前言

自从2011年免疫检查点抑制剂(ICI)ipilimumab 获得批准以来,肿瘤免疫治疗已经成为癌症治疗中的一个游戏规则改变者。临床的实践表明抗肿瘤T细胞介导的免疫可以改善癌症患者的预后。然而,肿瘤细胞可以通过激活多种免疫抑制机制来逃避免疫攻击,因此免疫检查点抑制剂能够获益的人群依然有限。

其中肿瘤产生的半乳糖凝集素Galectin-1、-3、-7、-8和-9是肿瘤逃避免疫控制的主要分子机制之一。这些半乳糖凝集素对建立抗肿瘤免疫反应的不同步骤产生影响。半乳糖凝集素参与调节不同的细胞过程,包括细胞分化、细胞粘附和迁移、基因转录和RNA剪接、细胞周期与凋亡。

半乳糖凝集素在控制肿瘤微环境特性方面发挥着重要作用。肿瘤相关的缺氧和炎症导致半乳糖凝集素表达失调,因此,在癌症患者的血清中检测到这些半乳糖凝集素水平升高,并且它们在肿瘤微环境中的表达通常预示着患者的临床预后较差。因此,我们有必要对肿瘤源性半乳糖凝集素影响抗肿瘤T淋巴细胞的产生和功能的机制进行了深入的研究,这些知识可以帮助我们设计更有效的免疫疗法来治疗人类癌症。

Galectin对胸腺T细胞的作用

生理学上,在胸腺上皮细胞、内皮细胞和树突状细胞以及巨噬细胞中检测到半乳糖凝集素-1。从功能角度来看,Galectin-1诱导胸腺细胞凋亡。高度增殖的未成熟CD4+CD8+双阳性胸腺细胞是Galectin-1诱导细胞死亡的主要靶点。

Galectin-3在髓质的上皮细胞和吞噬细胞中检测到,此外,在胸腺的皮质区域也可以少量检测到。需要注意的是,Galectin-3对细胞具有相反的作用,这取决于其细胞外或细胞内的定位。与Galectin-1类似,细胞外Galectin-3诱导胸腺细胞凋亡。然而,半乳糖凝集素-3优先针对不同的细胞亚群(CD4-CD8-双阴性胸腺细胞)。此外,细胞外galectin-3的促凋亡作用与细胞内galectin-3的抗凋亡功能相反。细胞内Galectin-3阻断Galectin-1介导的凋亡,这意味着两个半乳糖凝集素成员在胸腺细胞凋亡的控制中密切相关。

Galectin-9在整个胸腺的上皮细胞中检测到,但与胸腺的皮质区域相比,它在髓质中更为丰富。同样,与其他半乳糖凝集素相比,Galectin-9有其特殊性。Galectin-9诱导所有胸腺亚群的细胞死亡,由Galectin-9诱导的胸腺细胞凋亡涉及不同于Galectin-1和-3使用的受体。虽然目前相关受体尚不清楚,但CD44可能是一个潜在的候选受体。

Galectin-8也存在于胸腺中,但与Galectin-1、-3和-9相比,它在胸腺上皮细胞中未检测到。这种半乳糖凝集素通过一种机制诱导CD4+CD8+双阳性胸腺细胞凋亡,该机制至少部分涉及半胱天冬酶介导途径的激活。

总之,已有的研究表明半乳糖凝集素在生理条件下时作为胸腺细胞的促凋亡因子。而在肿瘤发生后,肿瘤大量产生的半乳糖凝集素可能改变从胸腺输出到外周的T淋巴细胞的种类。

Galectin在肿瘤引流淋巴结中的作用

淋巴细胞活化的第一阶段发生在引流淋巴结,在那里进行特定的克隆扩增过程。肿瘤源性半乳糖凝集素可作为可溶性蛋白质通过血液和淋巴管到达该位置,一旦进入淋巴结,半乳糖凝集素就会影响早期淋巴细胞活化过程。

Galectin-1在幼稚淋巴细胞向淋巴结归巢的过程中起着主要的调节作用。因此,肿瘤源性Galectin-1可减少幼稚T细胞流入引流淋巴结,从而减少T细胞活化和克隆扩张。此外,全基因组功能分析表明,Galectin-1是淋巴管内皮细胞功能的主要调节因子之一。Galectin-1对肿瘤源性抗原和抗原呈递细胞如何通过淋巴管到达引流淋巴结具有重要影响,Galectin-1抑制免疫原性树突状细胞通过细胞外基质和穿过淋巴管内皮细胞的迁移。

