Σχετιζόμενα με τον όγκο μακροφάγα (Tumor-associated macrophages TAMs): συστηματική ανάλυση, ανοσοϊστοχημική μελέτη του λειτουργικού τους ρόλου, διερεύνηση του προγνωστικού τους ρόλου και της συσχέτισης τους με κλινικοπαθολογοανατομικές παραμέτρους στους καρκίνους του ανώτερου γαστρεντερικού

Abstract

This doctoral dissertation investigates the role of tumor-associated macrophages (TAMs) in upper gastrointestinal cancers (GI), with a particular focus on gastric cancer (GC) and esophageal cancer. TAMs are a critical population within the tumor microenvironment (TME) and actively contribute to tumor growth, progression, and immune evasion. Depending on the stimuli they receive from the microenvironment, they can adopt either an anti-tumor (M1-like) or a pro-tumor (M2-like) phenotype, thereby significantly influencing tumor behavior. Interesting is the association between TAMs and the expression of the immune checkpoint marker Programmed Death Ligand-1 (PD-L1), which plays a role in immunosuppression and is a target of immunotherapy. The aim of this dissertation is to examinate the presence and distribution of TAMs in the aforementioned neoplasms, to evaluate the expression of the CD68 marker (a general macrophage marker) and PD-L1, and to correlate these findings with pathological and clinical tumor characteristics. The study also aims to investigate their role in prognosis and the likelihood of disease recurrence, with the ultimate goal of utilizing them as prognostic—and potentially therapeutic—biomarkers. The methodology comprises two main components. First, a systematic review of international literature was conducted to assess the relationship between TAMs infiltration and PD-1/PD-L1 expression in upper GI cancers. Second, a primary research study was carried out involving immunohistochemical analysis of samples from patients who underwent surgical resection for gastric adenocarcinoma. Macrophages were evaluated using the CD68 marker, while PD-L1 expression was assessed using the Combined Positive Score (CPS) and Tumor Burden Score (TMB). Statistical analysis was performed using Python and the stats models library to explore potential correlations between marker expression and clinicopathological parameters, such as disease stage, vascular and perineural invasion, and recurrence. The literature review revealed a correlation between TAMs infiltration and PD-L1 expression in cancer cells in both GC and esophageal cancer. Additionally, PD-1+ TAMs were associated with poor prognosis in these cancers. The experimental part of the dissertation showed a strong presence of TAMs in most samples, with high CD68 expression levels significantly associated with advanced cancer stage, presence of tumor emboli, and perineural invasion. A positive correlation was also found between high TAMs expression and elevated PD-L1 levels (based on CPS and TBS), a finding that was strong and reproducible across the examined samples. Notably, increased TAMs density was linked to shorter overall survival (OS) and higher recurrence rates. Importantly, the group with high CD68 expression and low CPS expression showed the lowest mean and median OS, while the group with low expression of both CD68 and CPS had the highest mean OS. Multivariate analysis supported CD68 expression as an independent negative prognostic factor for disease progression. In conclusion, the findings of this dissertation note the pivotal role of TAMs in cancer progression and immune modulation in upper GI tumors. The expression of CD68 and PD-L1 can be utilized as prognostic indicators for patient stratification and treatment selection. Targeting TAMs—either by inhibiting their recruitment or by reprogramming them into an anti-tumor phenotype—appears to be a promising therapeutic strategy. This study provides a solid foundation for future research and paves the way for incorporating TAMs into modern oncology practice as reliable prognostic biomarkers and therapeutic targets.