Study of the immune response of the host in primary sites and accompanying brain metastases in cancer patients

Introduction. The incidence of brain metastases in patients with malignancy varies depending on the location of the primary site but has been increasing in recent decades. The implementation of new targeted immunotherapeutic approaches has increased patient survival and highlighted the importance of the host's immune response to tumor, but the presence of brain disease remains a poor prognostic factor. The presence of tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) and expression of programmed cell death protein 1 receptor and its ligand (PD-1/PD-L1) has been associated with a better response to immunotherapy and a better prognosis for survival, acquiring a predictive and prognostic role in many malignancies. The existence of an immune response is becoming more and more biomarker and its existence in brain metastases is the subject of a study to understand the role of the immune system in the CNS and the impact it can have on the progression of the disease, the prognosis and the possible response to newer targeted treatment options.However, the immune response to cerebral parenchyma has not been sufficiently studied, according to the international literature. For many years the brain was considered a non-immunogenic environment and consequently it was thought that metastases in the CNS lacked an immune response. In recent years, this view tends to be revised, but our knowledge remains limited, due to the diversity of the cerebral parenchyma and the microenvironment of brain metastases.Aim. The aim of this study was to investigate the host's immune response to primary tumors and concomitant brain metastases in the CNS from a variety site of malignancies. Specifically, the aim was to investigate the presence or absence of an immune response in brain metastases. Evaluation of the immune response was decided to be performed by assessing the tumor infiltrating TILs and the expression of programmed cell death protein 1 receptor (PD-1) and its ligand (PD-L1), in tissue samples of both brain metastases as well as primary tumors.Subsequently, the aim of the study was to investigate the existence of any differences / similarities between the immune activity of primary tumors in relation to that of brain metastases and its prognostic significance for the outcome of the disease, the response to treatment and overall survival. Overall OS survival would be assessed in two parameters, once from the time of diagnosis of the disease (OS1) and second overall survival from the time of diagnosis of brain metastases (OS2).Methods. This study is a retrospective study, for which a total of 72 patients used biopsy material of brain metastases from various malignancies. The biopsy material of the primary tumor was also used in those patients in whom paired samples of primary tumor and brain metastases were available. Immunohistochemical analysis was performed for tumor infiltrated lymphocytes-TILs (CD3, CD8, FOXP3) and PD-L1 / PD-1 expression. Then, the densities of CD8, CD3, FOXP3, both stromal and intraepithelial, were calculated. Positive expression of PD-L1 was assessed in tumor cells and immune