Galectin-3对引流淋巴结中发生的抗肿瘤淋巴细胞活化有显著影响。最近的研究表明肿瘤Galectin-3是一个有效的抑制性检查点,可抑制前列腺癌微环境中的淋巴细胞增殖。此外,当树突状细胞疫苗用于前列腺癌时,galectin-3下调是淋巴细胞最佳激活的先决条件。

galectin -3调节T细胞和抗原呈递细胞之间的相互作用。首先,galectin -3缺陷的未成熟树突状细胞具有缺陷的运动特性。因此,通过控制树突状细胞从外周组织(包括肿瘤)向引流淋巴结的迁移,galectin -3在诱导抗肿瘤免疫反应中具有直接作用。此外,这种特殊的半乳糖凝集素也有助于树突状细胞内稳态,因为观察到galectin -3缺陷小鼠的浆细胞样树突状细胞数量增加。有趣的是,浆细胞样树突状细胞在激活抗肿瘤CD8+T淋巴细胞方面优于传统细胞。

galectin-3对T淋巴细胞也有直接作用。galectin-3调节免疫突触的形成,限制TCR运动,增强TCR下调,抑制早期TCR信号通路,并控制细胞因子的产生。

目前,很少有研究评估galectin-8在抗肿瘤免疫激活过程中的作用。已有的研究显示,galectin-8促进了树突状细胞从抗原结合、内化、加工到成熟的所有抗原提呈步骤。此外,重组galectin-8通过激活TGF-β和持续的IL-2受体信号传导增加CTLA-4+IL-10+CD103+Tregs的分化。肿瘤可以利用这种策略阻断引流淋巴结的免疫功能。总之,关于galectin-8在癌症淋巴结中的生物学功能知之甚少。

多项研究表明,galectin-9在免疫调节中具有明显的截然相反的作用。在激活抗肿瘤特异性反应期间,外源性galectin-9调节抗原呈递,促进浆细胞样树突状细胞的分化,树突状细胞成熟和Th1极化微环境。此外,galectin-9在T细胞激活时被招募到免疫突触,促进近端TCR信号。这些结果表明galectin-9对T细胞的激活和扩张具有积极的调节作用。

另一方面,Galectin-9促进免疫调节,可增强iTreg的扩增和抑制表型。此外,galectin-9还通过与Tim-3受体的相互作用促进CD11b+Ly-6G+髓系抑制细胞的功能。

Galectin在肿瘤中的作用

对于galectin-1,实验证据表明,来自肿瘤的galectin-1在促进肿瘤生长和远处转移中起着重要作用。这种机制仍有待探究,然而,不可否认的是,galectin-1的促肿瘤作用需要免疫系统的积极参与。事实上,在免疫缺陷小鼠中,表达或不表达半乳糖凝集素-1的肿瘤生长差别不明显,这清楚地表明免疫系统是肿瘤galectin -1的主要靶点。此外,CD4和CD8+T淋巴细胞可能参与了galectin-1的作用。

肿瘤galectin-3是肿瘤部位淋巴细胞效应器特性的另一种有效调节因子。首先,T细胞向肿瘤募集需要IFN-γ诱导的趋化因子CXCL9/10梯度。已经证明,肿瘤细胞外基质中的galecti-3可阻止产生趋化因子梯度。

除了调节T细胞迁移,galectin-3还控制效应器功能。galectin-3通过下调TCR降低淋巴细胞效应器功能,从而将T浸润淋巴细胞(TIL)转化为功能失调细胞。在肿瘤微环境中结合galectin-3的CD8+TIL共同表达LAG-3和PD-1,表明LAG-3在galectin-3介导的淋巴细胞抗肿瘤效应器功能抑制中的核心作用。除了对效应T细胞产生直接作用外,galectin-3还将巨噬细胞吸引到肿瘤并促进其M2分化。总之,这些研究表明galectin-3在逃避抗肿瘤效应器功能的肿瘤中起着中心作用。

Galectin-7可以在几种类型的肿瘤中检测到,总的来说,肿瘤中较高的galectin-7表达是癌症患者生存的一个负面预后因素。galectin -7可能在肿瘤微环境和免疫监测中发挥作用。在肿瘤相关巨噬细胞中可以检测到galectin-7,galectin-7对肿瘤相关巨噬细胞的功能影响还不清楚。另一方面,重组galectin-7诱导人外周T细胞凋亡,除了控制活化T细胞的存活外,galectin-7还可以被肿瘤用来下调T细胞产生的细胞因子。总之,galectin-7对免疫细胞的功能和存活起着重要的作用,应该被视为免疫治疗的靶点。

目前,还没有研究评估肿瘤galectin-8对产生特异性和保护性免疫反应的影响。大多数研究集中于该蛋白在肿瘤转移和血管生成中的作用。

在一些评估实体瘤中galectin-9表达的预后价值的研究中观察到了相互矛盾的结果。一些研究发现Galectin-9是某些类型癌症患者的积极预后生物标志物,galectin-9表达与总生存率之间的这种正相关性可能与galectin-9抑制转移和诱导凋亡,通过在引流淋巴结中诱导更有效的抗肿瘤免疫反应有关。

