2022년 4월 Biomedicines에 실린 내용입니다. Chronic gastritis의 두 가지 type인 H. pylori나 AIG는 모두 gastric atrophy (GA)나 intestinal metaplasia (IM)로 진행되며, 진행된 GA나 IM은 gastric cancer (GC) risk와 연관성이 있습니다. 하지만 이 둘사이의 GC risk나 pathogenesis의 차이는 아직 분명하지 않습니다. AIG에서 parietal cell은 migrated cytotoxic T cell에 의해 파괴되고 proximal stomach에 뚜렷한 atrophy로 진행하는 반면, H. pylori-induced gastritis (HpG)의 경우는 distal stomach에서 발생하여 점차 proximal stomach으로 진행하는 양상을 보입니다.
AIG: T-lymphocyte의 infiltration / HpG: neutrophil & myeloid cells (early stage) -> T- & B-lymphocyte의 infiltration (later stage)
Cytotoxic immune cells (natural killer & CD8+ T cells)은 atypical host antigen에 노출된 cancer cell을 제거하는데, 이러한 반응을 방해하기 위해 cancer cells와 immune cells은 anti-tumor function을 억제하는 molecules 들을 분비하게 됩니다. 예를 들면, myeloid-derived suppressor cells 과 regulartory CD4+ Tcells (Tregs)은 effector cells의 priming, acitivation 및 cytotoxicity를 억제시키는 것이죠. 이러한 억제는 PD-L1이나 PD1과 같은 세포간 contact dependent mechanism을 통해 조절합니다. PD1/PD-L1은 effector killer T cells를 억제시키고, regulatory T cells을 활성화 시키죠. PD-L1은 GC의 절반에서 발현되는데, T cell의 INF γ 에 의해 유도되어 cancer cell에 expression 하게 됩니다. 그래서, AIG나 HpG에서의 immune reactions은 종양면역에 영향을 주고, GC의 진행과 예후에 영향을 준다고 할 수 있습니다.
이번 연구는 retrospective cohort study로, tumor immune system, mucin expression, gastric microbiota를 포함하여 GC의 clinicopathology의 양상에 대해 AIG와 HpG사이의 차이를 본 연구입니다.
방법에서 몇가지 살펴보겠습니다.
* APCA양성 (APCA serum level > 10배)과 음성인 경우를 나눴으며,
* pure AIG의 진단: APCA양성, 내시경을 통한 fundic gland zone의 atrophy, gastrin level > 200pg/mL, H. pylori 음성
* pure AIG patients vs. H. pylori 양성/APCA음성 patients ----- 분석하였습니다.
Figure 1. Patient selection flowchart
* Primary outcome: GC recurrence / 5-year mortality
* H. pylori 상태는 serological testing, UBT or stool Ag test의 결과를 가지고 평가하였고, positive / eradicated / negative / unknown 으로 구분하였습니다.
* Immunohistochemical staining (Mucin, PD-L1, CD3, CD11b, Foxp3, PD1, Bacteria [Bacillus cereus (B. cereus), Streptococcus Group B])
결과를 살펴 보겠습니다.
1. Patients chracteristics
GC 환자 총 261명 중 APCA양성은 76명, 음성은 185명이였고, APCA 양성 group에서 나이가 많았고, chronic heart failure 환자가 통계적으로 더 높게 나왔습니다.
Table 1. Baseline patient chracteristics.
2. Primary outcomes and clinicopathological features of GC
GC with APCA는 GC without APCA보다 early stage 였으며, 평균 추적기간은 5.97년 이였습니다.
* GC recurrence (cumulative incidences) - 통계적 의미는 없었음
GC with APCA: 2.99% (2 years), 15.68% (6 years), 18.81% (10 years)
GC without APCA: 12.79% (2 years), 21.35% (6 years), 31.85% (10 years)
* 5-year mortality (cumulative incidences) - 통계적 의미는 없었음
GC with APCA: 0% (3 years), 0% (5 years)
GC without APCA: 1.52% (3 years), 2.56% (5 years)
Table 2. Gastric cancer chrarcteristics
Figure 2. Cumulative incidences of (A) gastric cancer recurrence and (B) 5-year mortality in APCApositive vs. APCA-negative patients. Survival analysis was performed using the Kaplan–Meier method and log-rank test. Abbreviation: APCA, anti-parietal cell antibody
3. Mucin Type, PD-L1 Expression, Immune Cell Infiltration, and Bacteria in Gastric Cancer
GC 환자 중 Pure AIG patients와 H. pylori(+)/APCA(-) patients 환자를 matched 하여 분석하였습니다.
