Inflammatory Gene Regulation in Chronic Prostatitis / Chronic Pelvic Pain Syndrome (CP/CPPS) and Prostate Cancer

Abstract

Chronic Prostatitis/Chronic Pelvic Pain Syndrome (CP/CPPS) is a chronic inflammatory disease with unclear etiology, high disease burden and increases the risk for prostate cancer (PCa) development at a later age. CP/CPPS and PCa manifest with altered sex hormone signaling and inflammatory dysregulation. Extensive characterization of the PCa stroma showed that tumor-associated macrophages (TAM), mast cells and cancer-associated fibroblasts (CAF) significantly influence disease progression. Tissue biopsies of CP/CPPS patients however are rare, and consequently the stromal contributions to CP/CPPS are less understood.In this study, we examined liquid biopsies (blood and ejaculate) for CP/CPPS-associated changes of estradiol (E2), testosterone and their cognate receptors ERalpha and ERbeta (genes: ESR1, ESR2) as well as the androgen receptor (AR). To examine the role of stromal cells for CP/CPPS and PCa pathogenesis, we characterized mast cell lines (HMC-1/LAD2), in vitro differentiated macrophages (THP-1) and cancer-associated fibroblasts (CAF) from prostatectomy tissue.Our results demonstrated that CP/CPPS associates with elevated E2 concentrations in seminal plasma (SP), as well as systemic (blood) and local (ejaculate) ESR1 downregulation. Stratification of CP/CPPS patients by age could additionally show that testosterone, E2 and their receptors (ERalpha, ERbeta and AR) undergo systemic downregulation in older patients (>40 years). The two mast cell lines (HMC-1/LAD2) differed considerably regarding their estrogen receptor (ERalpha, ERbeta) expression, their basal inflammatory gene expression and their response to E2-stimulation. Macrophage polarization with conditioned media (CM) showed that mast cells and primary CAF affect the macrophage response. Mast cell CM suppressed macrophage expression of transcripts from the tumoricidal M1- response (TNF and HLA-DQA1). CAF CM induced macrophage transcripts (IL-1beta and IL-10) with known associations to prostate carcinogenesis. Our co-culture experiments suggest that macrophages influence stromal/epithelial interactions and facilitate directed cell migration.Altogether, our study helps to clarify the roles of steroid sex hormones and stromal interactions for chronic inflammatory diseases of the prostate. Chronische Prostatitis/Chronisches Beckenschmerzen-Syndrom (CP/CPPS) ist eine chronisch entzündliche Erkrankung mit unklarer Ätiologie, hohem Leidensdruck und begünstigt im fortgeschrittenen Alter die Entstehung des Prostatakarzinoms (PCa). CP/CPPS und PCa gehen mit Veränderungen der Steroid-Sexhormone und der Immunantwort einher. Durch ausgiebige Charakterisierung des PCa Stroma konnte außerdem gezeigt werden, dass tumor-assoziierte Makrophagen (TAM), Mastzellen und krebsassoziierte Fibroblasten (CAF) den Krankheitsverlauf maßgeblich mitbestimmen. Der Einfluss stromaler Zellen auf CP/CPPS hingegen ist aufgrund des Mangels von Gewebe-Biopsien weniger gut verstanden.In der vorliegenden Arbeit wurden Flüssig-Biopsien (Blut und Ejakulat) auf CP/CPPS-assoziierte Veränderungen von Östradiol (E2), Testosteron und ihrer Rezeptoren, der Östrogen-Rezeptoren ERalpha und ERbeta (Gene: ESR1, ESR2) sowie des Androgen-Rezeptors (AR) untersucht. Um den Einfluss stromaler Zellen auf die Pathogenese von CP/CPPS und PCa zu untersuchen, wurden die Mastzell-Linien HMC-1 und LAD2, in vitro differenzierter Makrophagen (THP-1) und krebsassoziierte Fibroblasten (CAF) aus Prostatektomie-Gewebe charakterisiert.Unsere Ergebnisse zeigten, dass CP/CPPS mit einer erhöhten E2-Konzentration im Seminalplasma (SP) sowie systemischer (Blut) und organ-spezifischer (Ejakulat) ESR1 Herunterregulation assoziiert ist. Stratifizierung der CP/CPPS Patienten nach Alter konnte zudem herausstellen, dass Testosteron, E2 und ihre Rezeptoren (ERalpha, ERbeta und AR) in älteren Patienten (>40 Jahre) herunterreguliert sind. Die Mastzell-Linien (HMC-1/LAD2) unterschieden sich maßgeblich im Hinblick auf die Expression von Östrogen-Rezeptoren (ERalpha/ERbeta), der basalen Expression inflammatorisch relevanter Gene und ihrer Antwort auf E2-Stimulation. Makrophagen-Polarisation mit konditioniertem Medium (CM) zeigte darüber hinaus, dass Mastzellen und primäre CAF die Makrophagen-Antwort beeinflussen. Mastzell CM unterdrückte Makrophagen-Expression von Transkripten der tumoriziden M1-Immunantwort (TNF und HLA-DQA1). CAF CM induzierte Makrophagen-Expression von Transkripten (IL-1beta und IL-10) mit nachweislicher Assoziation zur Prostata-Karzinogenese. Unsere Co-Kultur Experimente legen nahe, dass Makrophagen die stromal/epitheliale Interaktion beeinflussen und die gerichtete Zellmigration stimulieren.Unsere Studie trägt zum Verständnis vom Einfluss der Sexualhormone und stromaler Interaktionen auf chronisch entzündliche Erkrankungen der Prostata bei.