Journal of Glycomics & Lipidomics
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Abstrakt

Immunsuppression bei Tumoren Galectine hüllen menschliche tumorinfiltrierende Lymphozyten ein und blockieren deren Funktion

Pierre van der Bruggen

Wir beschreiben einen neuen Mechanismus der Funktionsstörung menschlicher tumorinfiltrierender Lymphozyten (TILs). TILs konnten bei Stimulation keine Zytokine und lytischen Enzyme absondern, obwohl sie normalerweise aktiviert waren und diese Effektormoleküle innerhalb der Zelle produzieren konnten. Überraschenderweise blieben diese Effektormoleküle in der Zelle gefangen. Dieser Defekt hängt mit der Anwesenheit von Galectin-3 an der TIL-Oberfläche zusammen und kann durch Wirkstoffe behoben werden, die Galectin-3 von der TIL-Oberfläche ablösen. Der normale Sekretionsprozess ist in dysfunktionalen TILs aufgrund einer beeinträchtigten LFA-1-Mobilität und Aktin-Umlagerung an der sekretorischen Synapse blockiert. Dies ist die erste Beobachtung einer Entkopplung zwischen Zytokinproduktion und Zytokinsekretion in TILs.

Wir vermuten außerdem, dass Galectingitter, die an der Tumormikroumgebung hängen, glykosylierte Immunfaktoren einfangen und ihre Antitumorfunktion blockieren können. Die Anwesenheit von Galectin-3 in der Tumormikroumgebung reduzierte die IFNγ-Diffusion und die Fähigkeit, den Chemokingradienten zu induzieren, der erforderlich ist, um Antitumor-T-Lymphozyten anzuziehen. Galectin-3 nahm  in vitro  glykosyliertes IFNγ ein und reduziert die IFNγ-Diffusion durch eine Kollagenmatrix. Die Hemmung von Galectinen erhöhte die Fähigkeit menschlicher Tumorzellen, CXCL9/10 nach IFNγ-Behandlung in vitro zu exprimieren. In einem humanisierten Mausmodell schränkt menschliches Galectin-3 die intratumorale Diffusion von IFNγ ein. Die gleichzeitige Injektion von IFNγ und Galectin-Antagonisten verbesserte die Tumorinfiltration durch intravenös injizierte autologe CD8+-T-Zellen und verzögerte das Tumorwachstum im Vergleich zu Tumoren, denen nur IFNγ injiziert wurde. Unsere Ergebnisse tragen zur Erklärung bei, warum einige menschliche Tumore als „kalt“ angesehen werden können, da sie nur schlecht von Anti-Tumor-T-Lymphozyten infiltriert werden.

 Von Tumorzellen und Makrophagen freigesetzte Galectine können Oberflächenglykoproteine ​​tumorinfiltrierender Lymphozyten (TILs) binden und Glykoprotein-Galectin-Gitter mit immunsuppressiver Wirkung bilden. Insbesondere TILs, die von Galectin-3 bedeckt sind, können nach Stimulation keine Zytokine absondern. Die Behandlung von TILs ex vivo mit Galectin-Antagonisten für einige Stunden steigert ihre Funktionen. Derzeit stehen mehrere Galectin-Antagonisten für klinische Studien zur Verfügung.

Tumorinfiltrierende Lymphozyten (TILs) sind dysfunktional

Bei vielen Krebspatienten kommt es zu einer spontanen Antitumor-T-Zell-Reaktion. Es häufen sich jedoch die Hinweise, dass das Tumormikromilieu immunsupprimierend wirkt.

Tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) freshly isolated from a variety of human tumor samples have often proven defective in lysing relevant target cells and secreting interferon-γ (IFNγ). TILs usually express immune checkpoint receptors, such as cytotoxic T lymphocyte associated protein 4 (CTLA4) and programmed cell death-1 (PDCD1, better known as PD-1), molecular features of exhausted lymphocytes. Blocking these receptors with antibodies has been shown to prolong survival of T cells and boost their proliferation upon activation in vitro. Such antibodies have shown their efficacy in a trial with advanced melanoma patients.

Galectin Antagonists Boost Human TIL Functions

Galectins are lectins and thus recognize sugar moieties. By oligomerizing and crosslinking glycoproteins at the surface of T cells, galectins form glycoprotein-galectin lattices that impede the motility of receptors important for T-cell functions. We proposed several years ago that extracellular galectin-3 is responsible for deficiencies in TIL functions. Galectin-3 is secreted by cancer cells, macrophages, and activated T cells, and can accumulate in the tumor microenvironment. Treating CD8⁺ or CD4⁺ TILs freshly isolated from solid tumors or carcinoma ascites with galectin antagonists or with an anti-galectin-3 antibody, even for just a few hours, markedly increased their IFNγ secretion and cytotoxicity.

