Date of Award

6-2023

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Biomedical Sciences

Department

Medical Microbiology and Immunology

First Advisor

Basel al-Ramadi

Abstract

The focus on using alternative natural products for cancer prevention and treatment has been increasing over the past decade. Among these natural products, Manuka honey (MH) has been extensively investigated for its antimicrobial, wound healing, and anticancer effects. The current study aimed to characterize the immunomodulatory capacity of MH using both in vitro and in vivo approaches and investigate its potential to modulate anti-tumor immune responses in a preclinical model of colorectal cancer. We demonstrate that MH can directly act on macrophages to induce gene expression of several inflammatory cytokines and chemokines and the production of TNF-a, a major proinflammatory cytokine. Moreover, intraperitoneal (i.p.) administration of MH into C57BL/6 mice elicited a peritoneal response characterized by a significant expansion in the number of peritoneal exudate cells (PECs), which was mainly due to a 35-fold increase in the recruitment of neutrophils. Importantly, this response was evident in toll-like receptor 4 (TLR4)-defective C3H/HeJ mice, indicating that the observed immunostimulatory effect occurs independently of TLR4 and, hence, is unlikely to be due to any lipopolysaccharide (LPS) contaminant. MH administration also led to changes in the phenotypic expression and functional maturation of peritoneal macrophages, as evidenced by a shift toward the CD11blo F4/80lo phenotype, and an increase in the expression of major histocompatibility complex (MHC) class II proteins. In contrast, the peritoneal response was largely abrogated in mice deficient in the MyD88 protein, a critical adaptor of several pro-inflammatory signaling pathways. These findings were further extended by showing that oral administration of MH could induce type I/II IFN response and lead to enhanced expression of the IFN-inducible protein, stem cell antigen- 1 (Sca-1), on lymphoid cells in peripheral lymphoid tissues, highlighting the ability of MH to trigger systemic immune responses. The importance of MH-induced immune responses was aptly demonstrated in a preclinical model of colorectal cancer. Using a preventative treatment approach, oral administration of MH led to a significant retardation in the growth of implanted tumors. We provide evidence that pretreatment with MH led to enhanced immunogenicity of tumors, as demonstrated by increased infiltration of immune cells into the tumor microenvironment, a ~2.0-fold increase in the percentages of intratumoral CD4+ and CD8+ T cells, and a 50% decrease in the percentage of Ly6G+ granulocytic myeloid cells. Immunohistochemical staining of tumor tissues also showed enhanced infiltration by CD4+ and CD8+ T cells and an increase in the number of granzyme B-expressing cells following MH treatment. Furthermore, intratumoral macrophages exhibited higher levels of MHC class II proteins, reflecting their critical role as antigen-presenting cells. Most importantly, our findings also demonstrate a significant increase in the percentage of tumor cells expressing high levels of MHC class I proteins in MH-pretreated mice, indicating an increase in tumor immunogenicity. Transcriptomic analysis of purified tumor-infiltrating leucocytes highlighted changes in the expression of various chemokines and inflammatory cytokines following MH treatment. Overall, the findings of the current study highlight the immunostimulatory properties of MH and demonstrate its potential utilization in cancer prevention.

Arabic Abstract

توصيف الخصائص المناعية لعسل المانوكا : التخفيف المحتمل من سرطان القولون والمستقيم

