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Expression and Prognostic Value of CD80 and CD86 in the Tumor Microenvironment of Newly Diagnosed Glioblastoma

Published online by Cambridge University Press:  13 January 2022

Mohammed H. Ahmed
Affiliation:
Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, APHP, Hôpital Universitaire La Pitié Salpêtrière, Paris, France Faculté de Médecine Paris-Sud, Université Paris-Saclay, Saint-Aubin, France
Isaias Hernández-Verdin
Affiliation:
Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, APHP, Hôpital Universitaire La Pitié Salpêtrière, Paris, France Faculté de Médecine Paris-Sud, Université Paris-Saclay, Saint-Aubin, France
Franck Bielle
Affiliation:
Sorbonne Université, Inserm, CNRS, UMR S 1127, Institut du Cerveau, ICM, AP-HP, Hôpitaux Universitaires La Pitié Salpêtrière - Charles Foix, Service de Neuropathologie-Escourolle, Paris, France
Maïté Verreault
Affiliation:
Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, APHP, Hôpital Universitaire La Pitié Salpêtrière, Paris, France
Julie Lerond
Affiliation:
Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, APHP, Hôpital Universitaire La Pitié Salpêtrière, Paris, France
Agusti Alentorn
Affiliation:
Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, AP-HP, Hôpital Universitaire La Pitié Salpêtrière, DMU Neurosciences, Service de Neurologie 2-Mazarin, Paris, France
Marc Sanson
Affiliation:
Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, AP-HP, Hôpital Universitaire La Pitié Salpêtrière, DMU Neurosciences, Service de Neurologie 2-Mazarin, Paris, France
Ahmed Idbaih*
Affiliation:
Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, AP-HP, Hôpital Universitaire La Pitié Salpêtrière, DMU Neurosciences, Service de Neurologie 2-Mazarin, Paris, France
*
Corresponding author: Ahmed Idbaih, Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, Inserm, CNRS, AP-HP, Hôpital DE LA Pitié Salpêtrière, DMU Neurosciences, Service de Neurologie 2-Mazarin, Paris F-75013, France. Email: ahmed.idbaih@aphp.fr
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Abstract:

Background:

Strategies to modulate the tumor microenvironment (TME) have opened new therapeutic avenues with dramatic yet heterogeneous intertumoral efficacy in multiple cancers, including glioblastomas (GBMs). Therefore, investigating molecular actors of TME may help understand the interactions between tumor cells and TME. Immune checkpoint proteins such as a Cluster of Differentiation 80 (CD80) and CD86 are expressed on the surface of tumor cells and infiltrative tumor lymphocytes. However, their expression and prognostic value in GBM microenvironment are still unclear.

Methods:

In this study, we investigated, in a retrospective local discovery cohort and a validation TCGA dataset, expression of CD80 and CD86 at mRNA level and their prognostic significance in response to standard of care. Furthermore, CD80 and CD86 at the protein level were investigated in the discovery cohort.

Results:

Both CD80 and CD86 are expressed heterogeneously in the TME at mRNA and protein levels. In a univariate analysis, the mRNA expression of CD80 and CD86 was not significantly correlated with OS in both local OncoNeuroTek dataset and TCGA datasets. CD80 and CD86 mRNA high expression was significantly associated with shorter progression free survival (PFS) (p < 0.05). These findings were validated using the TCGA cohort; higher CD80 and CD86 expressions were correlated with shorter PFS (p < 0.05). In multivariate analysis, CD86 mRNA expression was an independent prognostic factor for PFS in the TCGA dataset only (p < 0.05).

Conclusion:

CD86 could be used as a potential biomarker for the prognosis of GBM patients treated with immunotherapy; however, additional studies are needed to validate these findings.

Résumé :

RÉSUMÉ :

L’expression et la valeur pronostique des molécules CD80 et CD86 dans le micro-environnement tumoral du glioblastome nouvellement diagnostiqué.

Contexte :

Les stratégies visant à moduler le micro-environnement tumoral (MET) ont permis d’offrir de nouvelles voies thérapeutiques qui ont démontré une efficacité intertumorale étonnante mais hétérogène dans de nombreux cancers, dont les glioblastomes. Aussi la recherche sur les acteurs moléculaires du MET pourrait-elle aider les chercheurs à mieux comprendre l’interaction entre les cellules tumorales et le MET. Les protéines du point de contrôle immunitaire comme les Cluster of Differentiation 80 (CD80) et 86 (CD86) s’expriment à la surface des cellules tumorales et des lymphocytes infiltrant les tumeurs. Toutefois, nous ne connaissons pas très bien leur expression et leur valeur pronostique dans le micro-environnement du glioblastome (GB).

