Dynamic immunological changes in tumor microenvironment during treatment of cervical cancer and an analysis of immunological differences related to prognosis

Abstract

Globally, cervical cancer is the fourth most common cancer in women. In locally advanced cervical cancer (LACC), cisplatin-based concurrent chemoradiotherapy (CCRT) is established as the standard treatment. However, the 5-year disease-free survival rate is approximately 58%, indicating the need for further research to improve survival outcomes. Dynamic changes in tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) have been reported after CCRT in various cancers. Therefore, ongoing research on TILs may offer new insights for combining standard cancer treatments with immunotherapy. This study aimed to analyze dynamic changes in TILs during CCRT in patients with LACC and obtain an in-depth understanding of the CCRT-induced changes in the tumor microenvironment. Forty-one patients with cervical cancer were enrolled between March 2020 and July 2023 at the Yonsei Cancer Center, Seoul, Republic of Korea. TILs were isolated from fresh tumor tissues (treatment naïve samples, n = 39; on-CCRT samples, n = 9). The immunologic characteristics of TILs were analyzed by multi-color flow cytometry using fluorescence-activated cell sorting (FACS). Peripheral blood mononuclear cells were isolated for the 21 patients with available blood samples, and subjected to flow cytometry concomitantly. The median age of patients was 51 years (range 27–85). Thirty-six patients (87.8%) had LACC and IIIC was the most common disease stage in our cohort (n = 19, 46.3%). Human papillomavirus (HPV) infection was confirmed in all but two patients. Significantly fewer CD45+ hematopoietic cells were noted during CCRT. Overall, TILs were more exhausted than PBMCs. In CD8 TILs, co-inhibitory receptors including PD-1, TIM-3, LAG-3, and TIGIT showed no significant changes during CCRT. Granzyme B expression was significantly increased among CD8 TILs, while TCF-1+PD-1+ CD8 TILs (stem-like CD8 T cells) were significantly decreased during CCRT. The proliferation marker Ki-67 was decreased in regulatory T cells. Additionally, L1CAM+ tumor cells were decreased after CCRT. On stratifying patients according to post-CCRT progression-free survival (PFS), there was no difference in CD8 TILs among naive samples between the long PFS (over 18 months) and short PFS groups. When comparing CD8 TILs, no significant differences were observed in PD-1+ cells based on prognosis. However, analysis of TIM-3 and LAG-3 expression showed a trend toward decreased expression in the good prognosis group and increased expression in the poor prognosis group during treatment. Since TIM-3 and LAG-3 are expressed in terminally exhausted T cells, reduction in these cells may be associated with better clinical outcomes. In contrast, the poor prognosis group showed increased TIM-3 and LAG-3 expression post-treatment, suggesting a potential role for immunotherapy targeting these receptors. The immune properties of TILs in cervical cancer appear to dynamically change during CCRT. Examining the CCRT-induced changes in the tumor microenvironment in cervical cancer and characterizing their association with prognosis may provide insights for developing new strategies for combining conventional treatments with immunotherapy.

자궁경부암은 전 세계 여성에서 네 번째로 흔한 암이다. 국소 진행성 자궁경부암의 표준 치료는 시스플라틴 기반 동시 항암 방사선 치료로 이루어지지만, 5년 무병 생존율은 약 58%로, 생존률 향상을 위한 추가 연구가 지속적으로 필요하다. 다양한 암에서 CCRT 후 종양 침윤 림프구의 변화가 보고된 바 있으며, 종양 침윤 림프구에 대한 지속적인 연구는 기존 암 치료와 면역치료를 결합하는 새로운 통찰을 제공할 수 있다. 이 연구는 국소 진행성 자궁경부암 환자에서 치료 전 말초 혈액과 종양 침윤 림프구를 분석하여 기본적인 종양 미세 환경을 전반적으로 이해하고 동시 항암 화학 방사선 치료로 인한 종양 미세 환경의 변화를 예후에 따른 차이 분석을 포함하여 구체적으로 이해하고자 하였다. 2020년 3월부터 2023년 7월까지 총 41명의 대한민국 서울에 위치한 연세 암 병원 환자를 대상으로 하였다. 종양 침윤 림프구는 종양 조직(치료 전 샘플, n=39; CCRT 중 샘플, n=9)에서 분리하였고, 이것의 면역학적 특성은 다중 색상 유세포 분석을 통해 분석하였다. 혈액 샘플이 같이 있는 21명의 환자에 대해서는 말초혈액 단핵세포를 분리 후 유세포 분석을 하였다. 환자의 중간 연령은 51세였고, 국소 진행성 자궁경부암 환자는 36명(87.8%)이었으며, 가장 흔한 병기는 3C로 19명(46.3%)이 이에 해당했다. 2명의 환자를 제외하고는 모두 HPV 감염이 확인되었다. 동시 항암 화학 방사선 치료 중 CD45+ 조혈세포가 유의미하게 감소하였으며, 전반적으로 종양 침윤 림프구는 말초 혈액 단핵 세포 보다 더 탈진된 상태를 보였다. CD8 종양 침윤 림프구에서 PD1, TIM3, LAG3, TIGIT을 포함한 억제성 수용체들은 치료 중 유의미한 변화를 보이지 않았으며, granzyme B 발현이 유의미하게 증가한 반면, TCF1+PD1+CD8 종양 침윤 림프구(줄기세포 유사 CD8 T 세포)는 치료 중 유의미하게 감소하였다. 치료 중 증식성 Ki-67은 조절 T 세포에서 감소하였고, 종양 세포에서는 치료 후 L1CAM+ 종양 세포가 유의미하게 감소하였다. 동시 항암 화학 방사선 치료 후 무진행 생존 기간을 18개월을 기준으로 환자를 분류한 결과, 치료 전 CD8 종양 침윤 림프구는 두 그룹 간에 차이가 없었다. CD8 종양 침윤 림프구에서 예후에 따른 PD1+ 세포의 유의미한 차이는 발견할 수 없었지만, TIM3와 LAG3에 대한 분석에서는 좋은 예후 그룹에서는 TIM3와 LAG3의 발현이 감소하는 경향을, 나쁜 예후 그룹에서는 발현이 증가하는 경향을 확인했다. TIM3와 LAG3는 말기 탈진 상태의 T 세포에서 발현되므로, 이러한 세포의 감소는 더 나은 임상 결과와 연관될 수 있고, LAG3와 TIM3를 표적하는 면역 치료를 조합하는 것에 대한 고찰을 해볼 수 있다. 종양 침윤 림프구들의 면역학적 특성은 자궁경부암에서 동시 항암 화학 치료 중 동적으로 변화하는 것으로 보인다. 자궁경부암의 치료 전과 치료 중 종양 미세 환경의 변화를 분석하고, 예후에 따른 차이를 이해하는 것은 기존 치료와 면역치료를 결합하는 새로운 전략을 제시하는 데 도움이 될 수 있다.