases, especially those aimed to control the growth of metastases that is the most serious problem in cancer pathology.

La resistencia concomitante antitumoral (RC) es el fenómeno según el cual un individuo portador de tumor inhibe el crecimiento de implantes tumorales secundarios y metástasis. Si bien desde hace tiempo se sabe que la RC inducida por tumores inmunogénicos de pequeño tamaño es generada por mecanismos inmunológicos dependientes de células T, por otro lado, la manifestación más universal de la RC, generada tanto por tumores inmunogénicos como no-inmunogénicos de gran tamaño, había sido asociada con un (unos) factor sérico antitumoral cuya naturaleza permaneció elusiva por años. En un trabajo reciente, nuestro grupo de trabajo identificó este factor como la mezcla equi-molar de meta-tirosina y orto-tirosina, dos isómeros de tirosina que no están presentes en proteínas normales y que demostraron ser responsables del 90% y 10%, respectivamente, de la actividad antitumoral total del suero. En este trabajo, continuamos nuestras investigaciones demostrando que la administración periódica de meta-tirosina reducía drásticamente el número de metástasis pulmonares y hepáticas en ratones portadores de dos tumores murinos altamente metastásicos y disminuía dramáticamente la mortandad (de 100% a 25%) de ratones con metástasis ya establecidas al momento de la extirpación quirúrgica del tumor. Estos efectos anti-metastásicos se lograron aun con muy bajas concentraciones de meta-tirosina y sin efectos tóxicos perceptibles, lo que sugiere que su uso puede ayudar a diseñar nuevas y menos nocivas estrategias para el tratamiento del cáncer, especialmente aquellas destinadas a controlar el crecimiento metastásico, que es el problema más grave en la enfermedad oncológica.

Cáncer experimental e inflamación sistémica en un modelo murino / Systemic inflammation and experimental cancer in a murine model

La asociación entre cáncer e inflamación en un órgano o tejido se encuentra sólidamente establecida. En efecto, se sabe que en sitios de inflamación crónica, existe una mayor probabilidad de que se origine un tumor y que procesos inflamatorios locales pueden acelerar el crecimiento de tumores preexistentes en animales y seres humanos. Por otro lado, la relación entre cáncer e inflamación sistémica ha sido menos estudiada. En este trabajo, demostramos que el crecimiento de un fibrosarcoma de ratón (MC-C) fue acompañado por inflamación sistémica, evidenciada por neutrofilia y por un aumento de la concentración sérica de las citoquinas pro-inflamatorias interleuquina-1 beta (IL-1 beta), interleuquina-6 (IL-6) y factor de necrosis tumoral-alfa (TNF-alfa) y de las proteínas de fase aguda C reactiva (CRP) y A amieloide (SAA). Hubo un pico de estas moléculas poco después de la inoculación del tumor, que cayó a valores normales después de la primera semana, para luego comenzar a incrementarse progresivamente en función del tamaño tumoral. Una variación similar fue vista en el porcentaje de neutrófilos polimorfonucleares (PMN) circulantes. En ratones portadores de tumores grandes la mayoría de los PMN exhibían activación evidenciada por aumento en la generación de especies reactivas del oxígeno y alta expresión de los marcadores Gr1+/Mac1+. La inoculación de tioglicolato, que produce una inflamación sistémica transitoria, aceleró el crecimiento de MC-C, mientras que el tratamiento anti-inflamatorio con indometacina revirtió ese efecto. Esto sugiere que MC-C podría utilizar el fenómeno de inflamación sistémica que genera por sí mismo, como parte de su estrategia de crecimiento.

