Universität zu Köln

Progression und therapeutisches Ansprechen in B-Zelllymphomen hängen von der Interaktion mit Makrophagen im Tumormikromilieu (TME) ab. Eine zentrale Eigenschaft des TME ist sein begrenzter Gehalt an Nährstoffen, wodurch Immunzellen metabolisch umprogrammiert werden, was beispielsweise zu einer veränderten Phagozytosekapazität von Makrophagen führt. In diesem Projekt wurde die Rolle von metabolischer Modulation von Makrophagen für ihre phagozytische Aktivität beleuchtet, um die Effektorzell-Funktion von Makrophagen im Kontext von Immuntherapien zu verbessern. Wir haben gezeigt, dass metabolische Modulation in der Lage ist, die phagozytische Aktivität von Makrophagen zu beeinflussen. Die Inhibition des Pentose-Phosphat-Wegs (PPP) induziert eine erhöhte Chronische lymphozytische Leukämie (CLL) und Lymphom-Zell Phagozytose durch Makrophagen. Die Supplementierung der PPP-Intermediate Ribulose-5-Phosphat und Sedoheptulose-7-Phosphat erhöht die Makrophagen-vermittelte Zielzell-Depletion während Erythrose-4-Phosphat sie inhibiert. Dies deutet auf eine Inhibition der produzierenden Enzyme als Ursprung der beobachteten erhöhten Phagozytoserate hin. Unter PPP-Inhibition verändert sich der Phänotyp der Makrophagen. Der Sauerstoffverbrauch und die Glykolyse der Makrophagen ist erhöht und die Zellen entwickeln eine aktiviertere Morphologie mit der Ausbildung von Filopodien, welche bei der Phagozytoseinitiierung involviert sind. Zudem verschiebt sich die Zytokinsekretion weg von anti-inflammtorischer IL-10 und hin zu pro-inflammatorischer IL-6 Sekretion. PPP-Inhibition in Makrophagen vermindert signifikant den supportiven Einfluss auf CLL Zellen in vitro durch Verminderung des "nurse-like" Effekts. PPP-Inhibition in CLL Zellen vermindert zudem deren Viabilität, hinweisend auf einen möglichen zusätzlichen therapeutischen Effekt auf Seiten der Lymphomzellen. Die erhöhte Lymphomzell-Beseitigung und die phänotypischen Veränderungen wurden auch unter knockdown der PPP-Enzyme Transketolase (TKT) und 6-Phosphogluconatdehydrogenase (6PGD) in Makrophagen beobachten sowie bei PPP-Inhibition in primären murinen und humanen Makrophagen. In einem Multi-Omic-Assessment von PPP-Inhibition auf Proteom-, Phosphoproteom- und Metabolom-Level, zeigten sich Proteinexpressionsveränderungen, welche den Metabolismus und die Immunantwort regulieren. Eine Verbindung zwischen PPP-Inhibition und einem veränderten Immunprofil durch Beeinflussung des Glykogenmetabolismus und die daraus folgende Modulation des UGPD-Stat1-Irg1-Itaconat-Weges wurde identifiziert. Die Bedeutsamkeit dieses Signalweges wurde anhand eines Irg1-knockout Mausmodells demonstriert. Makrophagen der Irg1-knockout Mäuse zeigen eine erhöhte Phagozytosekapazität im Vergleich zu Wildtyp Mausmakrophagen. Makrophagen immunkompetenter Wildtyp Mäuse, welche mit dem PPP-Inhibitor S3 behandelt wurden, zeigen ebenfalls einen aktivierten Phänotypen, eine pro-inflammatorische Polarisation and eine erhöhte phagozytische Aktivität. Die Hinzugabe des PPP-Inhibitors S3 zur Antikörpertherapie in einem agressiven Lymphom Mausmodell erzeugt eine signifikante Verlängerung des Überlebens (overall survival) im Vergleich zur alleinigen Antikörpertherapie und erhöht die Makrophageninfiltration in Lymphommanifestationen bei gleichzeitiger Reduktion der Lymphomzellen. Zusammengefasst zeigt sich eine vermehrte Aktivierung und Repolarisation von Makrophagen in Richtung eines pro-inflammatorischen und phagozytisch aktiven Phänotypens unter PPP-Inhibition. Wir waren in der Lage den zugrundeliegenden Signalweg aufzuzeigen, welcher metabolische Regulation und Immunaktivität in Makrophagen verbindet. Wir postulieren den PPP als einen Schlüsselregulator der Makrophagenaktivität, welcher die Unterstützung des Wachstums von malignen B-Zellen, die Kapazität von Tumorzelleradikation und dadurch den Therapieerfolg von Immuntherapie im Kontext von B-Zelllymphomen und CLL determiniert. Durch unsere neuen Erkenntnisse haben wir den PPP als einen angreifbaren Modulator der Makrophagenpolarisation identifiziert, welcher ein aussichtsreiches Ziel zur Verbesserung der Effektivität von Immuntherapien in B-Zelllymphomen und CLL darstellt.

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