Identification of predictive biomarkers of clinical benefits to immunotherapy in pre-treated advanced non-small cell lung cancer: a retrospective observational study

Introduzione Il tumore del polmone è la principale causa di morte per cancro nel mondo. Gli inibitori del checkpoint immunitario (ICIs) hanno rivoluzionato il trattamento del carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC). Tuttavia il beneficio dell’immunoterapia rimane limitata a circa il 20-30% dei pazienti trattati con ICIs. Ad oggi, sono pochi i bio-marcatori di risposta agli ICIs disponibili in pratica clinica. Scopo della tesi e disegno dello studio Scopo del progetto è stato quello di valutare il profilo immunitario dei pazienti con NSCLC avanzato trattati con ICIs per identificare nuovi bio-marcatori potenzialmente predittivi di risposta all’immunoterapia. Si tratta di uno studio osservazionale retro-prospettico condotto su 30 pazienti con NSCLC avanzato, in progressione alla chemioterapia, trattati con l’anti-PD1 nivolumab presso l’Oncologia Medica dell’AOU-Careggi di Firenze. Metodi Su prelievi di sangue periferico effettuati al basale ed in corso di trattamento (2 e 8 mesi) è stato valutato il profilo immunologico di ciascun paziente tramite metodica di citometria a flusso. Sono stati analizzati i seguenti parametri immunologici: la frequenza delle sottopopolazioni linfo-monocitarie (PBMNCs); l’espressione delle molecole del checkpoint immunitario sulle popolazioni linfocitarie; il potenziale citotossico (espressione intracellualre di granzima e perforina) e il profilo di produzione citochinico dopo stimolazione policlonale in vitro delle sottopopolazioni linfocitarie. Una coorte d’archivio di 19 donatori sani è servita come popolazione di controllo. Risultati Al basale, la frequenza di cellule PD1+ nei linfociti T CD4+ e CD16+ è maggiore nei pazienti rispetto ai sani (22.86%±2.31 vs 17.07%±1.36, p=0,038 e 4.74%±1.00 vs 2.33%±0.51, p=0.039, rispettivamente); anche le cellule PD-L1+ e CTLA-4+ sono significativamente più numerose in tutte le sottopopolazioni (CD4+, CD8+, CD16+ e CD4-CD8-) dei pazienti in studio. La frequenza di cellule granzima A+ è più bassa nei pazienti, sia per le cellule NK (77.13%±3.28 vs 89.55%±1.03, p<0.001) che per le cellule CD4+ (p=0.068), mentre una tendenza opposta è stata descritta per i linfociti T CD8+ (p=0.076); similmente la perforina è espressa a livelli più alti nei CD8+ dei pazienti (58.43%±4.64 vs 37.93%±3.01, p<0.001) e nei controlli per le cellule NK (72.03%±4.01 vs 86.84%±1.30, p=0.001) e le T CD4+ (p=0.377). Nei pazienti le cellule T CD4+ ed NK produttrici di IFN-γ sono inferiori per frequenza (18.48%±1.69 vs 26.11%±1.52; p=0.002 e 56.49%±4.47 vs 74.18%±2.30, p=0.001, rispettivamente); al contrario, la frequenza di cellule produttrici IL-2 e TNF-α è più alta nei CD4+ dei pazienti vs i sani (63.39%±2.68 vs 40.64%±1.99; p<0.001 e 32.67%±3.31 vs 24.10%±2.36, p=0,039, rispettivamente). Nella correlazione con la risposta al trattamento è emerso che i livelli di monociti (CD14+) e di linfociti T (CD3+) sono maggiori nei responders vs i non-reponders alla terapia e che esiste una correlazione significativa tra il numero di monociti e il tempo alla progressione (p=0.05-0.01). I pazienti early non-responders hanno un maggior numero di cellule CD3+CD8-CD4- (vs responders e late non-responders: p= 0.15; vs controlli: p<0.01) e di cellule CD8+PD1+ (vs responders: p=0.05; vs controlli p=0.01). La frequenza di linfociti T-reg (CD4+CD25+Foxp3+) è risultata maggiore nei pazienti sia responders (p=0.04) che non-responders (p=0.08) vs i controlli. Nei non responders i livelli di IL-2 dei linfociti CD4+ e CD8+ e di TNF-α dei linfociti CD4+ sono significativamente maggiori rispetto ai sani (p<0.05) ed inoltre la produzione di IL-2 dei linfociti correla negativamente con il tempo alla progressione. Con le valutazioni longitudinali è emerso che nei responders il numero dei linfociti CD3+ e monociti CD14+ si riduce significativamente a 8 mesi rispetto al basale (p<0.001 e p<0.05, rispettivamente); l’espressione di PD-1 nelle sottopopolazioni linfocitarie (T CD8+, CD4+, CD4-CD8-) diminuisce significativamente in corso di trattamento, sia nei responders che nei non responders; c’è un aumento di produzione di IFN-γ nella maggior parte delle sottopopolazioni linfocitarie: significativo nelle cellule T CD4-CD8- e NK, e come trend positivo per le cellule CD4+ e CD8+. L'espressione di PD-L1 sui linfociti T CD4+ è risultata negativamente correlata alla PFS (95% CI: 1.06-5.83, p=0.038) e alla OS (95% CI: 1.27-9.11, p=0.015), mentre l'espressione di PD-L1 sulle cellule NK CD16+ correla negativamente con l'OS (95% CI: 1.02-1.36, p=0.030). La produzione di IFN-γ+ nelle cellule NK correla con una minor sopravvivenza globale (p=0.071); similmente i linfociti T CD8+IFN-γ+ si associano a minor OS (p=0.077) e i linfociti T CD4+IFN-γ+, CD8+IFN-γ+ e CD8+IL2+ correlano con minore PFS (p=0.076, p=0.086 e p=0.058 rispettivamente). Infine l'espressione di granzima A sulle cellule NK correla con una miglior PFS (p=0.057) nei pazienti. Conclusione Lo studio ha riportato un diverso pattern immunologico nell'espressione delle sottopopolazioni linfocitarie, nella produzione di citochine e di molecole citotossiche, in pazienti affetti da NSCLC in stadio avanzato rispetto ai controlli sani. Inoltre lo studio suggerisce come tale profilo immuno-fenotipico potrebbe essere predittivo di risposta al trattamento con gli ICIs e prognostico per gli outcomes di sopravvivenza. Saranno necessari futuri studi prospettici con casistica più ampia per convalidare i risultati più significativi ottenuti nel progetto.