Modul în care HPV modelează peisajul imunitar în carcinomul penian cu celule scuamoase

Carcinomul penian reprezintă un tip de cancer rar, dar sever, cu o evoluție agresivă și o rată de supraviețuire redusă. Studiul realizat la Academia Chineză de Științe a explorat modul în care infecția cu virusul papiloma uman modelează micro-mediul tumoral al carcinomului penian cu celule scuamoase, folosind tehnologia de secvențiere unicelulară.
Majoritatea covârșitoare a cancerelor peniene sunt carcinoame scuamoase, multe fiind produse de infecția persistentă cu virusul papiloma uman. Acest virus induce transformări celulare prin oncoproteinele sale, conducând la instabilitate genetică și proliferare necontrolată. Interesant, tumorile asociate unui status pozitiv pentru virusul papiloma uman prezintă un prognostic mai favorabil și răspund mai bine la tratamente precum radioterapia și terapiile combinate.

Totuși, diferențele celulare și moleculare care explică aceste avantaje clinice nu sunt pe deplin înțelese, în special în ceea ce privește interacțiunile dintre celulele stromale, imune și tumorale. Prin urmare, o analiză detaliată la nivel unicelular este esențială pentru înțelegerea mecanismelor prin care statusul virusului papiloma uman influențează evoluția carcinomului penian.

Despre studiu

Designul studiului și colectarea probelor

Au fost colectate probe proaspete de la 11 pacienți cu carcinom penian, toți aflați la primul contact cu boala, fără tratamente anterioare. Toate tumorile erau carcinoame scuamoase, iar șase dintre acestea prezentau infecție cu virusul papiloma uman. Determinarea statusului viral s-a realizat prin două metode: imunohistochimie pentru proteina p16 și imunofluorescență pentru detectarea oncoproteinelor virale E6 și E7. O probă era considerată pozitivă doar dacă ambele teste confirmau prezența virusului.

Procesarea celulelor și secvențierea

Tumorile au fost supuse digestiei enzimatice pentru obținerea unei suspensii de celule vii, cu o viabilitate finală de peste 85%. Acestea au fost folosite pentru construcția bibliotecilor de ARN mesager unicelular, utilizând platforma 10x Genomics. Secvențierea a fost realizată pe platforma NovaSeq, generând date de înaltă rezoluție la nivel de transcript unicelular.

Analiza bioinformatică

Datele au fost prelucrate prin pipeline-ul CellRanger și analizate cu pachetul Seurat. Au fost eliminate celulele cu număr mic sau excesiv de gene exprimate ori cu procent ridicat de ARN mitocondrial. În total au fost păstrate 52.980 de celule pentru analiza ulterioară. Clusteringul a identificat 17 clustere celulare grupate în șapte tipuri majore: epiteliale, endoteliale, fibroblaste asociate cancerului, celule natural killer, celule T infiltrate, celule B infiltrate și celule mieloide.

Rezultate

Compoziția micro-mediului tumoral

Toate cele șapte tipuri celulare au fost regăsite în fiecare tumoră. Distribuția lor globală nu a diferit semnificativ între tumorile pozitive și cele negative pentru virusul papiloma uman, însă s-au observat tendințe subtile:

• tumorile pozitive prezentau o ușoară creștere a celulelor B infiltrate;
• tumorile negative tindeau să conțină mai multe celule T infiltrate și celule mieloide.

Heterogenitatea fibroblastelor asociate cancerului

Analiza celor 7.551 de fibroblaste asociate cancerului a identificat cinci subpopulații distincte, reprezentând atât fenotipuri contractile, cât și fenotipuri inflamatorii. Tiparele de expresie au arătat că fibroblastele inflamatorii din tumorile pozitive secretau niveluri crescute de chemokine precum CXCL13, CXCL3, CXCL12 și CXCL5, sugerând un profil mai activ imunologic.

Analizele de îmbogățire au indicat:

• în tumorile negative, căi asociate hipoxiei și semnalizării Wnt;
• în tumorile pozitive, căi legate de semnalizarea transformantă și chemotactism.

Heterogenitatea celulelor endoteliale

Cele 3.359 de celule endoteliale au fost încadrate în cinci subtipuri distincte, incluzând patru subgrupuri vasculare și un subgrup limfatic. Distribuția lor a fost similară între grupuri, susținând o structură vasculară comparabilă între tumorile pozitive și negative.

Compoziția detaliată a compartimentului mieloid

Analiza celor 11.171 de celule mieloide a identificat 11 clustere distincte, incluzând multiple tipuri de macrofage, celule dendritice, mastocite și neutrofile. Două diferențe majore au fost observate:

• macrofagele proliferative au fost mai numeroase în tumorile negative;
• mastocitele au fost mai numeroase în tumorile pozitive.

Macro­fagele proliferative din tumorile negative erau caracterizate de expresia crescută a markerilor ciclului celular, asociate unui fenotip imun supresiv. În schimb, mastocitele din tumorile pozitive prezentau semnale asociate activării și degranulării.

Diferențe funcționale în celulele prezentatoare de antigen

Deși proporția globală a macrofagelor și celulelor dendritice nu a diferit, programele lor transcripționale au fost distincte:

• în tumorile pozitive, aceste celule exprimau gene inflamatorii precum S100A4, S100A7 și S100A8;
• în tumorile negative, aceste celule exprimau niveluri crescute de chemokine precum CXCL5, CXCL1 și CCL13.

Profilul celulelor T infiltrate

Cele 14.693 de celule T infiltrate au fost încadrate în 11 subpopulații, incluzând celule T naive, efectoare, reglatoare, precursoare și citotoxice. Deși proporțiile globale nu au diferit, semnăturile funcționale au arătat diferențe importante:

• în tumorile negative, celulele T citotoxice exprimau mai multe granzime;
• în tumorile pozitive, aceste celule exprimau mai puține molecule de epuizare imunologică, precum PD-1, CTLA-4, TIM-3, LAG-3 și TIGIT.

Această diferență indică un potențial răspuns imun mai puțin epuizat în tumorile pozitive, ceea ce ar putea contribui la avantajul clinic observat.

Rețele de comunicare intercelulară

Analiza interacțiunilor ligand–receptor a evidențiat rețele complexe de comunicare în micro-mediul tumoral. Un rezultat important a fost identificarea unei axe inhibitorii puternice în tumorile negative, dominată de interacțiunile TIGIT–PVR și TIGIT–NECTIN. Această cale este cunoscută ca mecanism major de evaziune imună.

În schimb, tumorile pozitive au prezentat modele distincte de interacțiuni co-stimulatoare, indicând un micro-mediu imun mai activ.

Concluzii

Acest studiu unicelular a construit o hartă detaliată a micro-mediului tumoral în carcinomul penian, relevând diferențe semnificative între tumorile pozitive și negative pentru virusul papiloma uman. Tumorile pozitive prezintă un peisaj imun mai puțin supresiv, cu celule T mai puțin epuizate și fibroblaste cu profil chemotactic mai activ. Tumorile negative prezintă programe pro-supresive, cu macrofage proliferative și expresie crescută a axei inhibitorii TIGIT.

Aceste descoperiri oferă noi perspective asupra motivelor pentru care tumorile pozitive pentru virusul papiloma uman au rezultate clinice mai bune și oferă un fundament pentru dezvoltarea unor biomarkeri și terapii imunomodulatoare adaptate.