The link between cancer and inflammation in an organ or tissue has firmly been established on the basis that cancer tends to occur at sites of chronic inflammation and that local inflammatory processes can accelerate the growth of preexisting tumors in both animals and human beings. In contrast, the relationship between cancer and systemic inflammation has been less studied. In this work, we demonstrated that the growth of the murine fibrosarcoma MC-C, was accompanied by manifestations of systemic inflammation, as demonstrated by an increase in both the number of circulating polymorphonuclear neutrophils (PMN) and the serum concentration of the proinflammatory cytokines interleukin-1 beta (IL-1 beta), interleukin-6 (IL-6) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) and the acute phase proteins C reactive (CRP) and serum A amyloid (SAA). Two temporally separate peaks of systemic inflammation were detected during tumor development. The first was displayed during the first week after tumor inoculation. The second peak began around day 14 and its intensity was proportional to tumor size. In mice bearing a large MC-C tumor, a high number of circulating PMN and myeloid precursors were evident. Most of these cells exhibited activation evidenced by an increased reactive oxygen species generation and high expression of the Gr1+/Mac1+ markers. Inoculation of thioglycolate -which generates a transient systemic inflammation- accelerated the growth of MC-C tumor and reciprocally, inhibition of such systemic inflammation by using indomethacin, prevented that enhancing effect. This suggests that the systemic inflammation that the tumor generates on its own, could be part of its growth strategy.

Reversión del eclipse inmunológico y vacunación terapéutica contra el cáncer en un modelo experimental / Reversion of the immunological eclipse and therapeutic vaccination against cancer in an experimental model

Aunque existen vacunas para prevenir la aparición de tumores en animales de experimentación, la mayoría de los intentos por aplicar aquellas vacunas con fines terapéuticos contra tumores establecidos no han sido exitosos. Para comprender la naturaleza de esta refractariedad, estudiamos un tumor de ratón fuertemente inmunogénico inducido por el carcinógeno químico metilcolantreno. En nuestro modelo, el inicio de esta refractariedad coincidió con el comienzo de un estado de inmunosupresión conocido como "eclipse inmunológico" caracterizado por una pérdida o bloqueo de la respuesta inmune antitumoral después que el tumor ha superado cierto tamaño crítico. Este eclipse inmunológico fue acompañado por un proceso de inflamación sistémica en el organismo. El tratamiento de los ratones portadores de tumor con una única dosis del corticoide sintético dexametasona (DX) redujo los parámetros de inflamación sistémica e indujo la reversión del eclipse. Esta reversión no fue por sí misma curativa pero permitió que un tratamiento inmunológico basado en células dendríticas estimuladas con antígenos tumorales, que por sí solo era absolutamente ineficaz, pudiera ejercer un significativo efecto inhibidor sobre un tumor en crecimiento. El esquema de dos pasos que comprende, primero, un tratamiento antiinflamatorio para revertir el eclipse y segundo, una estrategia de vacunación basada en células dendríticas destinada a estimular la respuesta inmune antitumoral, podría servir, eventualmente, como un modelo de inmunoterapia contra tumores en animales y seres humanos.

Although animals can be prophylactically immunized against the growth of tumor implants, most of the attempts to use immunotherapy to cause the regression of animal and human tumors once they become established have been unsuccessful. To understand the nature of this refractoriness we have studied a methylcholanthrene-induced and strongly immunogenic murine fibrosarcoma. In our model, the onset of this refractoriness was associated with the beginning of an immunosuppressive state known as "immunological eclipse" characterized by a loss of the antitumor immune response when tumor grows beyond a critical size. This immunological eclipse was accompanied by the emergence of a systemic inflammatory condition. Treatment of tumor-bearing mice with a single dose of a synthetic corticosteroid, dexamethasone (DX), reduced significantly all parameters of systemic inflammation and simultaneously reversed the immunological eclipse. The reversion of the eclipse upon DX treatment was not curative itself, but allowed an immunological therapy based in dendritic cells pulsed with tumor antigens, which was itself absolutely ineffective, to exert a significant inhibitory effect against an established growing tumor. The two-step schedule using an anti-inflammatory treatment to reverse the immunological eclipse plus a dendritic cell-based vaccination strategy aimed to stimulate the anti-tumor immune response, could serve eventually as a model of immunotherapy against animal and human tumors.