Méthode :

L’étude, fondée sur une cohorte d’exploration locale, rétrospective et sur une base de données TCGA de validation, visait à examiner l’expression des molécules CD80 et CD86 au niveau de l’ARNm et à leur valeur pronostique chez les patients traités par le standard de soins. Les CD80 et CD86 ont aussi fait l’objet de recherche pour ce qui est des protéines dans la cohorte d’exploration.

Résultats :

Les molécules CD80 et CD86 s’expriment toutes les deux de manière hétérogène dans le MET pour ce qui est de l’ARNm et des protéines. D’après une analyse univariée, l’expression de l’ARNm des molécules CD80 et CD86 n’était pas associée de manière significative avec la survie globale tant dans la base de données locale OncoNeuroTek (ONT) que dans la base de données TCGA. Toutefois, une expression marquée de l’ARNm des CD80 et CD86 était significativement associée à une diminution de la survie sans progression (SSP) (p < 0,05). D’ailleurs, les résultats ont été validés dans la cohorte TCGA; en effet, une expression marquée des molécules CD80 et CD86 était en corrélation avec une SSP plus courte (p < 0,05). D’un autre côté, l’expression de l’ARNm de la CD86 s’est révélée, dans une analyse multivariée, un facteur pronostique indépendant de la SSP dans la base de données TCGA seulement (p < 0,05).

Conclusion :

La molécule CD86 pourrait servir de biomarqueur pronostique du GB chez les patients traités par immunothérapie; il faudrait toutefois réaliser d’autres études afin de valider les résultats obtenus.

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Copyright
© The Author(s), 2022. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Figure 1: (A) Violin plot to visualize the data distribution of CD80 and CD86 mRNA expression in ONT database; (B) shows CD80 and CD86 protein expression in ONT database. (C–D) Spearman correlations between CD86 protein values and CD86 RNA values. (C) represents CD86 protein quantification based on the mean percentage of positive DAB signals correlation with mRNA values. (D) shows CD80 protein values quantified based on the mean percentage of positive DAB signals correlation with mRNA values.

Figure 1

Figure 2: Represents the protein expression of CD86 and CD80 proteins in paraffin sectioned GBM samples. (A) High expression of CD86 protein. (B) Low expression of CD86. (C) High expression of CD80. (D) Low expression of CD80. Black arrows (brown signals) highlight a positive staining for CD80 and CD86 proteins and represent the signals that were used for quantifications, blue staining correspond to hematoxylin dye which was used as counterstaining.

Figure 2

Figure 3: CD80 and CD86 mRNA expression and outcome in GBM in both ONT and TCCA database. (A) Kaplan–Meier PFS estimates in GBM patients in relation to CD86 (ONT database) (B) Kaplan–Meier PFS estimates in GBM patients in relation to CD80 (ONT database). (C) Kaplan–Meier PFS estimates in GBM patients in relation to CD86 (TCGA database). (D) Kaplan–Meier PFS estimates in GBM patients in relation to CD80 (TCGA database).

Figure 3

Table 1: Univariate analysis (Cox-P regression) for OS in both ONT and TCGA database

Figure 4

Table 2: Univariate analysis (Cox-P regression) for PFS in both ONT and TCGA database

Figure 5

Figure 4: Cox-P (proportional hazards) multivariate analysis of CD86 protein expression and mRNA expression. CD86 was found to be an independent prognostic factor in TCGA database (p = 0.0019); mRNA expression of CD86 is a more predictive prognostic factor than MGMT methylation. A nonsignificant trend was observed in our ONT cohort.

Figure 6

Figure 5: CIBERSORT calculated tumor infiltrating immune populations in TCGA database. Immune cell populations represented fraction of the X-axis immune cells to the whole gene expression mixture. Box plots depicting the estimated relative fractions of immune cell types by GBM category according to CD86 expression. The Y-axis here show the relative proportion which can range from 0 to 1. Relative fraction estimates the percentage of a given cell population in the total tumor infiltrate. In our analyses immunosuppressive M2 macrophages and lymphocytes were the most frequently observed immune phenotypes.