Einfluss von Vitamin D auf die tumorspezifische Immunabwehr bei Patienten mit einem Plattenepithelkarzinom im Kopf-Hals-Bereich

Abstract

Plattenepithelkarzinome im Kopf-Hals-Bereich gehören, mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von 50 %, zu den Tumorerkrankungen mit einer sehr schlechten Prognose, die sich auch in den letzten Jahrzehnten bei nur wenigen neuen Behandlungsansätzen nicht wesentlich verbessert hat. Ursache hierfür ist zum einen die in der Mehrzahl der Fälle erst sehr späte Diagnosestellung, zum anderen stellt die Behandlung dieser Tumorerkrankungen für Ärzte wie auch die Patienten eine große Herausforderung dar. Aus diesem Grund muss nach Methoden geforscht werden, die den Patienten neue Therapieoptionen ermöglichen. Ein Ansatz stellt dabei das Vitamin D mit seinen vielfältigen Wirkungen auf den menschlichen Organismus dar. Verschiedene Studien konnten zeigen, dass Patienten mit einem Plattenepithelkarzinom im Kopf-Hals-Bereich häufig einen deutlichen Vitamin-D-Mangel aufweisen. In Zusammenhang mit der in den zurückliegenden Jahren gewonnenen Erkenntnis, dass Vitamin D einen entscheidenden Einfluss auf das Immunsystem hat, stellt sich die Frage, inwieweit bei Patienten mit einem Kopf-Hals-Tumor Vitamin D die Immunabwehr im Allgemeinen und insbesondere die antitumorale Funktion des Immunsystems beeinflussen kann. Dazu wurden in dieser Arbeit, aus einem Kollektiv von 103 Patienten mit einem Plattenepithelkarzinom im Kopf-Hals-Bereich, von denen 44 einen ausreichenden Vitamin-DSerumspiegel (> 15 ng/ml) und 59 einen Vitamin-D-Mangel aufwiesen (< 10 ng/ml), immunhistochemische Färbungen entsprechender Tumorgewebeproben angefertigt mit dem Ziel, verschiedene Immunzellpopulationen im Tumor sowie im peritumoralen Stroma zu charakterisieren. Hierbei wurden zur Detektion von Lymphozyten CD4-Antikörper (THelferzellen) und CD8-Antikörper (zytotoxische T-Zellen) verwendet. Um Makrophagen nachzuweisen, wurde ein CD11c-Antikörper eingesetzt, der vornehmlich M1-Makrophagen darstellt, ein CD163-Antikörper, der die M2-Makrophagenpopulation abbildet und ein CD68- Antikörper, der als Panmakrophagenmarker dient. In der Auswertung der immunhistochemischen Färbungen mit einem immunreaktiven Score zeigte sich, dass bei ausreichender Vitamin-D-Versorgung die intra- und peritumorale Infiltration mit Lymphozyten- und M1-Makrophagen (exemplarisch dargestellt durch die Antikörper CD4, CD8, CD11c und CD68) deutlich gesteigert ist. Insbesondere die intratumorale Infiltration durch die genannten Immunzellpopulationen wird durch eine suffiziente Versorgung mit Vitamin D signifikant stimuliert. Im Gegensatz dazu zeigte sich für die mit dem CD163-Antikörper detektierten M2- Makrophagen eine gesteigerte peritumorale Infiltration bei Vitamin-D-Mangel. Da M2- Makrophagen eine überwiegend immunsupprimierende Wirkung haben, deuten diese Ergebnisse übereinstimmend mit den dargestellten Ergebnissen der T-Helferzellen, zytotoxischen T-Zellen und M1-Makrophagen auf eine Stimulation der antitumoralen Aktivität des Immunsystems durch Vitamin D bei Kopf-Hals-Tumorpatienten hin. In der Überlebensanalyse zeigte sich, dass darüber hinaus eine ausreichende Vitamin-D-Versorgung bei diesen Patienten auch zu einem signifikant verbesserten Gesamtüberleben führte. Das mediane Überleben lag dabei bei Patienten mit einem Vitamin-D-Mangel bei 21 Monaten, während Patienten mit einer ausreichenden Vitamin-D-Versorgung im Schnitt 10 Monate länger lebten mit einem medianen Gesamtüberleben von 31 Monaten. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit anhand von semiquantitativen histologischen Untersuchungen gezeigt werden, dass eine ausreichende Vitamin-DVersorgung für Patienten mit einem Plattenepithelkarzinom im Kopf-Hals-Bereich von hoher Relevanz ist. Sie ist nicht nur mit einer gesteigerten Immunzellinfiltration im Tumor sowie im peritumoralen Stroma assoziiert, sondern korrelierte in der vorgelegten Arbeit auch mit einer signifikant verbesserten Prognose. Daher sind weitere, in dieser Arbeit nicht vorgenommene molekulare Untersuchungen nötig, um die Vitamin-D-Wirkungen zu entschlüsseln. Es finden sich aber dennoch Anhaltspunkte in dieser Arbeit, dass auch in der klinischen Praxis der Vitamin-D-Versorgung von Kopf-Hals-Tumorpatienten mehr Beachtung geschenkt werden sollte, da sich hier die Möglichkeit bietet, durch eine kostengünstige und sichere Therapie positive Effekte für die Patienten zu erreichen.