<Pure AIG 에서>
* MUC5AC 양성 (8/8 vs. 2/8, p=0.0007), MUC6 양성 (8/8 vs. 2/8, p=0.0007)
* PD-L1 expression이 더 높은 경향을 보임
* CD3(+), Foxp3(+), PD1(+) & CD11b(+) cells이 더 많은 침착을 보임
* B. cereus 의 abundance가 더 높게 나타남 (Streptococcus group B는 유사함)
Table 3. Baseline characteristics of the matched cohort.
Table 4. Mucin type, immune cell numbers, PD-L1 expression, and bacteria.
Figure 3. Hematoxylin-eosin and immunohistochemical staining for MUC2, MUC5AC, and MUC6 in gastric cancer in pure AIG and H. pylori/APCA-negative patients. High expression of MUC5AC and MUC6 in gastric cancer is associated with pure AIG. Scale bars, 200 µm. 
Figure 4. Immunohistochemical staining for PD-L1, CD3, CD11b, Foxp3, and PD1 in gastric cancer in pure AIG and H. pylori/APCA-negative patients. Elevated PD-L1 expression and infiltration of CD3/Foxp3/PD1-positive cells in gastric cancer is associated with pure AIG. Scale bars, 200 µm.
Figure 5. Immunohistochemical staining for bacteria in gastric cancer in pure AIG and H. pylori/APCA-negative patients. High abundance of Bacillus cereus in gastric cancer is associated with pure AIG. Scale bars, 200 µm.
이번 연구결과를 요약하자면 다음과 같습니다.
1) GC 환자의 약 30%에서 APCA 양성을 보인다.
2) pure AIG 환자에서 MUC6, MUC5AC, PDL1 expression 이 높고, CD3/Foxp3/PD1 양성 세포들이 많이 침투되며, B. cereus의 분포가 높다.
3) APCA 연관 GC 의 예후가 좋다.
또한, APCA 양성 환자의 79.9%에서 H. pylori 양성을 보인다는 것입니다. 이러한 소견이 H. pylori가 APCA 생성에 영향을 미치는 것은 아닌지 의심되는 부분이긴 합니다.
APCA는 H. pylori와는 다르게 parietal cell외 다른 glands의 손상은 없으므로 AIG와 HpG에서의 molecular carcinogenesis는 차이가 있습니다. pure AIG에서 CD3는 높게 발현되는 반면에 CD11은 낮았습니다. 또한 GC gland에 Treg의 infiltration이 더 높았고, 이러한 현상이 PD-L1 (suppression of anti-tumor immunity)의 높은 발현을 보이는 원인입니다. PD-L1 inhibitors가 AIG-related GC의 치료를 위한 하나의 방법이 될 수도 있겠습니다.
MUC6의 mutation은 GC의 나쁜 예후와 관련이 있습니다. MUC6의 downregulation은 gastric epithelial cell의 악성변화에 관여하고, GC의 growth, invasion, metastasis 및 differentiation의 기저를 이루게 됩니다. 이번 연구에서 APCA 양성 환자에서 5-year recurrence나 mortality에 더 나은 prognosis 를 보였는데, 아마도 MUC6 expression이 높았던 것이 영향을 줄 수 있었겠지만, AIG 환자에서 내시경 추적관찰에 대한 polices가 다르기 때문에 early stage에 진단이 되어서 일 수도 있습니다. 앞으로 MUC6-knockout in vitro & in vivo models을 이용한 연구가 필요할 것 같습니다.
B. cereus는 GC 환자에서 isolation되는 균주로써, 균주에 의한 직접적인 영향과 bacterial-metabolite와 연관된 종양발생의 mechanism, 위 안의 환경적 변화 그리고 종양의 immunity 등이 복합적으로 위암 발생에 영향을 줄 수 있겠으나, 아직 근거는 제한적이며 추후 관련 연구가 진행되어야 하겠습니다.
결론적으로 AIG와 non-AIG GC 사이에 molecular difference가 존재하며, Treg과 T-cell에 의해 유도되는 autoimmune system, mucin phenotype, specific bacteria 같은 것들이 위암발생에 영향을 준다고 볼 수 있겠습니다.
