B7-H1 as a new molecular target for the treatment of pancreatic adenocarcinoma

Abstract

PDAC remains today a devastating disease characterized by a poor prognosis and low survival rates in patients. This is primarily due to its late recognition, high metastasis rates and poor response to curative therapies such as chemotherapy or radiation. Immune therapy could provide promising opportunities for the treatment of PDAC. But first, it is important to analyze the immune system of PDAC patients, respectively mice. In this work, we analyzed the precise role of the B7-H1 expression on cells of the immune system, with the main focus on MDSC in the context of anti-tumor immunity in PDAC in both in vitro and in vivo experiments using WT and B7-H1 KO healthy and tumor-bearing mice. Higher ratios of CD4+ /CD8+ Tem and Tcm were seen in splenocytes of B7-H1 KO compared to WT healthy and tumor-bearing mice. The analysis of the MDSC population revealed lower frequencies of total MDSC in spleens of B7-H1 KO compared to spleens of WT tumor-bearing mice. After the 5-FU and IFNalpha+5-FU treatment, higher ratios of MDSC were seen in B7-H1 KO spleens. In tumors of B7-H1 KO mice, significantly lower ratios of MDSC and a decreased ratio of gMDSC were observed compared to that in WT tumor-bearing mice. Furthermore, significantly lower ratios of iNOS+ gMDSC and mMDSC were determined in tumors of B7-H1 KO compared to untreated WT tumor-bearing mice. In splenocytes of tumor-bearing WT mice, a significant decrease in B7-H1 MFI of total MDSC was found after treatment with IFNalpha+5-FU. Lower VEGF concentrations were found in serum samples of B7-H1 KO compared to WT tumor-bearing mice, and higher concentrations were found in medium supernatants in the presence of WT MDSC. The analysis of IL-1ß revealed significantly lower concentrations in serum samples of B7-H1 KO compared to WT tumor-bearing mice. For IFN& #611;, significantly higher concentrations were found in medium supernatants containing B7-H1 KO splenocytes. In our survival experiment series, we demonstrated a significantly higher survival rate as well as a lower tumor frequency, tumor volume and distant metastasis rate in B7-H1 KO compared to WT mice, regardless the chosen treatment. Beyond that, a significantly lower tumor volume was determined after treatment of both mouse strains with 5-FU and IFNalpha+5-FU. In summary, through this work we characterized the immune system of WT and B7-H1 KO healthy and PDAC -bearing mice with a main focus on the molecule B7-H1 and MDSC, as well as the impact of chemo- and immune therapy. Charakteristisch für das Pankreasadenokarzinom (PDAC) sind eine schlechte Prognose und geringe Überlebensraten verursacht durch zu späte Diagnose, hohe Metastasierungsraten und geringes Ansprechen auf Chemotherapie oder Bestrahlung. Immuntherapie könnte einen neuen Therapieansatz des PDAC darstellen. Zunächst ist es wichtig, das Immunsystem betroffener Patienten/Mäuse genauer zu analysieren. In dieser Arbeit haben wir die Rolle der B7-H1 Expression auf Zellen des Immunsystems, besonders MDSC, im Zusammenhang mit der Anti-Tumor-Immunität im PDAC in in vitro und in vivo Experimenten an WT und B7-H1 KO gesunden und tumortragenden Mäusen untersucht. Einen höheren Anteil an CD4+ /CD8+ Tem und Tcm gab es in Splenozyten von gesunden und tumortragenden B7-H1 KO im Vergleich zu WT Mäusen. Niedrigere Prozentzahlen von MDSC wurden in Milzen von tumortragenden B7-H1 KO im Vergleich zu WT Mäusen gesehen. Nach 5-FU und IFNalpha+5-FU Behandlung stieg die Anzahl an MDSC in B7-H1 KO Milzen an. B7-H1 KO Tumoren wiesen signifikant niedrigere Anteile von MDSC und gMDSC auf als WT Tumoren. Die Zahl an iNOS+ gMDSC und mMDSC war signifikant geringer in Tumoren unbehandelter B7-H1 KO als in WT Mäusen. Weiterhin wurde in Splenozyten tumortragender WT Mäuse ein signifikant geringerer B7-H1 MFI Wert von MDSC nach IFNalpha+5-FU Behandlung bestimmt. In Serumproben von B7-H1 KO tumortragenden Mäusen sind geringere VEGF Konzentrationen festgestellt worden und in Mediumüberständen waren sie höher in der Anwesenheit von MDSC. Die IL-1ß Serumkonzentration waren signifikant niedriger in tumortragenden B7-H1 KO als in WT Mäusen. Zudem wurden signifikant höhere IFNɣ Konzentrationen in Mediumüberständen mit B7-H1 KO Splenozyten gemessen. Anhand unserer Survival-Experimente haben wir sowohl eine signifikant höhere Überlebensrate als auch niedrigere Tumorfrequenzen, Tumorvolumina und Metastasierungsraten in B7-H1 KO Mäusen gesehen im Vergleich zu WT, unabhängig von der Therapie. Zudem wurden in beiden Mausstämmen signifikant niedrigere Tumorvolumina nach 5-FU und IFNalpha+5-FU Behandlung bestimmt. Zusammenfassend haben wir in dieser Arbeit das Immunsystem von gesunden und PDAC tumortragenden WT und B7-H1 KO Mäusen, mit dem Schwerpunkt auf dem Molekül B7-H1 und MDSC sowie den Einfluss von Chemo- und Immuntherapie, untersucht.