Factores predictivos de respuesta a inmunoterapia en cáncer colorrectal avanzado con inestabilidad de microsatélites

Abstract

Antecedents del tema. La recerca i validació de biomarcadors de resposta a la immunoteràpia en el càncer colorectal avançat amb fenotip Microsatellite Instability High / Deficient Mismatch Repair system (MSI-H / dMMR) constitueix un dels principals reptes en el panorama de el càncer colorectal, en part justificat per la baixa freqüència d’aquest fenotip (al voltant de el 5% dels tumors avançats). Pacients i mètodes. Pacients amb càncer colorectal avançat MSI-H / dMMR tractats amb immunoteràpia basada en inhibidors de PD-1 / PD-L1 a l’Hospital Vall d’Hebron van formar la cohort d’estudi. Segons si la supervivència lliure de progressió a inhibidors de PD-1 / PD-L1 va ser major a 6 mesos o igual / menor, els pacients van ser dividits en dos grups, el grup IT-respon (n: 9 pacients), i el grup IT-resist (n: 7 pacients), respectivament. Amb l’objectiu de dilucidar factors predictius de benefici a inhibidors de PD-1 / PD-L1, es va dur a terme una anàlisi exploratòria multimodal que va incloure genòmica (seqüenciació de nova generació amb un panell de 431 gens per determinar càrrega mutacional tumoral, mutacions Frameshift i patró de gens mutats), microambient tumoral (anticossos dirigits a CD3, CD8, FOXP3 i PD-L1) i microbioma en tumor focalitzat en Fusobacterium nucleatum (tècnica RNA In Situ Hybridization). En relació a la determinació del fenotip MSI-H / dMMR, es va realitzar una revisió central mitjançant immunohistoquímica i reacció en cadena de la polimerasa. Resultats. La càrrega mutacional tumoral i les mutacions Frameshift no es van correlacionar amb el benefici als inhibidors de PD-1 / PD-L1. En l’anàlisi de microambient tumoral es va constatar una major densitat de les diferents subpoblacions de cèl·lules T i d’expressió de PD-L1 en el grup IT-respon. Les mutacions bial.lèliques a PTEN van ser més freqüents en el grup IT-resist en comparació amb el grup IT-respon. Les mutacions bial.lèliques a ARID1A van ser objectivades exclusivament en el grup IT-respon. Els tumors amb mutacions bial.lèliques a ARID1A van presentar la major densitat limfocitària de la cohort i de PD-L1, al contrari que els tumors amb mutacions a CTNNB1, i a PTEN bial.lèliques. Els nivells de Fusobacterium nucleatum no es van correlacionar amb el benefici a inhibidors de PD-1 / PD-L1. Les discordàncies entre tècniques consistents en un fenotip MSS segons la reacció en cadena de la polimerasa i un fenotip dMMR segons la immunohistoquímica, es van trobar només en el grup IT-resist, tot que tota la cohort tenia una signatura genòmica compatible amb fenotip MSI- H / dMMR. Conclusions. En el context de el càncer colorectal avançat amb fenotip MSI-H / dMMR: 1. La càrrega mutacional tumoral no és un factor predictiu de benefici a inhibidors de PD-1 / PD-L1, a diferència de la infiltració limfocitària, encara que són necessaris més estudis; 2. Les mutacions bial.lèliques a ARID1A s’associen a una marcada infiltració tumoral per cèl·lules T, al contrari que les mutacions bial.lèliques a PTEN i l’activació de la via de Wnt a través de mutacions a CTNNB1. Aquestes troballes, que correlacionen amb patrons de resposta a inhibidors de PD-L1 / PD-L1, requereixen de major investigació pel seu potencial interès; 3. Els nivells de Fusobacterium nucleatum tumoral no correlacionen amb el benefici a inhibidors de PD-1 / PD-L1, però calen més estudis en aquesta direcció per la base biològica existent; 4. Els resultats discordants entre tècniques diagnòstiques de fenotip MSI-H / dMMR s’associen a un benefici limitat als inhibidors de PD-L1 / PD-L1; 5. El desenvolupament de biomarcadors sòlids en el camp de la immunoteràpia s’ha de basar en anàlisi multimodals representatius dels diferents hallmarks de el càncer colorectal MSI-H / dMMR.

