前言

自從2011年免疫檢查點抑制劑(ICI)ipilimumab 獲得批準以來,腫瘤免疫治療已經(jīng)成為癌癥治療中的一個游戲規(guī)則改變者。臨床的實踐表明抗腫瘤T細胞介導的免疫可以改善癌癥患者的預后。然而,腫瘤細胞可以通過激活多種免疫抑制機制來逃避免疫攻擊,因此免疫檢查點抑制劑能夠獲益的人群依然有限。

其中腫瘤產(chǎn)生的半乳糖凝集素Galectin-1、-3、-7、-8和-9是腫瘤逃避免疫控制的主要分子機制之一。這些半乳糖凝集素對建立抗腫瘤免疫反應的不同步驟產(chǎn)生影響。半乳糖凝集素參與調(diào)節(jié)不同的細胞過程,包括細胞分化、細胞粘附和遷移、基因轉(zhuǎn)錄和RNA剪接、細胞周期與凋亡。

半乳糖凝集素在控制腫瘤微環(huán)境特性方面發(fā)揮著重要作用。腫瘤相關(guān)的缺氧和炎癥導致半乳糖凝集素表達失調(diào),因此,在癌癥患者的血清中檢測到這些半乳糖凝集素水平升高,并且它們在腫瘤微環(huán)境中的表達通常預示著患者的臨床預后較差。因此,我們有必要對腫瘤源性半乳糖凝集素影響抗腫瘤T淋巴細胞的產(chǎn)生和功能的機制進行了深入的研究,這些知識可以幫助我們設(shè)計更有效的免疫療法來治療人類癌癥。

Galectin對胸腺T細胞的作用

生理學上,在胸腺上皮細胞、內(nèi)皮細胞和樹突狀細胞以及巨噬細胞中檢測到半乳糖凝集素-1。從功能角度來看,Galectin-1誘導胸腺細胞凋亡。高度增殖的未成熟CD4+CD8+雙陽性胸腺細胞是Galectin-1誘導細胞死亡的主要靶點。

Galectin-3在髓質(zhì)的上皮細胞和吞噬細胞中檢測到,此外,在胸腺的皮質(zhì)區(qū)域也可以少量檢測到。需要注意的是,Galectin-3對細胞具有相反的作用,這取決于其細胞外或細胞內(nèi)的定位。與Galectin-1類似,細胞外Galectin-3誘導胸腺細胞凋亡。然而,半乳糖凝集素-3優(yōu)先針對不同的細胞亞群(CD4-CD8-雙陰性胸腺細胞)。此外,細胞外galectin-3的促凋亡作用與細胞內(nèi)galectin-3的抗凋亡功能相反。細胞內(nèi)Galectin-3阻斷Galectin-1介導的凋亡,這意味著兩個半乳糖凝集素成員在胸腺細胞凋亡的控制中密切相關(guān)。

Galectin-9在整個胸腺的上皮細胞中檢測到,但與胸腺的皮質(zhì)區(qū)域相比,它在髓質(zhì)中更為豐富。同樣,與其他半乳糖凝集素相比,Galectin-9有其特殊性。Galectin-9誘導所有胸腺亞群的細胞死亡,由Galectin-9誘導的胸腺細胞凋亡涉及不同于Galectin-1和-3使用的受體。雖然目前相關(guān)受體尚不清楚,但CD44可能是一個潛在的候選受體。

Galectin-8也存在于胸腺中,但與Galectin-1、-3和-9相比,它在胸腺上皮細胞中未檢測到。這種半乳糖凝集素通過一種機制誘導CD4+CD8+雙陽性胸腺細胞凋亡,該機制至少部分涉及半胱天冬酶介導途徑的激活。

總之,已有的研究表明半乳糖凝集素在生理條件下時作為胸腺細胞的促凋亡因子。而在腫瘤發(fā)生后,腫瘤大量產(chǎn)生的半乳糖凝集素可能改變從胸腺輸出到外周的T淋巴細胞的種類。

Galectin在腫瘤引流淋巴結(jié)中的作用

淋巴細胞活化的第一階段發(fā)生在引流淋巴結(jié),在那里進行特定的克隆擴增過程。腫瘤源性半乳糖凝集素可作為可溶性蛋白質(zhì)通過血液和淋巴管到達該位置,一旦進入淋巴結(jié),半乳糖凝集素就會影響早期淋巴細胞活化過程。

