Tumors of female reproductive systemTumors of female reproductive systemОпухоли женской репродуктивной системы1994-40981999-8627Publishing House ABV Press96710.17650/1994-4098-2022-18-2-29-39MAMMOLOGY. ORIGINAL ARTICLEМАММОЛОГИЯ. ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯTumor immune microenvironment and apoptotic markers in breast cancer patients carrying BRCA1 gene mutationsИммунное опухолевое микроокружение и маркеры апоптоза при раке молочной железы у носительниц наследственных мутаций в гене BRCA1https://orcid.org/0000-0002-0698-7710StukanA. I.СтуканьА. И.
Russian Federation

146 Dimitrova St., Krasnodar 350040;

4 Mitrofana Sedina St., Krasnodar 350063

350040 Краснодар, ул. Димитрова, 146;

350063 Краснодар, ул. Митрофана Седина, 4

jolie86@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7127-7945GoryainovaA. Yu.ГоряиноваА. Ю.
Russian Federation

146 Dimitrova St., Krasnodar 350040;

4 Mitrofana Sedina St., Krasnodar 350063

350040 Краснодар, ул. Димитрова, 146;

350063 Краснодар, ул. Митрофана Седина, 4

https://orcid.org/0000-0003-3041-520XChukhrayO. Yu.ЧухрайО. Ю.
Russian Federation

146 Dimitrova St., Krasnodar 350040

350040 Краснодар, ул. Димитрова, 146

https://orcid.org/0000-0003-2515-9125MaksimenkoS. D.МаксименкоС. Д.
Russian Federation

146 Dimitrova St., Krasnodar 350040

350040 Краснодар, ул. Димитрова, 146

https://orcid.org/0000-0003-4529-7891ImyanitovE. N.ИмянитовЕ. Н.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy Settlement, Saint Petersburg 197758;

2 Litovskaya St., Saint Petersburg 194100;

41 Kirochnaya St., Saint Petersburg 191015

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68;

194100 Санкт-Петербург, ул. Литовская, 2;

191015 Санкт-Петербург, ул. Кирочная, 41

https://orcid.org/0000-0002-8715-2992SharovS. V.ШаровС. В.
Russian Federation

146 Dimitrova St., Krasnodar 350040;

4 Mitrofana Sedina St., Krasnodar 350063

350040 Краснодар, ул. Димитрова, 146;

350063 Краснодар, ул. Митрофана Седина, 4

https://orcid.org/0000-0001-7745-4631KhachmamukZ. K.ХачмамукЗ. К.
Russian Federation

146 Dimitrova St., Krasnodar 350040

350040 Краснодар, ул. Димитрова, 146

Clinical Oncology Dispensary No. 1, Ministry of Health of Krasnodar RegionГБУЗ «Клинический онкологический диспансер № 1» Министерства здравоохранения Краснодарского краяKuban State Medical UniversityФГБОУ ВО «Кубанский государственный медицинский университет»N.N. Petrov Research Institute of Oncology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздрава РоссииSaint Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Health of RussiaФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава РоссииI.I. Mechnikov North-Western State Medical University, Ministry of Health of RussiaФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова»1909202218229391609202216092022https://ojrs.abvpress.ru/ojrs/article/view/967

Background. It is suggested that defects in BRCA1 / 2 genes contribute to a high mutational load and high immunogenicity, which modulates immune microenvironment. At the same time, it was shown that BRCA1 / 2-associated breast cancer tumors do not belong to the category of immunoactive ones. These tumors have low expression of immune response genes and exhibit an immunosuppressive type of microenvironment. This indicates the need of antitumor immune response modulation and maintaining of the optimal balance of tumor CD4/CD8 T-lymphocytes ratio. In addition, there is evidence of the additional evaluation of TP53 mutation in these tumors and disruption of the cell death process, which can also be a factor of resistance to therapy, including PARP inhibitors, and serve as a therapeutic target.

