Characterization of peripheral immune events in primary colorectal cancer patients

Lu, Can (2022): Characterization of peripheral immune events in primary colorectal cancer patients. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Background The interaction between tumor and immune cells is known to affect the progression of colorectal cancer (CRC), but the effect of CRC cells on the systemic immunity remained unclear. We aimed to perform a comprehensive evaluation of circulating immune subsets and gene expression analysis of CRC patients. Methods The subset composition and phenotype of B and T lymphocytes, neutrophils, monocytes, dendritic cells (DCs), myeloid-derived suppressor cells (MDSCs), NK, and NKT cells were investigated in peripheral blood samples from 12 CRC patients and 11 healthy controls by multicolor flow cytometry. Circulating immune subsets were utilized to construct a diagnostic model. Furthermore, we performed the bioinformatics analyses to obtain the differential expression genes (DEGs) and immune cells between CRC patients and normal controls. Correlation analysis was conducted to discover regulatory genes and clinical test parameters associated with distribution of circulating immune subsets. Results In contrast to healthy controls, CRC patients had a reduced proportion of B and T lymphocytes, T helper (Th) cells, non-classical monocytes, DCs, and an increased proportion of polymorphonuclear MDSCs, as well as reduced expression of CD69 on both CD56dim and CD56bright NK cells. A diagnostic model integrating seven immune subsets was constructed to discriminate CRC patients and healthy controls with an AUC of 1.000 (95% CI 1.000-1.000). Moreover, NR3C2, CAMK4 and TRAT1 were identified as candidate genes regulating the number of circulating Th cells in CRC patients. Right-sided CRC patients had a similar systemic immune landscape with left-sided ones. In addition, we found a robust positive correlation between immune subsets and three clinical test parameters, including gamma-glutamyltransferase, aspartate aminotransferase, and alanine aminotransferase. Conclusions The immune suppression of systemic immune responses is evident in CRC patients. The altered composition of circulating immune subsets in CRC could complement the regional immune status of the tumor microenvironment and contribute to the discovery of immune-related biomarkers for the diagnosis of CRC.

Abstract

Das Zusammenspiel von Tumor- und Immunzellen kann das Fortschreiten von Darmkrebs (CRC) beeinflussen. Bislang ist die Auswirkung von kolorektalen Karzinomzellen auf die systemischen Immunprofile unzureichend untersucht. Das Ziel dieser Arbeit war die detailierte Charakterisierung von Immunzellen im peripheren Blut von Patienten mit kolorektalem Karzinom. Die Zusammensetzung der Untergruppen und der Immunphänotyp von B- und T-Lymphozyten, Neutrophilen, Monozyten, dendritischen Zellen (DCs), myeloiden Suppressorzellen (MDSCs), NK- und NKT-Zellen wurden in peripheren Blutproben von 12 CRC-Patienten und 11 gesunden Kontrollpersonen mittels Multicolor-Durchflusszytometrie untersucht. Logistische Regressionsanalysen und maschinelle Lernalgorithmen (Support Vector Machine Learning) wurden durchgeführt, um ein diagnostisches Modell zur Unterscheidung von CRC-Patienten und gesunden Kontrollpersonen anhand der Immunzelluntergruppen zu erstellen. Darüber hinaus wurden die Expressionmuster der peripheren Blut- und Gewebeproben verwendet, um die Gene mit unterschiedlicher Expression (DEGs) bei CRC-Patienten im Vergleich zu normalen Kontrollen zu analysieren. Es wurde eine Korrelationsanalyse durchgeführt, um DEGs zu finden, die mit der Verteilung von Untergruppen von Immunzellen assoziiert sind und um die zugrunde liegende Beziehung zwischen Immunzellzusammensetzungen und klinischen Testparametern bei CRC-Patienten weiter zu untersuchen. Ergebnisse: Im Gegensatz zu gesunden Kontrollpersonen wiesen CRC-Patienten einen geringeren Anteil an B- und T-Lymphozyten, T-Helferzellen (Th-Zellen), nicht-klassischen Monozyten, DCs und einen erhöhten Anteil an polymorphkernigen MDSCs sowie eine geringere Expression von CD69 sowohl auf CD56dim- als auch auf CD56bright-NK-Zellen auf. Ein diagnostisches Modell, das sieben Immununtergruppen integriert, wurde erstellt, um CRC-Patienten und gesunde Kontrollen mit einer AUC von 1.000 (95% CI 1.000-1.000) zu unterscheiden. Darüber hinaus wurden NR3C2, CAMK4 und TRAT1 als Kandidatengene identifiziert, die die

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: colorectal cancer, flow cytometry, immunophenotype, diagnostic model, differentially expressed genes
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 20. September 2022
• 1. Bericht­erstatter:in: Kühn, Florian