Head and neck squamous cell carcinoma is a tumor entity with a 5-year survival rate of 50 %, a very poor prognosis that has not substantially improved in the last decades, as only few novel treatment approaches have emerged. Key reasons for this are the very late-stage diagnosis of the majority of cases as well as the significant challenge that the treatment of these cancers represents for both physicians and patients. There is therefore a need for research towards methods that can offer patients new treatment options. A promising candidate for this is vitamin D and its numerous effects on the human organism. Several studies have shown that patients with head and neck squamous carcinomas often display a significant vitamin D deficiency. Considering the evidence gathered in recent years that vitamin D has a crucial modulatory effect on the immune system, the question arises to what extent vitamin D may influence the immune response in head and neck cancer patients, both in general and specifically in regards to antitumor immunity. To address this, an immunohistochemical analysis was performed on tumor tissue samples isolated from a cohort of 103 head and neck squamous cell carcinoma patients, of which 44 had adequate serum levels of vitamin D (> 15 ng/ml) while 59 exhibited a vitamin D deficiency (< 10 ng/ml), in order to characterize the different immune cell populations present in the tumor as well as the peritumoral stroma. Lymphocytes were detected using a CD4 antibody (for T-helper cells) and a CD8 antibody (for cytotoxic T cells). Macrophages were identified with a CD11c antibody primarily labeling M1 macrophages, a CD163 antibody targeting the M2 macrophage population and a CD68 antibody serving as a pan-macrophage marker. The evaluation of the immunohistochemical stainings with an immunoreactive score showed that an adequate vitamin D status was associated with a significant increase in the intra- and peritumoral infiltration of lymphocytes and M1 macrophages (as revealed by the CD4, CD8, CD11c and CD68 antibodies). Particularly the intratumoral infiltration of these immune cell populations was significantly stimulated by sufficient vitamin D levels. In contrast, vitamin D deficiency correlated with an increased peritumoral infiltration of the M2 macrophage population detected with the CD163 antibody. Considering that M2 macrophages are predominantly immunosuppressive, this observation and the results obtained for T-helper cells, cytotoxic T cells and M1 macrophages concord to suggest that vitamin D stimulates the antitumor activity of the immune system in head and neck cancer patients. Furthermore, the survival analysis showed that an adequate vitamin D status was also linked to significantly better overall survival in these patients. Median survival was 21 months for patients with a vitamin D deficiency, whereas patients with sufficient vitamin D levels lived 10 months longer on average, with a median overall survival of 31 months. In summary, semiquantitative histological studies have shown that an adequate vitamin D status is of high relevance for patients with head and neck squamous cell carcinoma. It is not only associated with increased immune cell infiltration in the tumor and in the peritumoral stroma, but also correlated in the presented work with a significantly improved prognosis. Therefore, further molecular studies, that were not done in this work are needed to decipher the vitamin D effects. However, there are still indications in this work that more importance should be given to the vitamin D levels of head and neck cancer patients in the clinic, as this offers an opportunity to achieve positive outcomes in patients through a safe and costeffective therapy.