Abstract

Background

 Programmed cell death 1 (PD-1) receptor triggering by PD ligand 1 (PD-L1) inhibits T cell activation. PD-L1 expression was detected in different malignancies and associated with poor prognosis. Therapeutic antibodies inhibiting PD-1/PD-L1 interaction have been developed. 

Materials and methods

 A tissue microarray (n=1491) including healthy colon mucosa and clinically annotated colorectal cancer (CRC) specimens was stained with two PD-L1 specific antibody preparations. Surgically excised CRC specimens were enzymatically digested and analysed for cluster of differentiation 8 (CD8) and PD-1 expression. 

Results

 Strong PD-L1 expression was observed in 37% of mismatch repair (MMR)-proficient and in 29% of MMR-deficient CRC. In MMR-proficient CRC strong PD-L1 expression correlated with infiltration by CD8⁺ lymphocytes (P=0.0001) which did not express PD-1. In univariate analysis, strong PD-L1 expression in MMR-proficient CRC was significantly associated with early T stage, absence of lymph node metastases, lower tumour grade, absence of vascular invasion and significantly improved survival in training (P=0.0001) and validation (P=0.03) sets. A similar trend (P=0.052) was also detectable in multivariate analysis including age, sex, T stage, N stage, tumour grade, vascular invasion, invasive margin and MMR status. Interestingly, programmed death receptor ligand 1 (PDL-1) and interferon (IFN)-γ gene expression, as detected by quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) in fresh frozen CRC specimens (n=42) were found to be significantly associated (r=0.33, P=0.03). 

Conclusion

 PD-L1 expression is paradoxically associated with improved survival in MMR-proficient CRC.

Regulatory T cells (T(reg)) inhibit the generation of host-versus-tumor immunity via suppression of tumor-specific effector T-cell responses and development of immune tolerance to neoplastic cells. The transcription factor forkhead box P3 (FOXP3) is an intracellular key molecule for T(reg) development and function and is considered to represent the most specific T(reg) cell marker. The aim of this study was to analyze the frequency and prognostic impact of tumor-infiltrating FOXP3(+) T(reg) in colorectal cancer (CRC) stratified by mismatch-repair (MMR) status. Using the tissue microarray technique, 1,420 tumor samples were immunohistochemically stained for FOXP3 and stratified into 1,197 MMR-proficient and 223 MMR-deficient CRCs. Additionally, the 1,197 MMR-proficient CRCs were randomized into 2 subgroups (Test Groups 1 and 2; n = 613 and 584, respectively). In both MMR-proficient CRC subgroups high frequency tumor-infiltrating FOXP3(+) T(reg) was associated with early T stage (p = 0.001 and <0.001), tumor location (p = 0.01 and 0.045) and increased 5-year survival rate (p = 0.004 and <0.001), whereas in MMR-deficient CRCs an association between FOXP3(+) T(reg) and absence of lymph node involvement (p = 0.023), absence of vascular invasion (p = 0.023) and improved 5-year survival rate (p = 0.029) could be detected. In a multivariable analysis including age, gender, T stage, N stage, tumor grade, vascular invasion, and tumor border configuration, a high FOXP3(+) T(reg) frequency was an independent prognostic factor in both MMR-proficient CRC subsets (p = 0.019 and p = 0.007), but not in the MMR-deficient CRCs (p = 0.13). Therefore, high frequency of tumor-infiltrating FOXP3(+) T(reg) is associated with early T stage and independently predicts improved disease-specific survival in MMR-proficient CRC patients.