Myeloid-derived suppressor cells (MDSC) analysis and their role in the Immunogram of cancer patients

Abstract

Cancer is one of the main causes of death worldwide and multiple efforts have been conducted over time to better understand the complexities of neoplastic disease. The immune system plays a fundamental role, not only in the recognition and control of tumors, but also in their development and progression. This dual role of the immune system is termed cancer immunoediting and consists of three phases – elimination, equilibrium and escape – the last one being the most thoroughly discussed in this work. As an escape mechanism to the immune system, tumors induce in their microenvironment the formation of myeloid-derived suppressor cells (MDSC), which are cells that have potent immunosuppressive activity and promote the development and progression of the disease. In the last years, immunotherapy has gained great relevance as an antitumor treatment strategy. However, one of its main limitations is the large variability of patient-to-patient response, as it depends on the condition and competence of each individual’s immune system. In order to evaluate the potential response to immunotherapy, a panel of seven classes of parameters, collectively called the cancer immunogram, was established, which includes the evaluation of MDSC. In this context, the aim of the present work was to identify, quantify and assess MDSC function, with a view to integrate this evaluation in the cancer immunogram of oncological patients, which is under development in the Immunology Service of the IPOPorto. The identification and quantification of blood MDSC was performed by flow cytometry, using an 8-color multiparametric panel and using samples of peripheral whole blood from 31 cancer patients and, as control, from 12 healthy donors. Higher percentages were obtained in the group of cancer patients for both subsets of MDSC (about 12 times higher for PMN-MDSC and about 1.1 times higher for M-MDSC), comparatively to the group of healthy donors. For the study of the MDSC function, following cell sorting (fluorescence-activated cell sorting (FACS)) of the PMN-MDSC and M-MDSC from 3 cancer patients, qPCR was employed to determine the transcriptional levels of NOS2 and TGF-, two characteristic molecules of these immunosuppressive populations. It was also evaluated the expression of the zeta chain (CD247) in both T lymphocytes and NK cells using peripheral whole blood samples from 10 cancer patients and from 7 healthy donors, and lower mean fluorescence intensity (MFI) ratios of expression of CD247 were obtained for both T- and NK-cells. Therefore, it was shown that MDSC are present in higher levels in cancer patients, particularly in those with advanced state or relapsed disease and that these cells have immunosuppressive activity. Since healthy individuals have only trace amounts of MDSC, these cells can be used as a therapeutic target without possible side effects, particularly in combination therapy with immune checkpoint inhibitors

O cancro é uma das principais causas de morte em todo o mundo e inúmeros esforços têm sido realizados ao longo do tempo para melhor compreender a complexidade da doença neoplásica. O sistema imune desempenha um papel fundamental, tanto no reconhecimento e controle de tumores, como no seu desenvolvimento e progressão. Este duplo papel desempenhado pelo sistema imune designa-se por imunoedição tumoral e consiste em três fases – eliminação, equilíbrio e escape. Como uma das estratégias de escape ao sistema imune, os tumores induzem no seu microambiente a formação de células supressoras de linhagem mieloide (MDSC), células que possuem uma potente capacidade imunossupressora e que permitem o desenvolvimento e progressão da doença. Nos últimos anos, a imunoterapia tem ganho grande relevância como estratégia de tratamento antitumoral. No entanto, uma das suas principais limitações reside na grande variabilidade de resposta de doente para doente, atendendo a que depende da condição e competência do sistema imune de cada indivíduo. Com o intuito de avaliar a potencial resposta à imunoterapia foi estabelecido um painel composto por sete classes de parâmetros designados no seu conjunto de imunograma, sendo que um deles é a avaliação das MDSC. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo a identificação, quantificação e o estudo da função das MDSC, com vista à posterior integração desta avaliação no imunograma de doentes oncológicos, a realizar no Serviço de Imunologia do IPO-Porto. A identificação e quantificação das MDSC do sangue foi realizada por citometria de fluxo, recorrendo a um painel multiparamétrico a 8 cores e utilizando amostras de sangue periférico total de 31 doentes oncológicos e de 12 dadores saudáveis para controlo. O grupo dos doentes apresentou maiores percentagens de ambos os subgrupos de MDSC (cerca de 12 vezes superiores no caso das PMN-MDSC e cerca de 1.1 vezes superiores no caso das M-MDSC), em relação ao grupo de dadores saudáveis. Para o estudo da função das MDSC foram avaliados por qPCR, após separação celular (fluorescenceactivated cell sorting (FACS)) das PMN-MDSC e M-MDSC de 3 doentes oncológicos, os níveis transcricionais de NOS2 e de TGF-, duas moléculas características destas populações imunossupressoras. Foi também avaliada a expressão da cadeia zeta (CD247) nos linfócitos T e nas células NK, recorrendo a amostras de sangue periférico total de 10 doentes oncológicos e 7 dadores saudáveis, tendo sido obtidos rácios de intensidade média de fluorescência (MFI) da expressão de CD247 menores no grupo dos doentes oncológicos para ambas as células T e NK. Assim sendo, foi comprovado que as MDSC estão presentes em maiores quantidades nos doentes oncológicos, nomeadamente naqueles cuja doença se encontra avançada ou em recaída, e que possuem características imunossupressoras. Uma vez que, indivíduos saudáveis possuem apenas quantidades vestigiais de MDSC, estas células podem ser utilizadas como alvo terapêutico sem possíveis efeitos secundários, particularmente em terapia combinada com inibidores de checkpoint imunológicos.