Objectives: It is reported that tumor-associated macrophages (TAMs) contribute to cancer progression by promoting tumor growth and metastasis. The purpose of this study is to investigate the effect of different fractions of Adenophora triphylla var. japonica (AT) on the polarization of macrophages into the M2 phenotype, a major phenotype of TAMs. Methods: We isolated hexane, ethyl acetate, and butanol fractions from crude ethanol extract of AT. The cytotoxicity of AT in RAW264.7 cells was examined by 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. RAW264.7 cells were polarized into the M2 phenotype by treatment with interleukin (IL)-4 and IL-13. The expression of M2 macrophage marker genes was detected by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). The phosphorylation level of signal transducer and activator of transcription 6 (STAT6) was investigated by western blot analysis. The migration of Lewis lung carcinoma (LLC) cells was examined by transwell migration assay using conditioned media (CM) collected from RAW264.7 cells as a chemoattractant. Results: Among various fractions of AT, the ethyl acetate fraction of AT (EAT) showed the most significant suppressive effect on the mRNA expression of M2 macrophage markers, including arginase-1, interleukin (IL)-10 and mannose receptor C type 1 (MRC-1), up-regulated by treatment of IL-4 and IL-13. In addition, EAT suppressed the phosphorylation of STAT6, a critical regulator of IL-4 and IL-13-induced M2 macrophage polarization. Finally, the increased migration of Lewis lung carcinoma (LLC) cells by CM from M2-polarized RAW264.7 cells was reduced by CM from RAW264.7 cells co-treated with EAT and M2 polarization inducers. Conclusion: We demonstrated that EAT attenuated cancer cell migration through suppression of macrophage polarization toward the M2 phenotype. Additional preclinical or clinical researches are needed to evaluate its regulatory effects on macrophage polarization and anti-cancer activities.
Macrophages play an essential role not only in mediating the first line of defense but also in maintaining tissue homeostasis. In response to extrinsic factors derived from a given tissue, macrophages activate different functional programs to produce polarized macrophage populations responsible for inducing inflammation against microbes, removing cellular debris, and tissue repair. However, accumulating evidence has revealed that macrophage polarization is pivotal in the pathophysiology of metabolic syndromes and cancer, as well as in infectious and autoimmune diseases. Recent advances in transcriptomic and metabolomic studies have highlighted the link between metabolic rewiring of macrophages and their functional plasticity. These findings imply that metabolic adaption to their surrounding microenvironment instructs activation of macrophages with functionally distinct phenotypes, which in turn probably leads to the pathogenesis of a wide spectrum of diseases. In this review, we have introduced emerging concepts in immunometabolism with focus on the impact on functional activation of macrophages. Furthermore, we have discussed the implication of macrophage plasticity on the pathogenesis of metabolic syndromes and cancer, and how the disease microenvironment manipulates macrophage metabolism with regard to the pathophysiology.
Zuyang Zhang;Tianhua Chen;Wei Liu;Jiepeng Xiong;Liangdong Jiang;Mingjiang Liu
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.27
no.5
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pp.437-448
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2023
Diabetic ulcer is usually seen in people with uncontrolled blood sugar. Reportedly, many factors such as impaired glucose metabolism, and macrovascular and microvascular diseases caused angiogenesis disorders and delayed the healing of diabetic ulcers, thus affecting the body's metabolism, nutrition, and immune function. This study aimed to explore the effect of paeonol on skin wound healing in diabetic rats and the related mechanism. A rat model of diabetic ulcer was established. High glucose-treated mouse skin fibroblasts were co-cultured with M1 or M2-polarized macrophages treated with or without paeonol. H&E and Masson staining were used to reveal inflammatory cell infiltration and collagen deposition, respectively. Immunohistochemistry visualized the expression of Ki67, CD31, and vascular endothelial growth factor (VEGF). Western blot was used to detect interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor (TNF)-α, IL-4, IL-10, CD31, VEGFA, and collagen I/III. The expression of iNOS and arginase 1 was revealed by immunofluorescence staining. Paeonol treatment augmented collagen deposition and the expression of Ki67, CD31, VEGF, and macrophage M2 polarization markers (IL-4 and IL-10) and reduced wound area, inflammatory cell infiltration, and macrophage M1 polarization markers (IL-1β and TNF-α) in the ulcerated area. In vitro, paeonol treatment promoted M2-polarization and repressed M1-polarization in macrophages, thereby improving the repair of cell damage induced by high glucose. Paeonol accelerates the healing of diabetic ulcers by promoting M2 macrophage polarization and inhibiting M1 macrophage polarization.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.38
no.1
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pp.32-37
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2024
The aim of this study was to investigate the role of Daesiho-tang (Da Chai Hu-Tang) water extract (DSTE) in regulating chronic stress-induced cancer progression, focusing on its activity in modulating tumor-associated macrophages (TAMs). Different stimuli can polarize TAMs into immune-stimulating M1 macrophages or immunosuppressive M2 macrophages. During cancer progression, M2 phenotype increases and supports tumor growth, angiogenesis and metastasis. Notably, chronic stress-induced catecholamines promote M2 macrophage polarization. In this study, we investigated whether DSTE regulates norepinephrine (NE)-induced M2 macrophage polarization in RAW 264.7 mouse macrophage cells. Even though NE itself did not increase the expression of M2 markers, the conditioned media of NE-treated 4T1 mouse breast cancer cells (NE CM) significantly up-regulated M2 markers in RAW 264.7 cells, suggesting that NE-regulated cancer cell secretome stimulated M2 polarization. However, such increase was abrogated by DSTE. NE CM also induced phosphorylation of signal transducer and activator of transcription 6 (STAT6) in RAW 264.7 cells, which was clearly reversed by pretreatment with DSTE, demonstrating that DSTE inhibited M2 polarization by inactivating STAT6. Finally, M2-polarized RAW264.7 cells by NE CM markedly increased the migration of 4T1 cells. However, such increase was completely reversed by co-treating RAW264.7 cells with NE CM and DSTE, indicating that DSTE attenuated cancer cell migration by blocking M2 polarization. Taken together, our results suggest a probable use of DSTE for cancer patients under chronic stress by regulating M2 macrophage polarization.