cells, followed by evaluation of the intensity of immunostaining in the percentage of cancer cells by semi-quantitative H-Score staining. Clinical parameters were selected for the study, which were examined for possible correlation with the immune response.Results. The study demonstrated that the brain as a host exhibits immune activity with different immune characteristics against the primary tumors. The cerebral parenchyma was found to be a special microenvironment, which is characterized by a high presence of tumor infiltrated lymphocytes TILs, the majority of which are leukocytes subsets associated with dampening of the immune response. Our findings suggest that the tumor infiltration lymphocytes (TILs), which predominate in the tissue samples of primary sites, consist mainly of CD3 / CD8 that induce immune response. In contrast, tissue samples of concomitant brain metastases are dominated by FOXP3 (Tregs), known for their immunosuppressive properties. In this study, it was observed that regarding OS2, patients with low expression of FOXP3 had significantly shorter OS2 compared to those with high expression of FOXP3. Furthermore, it was found only a trend toward increased risk of death for patients with low expression of FOXP3 with respect to OS1. Consequently, according to these results patients with low density at FOXP3 had a worse prognosis compared to patients with high density. FOXP3s are known to demonstrate controversial prognostic value due to their strong intratumoral heterogeneity.Εισαγωγή. Η επίπτωση εγκεφαλικών μεταστάσεων σε ασθενείς με κακοήθεια ποικίλλει ανάλογα με την εντόπιση της πρωτοπαθούς εστίας, αλλά βαίνει αυξανόμενη κατά τις τελευταίες δεκαετίες. Η εφαρμογή νέων στοχευτικών ανοσοθεραπευτικών προσεγγίσεων έχει αυξήσει την επιβίωση ασθενών και έχει αναδείξει τη σημασία της ανοσολογικής απάντησης του ξενιστή έναντι του όγκου, η ύπαρξη όμως εγκεφαλικής νόσου παραμένει κακός προγνωστικός παράγοντας. Η παρουσία της ανοσολογικής διήθησης λεμφοκυττάρων (TILs) και η έκφραση του PD-L1/PD-1 έχει συσχετιστεί με καλύτερη ανταπόκριση στην ανοσοθεραπεία και καλύτερη πρόγνωση στην επιβίωση, αποκτώντας προβλεπτικό και προγνωστικό ρόλο σε πολλά κακοήθη νεοπλάσματα. Η ύπαρξη ανοσολογικής απάντησης αποκτά ολοένα και περισσότερο χαρακτήρα βιοδείκτη και η ύπαρξη της στις εγκεφαλικές μεταστάσεις αποτελεί αντικείμενο μελέτης για την κατανόηση του ρόλου του ανοσοποιητικού συστήματος στο Κ.Ν.Σ και το αντίκτυπο που μπορεί να έχει στην εξέλιξη της νόσου, στην πρόγνωση και στην ενδεχόμενη ανταπόκριση σε νεότερες στοχευτικές θεραπευτικές επιλογές. Ωστόσο, η ανοσολογική απάντηση στο εγκεφαλικό παρέγχυμα δεν έχει μελετηθεί αρκετά, σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία. Για πολλά χρόνια ο εγκέφαλος θεωρούνταν μη ανοσογόνο όργανο και κατ’ επέκταση οι μεταστάσεις στο Κ.Ν.Σ ότι στερούνταν ανοσολογικής απόκρισης. Τα τελευταία χρόνια, η άποψη αυτή τείνει να αναθεωρηθεί, οι γνώσεις μας όμως παραμένουν περιορισμένες, λόγω της διαφορετικότητας του εγκεφαλικού παρεγχύματος και του μικροπεριβάλλοντος των εγκεφαλικών μεταστάσεων.Σκοπός. Σκοπός της μελέτης αυτής ήταν η διερεύνηση της ανοσολογικής απάντησης του ξενιστή σε πρωτοπαθείς όγκους και σε συνοδές εγκεφαλικές μεταστάσεις στο Κ.Ν.