Materials and methods. The prospective study included 20 patients with BRCA1-associated breast cancer. BRCA1 / 2 mutations (BRCA1 185delAG, 4153delA, 5382insC, 3819delGTAAA, 3875delGTCT, 300T>G, 2080delA, BRCA2 6174delT) were detected in by real-time polymerase chain reaction. Immunohistochemical study was performed on paraffin embedded tissue blocks by an automated method on a ThermoScentific immunohistotainer using monoclonal antibodies. The expression of markers of tumor-infiltrating CD4+ and CD8+ T-lymphocytes, markers of macrophages (CD68, CD163), apoptosis (Bcl-2, p53), cell adhesion markers (E-cadherin, β-catenin) in breast cancer in carriers of BRCA1 mutations was assessed.

Results. High CD4/CD8 ratio, which characterizes immunosuppressive microenvironment, occurred in 75 % of cases. BRCA1 5382insC mutation is associated with high level of CD4+ TILs (p˂0.05), G2 is associated with a low CD4/CD8 ratio (p = 0.039) and a high level of CD163 (p = 0.02, AUC = 0.739); T1 correlates with high levels of CD8+ TILs (p = 0.038) and high levels of CD163 (p = 0.033). High Ki-67 is associated with a lack of Bcl-2 expression (p = 0.04) and a low level of E-cadherin (p = 0.02). Negative expression of Bcl-2 occurred in 75 % of cases. High level of p53 expression has been described as the main type of expression in these tumors, suggesting a combination of TB53 and BRCA1 mutations and a violation of cell death mechanism of in these tumors.

Conclusion. Breast cancer tumors of patients with hereditary mutations in BRCA1 gene demonstrate immunosuppressive type of microenvironment and a violation of the cell death mechanism. The main directions of future therapy of these tumors may include tumor immune microenvironment modification and activation of cell death mechanisms. 

Введение. Предполагается, что дефекты генов BRCA1 / 2 способствуют повышению мутационной нагрузки и высокой иммуногенности. Однако показано, что BRCA1 / 2-ассоциированный рак молочной железы (РМЖ) не относится к категории иммуноактивных опухолей. Эти опухоли имеют низкую экспрессию генов иммунного ответа и демонстрируют иммуносупрессивный тип микроокружения, что говорит о необходимости модулирования иммунного ответа и поддержания оптимального баланса CD4/CD8‑Т-лимфоцитов в опухоли. Кроме того, есть данные о наличии мутации ТР53 в этих опухолях и нарушении процесса клеточной гибели, что также может быть фактором резистентности к терапии.

Цель исследования – оценить характер иммунного опухолевого окружения и механизмы клеточной гибели у больных BRCA1-ассоциированным РМЖ.

Материалы и методы. В проспективное исследование включено 20 больных ВRCA1-ассоциированным РМЖ. Мутации BRCA1 / 2 (185delAG, 4153delA, 5382insC, 3819delGTAAA, 3875delGTCT, 300T>G, 2080delA, BRCA2 6174delT) определены методом полимеразной цепной реакции в реальном времени. Иммуногистохимическое исследование выполнялось на парафиновых срезах с использованием моноклональных антител к маркерам CD4+- и CD8+-Т-лимфоцитов, макрофагов (CD68, CD163), апоптоза (Bcl-2, p53), клеточной адгезии (Е-кадгерин, β-катенин).

Результаты. Высокое соотношение CD4/CD8, характеризующее иммуносупрессивное микроокружение, встречалось в 75 % случаев. Тип мутации BRCA15382insC связан с высоким уровнем CD4+-Т-лимфоцитов (р˂ 0,05), степень дифференцировки G2 – с низким соотношением CD4/CD8 (р = 0,039) и высоким уровнем CD163 (p = 0,02, AUC = 0,739); Т1 коррелирует с высоким уровнем CD8+-Т-лимфоцитов (р = 0,038) и высоким уровнем CD163 (p = 0,033). Высокий показатель Ki-67 связан с отсутствием экспрессии Bcl-2 (р = 0,04) и низким уровнем Е-кадгерина (р = 0,02). Отрицательная экспрессия Bcl-2 встречалась в 75 % случаев. Высокий уровень экспрессии р53 описан как основной тип экспрессии в этих опухолях и позволяет предположить нарушение механизма клеточной гибели у данных пациентов.