Journal of Radiopharmaceuticals and Molecular Probes
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v.7
no.1
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pp.41-49
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2021
Diversity and flexibility are two typical hallmarks of macrophages. Two types of macrophages, M1(classically activated macrophages) and M2(alternatively activated macrophages) exist at both ends of the commonly known macrophage polarization. M1 macrophages have inflammatory properties and are primarily responsible for defending against invading bacteria in our body. On the other hand, M2 macrophages are involved in anti-inflammatory responses and tissue remodeling. Polarized migration of macrophages is of increasing interest in regulating the initiation, generation, and resting phases of inflammatory diseases. In this review, it intend to discuss the properties and functions of tumor-associated macrophages based on polarized macrophages that affect inflammatory diseases. In addition, the purpose of this study is to investigate a molecular imaging approach that targets macrophages that affect tumor growth by controlling the polarization of macrophages that affect tumor diagnosis and treatment.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.36
no.1
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pp.1-6
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2022
The tuber of Pinellia ternata (Thunb.) Brei (TPT) used in traditional Oriental medicine for the treatment of cough, sputum, vomiting, and insomnia, possesses antioxidant, antibacterial, and anti-inflammatory effects. Although recent studies have reported the anticancer effects of TPT in several cancer cells, it is still unclear whether TPT regulates tumor-associated macrophage (TAM) characterized by the immunosuppressive M2 macrophage phenotype. Our results showed that the ethanol extract of TPT (ETPT) suppressed the migration of RAW264.7 mouse macrophage cells and THP-1 human monocytes differentiated into macrophages towards the conditioned media (CM) collected from lung cancer cells, suggesting that ETPT would attenuate the recruitment of macrophages into tumors. In addition, ETPT suppressed the interleukin (IL)-4 or IL-6-induced M2 macrophage polarization in RAW264.7 cells. ETPT treatment not only downregulated the mRNA expression of M2 macrophage markers including arginase-1, mannose receptor C type 1 (MRC-1), and IL-10, but also inhibited the phosphorylation of signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) and STAT6, general regulators of M2 macrophage polarization. Finally, the transwell assay results showed that the CM from M2-polarized RAW264.7 cells increased the migration of mouse lewis lung carcinoma (LLC) cells, while those from RAW264.7 cells co-treated with ETPT and IL-6 significantly reduced the migration of LLC cells. Taken together, our observations clearly demonstrate that ETPT suppressed the cancer cell migration by regulating macrophage recruitment and M2 macrophage polarization.
