Immunotherapy is effective in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), but only a minority of patients responds to immune checkpoint blockade (ICB). To contribute to a better understanding of the underlying immune biology, we combined histomorphological evaluation and molecular analysis of the HNSCC immune microenvironment in the TCGA cohort. Analyzing digital HE-stained slides, a method for classification of tumor infiltrating lymphocytes (TILs) in the intra-epithelial compartment (ieTILs, present vs. absent) and the stromal compartment (strTILs, high vs. low) was established. We also analyzed the abundance of eight immune cell populations (estimated from RNAseq data) and PD-L1 mRNA expression. Status of ieTILs and status of strTILs were concordant for 61%, but discordant for 39% of tumors. In univariate survival analysis, ieTILs were a positive prognostic marker for DFS in the study cohort (HR = 0.66, p = 0.015) and in the HPV− subcohort (HR = 0.68, p = 0.04), but not in the HPV + subcohort. T cells were a positive prognostic marker for DFS in the study cohort (HR = 0.80, p = 0.03) and in the HPV + subcohort (HR = 0.20, p = 0.001), but not in the HPV− subcohort. In univariate survival analysis, PD-L1 mRNA expression was neither associated with DFS nor with OS. However, in bivariate and multivariate analyses including both PD-L1 mRNA levels and T cells, PD-L1 was a negative prognostic marker of DFS and OS, while T cells remained a positive prognostic marker. In conclusion, ieTILs and strTILs were non-redundant biomarkers in HNSCC and should be evaluated separately. The identified prognostic markers should be evaluated for predictivity in ICB-treated patients.
Das Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (HNSCC) ist der sechsthäufigste Tumor weltweit. Risikofaktoren sind Rauchen, Alkoholkonsum und die Infektion mit dem humanen Papillomavirus (HPV). Frühzeitig diagnostizierte Patienten werden mit chirurgischen Eingriffen oder Strahlentherapien behandelt und weisen in den folgenden 5 Jahren eine Überlebensrate von 50–60 % auf. Das rezidivierende oder metastasierte HNSCC hat eine schlechte Prognose. Die FDA hat die Anti-PD-1-Immun-Checkpoint-Hemmer Nivolumab und Pembrolizumab zur Behandlung von Patienten mit rezidivierendem Plattenepithelkarzinom des HNSCC zugelassen. Pembrolizumab wird als Adjuvans und Neoadjuvans allein oder in Kombination mit Chemotherapie oder Bestrahlung angewendet. Um Einblicke in die Zusammensetzung des Tumormikromilieus zu gewinnen, haben wir alle verfügbaren digitalen HE-Objektträger der TCGA-HNSCC Kohorte untersucht. Mit Hilfe eines semiquantitativen Verfahrens zur Auswertung tumorinfiltrierender Lymphozyten (TILs) analysierten wir das Vorhandensein oder die Abwesenheit intraepithelialer TILs (ieTILs) und den Zustand hoher und niedriger Abundanz stromaler TILs (strTILs) in unseren klinisch-pathologischen Kohorten. Die Korrelation zwischen ieTILS und strTILs war positiv und hoch signifikant (p < 0,001), die Überenstimmung der beiden Marker war mit 60,8 % jedoch beschränkt. Die Abundanz von T-Zellen im Tumormikromilieu wurde anhand von RNAseq-Daten geschätzt. Bei HPV-positiven Tumoren wurden im Vergleich zu HPV-negativen Tumoren häufiger ieTILs und T-Zellen festgestellt (76,8 % vs. 58,2 %, p = 0,01 und 69,1 % vs. 45,7 %, p <0,001). Tumoren mit hoher Abundanz von T-Zellen hatten ein signifikant besseres DFS (HR = 0,8; p = 0,03) sowie ein signifikant besseres OS (HR = 0,82; p = 0,001) im Vergleich zu Tumoren mit niedriger T-Zell Infiltration. Tumoren mit nachweisbaren ieTILs hatten ein besseres DFS (HR = 0,66; p = 0,015) im Vergleich zu Tumoren ohne ieTILs. Die PD-L1-Expression korrelierte signifikant mit dem Ausmaß der T-Zell-Infiltration (R = 0,44; p = 1e-22), aber nicht mit DFS oder OS. Zusammenfassend gilt das Hauptinteresse dieser Arbeit der Bedeutung immunologischer Biomarker als Prognosefaktoren. Die Verfügbarkeit intraepithelialer TILs und stromaler TILs muss separat bewertet werden. In zukünftigen Studien sollten die hier untersuchten Immunmarker in Kohorten immuntherapierter Patienten im Hinblick auf ihre prädiktive Bedeutung untersucht werden.
