In studying "hemorrhagic necrosis" of tumors produced by endotoxin, it was found that the serum of bacillus Calmette--Guerin (BCG)-infected mice treated with endotoxin contains a substance (tumor necrosis factor; TNF) which mimics the tumor necrotic action of endotoxin itself. TNF-positive serum is as effective as endotoxin itself in causing necrosis of the sarcoma Meth A and other transplanted tumors. A variety of tests indicate that TNF is not residual endotoxin, but a factor released from host cells, probably macrophages, by endotoxin. Corynebacteria and Zymosan, which like BCG induce hyperplasia of the reticulo-endothelial system, can substitute for BCG in priming mice for release of TNF by endotoxin. TNF is toxic in vitro for two neoplastic cell lines; it is not toxic for mouse embryo cultures. We propose that TNF mediates endotoxin-induced tumor necrosis, and that it may be responsible for the suppression of transformed cells by activated macrophages.

In a recent report, [Zhang et al. (2003) N. Engl. J. Med. 348, 203–213], the presence of CD3 + tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) was found to correlate with improved survival in epithelial ovarian cancer. We performed immunohistochemical analysis for TILs and cancer testis antigens in 117 cases of epithelial ovarian cancer. The interrelationship between subpopulations of TILs and expression of cancer testis antigens was investigated, as well as between TILs and overall survival. The median follow-up of the patients was 31 months. Patients with higher frequencies of intraepithelial CD8 + T cells demonstrated improved survival compared with patients with lower frequencies [median = 55 versus 26 months; hazard ratio = 0.33; confidence interval (C.I.) = 0.18–0.60; P = 0.0003]. No association was found for CD3 + TILs or other subtypes of intraepithelial or stromal TILs. However, the subgroups with high versus low intraepithelial CD8 + /CD4 + TIL ratios had median survival of 74 and 25 months, respectively (hazard ratio = 0.30; C.I. = 0.16–0.55; P = 0.0001). These results indicate that CD4 + TILs influence the beneficial effects of CD8 + TIL. This unfavorable effect of CD4 + T cells on prognosis was found to be due to CD25 + forkhead box P3 (FOXP3) + regulatory T cells (Treg; suppressor T cells), as indicated by survival of patients with high versus low CD8 + /Treg ratios (median = 58 versus 23 months; hazard ratio = 0.31; C.I. = 0.17–0.58; P = 0.0002). The favorable prognostic effect of intraepithelial CD8 + TILs did not correlate with concurrent expression of NY-ESO-1 or MAGE antigens. We conclude that intraepithelial CD8 + TILs and a high CD8 + /Treg ratio are associated with favorable prognosis in epithelial ovarian cancer.

This study demonstrates that endogenously produced interferon gamma (IFN-gamma) forms the basis of a tumor surveillance system that controls development of both chemically induced and spontaneously arising tumors in mice. Compared with wild-type mice, mice lacking sensitivity to either IFN-gamma (i.e., IFN-gamma receptor-deficient mice) or all IFN family members (i.e., Stat1-deficient mice) developed tumors more rapidly and with greater frequency when challenged with different doses of the chemical carcinogen methylcholanthrene. In addition, IFN-gamma-insensitive mice developed tumors more rapidly than wild-type mice when bred onto a background deficient in the p53 tumor-suppressor gene. IFN-gamma-insensitive p53(-/-) mice also developed a broader spectrum of tumors compared with mice lacking p53 alone. Using tumor cells derived from methylcholanthrene-treated IFN-gamma-insensitive mice, we found IFN-gamma's actions to be mediated at least partly through its direct effects on the tumor cell leading to enhanced tumor cell immunogenicity. The importance and generality of this system is evidenced by the finding that certain types of human tumors become selectively unresponsive to IFN-gamma. Thus, IFN-gamma forms the basis of an extrinsic tumor-suppressor mechanism in immunocompetent hosts.

Ser ological analysis of re combinant cDNA ex pression libraries (SEREX) using tumor mRNA and autologous patient serum provides a powerful approach to identify immunogenic tumor antigens. We have applied this methodology to a case of esophageal squamous cell carcinoma and identified several candidate tumor targets. One of these, NY-ESO-1, showed restricted mRNA expression in normal tissues, with high-level mRNA expression found only in testis and ovary tissues. Reverse transcription–PCR analysis showed NY-ESO-1 mRNA expression in a variable proportion of a wide array of human cancers, including melanoma, breast cancer, bladder cancer, prostate cancer, and hepatocellular carcinoma. NY-ESO-1 encodes a putative protein of M r 17,995 having no homology with any known protein. The pattern of NY-ESO-1 expression indicates that it belongs to an expanding family of immunogenic testicular antigens that are aberrantly expressed in human cancers in a lineage-nonspecific fashion. These antigens, initially detected by either cytotoxic T cells (MAGE, BAGE, GAGE-1) or antibodies [HOM-MEL-40(SSX2), NY-ESO-1], represent a pool of antigenic targets for cancer vaccination.