<Abstract>
Most gastric cancers develop in patients with chronic gastritis. Chronic gastritis can be classified into two major subtypes: Helicobacter pylori (H. pylori)-induced gastritis and autoimmune gastritis (AIG). Whereas H. pylori-related gastric cancers are more common and have been extensively investigated, the clinicopathological features of gastric cancer with autoimmune gastritis are unclear. Patients diagnosed with gastric cancer and hospitalized in the University Tokyo Hospital from 1998 to 2017 were enrolled. Diagnosis of autoimmune gastritis was based on positivity for serum anti-parietal cell antibody (APCA). We evaluated mucin expression and immune cell infiltration by immunohistochemical staining for MUC5AC, MUC6, PD-L1, CD3, CD11, Foxp3, and PD1. We also examined the presence of bacterial taxa that are reportedly enriched in AIG. Survival analyses of recurrence and 5-year mortality were also performed. In total, 261 patients (76 APCA-positive and 185 APCA-negative) were analyzed. Immunohistochemical staining in the matched cohort showed that AIG-related gastric cancer had higher MUC5AC p = 0.0007) and MUC6 p = 0.0007). Greater infiltration of CD3-positive (p = 0.001), Foxp3-positive (p < 0.001), and PD1-positive cells (p = 0.001); lesser infiltration of CD11b-positive (p = 0.005) cells; and a higher prevalence of Bacillus cereus (p = 0.006) were found in AIG-related gastric cancer patients. The cumulative incidences of gastric cancer recurrence were 2.99% at 2 years, 15.68% at 6 years, and 18.81% at 10 years in APCA-positive patients; they were 12.79% at 2 years, 21.35% at 6 years, and 31.85% at 10 years in APCA-negative patients. The cumulative incidences of mortality were 0% at 3 years and 0% at 5 years in APCA-positive patients; they were 1.52% at 3 years and 2.56% at 5 years in APCA-negative patients. We identified molecular differences between AIG and non-AIG gastric cancer. Differences in T-cell populations and the gastric microbiota may contribute to the pathogenesis of gastric cancers and potentially affect the response to immunotherapy.
2022년 4월 Biomedicines에 실린 내용입니다. Chronic gastritis의 두 가지 type인 H. pylori나 AIG는 모두 gastric atrophy (GA)나 intestinal metaplasia (IM)로 진행되며, 진행된 GA나 IM은 gastric cancer (GC) risk와 연관성이 있습니다. 하지만 이 둘사이의 GC risk나 pathogenesis의 차이는 아직 분명하지 않습니다. AIG에서 parietal cell은 migrated cytotoxic T cell에 의해 파괴되고 proximal stomach에 뚜렷한 atrophy로 진행하는 반면, H. pylori-induced gastritis (HpG)의 경우는 distal stomach에서 발생하여 점차 proximal stomach으로 진행하는 양상을 보입니다.
AIG: T-lymphocyte의 infiltration / HpG: neutrophil & myeloid cells (early stage) -> T- & B-lymphocyte의 infiltration (later stage)
Cytotoxic immune cells (natural killer & CD8+ T cells)은 atypical host antigen에 노출된 cancer cell을 제거하는데, 이러한 반응을 방해하기 위해 cancer cells와 immune cells은 anti-tumor function을 억제하는 molecules 들을 분비하게 됩니다. 예를 들면, myeloid-derived suppressor cells 과 regulartory CD4+ Tcells (Tregs)은 effector cells의 priming, acitivation 및 cytotoxicity를 억제시키는 것이죠. 이러한 억제는 PD-L1이나 PD1과 같은 세포간 contact dependent mechanism을 통해 조절합니다. PD1/PD-L1은 effector killer T cells를 억제시키고, regulatory T cells을 활성화 시키죠. PD-L1은 GC의 절반에서 발현되는데, T cell의 INF γ 에 의해 유도되어 cancer cell에 expression 하게 됩니다. 그래서, AIG나 HpG에서의 immune reactions은 종양면역에 영향을 주고, GC의 진행과 예후에 영향을 준다고 할 수 있습니다.
이번 연구는 retrospective cohort study로, tumor immune system, mucin expression, gastric microbiota를 포함하여 GC의 clinicopathology의 양상에 대해 AIG와 HpG사이의 차이를 본 연구입니다.