Galectin-1 and galectin-3 recognize N-acetyl-lactosamine (LacNAc) motifs. Detaching galectin-1 and galectin-3 from cells can be achieved with competing sugars such as lactose, LacNAc, some dithiodigalactosides designed by Ulf Nilsson (Lund University) and developed by Galecto Biotech, or clinical-grade citrus pectin named GCS-100 developed by La Jolla Pharmaceuticals. Antibody B2C10 that is directed against the N-terminal part of galectin-3, at the opposite site of the carbohydrate recognition domain, can also detach galectin-3 from cells, most probably by disassembling galectin-3 oligomers, thus keeping it in a lower affinity form. We recently described that another clinical-grade product developed by Galectin Therapeutics, GM-CT-01, is also able to boost human TIL functions via disorganizing glycoprotein-galectin lattices, without actually detaching galectins from cells. GM-CT-01 is a galactomannan of about 50 kDa obtained by hydrolysis of guar gum, extracted from guar beans. Its half-life in Cynomolgus monkeys is between 12 to 18 h. GM-CT-01 interacts with a site in galectin-1, also present in galectin-3, opposite to the carbohydrate-binding

domain, acting as an allosteric antagonist.

Is TIL Immunosuppression a Story About Sugars and Galectins?

We have reported that freshly isolated CD8⁺ TILs that are heavily covered by galectin-3 are the CD8⁺ TILs that harbor a glycome rich in lactosamine motifs and thus strongly stained with Lycopersicon esculentum lectin (LEL). These TILs were totally blocked for IFNγ secretion upon stimulation. Addition of galectin antagonists disorganizes galectin-glycoprotein lattices and retrieves the ability of the LEL^high galectin-3^high CD8⁺ TILs to secrete IFNγ after stimulation. This is in agreement with our working hypothesis: a high percentage of TILs are activated lymphocytes, which therefore harbor many LacNAc motifs, the natural ligands of galectin-1 and -3. The abundance of LacNAc motifs and galectins would favor the formation of galectin-glycoprotein lattices at the TIL surface and result in a decreased surface motility of the receptors involved in T-cell functions.

Are Galectin Antagonists Candidate Treatments for Clinical Trials?

Remarkably, briefly treating human TILs ex vivo with galectin antagonists is sufficient to strongly increase IFNγ secretion and cytolytic ability, a reactivation that appears unique to galectin antagonists. In contrast, other groups have treated T cells with antibodies specific for inhibitory receptors, such as those aforementioned. This treatment does not provide an immediate functional correction but instead results in an enhanced proliferation of T cells, yielding a higher number of functional T cells a few days later. We have observed that two clinical-grade galectin antagonists, GCS-100 and GM-CT-01, boost IFNγ secretion upon ex vivo stimulation among ~80% of CD8⁺ and ~50% of CD4⁺ patient TIL samples. These TIL samples were obtained from patients bearing tumors of distinct histological origins, including those arising from melanocyte, biliary tract, prostate, esophagus, liver, colon, pancreas, and ovary. Galectin antagonists had no effect on the IFNγ secretory responses of stimulated blood T lymphocytes from donors without cancer. These two compounds have already been injected intravenously in cancer patients without severe side effects.

In addition to its straightforward effect on TIL functions, inhibition of extracellular galectins may have other beneficial antitumoral benefits. Upregulated galectin-3 expression and secretion is a feature of alternative macrophage activation. Galectin antagonists could interrupt the galectin-3 feedback loop that enhances alternative macrophage polarization and activation, dampening chronic inflammation.Moreover, in murine models, extracellular galectin-3 seems to favor breast and melanoma metastases by supporting tumor cell adhesion. Resistance of galectin-3 knock-out mice to melanoma metastasis also correlates with a

higher NK cytotoxicity

Biography

Pierre van der Bruggen hat einen Doktortitel in Agrarwissenschaften. 1988 kam er zum Ludwig Institute for Cancer Research und identifizierte 1991 das erste menschliche Gen, MAGE-1, das für ein Tumorantigen kodiert, das von zytolytischen T-Lymphozyten erkannt wird. Im Laufe der Jahre identifizierte er mehrere andere Tumorantigene, die in klinischen Studien verwendet wurden. Seine Gruppe hat eine neue Art von Anergie menschlicher tumorinfiltrierender Lymphozyten entdeckt, die auf das Vorhandensein von Galectin-3 zurückzuführen ist, einem in Tumoren häufig vorkommenden Lektin. Die Gruppe analysiert außerdem die Mechanismen, mit denen Galectin-Antagonisten die beeinträchtigten T-Zellfunktionen umkehren.