Выводы. В опухоли больных РМЖ с наследственными мутациями в гене BRCA1 преобладает иммуносупрессивный тип микроокружения и выявлено нарушение механизма клеточной гибели. Основными направлениями будущей терапии этих опухолей могут выступать модификация иммунного микроокружения и активация механизмов клеточной гибели. 

breast cancerBRCA1 mutationtumor immune microenvironmentapoptosisрак молочной железыBRCA1-мутацияиммунное опухолевое микроокружениеапоптозPrzybytkowski E., Davis T., Hosny A. et al. An immune-centric exploration of BRCA1 and BRCA2 germline mutation related breast and ovarian cancers. BMC Cancer 2020;20:197. DOI: 10.1186/s12885-020-6605-1.Nolan E., Savas P., Policheni A.N. et al. Combined immune checkpoint blockade as a therapeutic strategy for BRCA1- mutated breast cancer. Sci Transl Med 2017;9. DOI: 10.1126/scitranslmed. aal4922.Grandal B., Evrevin C., Laas E. et al. Impact of BRCA mutation status on tumor infiltrating lymphocytes (TILs), response to treatment, and prognosis in breast cancer patients treated with neoadjuvant chemotherapy. Cancers 2020;12:3681. DOI: 10.3390/cancers12123681.Sonderstrup I.M.H., Jensen M.B., Ejlertsen B. et al. Evaluation of tumorinfiltrating lymphocytes and association with prognosis in BRCA-mutated breast cancer. Acta Oncol 2019;58:363–70. DOI: 10.1080/0284186x.2018.1539239.Wen W.X., Leong C.O. Association of BRCA1- and BRCA2-deficiency with mutation burden, expression of PD-L1/ PD-1, immune infiltrates, and T cell-inflamed signature in breast cancer. PLoS One 2019;14:e0215381. DOI: 10.1371/journal.pone.0215381.Li C.M., Oren Y., Regev A., Brugge J.S. Abstract PR06: Contribution of mutant microenvironment to hereditary cancer: Single-cell gene expression profiling of a genetically engineered mouse model of human hereditary BRCA1-related breast cancer. Cancer Res 2018;78:PR06. DOI: 10.1158/1538-7445.mousemodels17-pr06.McCullough S.D., Hu Y., Li R. BRCA1 in initiation, invasion, and metastasis of breast cancer: A perspective from the tumor microenvironment. In: Metastasis of Breast Cancer. Dordrecht: Springer, 2007. Pp. 31–46. DOI: 10.1007/978-1-4020-5867-7_3.Ghosh S., Lu Y., Katz A. et al. Tumor suppressor BRCA1 inhibits a breast cancerassociated promoter of the aromatase gene (CYP19) in human adipose stromal cells. Am J Physiol Endocrinol Metab 2007;292:E246–E252. DOI: 10.1152/ajpendo.00242.2006.Weber F., Shen L., Fukino K. et al. Totalgenome analysis of BRCA1/2-related invasive carcinomas of the breast identifies tumor stroma as potential landscaper for neoplastic initiation. Am J Hum Genet 2006;78:961–72. DOI: 10.1086/504090.Hemalatha S.K., Sengodan S.K., Nadhan R. et al. BRCA1 defective breast cancer cells induce in vitro transformation of cancer associated fibroblasts (CAFs) to metastasis associated fibroblasts (MAF). Sci Rep 2018;8:13903.Huang Y., Ma C., Zhang Q. et al. CD4+ and CD8+ T cells have opposing roles in breast cancer progression and outcome Oncotarget 2015;6:17462–78. DOI: 10.18632/oncotarget.3958.Wang D.Y., Jiang Z., Ben-David Y. et al. Molecular stratification within triplenegative breast cancer subtypes. Sci Rep 2019;9:19107. DOI: 10.1038/s41598-019-55710-w.Omarini C., Guaitoli G., Pipitone S. et al. Neoadjuvant treatments in triple-negative breast cancer patients: where we are now and where we are going. Cancer Manag Res 