방법에서 몇가지 살펴보겠습니다.
* APCA양성 (APCA serum level > 10배)과 음성인 경우를 나눴으며,
* pure AIG의 진단: APCA양성, 내시경을 통한 fundic gland zone의 atrophy, gastrin level > 200pg/mL, H. pylori 음성
* pure AIG patients vs. H. pylori 양성/APCA음성 patients ----- 분석하였습니다.
Figure 1. Patient selection flowchart
* Primary outcome: GC recurrence / 5-year mortality
* H. pylori 상태는 serological testing, UBT or stool Ag test의 결과를 가지고 평가하였고, positive / eradicated / negative / unknown 으로 구분하였습니다.
* Immunohistochemical staining (Mucin, PD-L1, CD3, CD11b, Foxp3, PD1, Bacteria [Bacillus cereus (B. cereus), Streptococcus Group B])
결과를 살펴 보겠습니다.
1. Patients chracteristics
GC 환자 총 261명 중 APCA양성은 76명, 음성은 185명이였고, APCA 양성 group에서 나이가 많았고, chronic heart failure 환자가 통계적으로 더 높게 나왔습니다.
Table 1. Baseline patient chracteristics.
2. Primary outcomes and clinicopathological features of GC
GC with APCA는 GC without APCA보다 early stage 였으며, 평균 추적기간은 5.97년 이였습니다.
* GC recurrence (cumulative incidences) - 통계적 의미는 없었음
GC with APCA: 2.99% (2 years), 15.68% (6 years), 18.81% (10 years)
GC without APCA: 12.79% (2 years), 21.35% (6 years), 31.85% (10 years)
* 5-year mortality (cumulative incidences) - 통계적 의미는 없었음
GC with APCA: 0% (3 years), 0% (5 years)
GC without APCA: 1.52% (3 years), 2.56% (5 years)
Table 2. Gastric cancer chrarcteristics
Figure 2. Cumulative incidences of (A) gastric cancer recurrence and (B) 5-year mortality in APCApositive vs. APCA-negative patients. Survival analysis was performed using the Kaplan–Meier method and log-rank test. Abbreviation: APCA, anti-parietal cell antibody
3. Mucin Type, PD-L1 Expression, Immune Cell Infiltration, and Bacteria in Gastric Cancer
GC 환자 중 Pure AIG patients와 H. pylori(+)/APCA(-) patients 환자를 matched 하여 분석하였습니다.
<Pure AIG 에서>
* MUC5AC 양성 (8/8 vs. 2/8, p=0.0007), MUC6 양성 (8/8 vs. 2/8, p=0.0007)
* PD-L1 expression이 더 높은 경향을 보임
* CD3(+), Foxp3(+), PD1(+) & CD11b(+) cells이 더 많은 침착을 보임
* B. cereus 의 abundance가 더 높게 나타남 (Streptococcus group B는 유사함)
Table 3. Baseline characteristics of the matched cohort.
Figure 3. Hematoxylin-eosin and immunohistochemical staining for MUC2, MUC5AC, and MUC6 in gastric cancer in pure AIG and H. pylori/APCA-negative patients. High expression of MUC5AC and MUC6 in gastric cancer is associated with pure AIG. Scale bars, 200 µm.
Figure 4. Immunohistochemical staining for PD-L1, CD3, CD11b, Foxp3, and PD1 in gastric cancer in pure AIG and H. pylori/APCA-negative patients. Elevated PD-L1 expression and infiltration of CD3/Foxp3/PD1-positive cells in gastric cancer is associated with pure AIG. Scale bars, 200 µm.
Figure 5. Immunohistochemical staining for bacteria in gastric cancer in pure AIG and H. pylori/APCA-negative patients. High abundance of Bacillus cereus in gastric cancer is associated with pure AIG. Scale bars, 200 µm.
이번 연구결과를 요약하자면 다음과 같습니다.
1) GC 환자의 약 30%에서 APCA 양성을 보인다.
2) pure AIG 환자에서 MUC6, MUC5AC, PDL1 expression 이 높고, CD3/Foxp3/PD1 양성 세포들이 많이 침투되며, B. cereus의 분포가 높다.
3) APCA 연관 GC 의 예후가 좋다.