Galectin-1在幼稚淋巴細胞向淋巴結(jié)歸巢的過程中起著主要的調(diào)節(jié)作用。因此,腫瘤源性Galectin-1可減少幼稚T細胞流入引流淋巴結(jié),從而減少T細胞活化和克隆擴張。此外,全基因組功能分析表明,Galectin-1是淋巴管內(nèi)皮細胞功能的主要調(diào)節(jié)因子之一。Galectin-1對腫瘤源性抗原和抗原呈遞細胞如何通過淋巴管到達引流淋巴結(jié)具有重要影響,Galectin-1抑制免疫原性樹突狀細胞通過細胞外基質(zhì)和穿過淋巴管內(nèi)皮細胞的遷移。

Galectin-3對引流淋巴結(jié)中發(fā)生的抗腫瘤淋巴細胞活化有顯著影響。最近的研究表明腫瘤Galectin-3是一個有效的抑制性檢查點,可抑制前列腺癌微環(huán)境中的淋巴細胞增殖。此外,當樹突狀細胞疫苗用于前列腺癌時,galectin-3下調(diào)是淋巴細胞最佳激活的先決條件。

galectin -3調(diào)節(jié)T細胞和抗原呈遞細胞之間的相互作用。首先,galectin -3缺陷的未成熟樹突狀細胞具有缺陷的運動特性。因此,通過控制樹突狀細胞從外周組織(包括腫瘤)向引流淋巴結(jié)的遷移,galectin -3在誘導抗腫瘤免疫反應中具有直接作用。此外,這種特殊的半乳糖凝集素也有助于樹突狀細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài),因為觀察到galectin -3缺陷小鼠的漿細胞樣樹突狀細胞數(shù)量增加。有趣的是,漿細胞樣樹突狀細胞在激活抗腫瘤CD8+T淋巴細胞方面優(yōu)于傳統(tǒng)細胞。

galectin-3對T淋巴細胞也有直接作用。galectin-3調(diào)節(jié)免疫突觸的形成,限制TCR運動,增強TCR下調(diào),抑制早期TCR信號通路,并控制細胞因子的產(chǎn)生。

目前,很少有研究評估galectin-8在抗腫瘤免疫激活過程中的作用。已有的研究顯示,galectin-8促進了樹突狀細胞從抗原結(jié)合、內(nèi)化、加工到成熟的所有抗原提呈步驟。此外,重組galectin-8通過激活TGF-β和持續(xù)的IL-2受體信號傳導增加CTLA-4+IL-10+CD103+Tregs的分化。腫瘤可以利用這種策略阻斷引流淋巴結(jié)的免疫功能�？傊�,關(guān)于galectin-8在癌癥淋巴結(jié)中的生物學功能知之甚少。

多項研究表明,galectin-9在免疫調(diào)節(jié)中具有明顯的截然相反的作用。在激活抗腫瘤特異性反應期間,外源性galectin-9調(diào)節(jié)抗原呈遞,促進漿細胞樣樹突狀細胞的分化,樹突狀細胞成熟和Th1極化微環(huán)境。此外,galectin-9在T細胞激活時被招募到免疫突觸,促進近端TCR信號。這些結(jié)果表明galectin-9對T細胞的激活和擴張具有積極的調(diào)節(jié)作用。

另一方面,Galectin-9促進免疫調(diào)節(jié),可增強iTreg的擴增和抑制表型。此外,galectin-9還通過與Tim-3受體的相互作用促進CD11b+Ly-6G+髓系抑制細胞的功能。

Galectin在腫瘤中的作用

對于galectin-1,實驗證據(jù)表明,來自腫瘤的galectin-1在促進腫瘤生長和遠處轉(zhuǎn)移中起著重要作用。這種機制仍有待探究,然而,不可否認的是,galectin-1的促腫瘤作用需要免疫系統(tǒng)的積極參與。事實上,在免疫缺陷小鼠中,表達或不表達半乳糖凝集素-1的腫瘤生長差別不明顯,這清楚地表明免疫系統(tǒng)是腫瘤galectin -1的主要靶點。此外,CD4和CD8+T淋巴細胞可能參與了galectin-1的作用。

