PD-L1 Protein Expression in Breast Cancer

Abstract

Tumorcellers evne til å unngå destruksjon av immunforsvaret, har blitt foreslått som et av de nye kjennetegnene til kreft av Hanahan og Weinberg i 2011. Både T-celler, B-celler, makrofager, polymorfonukleære celler, naturlige dreperceller og dendrittiske celler er, i varierende grad, å finne i mikromiljøet rundt ulike typer tumorer. Også ved brystkreft, dog i mindre grad enn ved andre kreftformer, kan man finne immunceller fra både det medfødte og det ervervede immunforsvaret i mikromiljøet rundt tumor.

Immun sjekkpunktproteiner er ulike reseptorer og ligander som kontrollerer og demper aktiviteten i det ervervede immunforsvaret, og virker derfor som en motvekt til de stimulerende immunreseptorene. PD-1 er en reseptor som finnes på aktiverte T-celler. Den virker som en inhibitor på både T-cellereseptor og co-stimulerende reseptorer når den aktiveres av PD-L1. PD-L1/PD-1-signalveien er en viktig signalvei som hemmer selv-reaktive T-celler, og PD-L1 er derfor uttrykt på de fleste cellene hos mennesker. Både kreftceller og intratumorale immunceller kan uttrykke PD-L1, som igjen fører til lavere T-celleaktivitet, og derfor reduserer sjansen for at T-celler oppdager kreftspesifikke antigener som uttrykkes av tumorer. Dermed kan kreftceller med et høyt uttrykk av PD-L1 unngå T-cellemediert immunangrep ved å aktivere PD-1-signalveien. Ulike former for immunterapi er raskt i gang med å bli viktige behandlingsalternativer for mange ulike kreftformer, som også omfatter immun sjekkpunkthemmere, hvor PD-L1/PD-1-blokkere viser lovende resultater.

Selv om immuncelleinfiltrasjon ikke er et fremtredende trekk ved brystkreft, ser man ofte tumorinfiltrerende lymfocytter i de mer aggressive subtypene av brystkreft, hvor de også er av prognostisk betydning, som videre gjør sykdommen til et potensielt mål for immunterapi. Vårt mål var å studere assosiasjonene mellom PD-L1-uttrykk, på både tumorepitelceller og tumorinfiltrerende immunceller i brystkreftvev, og kreftkarakteristikker som histopatologisk type, histopatologisk grad, molekylær subtype, proliferasjonsmarkører og prognose.

Vi analyserte totalt 821 tilfeller av brystkreft oppstått i en kohort på 25 727 kvinner fra Nord-Trøndelag fylke i Norge, diagnostisert med brystkreft fra 1961 til 2008. Forskningsgruppen vår har tidligere klassifisert alle brystkrefttilfellene til histopatologisk type og grad etter gjeldende retningslinjer. Molekylær subtyping ble gjort ved hjelp av immunhistokjemi (IHC) og kromagen in situ hybridisering på vevsmikromatriser (TMAs) med følgende markører: østrogen- og progesteronreseptorer; proliferasjonsmarkøren Ki67; human epidermal vekstfaktorreseptor 2 (HER2); cytokeratin 5 og epidermal vekstfaktorreseptor 2 (EGFR). I den aktuelle studien ble uttrykket av PD-L1 på tumorceller og immunceller vurdert ved hjelp av antistoffet E1L3N. Assosiasjonene mellom PD-L1-uttrykk og histopatologisk type og grad, proliferasjon, og molekylære subtyper ble testet ved hjelp av Pearsons Chi-kvadrattest. Risiko for død som følge av brystkreft ble estimert ved bruk av Cox regresjonsanalyse.

PD-L1-uttrykk (≥1%) ble observert i i av tumorepitelceller 6.5% av tilfellene og i tumorinfiltrerende immunceller i 17.5% av tilfellene. PD-L1-uttrykk både tumorceller og tumorinfiltrerende immunceller var assosiert med medullært karsinom, høy histopatologisk grad, høy proliferasjonsaktivitet, og med Basal fenotype.

