Identifying pathogenic, prognostic and theragnostic factors in cancer-associated gastrointestinal inflammation

Background and aims Small bowel adenocarcinomas (SBAs) are frequently associated with severe prognosis and have restricted therapeutic options. Programmed cell death protein-1 (PD 1)/programmed cell death ligand 1 (PD-L1) pathway blockade is an effective treatment in many microsatellite instability-high (MSI-H) solid tumours. Additionally, a minority of Crohn’s disease-associated SBAs (CrD-SBAs) show a relatively favourable behaviour, thus highlighting the need to improve the histopathologic prediction of CrD-SBA prognosis. We aimed at investigating PD-L1 and PD-1 expression in non-hereditary, non-ampullary SBAs, associated with coeliac disease (CoeD), Crohn’s disease (CrD) or sporadic, recruited through the Small Bowel Cancer Italian Consortium. Secondary aim was to assess the invasive front markers tumor budding (Tb) and poorly differentiated clusters (PDCs) on CrD-SBAs investigated also for the primary aim. Methods We evaluated PD-L1 and PD-1 by immunohistochemistry in a cohort of 121 surgically resected SBAs, i.e. 34 CoeD-SBAs, 49 CrD-SBAs, and 38 sporadic SBAs. PD-L1 and PD-1 expression was correlated with several clinico-pathological features, including the aetiology, microsatellite instability status and tumour-infiltrating lymphocyte (TIL) density. We then systematically analysed the Tb and PDCs in the invasive front of 47 CrD SBAs. Results The prevalence of PD-L1 positivity according to combined positive score (CPS) was 25.6% in the entire cohort of SBAs, with significantly (p=0.001) increased percentage (35%) in both CoeD-SBAs and CrD-SBAs compared to sporadic SBAs (5%). CPS≥1 SBAs were significantly (p=0.013) more frequent in MSI-H cases (41%) than in non-MSI-H ones (18%); however, 15 CPS≥1 microsatellite stable SBAs were also found. CPS≥1 SBAs displayed higher TIL and PD-1+ immune cell density, more often medullary histotype, as well as a better outcome compared to CPS<1 cases. Both Tb and PDC analyses proved highly effective in prognostic assessment of CrD-SBA. In addition, they retained prognostic power when combined with two other parameters, i.e. glandular histology and stage I/II, both known to predict a relatively favourable SBA behaviour. In particular, association of Tb and PDCs in a combined invasive front score allowed to find a minor subset of cancers (12/47, 25%), characterised by combined invasive front-low grade associated with a glandular histology and a low stage (I or II) and displaying no cancer related death over a median follow-up of 73.5 months. Conclusions This study demonstrates an increased proportion of PD-L1+ cases in both CoeD-SBAs and CrD-SBAs in comparison with sporadic SBAs. In addition, the identification of a subset of PD-L1+ microsatellite stable SBAs supports the need to ascertain additional biomarkers of response to immune checkpoint inhibitors along with MSI-H. The improved separation of lower from higher grade CrD-SBAs provided by invasive front analysis should represent an additional help in choosing appropriate therapy for these rare and frequently ominous cancers.

Introduzione ed obiettivi Gli adenocarcinoma del piccolo intestino (SBA) sono frequentement associati ad una severa prognosi e hanno limitate opzioni terapeutiche. Il blocco della via proteina di morte cellulare programmata-1/ligando della proteina di morte cellulare programmata 1 (PD-L1) è un trattamento efficace in molti tumori solidi con alta instabilità microsatellitare (MSI-H). In aggiunta, una minoranza di SBA associate a malattia di Crohn (CrD-SBA) mostra un comportamento relativamente favorevole, pertanto evidenziando la necessità di migliorare la previsione istopatologica della prognosi di CrD-SBA. L’obiettivo di questo studio è stato investigare l’espressione di PD-L1 e PD-1 negli SBA non ereditari non ampollari, associate a malattia celiaca (CoeD), malattia di Crohn (CrD) o sporadici, arruolati attraverso il Consorzio Italiano del Cancro del Piccolo Intestino. L’obiettivo secondario è stato valuatare i marcatori del fronte invasivo tumore in erba (Tb) ed i cluster scarsamente differenziati (PDC) nei CrD-SBA investigate anche per l’obiettivo primario. Metodi Abbiamo valutato PD-L1 e PD-1 mediante immunoistochimica in una coorte di 121 SBA resecati chirurgicamente, 34 CoeD-SBAs, 49 CrD-SBAs, e 38 SBA sporadici. L’espressione di PD-L1 e PD-1 era correlata con alcune caratteristiche clinic-patologiche, comprensive di eziologia, status dell’instabilità microsatellitare e densità dei linfociti infiltranti il tumore (TIL). Abbiamo poi analizzato sistematicamente Tb e PDC nel fronte invasivo di 47 CrD-SBA. Risultati La prevalenza della positività per PD-L1 secondo lo score positive combinato (CPS) era 25.6% nell’intera coorte di SBA, con una percentuale significativamente (p=0.001) aumentata (35%) sia in CoeD-SBAs sia in CrD-SBAs rispetto ai SBA sporadici (5%). SBA con CPS≥1 erano significativamente (p=0.013) più frequenti nei casi con MSI-H (41%) che nei casi non-MSI-H (18%); comunque, 15 SBA CPS≥1 con stabilità microsatellitare sono stati anche identificati. SBA con CPS≥1 mostravano una maggiore densità di TIL e cellule immuni PD-1+, più frequentemente un istotipo midollare, così come una migliore sopravvivenza rispetto ai casi con CPS<1. Le analisi sia di Tb sia di PDC erano altamente efficaci nella valutazione prognostica di CrD-SBA. In aggiunta, Tb e PDC conservavano il loro potere prognostico quando combinati con altri due parametri, istologia ghiandolare e stadio I/II, entrambi noti nel predire un comportamento relativamente favorevole per SBA. In particolare, l’associazione di Tb e PDC in uno score combinato del fronte invasivo permetteva di trovare una minoranza di tumori (12/47, 25%), caratterizzati dal fronte invasivo combinato di basso grado associato ad una istologia ghiandolare e ad un basso stadio (I o II), e mostranti nessuna morte relativa al cancro in un follow-up mediano di 37,5 mesi. Conclusioni Questo studio dimostra una aumentata proporzione di casi PD-L1+ sia in CoeD-SBA sia in CrD-SBA rispetto a SBA sporadici. In aggiunta, l’identificazione di una minoranza di SBA PD-L1+ con stabilità microsatellitare supporta la necessità di accertare aggiuntivi biomarcatori di risposta agli inibitori dei checkpoint immunitari insieme a MSI-H. La migliore separazione di CrD-SBA di grado basso da quelli di grado alto fornita dall’analisi del fronte invasive dovrebbe rappresentare un aiuto aggiuntivo nello scegliere l’appropriate terapia per questi tumori rari e frequentemente infausti.