Σ, από ποικίλα κακοήθη νεοπλάσματα. Συγκεκριμένα, να διερευνηθεί η ύπαρξη ή μη ανοσολογικής απόκρισης στην εγκεφαλική μετάσταση. Η αξιολόγηση της ανοσολογικής απόκρισης αποφασίστηκε να πραγματοποιηθεί με την εκτίμηση των ανοσοκυττάρων διηθούντων του όγκου TILs και της ανοσοέκφρασης της programmed cell death protein 1 receptor (PD-1), programmed cell death protein 1 receptor ligand (PD-L1), στα ιστικά δείγματα τόσο των εγκεφαλικών μεταστάσεων όσο και των πρωτοπαθών όγκων. Ακολούθως, σκοπός της μελέτης ήταν να διερευνηθεί η ύπαρξη τυχόν διαφορών/ομοιοτήτων μεταξύ της ανοσολογικής δραστηριότητας των πρωτοπαθών όγκων σε σχέση με αυτή των εγκεφαλικών μεταστάσεων και η προγνωστική της σημασία για την έκβαση της νόσου, την ανταπόκριση στη θεραπεία και τη συνολική επιβίωση. Η συνολική επιβίωση OS θα αξιολογούνταν σε δύο παραμέτρους, από τη στιγμή της διάγνωσης της νόσου(OS1) και τη συνολική επιβίωση από τη στιγμή της διάγνωσης των εγκεφαλικών μεταστάσεων(OS2).Μέθοδοι. Η μελέτη αυτή είναι μια αναδρομική μελέτη, για την οποία χρησιμοποιήθηκε από συνολικά 72 ασθενείς βιοπτικό υλικό εγκεφαλικών μεταστάσεων από ποικίλα κακοήθη νεοπλάσματα. Αξιοποιήθηκε επίσης το βιοπτικό υλικό του πρωτοπαθούς όγκου σε όσους ασθενείς υπήρχε διαθέσιμο ζεύγος πρωτοπαθούς και εγκεφαλικής εστίας. Πραγματοποιήθηκε ανοσοϊστοχημική ανάλυση για συγκεκριμένους ανοσοφαινότυπους διηθούντων λεμφοκυττάρων-TILs ( CD3, CD8, FOXP3) και έκφρασης PD-L1/PD-1. Ακολούθως, υπολογίστηκε η πυκνότητα των CD8, CD3, FOXP3, τόσο των στρωματικών όσο και των ενδοεπιθηλιακών. Η θετική έκφραση PD-L1 εκτιμήθηκε στα καρκινικά κύτταρα και στα ανοσοποιητικά κύτταρα και ακολούθησε αξιολόγηση της έντασης της ανοσόχρωσης στο ποσοστό των καρκινικών κυττάρων με την ημιποσοτική χρώση H-Score. Για τη μελέτη επιλέχθηκαν κλινικοπαθολογικοί παράμετροι, οι οποίοι εξετάσθηκαν για πιθανή συσχέτιση με την ανοσολογική απόκριση.Αποτελέσματα. Από την έρευνα προέκυψε ότι ο εγκέφαλος ως ξενιστής παρουσιάζει ανοσολογική δραστηριότητα με διαφορετικά όμως ανοσολογικά χαρακτηριστικά έναντι της πρωτοπαθούς εστίας. Διαπιστώθηκε πως το εγκεφαλικό παρέγχυμα αποτελεί ένα ιδιαίτερο ανοσολογικό μικροπεριβάλλον, το οποίο χαρακτηρίζεται από υψηλή παρουσία διηθούντων T λεμφοκυττάρων, στην πλειοψηφία των οποίων πρόκειται για ανοσοφαινότυπους, γνωστούς για την ανοσοκατασταλτική τους δράση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ανοσοκύτταρα λεμφοκυτταρικής διήθησης-TILs, τα οποία κυριαρχούν στα ιστικά δείγματα πρωτοπαθών εστιών αφορούν τους ανοσοφαινότυπους εκείνους CD3/CD8 που επάγουν την ανοσολογική απάντηση του ξενιστή προς τον όγκο. Αντίθετα, στα ιστικά δείγματα των συνοδών εγκεφαλικών μεταστάσεων κυριαρχούν τα FOXP3(Tregs), γνωστά για τις ανοσοκατασταλτικές του ιδιότητες. Στην παρούσα μελέτη παρατηρήθηκε ότι οι ασθενείς με χαμηλή έκφραση FOXP3 είχαν μικρότερη συνολική επιβίωση, όσον αφορά την OS2 και εμφάνιζαν μια τάση αυξημένου κινδύνου θανάτου σε σχέση με το OS1 σε αντίθεση με αυτούς με υψηλή έκφραση. Συνεπώς, όπως προέκυψε από τη μελέτη μας, οι ασθενείς με χαμηλή πυκνότητα σε FOXP3 εμφάνισαν χειρότερη πρόγνωση σε σχέση με τους ασθενείς με υψηλή πυκνότητα. Είναι γνωστό ότι τα FOXP3 παρουσιάζουν μεγάλη ενδοογκική ετερογένεια και αυτό τα καθιστά αμφιλεγόμενα σε προγνωστική αξία