또한, APCA 양성 환자의 79.9%에서 H. pylori 양성을 보인다는 것입니다. 이러한 소견이 H. pylori가 APCA 생성에 영향을 미치는 것은 아닌지 의심되는 부분이긴 합니다.
APCA는 H. pylori와는 다르게 parietal cell외 다른 glands의 손상은 없으므로 AIG와 HpG에서의 molecular carcinogenesis는 차이가 있습니다. pure AIG에서 CD3는 높게 발현되는 반면에 CD11은 낮았습니다. 또한 GC gland에 Treg의 infiltration이 더 높았고, 이러한 현상이 PD-L1 (suppression of anti-tumor immunity)의 높은 발현을 보이는 원인입니다. PD-L1 inhibitors가 AIG-related GC의 치료를 위한 하나의 방법이 될 수도 있겠습니다.
MUC6의 mutation은 GC의 나쁜 예후와 관련이 있습니다. MUC6의 downregulation은 gastric epithelial cell의 악성변화에 관여하고, GC의 growth, invasion, metastasis 및 differentiation의 기저를 이루게 됩니다. 이번 연구에서 APCA 양성 환자에서 5-year recurrence나 mortality에 더 나은 prognosis 를 보였는데, 아마도 MUC6 expression이 높았던 것이 영향을 줄 수 있었겠지만, AIG 환자에서 내시경 추적관찰에 대한 polices가 다르기 때문에 early stage에 진단이 되어서 일 수도 있습니다. 앞으로 MUC6-knockout in vitro & in vivo models을 이용한 연구가 필요할 것 같습니다.
B. cereus는 GC 환자에서 isolation되는 균주로써, 균주에 의한 직접적인 영향과 bacterial-metabolite와 연관된 종양발생의 mechanism, 위 안의 환경적 변화 그리고 종양의 immunity 등이 복합적으로 위암 발생에 영향을 줄 수 있겠으나, 아직 근거는 제한적이며 추후 관련 연구가 진행되어야 하겠습니다.
결론적으로 AIG와 non-AIG GC 사이에 molecular difference가 존재하며, Treg과 T-cell에 의해 유도되는 autoimmune system, mucin phenotype, specific bacteria 같은 것들이 위암발생에 영향을 준다고 볼 수 있겠습니다.
<Abstract>
Most gastric cancers develop in patients with chronic gastritis. Chronic gastritis can be classified into two major subtypes: Helicobacter pylori (H. pylori)-induced gastritis and autoimmune gastritis (AIG). Whereas H. pylori-related gastric cancers are more common and have been extensively investigated, the clinicopathological features of gastric cancer with autoimmune gastritis are unclear. Patients diagnosed with gastric cancer and hospitalized in the University Tokyo Hospital from 1998 to 2017 were enrolled. Diagnosis of autoimmune gastritis was based on positivity for serum anti-parietal cell antibody (APCA). We evaluated mucin expression and immune cell infiltration by immunohistochemical staining for MUC5AC, MUC6, PD-L1, CD3, CD11, Foxp3, and PD1. We also examined the presence of bacterial taxa that are reportedly enriched in AIG. Survival analyses of recurrence and 5-year mortality were also performed. In total, 261 patients (76 APCA-positive and 185 APCA-negative) were analyzed. Immunohistochemical staining in the matched cohort showed that AIG-related gastric cancer had higher MUC5AC p = 0.0007) and MUC6 p = 0.0007). Greater infiltration of CD3-positive (p = 0.001), Foxp3-positive (p < 0.001), and PD1-positive cells (p = 0.001); lesser infiltration of CD11b-positive (p = 0.005) cells; and a higher prevalence of Bacillus cereus (p = 0.006) were found in AIG-related gastric cancer patients. The cumulative incidences of gastric cancer recurrence were 2.99% at 2 years, 15.68% at 6 years, and 18.81% at 10 years in APCA-positive patients; they were 12.79% at 2 years, 21.35% at 6 years, and 31.85% at 10 years in APCA-negative patients. The cumulative incidences of mortality were 0% at 3 years and 0% at 5 years in APCA-positive patients; they were 1.52% at 3 years and 2.56% at 5 years in APCA-negative patients. We identified molecular differences between AIG and non-AIG gastric cancer. Differences in T-cell populations and the gastric microbiota may contribute to the pathogenesis of gastric cancers and potentially affect the response to immunotherapy.