Exome analysis of chemical-carcinogen-induced mouse tumours provides evidence for T-cell-mediated immunoselection as a mechanism of immunoediting. Two groups reporting in this issue of Nature use contrasting approaches to come to many of the same conclusions about the process of cancer immunoediting, in which an individual is protected from cancer though the elimination and immunogenic modification of cancerous cells. Matsushita et al. use whole-exon sequencing of mouse sarcomas induced by chemical carcinogens to obtain evidence for T-cell-mediated immuno-selection as a mechanism of immune editing. DuPage et al. demonstrate that immunosurveillance and immunoediting can occur in an oncogene-driven endogenous tumour model provided that the tumours carry strong neoantigens that are not present in the host. Cancer immunoediting, the process by which the immune system controls tumour outgrowth and shapes tumour immunogenicity, is comprised of three phases: elimination, equilibrium and escape1,2,3,4,5. Although many immune components that participate in this process are known, its underlying mechanisms remain poorly defined. A central tenet of cancer immunoediting is that T-cell recognition of tumour antigens drives the immunological destruction or sculpting of a developing cancer. However, our current understanding of tumour antigens comes largely from analyses of cancers that develop in immunocompetent hosts and thus may have already been edited. Little is known about the antigens expressed in nascent tumour cells, whether they are sufficient to induce protective antitumour immune responses or whether their expression is modulated by the immune system. Here, using massively parallel sequencing, we characterize expressed mutations in highly immunogenic methylcholanthrene-induced sarcomas derived from immunodeficient Rag2−/− mice that phenotypically resemble nascent primary tumour cells1,3,5. Using class I prediction algorithms, we identify mutant spectrin-β2 as a potential rejection antigen of the d42m1 sarcoma and validate this prediction by conventional antigen expression cloning and detection. We also demonstrate that cancer immunoediting of d42m1 occurs via a T-cell-dependent immunoselection process that promotes outgrowth of pre-existing tumour cell clones lacking highly antigenic mutant spectrin-β2 and other potential strong antigens. These results demonstrate that the strong immunogenicity of an unedited tumour can be ascribed to expression of highly antigenic mutant proteins and show that outgrowth of tumour cells that lack these strong antigens via a T-cell-dependent immunoselection process represents one mechanism of cancer immunoediting.

NY-ESO-1 is a “cancer-testis” antigen frequently expressed in epithelial ovarian cancer (EOC) and is among the most immunogenic tumor antigens defined to date. In an effort to understand in vivo tolerance mechanisms, we assessed the phenotype and function of NY-ESO-1–specific CD8 + T cells derived from peripheral blood lymphocytes (PBLs), tumor-infiltrating lymphocytes (TILs), and tumor-associated lymphocytes (TALs) of EOC patients with NY-ESO-1-expressing tumors, with or without humoral immunity to NY-ESO-1. Whereas NY-ESO-1–specific CD8 + T cells were readily detectable ex vivo with tetramers in TILs and TALs of seropositive patients, they were only detectable in PBLs following in vitro stimulation. Compared with PBLs, tumor-derived NY-ESO-1–specific CD8 + T cells demonstrated impaired effector function, preferential usage of dominant T-cell receptor, and enriched coexpression of inhibitory molecules LAG-3 and PD-1. Expression of LAG-3 and PD-1 on CD8 + T cells was up-regulated by IL-10, IL-6 (cytokines found in tumor ascites), and tumor-derived antigen-presenting cells. Functionally, CD8 + LAG-3 + PD-1 + T cells were more impaired in IFN-γ/TNF-α production compared with LAG-3 + PD-1 − or LAG-3 − PD-1 − subsets. Dual blockade of LAG-3 and PD-1 during T-cell priming efficiently augmented proliferation and cytokine production by NY-ESO-1–specific CD8 + T cells, indicating that antitumor function of NY-ESO-1-specific CD8 + T cells could potentially be improved by therapeutic targeting of these inhibitory receptors.

Antisera prepared against BALB/c Meth A sarcoma in syngeneic or compatible F1 mice recognize a protein with an apparent molecular weight of 53,000 in extracts of [35S]methionine-labeled transformed BALB/c cells. This component, designated p53, was not detected in normal adult mouse fibroblasts, lymphoid cells, or hematopoietic cells or in mouse embryo cells or 3T3 cells. An extensive variety of antisera, including alloantisera and heterologous antisera directed against structural antigens of murine leukemia viruses, was tested for reactivity with p53; other than Meth A antisera, only comparably prepared antisera against another BALB/c sarcoma, CMS4, had anti-p53 activity. All transformed mouse cells tested were found to express p53; these tests included chemically induced sarcomas, leukemias, spontaneously transformed fibroblasts, and cells transformed by simian virus 40 and murine sarcoma virus. The presence of p53 in tumors of no known viral etiology indicates coding by resident cellular genes; this does not exclude endogenous viruses as the source of coding sequences or the possibility that transforming viruses code directly for p53.