腫瘤galectin-3是腫瘤部位淋巴細胞效應器特性的另一種有效調(diào)節(jié)因子。首先,T細胞向腫瘤募集需要IFN-γ誘導的趨化因子CXCL9/10梯度。已經(jīng)證明,腫瘤細胞外基質(zhì)中的galecti-3可阻止產(chǎn)生趨化因子梯度。

除了調(diào)節(jié)T細胞遷移,galectin-3還控制效應器功能。galectin-3通過下調(diào)TCR降低淋巴細胞效應器功能,從而將T浸潤淋巴細胞(TIL)轉(zhuǎn)化為功能失調(diào)細胞。在腫瘤微環(huán)境中結(jié)合galectin-3的CD8+TIL共同表達LAG-3和PD-1,表明LAG-3在galectin-3介導的淋巴細胞抗腫瘤效應器功能抑制中的核心作用。除了對效應T細胞產(chǎn)生直接作用外,galectin-3還將巨噬細胞吸引到腫瘤并促進其M2分化�？傊�,這些研究表明galectin-3在逃避抗腫瘤效應器功能的腫瘤中起著中心作用。

Galectin-7可以在幾種類型的腫瘤中檢測到,總的來說,腫瘤中較高的galectin-7表達是癌癥患者生存的一個負面預后因素。galectin -7可能在腫瘤微環(huán)境和免疫監(jiān)測中發(fā)揮作用。在腫瘤相關(guān)巨噬細胞中可以檢測到galectin-7,galectin-7對腫瘤相關(guān)巨噬細胞的功能影響還不清楚。另一方面,重組galectin-7誘導人外周T細胞凋亡,除了控制活化T細胞的存活外,galectin-7還可以被腫瘤用來下調(diào)T細胞產(chǎn)生的細胞因子�？傊�,galectin-7對免疫細胞的功能和存活起著重要的作用,應該被視為免疫治療的靶點。

目前,還沒有研究評估腫瘤galectin-8對產(chǎn)生特異性和保護性免疫反應的影響。大多數(shù)研究集中于該蛋白在腫瘤轉(zhuǎn)移和血管生成中的作用。

在一些評估實體瘤中g(shù)alectin-9表達的預后價值的研究中觀察到了相互矛盾的結(jié)果。一些研究發(fā)現(xiàn)Galectin-9是某些類型癌癥患者的積極預后生物標志物,galectin-9表達與總生存率之間的這種正相關(guān)性可能與galectin-9抑制轉(zhuǎn)移和誘導凋亡,通過在引流淋巴結(jié)中誘導更有效的抗腫瘤免疫反應有關(guān)。

然而,隨著腫瘤發(fā)展成為一種慢性疾病,galectin-9的表達與預后不良相關(guān),并且通常與免疫逃避有關(guān)。腫瘤內(nèi)CD103+樹突狀細胞表達Tim-3,其與galectin-9的相互作用導致抗原呈遞細胞失活。此外,腫瘤galectin-9與巨噬細胞上的dectin-1相互作用,促進腫瘤耐受。因此,腫瘤半乳糖凝集素-9在控制髓系細胞特性、T細胞活化以及控制抗腫瘤免疫反應的效應器方面起著重要作用。

Galectin在腫瘤治療中的應用

半乳糖凝集素可以作為影響抗腫瘤免疫反應各個階段(T細胞遷移/激活/效應器功能)的可溶性因子發(fā)揮作用。因此,半乳糖凝集素是腫瘤免疫治療中具有吸引力的干預靶點。

然而,已有的實驗和臨床證據(jù)表明,作為單一療法的半乳糖凝集素的阻斷可能不會對癌癥治療產(chǎn)生任何顯著優(yōu)勢。然而,半乳糖凝集素與患者對化療、放療、免疫治療、抗血管生成和靶向治療的敏感性或耐藥性有關(guān),通過將半乳糖凝集素的抑制作用與已有的治療策略相結(jié)合可能是實現(xiàn)有效治療的最佳途徑。