2018;10:91–103. DOI: 10.2147/cmar.s146658.Goodman A.M, Kato S., Bazhenova L. et al. Tumor mutational burden as an independent predictor of response to immunotherapy in diverse cancers. Mol Cancer Ther 2017;16:2598–608. DOI: 10.1158/1535-7163.mct-17-0386.Ye J., Livergood R.S., Peng G. The role and regulation of human Th17 cells in tumor immunity. Am J Pathol 2013;182(1):10–20. DOI: 10.1016/j.ajpath.2012.08.041.Wilke C.M., Kryczek I., Wei S. et al. Th17 cells in cancer: help or hindrance? Carcinogenesis 2011;32:643–9. DOI: 10.1093/carcin/bgr019.Fridman W.H., Pages F., SautesFridman C., Galon J. The immune contexture in human tumours: impact on clinical outcome. Nat Rev Cancer 2012;12:298–306. DOI: 10.1038/nrc3245.Mahmoud S.M., Paish E.C., Powe D.G. et al. An evaluation of the clinical significance of FOXP3+ infiltrating cells in human breast cancer. Breast Cancer Res Treat 2011;127:99–108. DOI: 10.1007/s10549-010-0987-8.Mahmoud S.M., Paish E.C., Powe D.G. et al. Tumorinfiltrating CD8+ lymphocytes predict clinical outcome in breast cancer. J Clin Oncol 2011;29:1949–55. DOI: 10.1200/jco.2010.30.5037.Jamiyan T., Kuroda H., Yamaguchi R. et al. CD68- and CD163-positive tumorassociated macrophages in triple negative cancer of the breast. Virch Arch 2020;477:767–75. DOI: 10.1007/s00428-020-02855-z.Yang M., Li Z., Ren M. et al. Stromal infiltration of tumor-associated macrophages conferring poor prognosis of patients with basal-like breast carcinoma. J Cancer 2018;9:2308–16. DOI: 10.7150/jca.25155.Ni C., Yang L., Xu Q. et al. CD68- and CD163-positive tumor infiltrating macrophages in non-metastatic breast cancer: a retrospective study and metaanalysis. J Cancer 2019;10:4463–72. DOI: 10.7150/jca.33914.Zhao X., Qu J., Sun Y. et al. Prognostic significance of tumorassociated macrophages in breast cancer: a metaanalysis of the literature. Oncotarget 2017;8:30576–86. DOI: 10.18632/ oncotarget.15736.Tiainen S., Tumelius R., Rilla K. et al. High numbers of macrophages, especially M2-like (CD163-positive), correlate with hyaluronan accumulation and poor outcome in breast cancer. Histopathology 2015;66:873–83. DOI: 10.1111/his.12607.Sousa S., Brion R., Lintunen M. et al. Human breast cancer cells educate macrophages toward the M2 activation status. Breast Cancer Res 2015;17:101–10. DOI: 10.1186/s13058-015-0621-0.Honma N., Horii R., Ito Y. et al. Differences in clinical importance of Bcl-2 in breast cancer according to hormone receptors status or adjuvant endocrine therapy. BMC Cancer 2015;15:698. DOI: 10.1186/s12885-015-1686-y.Nguyen C.V., Nguyen Q.T., Vu H.T. Combined p53 and Bcl-2 immunophenotypes in prognosis of Vietnamese invasive breast carcinoma: a single institutional retrospective analysis. Technol Cancer Res Treat 2020;19:1533033820983081. DOI: 10.1177/1533033820983081.Liu X., Holstege H. van der Gulden H. et al. Somatic loss of BRCA1 and p53 in mice induces mammary tumors with features of human BRCA1-mutated basallike breast cancer. Proc Natl Acad Sci USA 2007;104:12111–6. DOI: 10.1073/pnas.0702969104.Alexandrou S., George S.M., Ormandy C.J. et al. The proliferative and apoptotic landscape of basal-like breast cancer. Int J Mol Sci 2019;20:667. DOI: 10.3390/ijms20030667.Blagih J., Buck M.D., Vousden K.H. p53, cancer and the immune response. J Cell Sci 2020;133:jcs237453. DOI: 10.1242/jcs.237453.