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά το ρόλο των μακροφάγων, που σχετίζονται με όγκους (TAMs) στους καρκίνους του ανώτερου γαστρεντερικού συστήματος, με ιδιαίτερη έμφαση στον καρκίνο του στομάχου (GC) και του οισοφάγου. Τα TAMs είναι κρίσιμος πληθυσμός στο μικροπεριβάλλον του όγκου (TME) και συμμετέχουν ενεργά στην ανάπτυξη, την εξέλιξη και την ανοσολογική διαφυγή των καρκινικών κυττάρων. Ανάλογα με τα ερεθίσματα που δέχονται από το μικροπεριβάλλον, μπορούν να υιοθετήσουν έναν αντικαρκινικό (τύπου M1) ή έναν προ-ογκογόνο (τύπου M2) φαινότυπο, ρυθμίζοντας καθοριστικά τη συμπεριφορά του όγκου. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η σύνδεση των TAMs με την έκφραση του δείκτη Programmed Death Ligand-1 (PD-L1), ο οποίος εμπλέκεται στην ανοσοκαταστολή και αποτελεί στόχο της ανοσοθεραπείας. Σκοπός της διατριβής είναι η καταγραφή της παρουσίας και της κατανομής των TAMs στα προαναφερθέντα νεοπλάσματα, η αξιολόγηση της έκφρασης του δείκτη CD68 (γενικός δείκτης μακροφάγων) και του δείκτη PD-L1, καθώς και η συσχέτισή τους με παθολογοανατομικά και κλινικά χαρακτηριστικά των όγκων. Επιδιώκεται, επίσης, η διερεύνηση του ρόλου τους στην πρόγνωση και την πιθανότητα υποτροπής της νόσου, με απώτερο στόχο την αξιοποίησή τους ως προγνωστικούς και ενδεχομένως θεραπευτικούς δείκτες. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει δύο επιμέρους σκέλη. Αρχικά πραγματοποιείται συστηματική ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας για τη σχέση της διήθησης των TAMs και την έκφραση του PD-1/PD-L1 στους καρκίνους του ανώτερου γαστρεντερικού. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται πρωτογενής ερευνητική μελέτη με ανοσοϊστοχημική ανάλυση δειγμάτων από ασθενείς που υποβλήθηκαν σε χειρουργική εκτομή για αδενοκαρκίνωμα του στομάχου. Η αξιολόγηση των μακροφάγων έγινε με την εφαρμογή του δείκτη CD68, ενώ η έκφραση του PD-L1 εκτιμήθηκε με βάση τους δείκτες Combined Positive Score (CPS) και Tumor Burden Score (TMB). Η στατιστική επεξεργασία των δεδομένων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της γλώσσας Python και της βιβλιοθήκης statsmodels, ώστε να διερευνηθούν πιθανές συσχετίσεις μεταξύ της έκφρασης των δεικτών και κλινικοπαθολογικών παραμέτρων, όπως το στάδιο της νόσου, η αγγειακή και περινευρική διήθηση, και η υποτροπή. Από την βιβλιογραφική ανασκόπηση διαπιστώθηκε η συσχέτιση της διήθησης των TAMs και της έκφρασης του PD-L1 στα καρκινικά κύτταρα τόσο για GCs, όσο και για καρκίνους του οισοφάγου. Επιπλέον, διαπιστώθηκε η κακή προγνωστική αξία των PD-1+ TAMs στους προαναφερθέντες καρκίνους. Στο ερευνητικό τμήμα της διατριβής αναδείχτηκε η έντονη παρουσία των TAMs στα περισσότερα δείγματα, με υψηλά επίπεδα έκφρασης του CD68, τα οποία συσχετίστηκαν στατιστικά σημαντικά με προχωρημένο στάδιο καρκίνου, παρουσία νεοπλασματικών εμβόλων και περινευρική διήθηση. Επίσης, διαπιστώθηκε θετική συσχέτιση μεταξύ υψηλής έκφρασης TAMs και αυξημένων επιπέδων PD-L1 (σύμφωνα με CPS και TBS). Η συσχέτιση αυτή ήταν ισχυρή και επαναλήψιμη στα δείγματα που εξετάστηκαν. Αξιοσημείωτο είναι ότι η αυξημένη πυκνότητα των TAMs συνδέθηκε με μικρότερη OS και μεγαλύτερη πιθανότητα υποτροπής. Σημαντικό είναι ότι η ομάδα με υψηλή έκφραση CD68 και χαμηλή έκφραση CPS παρουσιάζει το χαμηλότερο μέσο και διάμεσο OS, ενώ η ομάδα ασθενών που παρουσιάζει χαμηλή έκφραση CD68 και CPS έχει το υψηλότερο μέσο OS. Τα αποτελέσματα της πολυπαραγοντικής ανάλυσης υποστηρίζουν ότι η έκφραση του CD68 αποτελεί ανεξάρτητο αρνητικό προγνωστικό παράγοντα για την πορεία της νόσου. Συμπερασματικά, τα ευρήματα της διατριβής υπογραμμίζουν τον καθοριστικό ρόλο των TAMs στην καρκινική εξέλιξη και ανοσολογική διαχείριση των όγκων του ανώτερου γαστρεντερικού. Η έκφραση των δεικτών CD68 και PD-L1 μπορεί να αξιοποιηθεί ως προγνωστικός άξονας για την ταξινόμηση των ασθενών και την επιλογή κατάλληλης θεραπείας. Η στοχοποίηση των TAMs, είτε μέσω αναστολής της στρατολόγησής τους, είτε μέσω επαναπρογραμματισμού σε αντικαρκινικό φαινότυπο, φαίνεται να αποτελεί υποσχόμενη θεραπευτική στρατηγική. Η παρούσα εργασία αποτελεί μια ισχυρή βάση για μελλοντική έρευνα και ανοίγει τον δρόμο για την ένταξη των TAMs στη σύγχρονη ογκολογική πρακτική ως αξιόπιστοι βιοδείκτες πρόγνωσης και θεραπευτικοί στόχοι.