خلال العقد الماضي، تزايد التركيز على استخدام المنتجات الطبيعية البديلة للوقاية والعلاج من السرطان. من بين هذه المنتجات، تم الاستقصاء عن عسل المانوكا على نطاق واسع بسبب آثاره المضادة للميكروبات، والتئام الجروح، وتأثيراته المضادة للسرطان. تهدف الدراسة الحالية إلى توصيف القدرة المناعية لعسل المانوكا باستخدام وسائل مختبرية وحيوية، والتحقق من قدرته على تعديل الاستجابات المناعية المضادة للأورام باستخدام النموذج ما قبل السريري لسرطان القولون والمستقيم. في هذه الدراسة أثبتنا أن عسل المانوكا قادر على التأثير مباشرة على الخلايا البلعمية من خلال الحث على التعبير الجيني للعديد من السيتوكينات والكيموكينات الالتهابية، وإفراز السيتوكين المحفز للالتهابات الرئيسي TNF-α. علاوة على ذلك، فإن حقن عسل المانوكا داخل الصفاق لفئران 6/C57BL أدى إلى استجابة صفاقية كبيرة تمثلت بزيادة كبيرة في عدد الخلايا الصفاقية (PECS) والذي يعود إلى زيادة بمعدل 35 ضعف في تدفؤل العدلات إلى الصفاق. الأهم من ذلك، كانت هذه الاستجابة واضحة في فئران 3 C3H/HeJ والتي تفتقد للبروتين (المستقبل الشبيه بالتول 4; TLR4) ، مما يشير إلى أن التأثير المناعي المرصود يحدث بشكل مستقل عن TLR4، وبالتالي، فمن غير المحتمل أن يكون التأثير ناتج عن وجود عديد السكارايد الدهني (LPS) بعسل المانوكا. لقد أدى إعطاء عسل المانوكا أيضا الى التحول نحو النمط الظاهري CD11blo F4/80lo وزيادة في بروتينات الفئة الثانية من معقد التوافق النسيجي الرئيسي (MHC II) على الخلايا الصفاقية البلعمية، مما يدل على تغيرات في التعبير الظاهري والنضج الوظيفي لهذه الخلايا. من ناحية أخرى، وجدنا ان الاستجابة الصفاقية إنخفضت إلى حد كبير في الفئران التي تعاني من نقص في بروتين MyD88 ، وهو محول مهم للعديد من مسارات الإشارات المؤيدة للالتهابات. لقد قمنا بتوثيق هذه النتائج من خلال إظهار أن تناول عسل المانوكا عن طريق الفم يمكن أن يحفز استجابة السيتوكين انترفيرون من النوع II/I(IFN I/II) ويؤدي إلى زيادة في نسبة بروتين 1-Sca الذي يُحفز عن طريق IFN على الخلايا اللمفاوية في الأنسجة اللمفاوية المحيطية، مما يسلط الضوء على قدرة عسل المانوكا على تحفيز الاستجابات المناعية في الجسم. تم إثبات أهمية الاستجابات المناعية التي يسببها عسل المانوكا في نموذج ما قبل السريري لسرطان القولون والمستقيم. فقد أثبتت دراستنا ان تناول عسل المانوكا عن طريق الفم وقائيا أدى إلى انخفاض ملحوظ في نمو الأورام المزروعة من خلال التعزيز المناعي للأورام. كان هذا واضحا من خلال الزيادة الملحوظة في تدفق الخلايا المناعية الى الورم، وتضاعف النسب المئوية للخلايا التائية CD4+ و CD8+ وانخفاض الخلايا النخاعية المحببة (Ly6G+) بنسبة %50 داخل الورم. وأظهر أيضًا التصبيغ النسيجي الكيميائي (immunohistochemistry) لأنسجة الورم زيادة في عدد الخلايا التائية CD4+ و CD8+ بالإضافة إلى زيادة في عدد الخلايا المفرزة ل granzyme B. فضلاً عن ذلك، أظهرت البلاعم المتواجدة داخل الورم مستويات أعلى من بروتينات MHC II ، مما يعكس دورها المهم كخلايا مقدمة للمستضد الأهم من ذلك، تظهر النتائج التي توصلنا إليها أيضا زيادة كبيرة في النسبة المئوية للخلايا السرطانية التي تحمل مستويات عالية من بروتينات MHC من الفئة الأولى (MHCI) في الفئران المعالجة بعسل المانوكا، مما يؤدي الى تحفيز جهاز المناعة ضد الخلايا السرطانية. كشف التحليل الجيني للخلايا المناعية المشتقة من الورم عن تغيرات في التعبير عن العديد من الكيموكينات والسيتوكينات الالتهابية بعد العلاج بعسل المانوكا. تسلط نتائج الدراسة الحالية الضوء على الخصائص المناعية المهمة لعسل المانوكا وتوضح إمكانية استخدامه في الوقاية من السرطان.

Download

Share

COinS