Der Einfluss von MikroRNAs auf die Wirksamkeit der Radiochemotherapie des lokal fortgeschrittenen Kopf-Hals-Karzinoms

Abstract

Plattenepithelkarzinome des Kopf-Hals-Bereiches (HNSCC – englisch: head and neck squamous cell carcinoma) umfassen Tumoren, die ihren Ursprung in der Mundhöhle, dem Pharynx, Larynx oder den Speicheldrüsen haben. Risikofaktoren sind die aktive und passive Exposition zu Tabakrauch, starker Alkoholabusus und eine Infektion mit humanen Papillomaviren (HPV). Trotz der Fortschritte in der Behandlung von HNSCC ist die Standardtherapie für inoperable, lokal fortgeschrittene Tumoren weiterhin die Cisplatin-basierte Radiochemotherapie, die zu 5-Jahres-Überlebensraten von unter 50% führt. Das liegt größtenteils an dem Auftreten von Fernmetastasen oder lokaler Rezidive, die erhöhte Resistenz gegenüber Strahlen- oder Chemotherapie aufweisen. Zur Verbesserung des Therapieerfolges ist es daher unerlässlich Biomarker und neue therapeutische Ziele zu finden, die eine personalisierte Therapie ermöglichen. MikroRNAs sind dabei ein vielversprechendes Ziel solcher Biomarker-Studien, da es sich um kleine (ca. 18-23 Nukleotide), sehr stabile, nicht-kodierende RNA Moleküle handelt, die als wichtige Regulatoren der Genexpression fungieren. In dieser Doktorarbeit wurde der prädiktive Stellenwert von MikroRNAs für die individuelle Therapiestratifizierung untersucht. Dafür wurde archiviertes Formalin-fixiertes Paraffin-eingebettetes Tumorgewebe von Patienten der ARO-0401 Phase III verwendet. In dieser klinischen Studie waren Patienten mit lokal fortgeschrittenen HNSCC eingeschlossen worden, die mit Radiotherapie in Kombination mit entweder 5-Fluorouracil/Mitomycin C (MMC-CRTX) oder 5-Fluorouracil/Cisplatin (CDDP-CRTX) behandelt wurden. In einer Testkohorte von 48 Patienten mit Oropharynxkarzinom wurden die Expressionslevel von 1105 humanen MikroRNAs mittels Affymetrix MikroRNA Mikroarrays bestimmt. Dabei wurden bei Patienten, die mit MMC-CRTX behandelt worden waren, 5 MikroRNAs (miR-27b, -130b, -200b, -451, -532-5p) identifiziert, die signifikant mit dem 3-Jahres-Überleben korrelieren, wohingegen 6 andere MikroRNAs (miR-125b, -146a, -150, -155, -187, -342-5p) mit dem Überleben der Patienten assoziiert waren, die mit CDDP-CRTX behandelt worden waren. Die MikroRNA Expressionslevel von miR-200b und miR-155/miR-146a wurden per real-time PCR in einer Kohorte von 78 Patienten mit Oropharynxkarzinom und 71 Patienten mit Hypopharynxkarzinom validiert. Der prädiktive Stellenwert von miR-200b und miR-155 im jeweiligen Therapiearm konnte für Patienten mit Oropharyxnkarzinomen bestätigt werden, allerdings nicht für Hypopharynxkarzinome. Interessanterweise war eine geringe Expression von miR- 200b insbesondere mit dem Auftreten von Fernmetastasen assoziiert, wogegen eine niedrige Expression von miR-155 mit lokalen Rezidiven korrelierte. MiR- 146a erwies sich als prognostischer Marker, der unabhängig vom Therapieregime und dem HPV Status war. Weiterhin konnte mittels nanoString PanCancer Immune Profiling eine Korrelation zwischen der Expression von miR-155 und miR-146a mit einer Infiltration von Lymphozyten in den Tumor festgestellt werden. Diese Erkenntnis verdient tiefgründiger Untersuchung, die insbesondere im Kontext von aktuellen klinischen Studien zur Kombination von CRTX mit Immun- Checkpoint-Inhibitoren interessant ist.

Squamous cell carcinoma of the head and neck region (HNSCC) are categorized as a group of tumors that arise in the squamous epithelium within the oral cavity, the pharynx, larynx and salivary glands. The major known risk factors are exposure to tobacco, heavy alcohol consumption and infection with human papillomaviruses (HPV). Despite advances in treatment of HNSCC the gold standard for unresectable, locally advanced tumors is still cisplatin-based concurrent chemoradiation, which yields 5-year overall survival (OS) rates of less than 50%. This results from tumor cell resistance to radio- or chemotherapy leading to local/locoregional or distant failure. Therefore, the identification of predictive biomarkers for personalized treatment options are urgently needed. A promising source of such biomarkers are microRNAs, as they are small (18-23 nucleotides), very stable non-coding RNA molecules that serve as important regulators of gene expression. In this doctoral research study the predictive value of microRNAs for individualized treatment selection has been evaluated. MicroRNA expression levels were measured from formalin-fixed, paraffin-embedded tumor tissues from HNSCC patients who had been treated within the ARO-0401 phase III with radiotherapy in combination with either 5-fluorouracil/mitomycin C (MMC-CRTX) or 5-fluorouracil/cisplatin (CDDP-CRTX). In a test cohort of 48 oropharyngeal carcinomas the expression levels of 1105 human microRNAs were measured by Affymetrix microRNA microarrays. Five miRNAs (miR-27b, -130b, -200b, -451, -532-5p) were found to be significantly associated with 3-year OS rates after MMC-CRTX, whereas six different microRNAs (miR-125b, -146a, -150, -155, -187, -342-5p) were correlated with OS after CDDP-CRTX. Validation of miR-200b and miR-155/miR-146a expression was performed in a patient cohort of 78 oropharyngeal and 71 hypopharyngeal carcinomas by real-time PCR, which confirmed the predictive value of miR-200b and miR-155 within their respective treatment arm in patients with oropharyngeal, but not with hypopharyngeal carcinomas. Interestingly miR-200b expression was mainly associated with distant metastasis, whereas miR-155 correlated with local recurrence. MiR-146a was revealed as a prognostic marker in patients with oropharyngeal carcinomas independently from the chemoradiation regimen and HPV status. In addition, using the nanoString PanCancer Immune Profiling Panel, an association of miR-155 and miR-146a expression with the presence of tumour-infiltrating lymphocytes was revealed. This finding deserves more profound investigation, especially within the framework of current clinical trials of CRTX/immune checkpoint inhibitor combinations.