Antecedentes del tema. La búsqueda y validación de biomarcadores de respuesta a la inmunoterapia en el cáncer colorrectal avanzado con fenotipo Microsatellite Instability High / Deficient Mismatch Repair system (MSI-H/dMMR) constituye uno de los principales retos en el panorama del cáncer colorrectal, en parte justificado por la baja frecuencia de este fenotipo (alrededor del 5% de los tumores avanzados). Pacientes y métodos. Pacientes con cáncer colorrectal avanzado MSI-H/dMMR tratados con inmunoterapia basada en inhibidores de PD-1/PD-L1 en el Hospital Vall d’Hebron formaron la cohorte de estudio. Según si la supervivencia libre de progresión a inhibidores de PD-1/PD-L1 fue mayor a 6 meses o igual/menor, los pacientes fueron divididos en dos grupos, el grupo IT-respond (n:9 pacientes), y el grupo IT-resist (n: 7 pacientes), respectivamente. Con el objetivo de dilucidar factores predictivos de beneficio a inhibidores de PD-1/PD-L1, se llevó a cabo un análisis exploratorio multimodal que incluyó genómica (secuenciación de nueva generación con un panel de 431 genes para determinar carga mutacional tumoral, mutaciones frameshift y patrón de genes mutados), microambiente tumoral (anticuerpos dirigidos a CD3, CD8, FOXP3 y PD-L1) y microbioma en tumor focalizado en Fusobacterium nucleatum (técnica RNA In Situ Hybridization). En relación a la determinación del fenotipo MSI-H/dMMR, se realizó una revisión central mediante inmunohistoquímica y reacción en cadena de la polimerasa. Resultados. La carga mutacional tumoral y las mutaciones frameshift no se correlacionaron con el beneficio a los inhibidores de PD-1/PD-L1. En el análisis del microambiente tumoral se constató una mayor densidad de las diferentes subpoblaciones de células T y de expresión de PD-L1 en el grupo IT-respond. Las mutaciones bialélicas en PTEN fueron más frecuentes en el grupo IT-resist en comparación con el grupo IT-respond. Las mutaciones bialélicas en ARID1A fueron objetivadas exclusivamente en el grupo IT-respond. Los tumores con mutaciones bialélicas en ARID1A presentaron la mayor densidad linfocitaria de la cohorte y de PD-L1, al contrario que los tumores con mutaciones en CTNNB1, y en PTEN bialélicas. La niveles de Fusobacterium nucleatum no se correlacionaron con el beneficio a inhibidores de PD-1/PD-L1. Las discordancias entre técnicas consistentes en un fenotipo MSS según la reacción en cadena de la polimerasa y un fenotipo dMMR según la inmunohistoquímica, se encontraron sólo en el grupo IT-resist, a pesar que toda la cohorte tenía una firma genómica compatible con fenotipo MSI-H/dMMR.

Conclusiones. En el contexto del cáncer colorrectal avanzado con fenotipo MSI-H/dMMR: 1. La carga mutacional tumoral no es un factor predictivo de beneficio a inhibidores de PD-1/PD-L1, a diferencia de la infiltración linfocitaria, aunque son necesarios más estudios; 2. Las mutaciones bialélicas en ARID1A se asocian a una marcada infiltración tumoral por células T, al contrario que las mutaciones bialélicas en PTEN y la activación de la vía de Wnt a través de mutaciones en CTNNB1. Estos hallazgos, que correlacionan con patrones de respuesta a inhibidores de PD-L1/PD-L1, requieren de mayor investigación por su potencial interés; 3. Los niveles de Fusobacterium nucleatum tumoral no correlacionan con el beneficio a inhibidores de PD-1/PD-L1, pero son necesarios más estudios en esta dirección por la base biológica existente; 4. Los resultados discordantes entre técnicas diagnósticas de fenotipo MSI-H/dMMR se asocian a un beneficio limitado a los inhibidores de PD-L1/PD-L1; 5. El desarrollo de biomarcadores sólidos en el campo de la inmunoterapia debe basarse en análisis multimodales representativos de los diferentes hallmarks del cáncer colorrectal MSI-H/dMMR.

Background. The search of immunotherapy biomarkers in Microsatellite Instability High / Deficient Mismatch Repair system (MSI-H/dMMR) metastatic colorectal cancer (mCRC) is an unmet need. The low prevalence of this phenotype (around 5% of advanced CRC) partly justifies the challenge.

Patients and methods. Patients with MSI-H/dMMR mCRC treated with PD-1/PD-L1 inhibitors at Vall d’Hebron University Hospital comprised study cohort. According to whether the progression free survival with PD-1/PD-L1 inhibitors was longer to 6 months or equal/shorter, patients were clustered into IT- respond group (n: 9 patients) or IT- resist group (n: 7 patients), respectively. In order to evaluate determinants of benefit with PD-1/PD-L1 inhibitors, an exploratory multimodal analysis including genomics (through NGS panel tumor-only with 431 genes to determine TMB, frameshift mutations and mutational profile), immune microenvironment (using CD3, CD8, FOXP3 and PD-L1 antibodies), and microbiome focused on Fusobacterium nucleatum (RNA-ISH) were performed. Analysis of MSI-H/dMMR phenotype was centrally determined either by immunohistochemistry and polymerase chain reaction.

Results. TMB and frameshift mutations did not correlate with PD-1/PD-L1 inhibitors benefit. Higher densities of T cell populations and PD-L1 expression were observed among IT-respond. Biallelic PTEN mutations were more frequent in IT-resist, compared to IT-respond, but biallelic ARID1A mutations were exclusively found in IT-respond. Biallelic ARID1A mutated tumours had the highest immune infiltration and PD-L1 scores, contrary to tumours with CTNNB1 mutation or biallelic PTEN mutations. Levels of Fusobacterium nucleatum did not correlate with benefit to PD-1/PD-L1 inhibitors. Misdiagnosis of MSI-H/dMMR phenotype consisting of MSS by polymerase chain reaction and dMMR by immunohistochemistry were only found in IT-resist group, although the whole cohort presented a genomic signature of MSI-H/dMMR.

Conclusion. In advanced colorrectal cancer MSI-H/dMMR: 1. TMB is not a predictive factor of response to PD-1/PD-L1 inhibitors, contrary to T cell infiltration and PD-L1 expression, although further studies are required; 2. Biallelic ARID1A mutations, contrary to biallelic PTEN mutations and Wnt signalling activation through CTNNB1 mutation, associate with high and low T cell immune infiltrates, respectively, and deserve special interest because potential association with PD-1/PD-L1 inhibitors benefit; 3. Levels of Fusobacterium nucleatum do not correlate with benefit to PD-1/PD-L1 inhibitors, but further studies are warranted becasuse the biological background; 4. Discordances between techniques regarding the diagnosis of MSI-H/dMMR phenotype associate poor benefit to PD-1/PD-L1 inhibitors; 5. The development of biomarkers in immunotherapy field must rely on multimodal analysis encompassing the different hallmarks of MSI-H/dMMR colorrectal cancer.