Vi observerte også en trend mot at PD-L1-uttrykk på tumorinfiltrerende immunceller var assosiert med en større risiko for å dø av brystkreft, men denne assosiasjonen nådde ikke statistisk signifikans. Det er derfor behov for flere studier før man med større sikkerhet kan forstå hvordan uttrykk av PD-L1 påvirker prognose og utfall ved brystkreft.

The ability of tumour cells to avoid destruction by the immune system is one of the emerging hallmarks of cancer proposed by Hanahan and Weinberg in 2011. T-cells, B-cells, macrophages, polymorphonuclear cells, natural killer cells and dendritic cells are found in the tumour microenvironment to varying degrees across different cancers. While less extensive that in other cancers, immune cells from both the adaptive and the innate immune systems can be observed in the tumour microenvironment in breast cancer.

Immune checkpoint proteins are receptors and ligands controlling and downregulating the activity of the adaptive immune system, thus functioning as a counterweight to stimulatory immunoreceptors. PD-1 is a receptor found on activated T-cells. It acts as an inhibitor on both T-cell receptor and co-stimulatory receptors when stimulated by PD-L1. The PD-L1/PD-1 pathway is an important signalling pathway which inhibits auto-reactive T-cells, and PD-L1 is therefore expressed on most cells in the human body. Both cancer cells and intratumoral immune cells may express PD-L1 which in turn reduces T-cell activity, thus reducing the likelihood of T-cell recognition of cancer-specific antigens expressed by tumours. Thus, cancer cells with a high level of PD-L1 expression can avoid the T-cells attack by activating the PD-1 pathway. Different forms of immunotherapy are rapidly becoming important treatment options for various forms of cancer, including immune checkpoint inhibition where PD-1/PD-L1 blockers show promising results.

While immune cell infiltration is not a predominant characteristic of breast cancers in general, tumour-infiltrating lymphocytes are observed in more aggressive subtypes of breast cancer and are prognostic for survival in TNBC, thus making this disease a potential target for cancer immunotherapy. We aimed to study associations between PD-L1 expression on both tumour epithelial cells and tumour-infiltrating immune cells in breast cancer tissue, and breast cancer characteristics including histopathological type, histopathological grade, molecular subtype, proliferation and prognosis.

We analysed a total of 821 cases of breast cancer originating from a cohort of 25 727 women from Nord-Trøndelag County, Norway, diagnosed with breast cancer from 1961 to 2008. Our group had previously classified all tumours into histopathological type and grade according to current guidelines. Molecular subtyping was done using immunohistochemistry (IHC) and chromogenic in situ hybridisation applied to tissue microarrays (TMAs) for the following markers: oestrogen- and progesterone receptors; the proliferation marker Ki67; human epidermal growth factor receptor 2 (HER2); cytokeratin 5 and epidermal growth factor receptor 1 (EGFR). For the present study, PD-L1 expression on tumour epithelial cells and on tumour-infiltrating immune cells were assessed using the E1L3N antibody. Associations between PD-L1 expression and histopathological type and grade, proliferation, and molecular subtypes were tested using Pearson’s Chi square test. Risk of death from breast cancer was estimated using Cox regression analysis.

PD-L1 expression (≥1%) was observed in tumour epithelial cells in 6.5% of cases, and in tumour-infiltrating immune cells in 17.5% of cases. PD-L1 expression in tumour epithelial cells, or in tumour-infiltrating immune cells was found to be associated with medullary carcinoma, high histopathological grade, high proliferative activity, and the Basal phenotype.

We also observed a trend towards an association between PD-L1 expression on tumour-infiltrating immune cells, and a higher risk of death from breast cancer, although statistical significance was not reached. Thus, further studies are needed to confidently assess how PD-L1 expression affects outcomes and prognosis in breast cancer.