半乳糖凝集素的抑制作用結(jié)合化療會影響抗腫瘤免疫。在大腸肝轉(zhuǎn)移中,單細胞分析定義了兩個不同的腫瘤細胞亞群,它們對化療有不同的反應:干細胞樣細胞(主要利用PD-1/PD-L1通路控制免疫的腫瘤細胞)和腸細胞樣細胞(利用Tim-3/galectin-9通路逃避免疫)。使用中和性抗Tim-3或抗galectin-9抗體可改善基于紫杉醇的化療。

galectin-1抑制和化療的結(jié)合是治療某些類型癌癥的另一個有希望的策略。事實上,通過聯(lián)合抑制galectin-1和temozolomide來治療膠質(zhì)母細胞瘤,已經(jīng)報道了協(xié)同治療效果。這種組合治療將巨噬細胞轉(zhuǎn)換為M1極化,減少髓系抑制細胞和調(diào)節(jié)性T細胞,并增加腫瘤的CD4+和CD8+T細胞浸潤。

抑制半乳糖凝集素也可能是與放療相結(jié)合的良好策略。研究表明,放療可增加腫瘤水平galectin-1的分泌。循環(huán)中高水平的galectin-1與癌癥患者的淋巴細胞減少和放射抵抗直接相關(guān)。在卵巢癌、乳腺癌和鱗狀細胞癌模型中,使用Anginex(一種33個氨基酸的galectin-1抑制肽)與次優(yōu)劑量的輻射相結(jié)合可導致腫瘤消退。

抑制半乳糖凝集素也可以增強其他免疫療法。來自頭頸部癌癥的數(shù)據(jù)表明,galectin-1抑制可增強抗PD-1治療,這表明galectin-1抑制劑和抗PD1/PDL1免疫檢查點的組合可協(xié)同癌癥治療。此外,在一些臨床前研究中,選擇性galectin-1抑制劑OTX008抑制腫瘤生長。2012年,宣布了一項旨在評估皮下注射OTX008治療晚期實體瘤效果的I期臨床試驗(NCT01724320)。到目前為止,尚未通報任何結(jié)果。

在肺癌中,表達Tim-3的淋巴樣細胞和表達galectin-9的單核細胞髓源性抑制細胞的積聚與抗PD1免疫治療的耐藥性呈正相關(guān)。因此,通過體外阻斷galectin-9/Tim-3途徑可以克服抗PD-1的耐藥性。這個結(jié)果支持了一項I/II期試驗(NCT02608268),該試驗正在評估抗Tim-3抗體MBG453作為單一藥物并與抗PD-1聯(lián)合應用于晚期惡性腫瘤患者的安全性和有效性。

galectin-3是冷腫瘤的主要決定因素,抑制galectin-3可能逆轉(zhuǎn)這種耐藥性。在同基因模型中,口服galectin-3抑制劑(GB1107)可減少人和小鼠肺腺癌的生長并阻斷轉(zhuǎn)移。此外,GB1107增強了PD-L1免疫檢查點抑制劑的作用,以增加細胞毒性效應分子的產(chǎn)生。在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤和頭頸癌中,galectin-3抑制劑(GR-MD-02)可改善抗PD-1治療。

總之,現(xiàn)有信息強調(diào)了半乳糖凝集素在抗PD-1治療抵抗中所起的關(guān)鍵作用,并支持半乳糖凝集素的抑制作用在與檢查點抑制劑聯(lián)合的重要性。因此,一些臨床試驗正在進行中,用galectin-3抑制劑和免疫療法治療不同腫瘤類型的患者。這些臨床試驗包括非小細胞肺癌、頭頸部鱗狀細胞癌(NCT02575404)和黑色素瘤(NCT02117362,NCT02575404)。

小結(jié)

半乳糖凝集素腫瘤免疫中發(fā)揮著重要的作用,Galectin-1、-3、-7、-8和-9是腫瘤逃避免疫控制的主要分子,靶向抑制這些半乳糖凝集素可能在聯(lián)合放療、化療、免疫治療和靶向治療方面發(fā)揮積極的抗腫瘤作用。這需要我們更準確地闡明其精確的體內(nèi)作用機制,開發(fā)更有效、更具選擇性的抑制劑,并以合理的方式將這些分子與其他抗癌策略結(jié)合起來。

參考文獻:

1．Unraveling How Tumor-Derived GalectinsContribute to Anti-Cancer Immunity Failure． Cancers (Basel)． 2021 Sep;13(18): 4529．