Gang Tian;Chuanjie Liu;Qi Gong;Zhiping Yu;Haitao Wang;Daoqiang Zhang;Haibo Cong
International Journal of Stem Cells
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v.15
no.2
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pp.195-202
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2022
Background and Objectives: Apoptosis is an outstanding determinant of glucocorticoid (GC)-induced osteonecrosis of the femoral head (ONFH). Human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) have been demonstrated to be associated with apoptosis in diseases models. However, the role of hUC-MSCs in GC-induced ONFH via regulating apoptosis still needs further study. Methods and Results: In the present study, a GC-induced ONFH model was built in vivo through a consecutive injection with lipopolysaccharide (LPS) and methylprednisolone. The necrosis and apoptosis of the femoral head was evaluated by histological and Terminal-deoxynucleoitidyl Transferase Mediated Nick End Labeling (TUNEL) assay. The level of collagen and TRAP positive cells were determined by Masson and TRAP staining, respectively. M1 macrophage polarization was assessed using immunofluorescence assay. The level of proinflammatory cytokines including tumor necrosis factor (TNF)-α, Interleukin (IL)-1β and IL-6 of femoral head was determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kits. The protein expression of AKT, mTOR, p-AKT and p-mTOR was detected using western blot assay. The results showed that hUC-MSCs treatment prominently promoted the GC-induced the decrease of the collagen level and the increase of TRAP positive cells. Besides, hUC-MSCs treatment decreased necrosis and apoptosis, macrophage polarization, the level of TNF-α, IL-1β and IL-6, the protein expression of p-AKT and p-mTOR, and the radio of p-AKT to AKT and p-mTOR to mTOR of femoral head in vivo. Conclusions: Therefore, the present study revealed that hUC-MSCs improved the necrosis and osteocyte apoptosis in GC-induced ONFH model through reducing the macrophage polarization, which was associated with the inhibition of AKT/mTOR signaling pathway.
Kim, Ran;Song, Byeong-Wook;Kim, Minji;Kim, Won Jung;Lee, Hee Won;Lee, Min Young;Kim, Jongmin;Chang, Woochul
BMB Reports
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v.53
no.11
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pp.600-604
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2020
Macrophages are re-educated and polarized in response to myocardial infarction (MI). The M2 anti-inflammatory phenotype is a known dominator of late stage MI. Mesenchymal stem cells (MSCs) represent a promising tool for cell therapy, particularly heart related diseases. In general, MSCs induce alteration of the macrophage subtype from M1 to M2, both in vitro and in vivo. We conjectured that hypoxic conditions can promote secretome productivity of MSCs. Hypoxia induces TGF-β1 expression, and TGF-β1 mediates M2 macrophage polarization for anti-inflammation and angiogenesis in infarcted areas. We hypothesized that macrophages undergo advanced M2 polarization after exposure to MSCs in hypoxia. Treatment of MSCs derived hypoxic conditioned medium (hypo-CM) promoted M2 phenotype and neovascularization through the TGF-β1/Smad3 pathway. In addition, hypo-CM derived from MSCs improved restoration of ischemic heart, such as attenuating cell apoptosis and fibrosis, and ameliorating microvessel density. Based on our results, we propose a new therapeutic method for effective MI treatment using regulation of macrophage polarization.
Background Macrophages play a major role in wound healing and prevent infection from the outside. Polarization conversion of macrophages regulates aspects of inflammation, and two macrophages, M1 (classically activated) and M2 (alternatively activated), exist at both ends of broad-spectrum macrophage polarization. Thus, we aimed to investigate whether macrophage polarization can be artificially regulated. To this end, MgSO4 and small-interfering RNA (siRNA) targeting magnesium transport 1 (MAGT1) were used to investigate the effects of intracellular magnesium (Mg2+) concentrations on the differentiation of macrophages in vitro. Methods THP-1 derived macrophages maintained in a culture medium containing 5 mM MgSO4 and siRNA to inhibit the expression of MAGT1. As comparative groups, THP-1 derived macrophages polarized into M1 and M2 macrophages by treatment with M1, M2 inducer cytokine. The polarization status of each group of cells was confirmed by cell surface antigen expression and cytokine secretion. Results We found that MgSO4 treatment increased CD163 and CD206, similar to the effect noted in the M2 group. The expression of CD80 and HLA-DR was increased in the group treated with MAGT1 siRNA, similar to the effect noted in the M1 group. Functional assays demonstrated that the group treated with MgSO4 secreted higher levels of IL-10, whereas the MAGT1 siRNA-treated group secreted higher levels of IL-6 cytokines. Additionally, the conditional medium of the Mg2+ treated group showed enhanced migration of keratinocytes and fibroblasts. Conclusion Mg2+ can help to end the delay in wound healing caused by persistent inflammation in the early stages.
Labonte, Adam C.;Tosello-Trampont, Annie-Carole;Hahn, Young S.
Molecules and Cells
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v.37
no.4
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pp.275-285
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2014
Macrophages, found in circulating blood as well as integrated into several tissues and organs throughout the body, represent an important first line of defense against disease and a necessary component of healthy tissue homeostasis. Additionally, macrophages that arise from the differentiation of monocytes recruited from the blood to inflamed tissues play a central role in regulating local inflammation. Studies of macrophage activation in the last decade or so have revealed that these cells adopt a staggering range of phenotypes that are finely tuned responses to a variety of different stimuli, and that the resulting subsets of activated macrophages play critical roles in both progression and resolution of disease. This review summarizes the current understanding of the contributions of differentially polarized macrophages to various infectious and inflammatory diseases and the ongoing effort to develop novel therapies that target this key aspect of macrophage biology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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