然而,随着肿瘤发展成为一种慢性疾病,galectin-9的表达与预后不良相关,并且通常与免疫逃避有关。肿瘤内CD103+树突状细胞表达Tim-3,其与galectin-9的相互作用导致抗原呈递细胞失活。此外,肿瘤galectin-9与巨噬细胞上的dectin-1相互作用,促进肿瘤耐受。因此,肿瘤半乳糖凝集素-9在控制髓系细胞特性、T细胞活化以及控制抗肿瘤免疫反应的效应器方面起着重要作用。

Galectin在肿瘤治疗中的应用

半乳糖凝集素可以作为影响抗肿瘤免疫反应各个阶段(T细胞迁移/激活/效应器功能)的可溶性因子发挥作用。因此,半乳糖凝集素是肿瘤免疫治疗中具有吸引力的干预靶点。

然而,已有的实验和临床证据表明,作为单一疗法的半乳糖凝集素的阻断可能不会对癌症治疗产生任何显著优势。然而,半乳糖凝集素与患者对化疗、放疗、免疫治疗、抗血管生成和靶向治疗的敏感性或耐药性有关,通过将半乳糖凝集素的抑制作用与已有的治疗策略相结合可能是实现有效治疗的最佳途径。

半乳糖凝集素的抑制作用结合化疗会影响抗肿瘤免疫。在大肠肝转移中,单细胞分析定义了两个不同的肿瘤细胞亚群,它们对化疗有不同的反应:干细胞样细胞(主要利用PD-1/PD-L1通路控制免疫的肿瘤细胞)和肠细胞样细胞(利用Tim-3/galectin-9通路逃避免疫)。使用中和性抗Tim-3或抗galectin-9抗体可改善基于紫杉醇的化疗。

galectin-1抑制和化疗的结合是治疗某些类型癌症的另一个有希望的策略。事实上,通过联合抑制galectin-1和temozolomide来治疗胶质母细胞瘤,已经报道了协同治疗效果。这种组合治疗将巨噬细胞转换为M1极化,减少髓系抑制细胞和调节性T细胞,并增加肿瘤的CD4+和CD8+T细胞浸润。

抑制半乳糖凝集素也可能是与放疗相结合的良好策略。研究表明,放疗可增加肿瘤水平galectin-1的分泌。循环中高水平的galectin-1与癌症患者的淋巴细胞减少和放射抵抗直接相关。在卵巢癌、乳腺癌和鳞状细胞癌模型中,使用Anginex(一种33个氨基酸的galectin-1抑制肽)与次优剂量的辐射相结合可导致肿瘤消退。

抑制半乳糖凝集素也可以增强其他免疫疗法。来自头颈部癌症的数据表明,galectin-1抑制可增强抗PD-1治疗,这表明galectin-1抑制剂和抗PD1/PDL1免疫检查点的组合可协同癌症治疗。此外,在一些临床前研究中,选择性galectin-1抑制剂OTX008抑制肿瘤生长。2012年,宣布了一项旨在评估皮下注射OTX008治疗晚期实体瘤效果的I期临床试验(NCT01724320)。到目前为止,尚未通报任何结果。

在肺癌中,表达Tim-3的淋巴样细胞和表达galectin-9的单核细胞髓源性抑制细胞的积聚与抗PD1免疫治疗的耐药性呈正相关。因此,通过体外阻断galectin-9/Tim-3途径可以克服抗PD-1的耐药性。这个结果支持了一项I/II期试验(NCT02608268),该试验正在评估抗Tim-3抗体MBG453作为单一药物并与抗PD-1联合应用于晚期恶性肿瘤患者的安全性和有效性。

galectin-3是冷肿瘤的主要决定因素,抑制galectin-3可能逆转这种耐药性。在同基因模型中,口服galectin-3抑制剂(GB1107)可减少人和小鼠肺腺癌的生长并阻断转移。此外,GB1107增强了PD-L1免疫检查点抑制剂的作用,以增加细胞毒性效应分子的产生。在转移性黑色素瘤和头颈癌中,galectin-3抑制剂(GR-MD-02)可改善抗PD-1治疗。

总之,现有信息强调了半乳糖凝集素在抗PD-1治疗抵抗中所起的关键作用,并支持半乳糖凝集素的抑制作用在与检查点抑制剂联合的重要性。因此,一些临床试验正在进行中,用galectin-3抑制剂和免疫疗法治疗不同肿瘤类型的患者。这些临床试验包括非小细胞肺癌、头颈部鳞状细胞癌(NCT02575404)和黑色素瘤(NCT02117362,NCT02575404)。

小结

半乳糖凝集素肿瘤免疫中发挥着重要的作用,Galectin-1、-3、-7、-8和-9是肿瘤逃避免疫控制的主要分子,靶向抑制这些半乳糖凝集素可能在联合放疗、化疗、免疫治疗和靶向治疗方面发挥积极的抗肿瘤作用。这需要我们更准确地阐明其精确的体内作用机制,开发更有效、更具选择性的抑制剂,并以合理的方式将这些分子与其他抗癌策略结合起来。

参考文献:

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