Hepatocellular carcinoma (HCC) and hepatitis B virus (HBV) infection remain significant global health challenges, often leading to complications such as cirrhosis, liver failure, and increased mortality. The liver microenvironment plays a crucial role in the course of chronic hepatitis B (CHB), the progression of HCC, and the clinical outcomes of treatments like selective internal radiation therapy (SIRT). However, the immune mechanisms within the liver are poorly understood. My project aimed to characterize the liver microenvironment in these patients, focusing on immune cell infiltration, gene expression profiles, and the impact on treatment responses and survival outcomes. In the first project, I studied a cohort of HBV patients classified into different clinical phases, including the “gray zone” (GZ), by transcriptomic analyses that revealed significant immune activation in active phases and GZ. These patients showed up-regulation of genes involved in adaptive immune processes such as T and B cell activation. This result highlights the need for closer monitoring and potential early intervention treatment in GZ patients, as the risk of liver fibrosis progression and HCC development remains high. In the second project, I study the immune profile of patients with HCC before and after treatment by radioembolization. First, we examined the tumor microenvironment of patients before undergoing SIRT to evaluate its influence on treatment response. An unsupervised hierarchical clustering analysis identified two clusters of patients. Cluster 1 was associated with gene expression profiles related to immune response activation, while Cluster 2 was linked to cell proliferation and differentiation. These findings align with previous research suggesting that SIRT, similar to external radiotherapy, may trigger the release of pro-inflammatory mediators, transforming immunologically "cold" tumors into "hot" tumors. This process may boost the effectiveness of combining SIRT with immunotherapy, offering new treatment options for patients with HCC in the intermediate/advanced stage. Second, we analyzed the tumor microenvironment of 25 patients who underwent surgery post-SIRT,40% of whom achieved a complete radiological response (CR). Transcriptomic analysis revealed distinct differences in immune responses between responders and non-responders. CR patients showed a significant downregulation of immune response pathways. In contrast, non-responders exhibited increased immune infiltration and over-expression of genes associated with aggressive HCC subtypes, characterized by poor differentiation, higher AFP levels, and microvascular invasion. Interestingly, the study identified a proinflammatory tumor microenvironment in non-responders, marked by elevated levels of chemokines and pathways involved in tumor progression and immune regulation. This immune landscape was linked to a higher risk of recurrence post-surgery, suggesting that these patients might benefit from the addition of immunotherapy to enhance anti-tumor responses and reduce recurrence risk. In contrast, CR patients demonstrated a more controlled immune response, potentially explaining their favorable outcomes. In conclusion, this project highlights the importance of the liver tumor microenvironment in determining clinical outcomes for HBV and HCC patients. The immune activity observed in GZ patients suggests that expanded antiviral treatment options could mitigate the risk of liver disease progression and carcinogenesis. Meanwhile, the differing immune responses between SIRT responders and non-responders underscore the importance of personalized treatment strategies, particularly in the context of combination treatment with the integration of immunotherapy in high-risk HCC cases. Ongoing research into the immune and molecular mechanisms within the liver microenvironment will be crucial in refining therapeutic approaches, ultimately improving patient outcomes.

Characterization of the intrahepatic immune microenvironment and gene expression profile in hepatitis B and hepatocellular carcinoma

FRANZE', Maria Stella
2024-12-18

Abstract

Hepatocellular carcinoma (HCC) and hepatitis B virus (HBV) infection remain significant global health challenges, often leading to complications such as cirrhosis, liver failure, and increased mortality. The liver microenvironment plays a crucial role in the course of chronic hepatitis B (CHB), the progression of HCC, and the clinical outcomes of treatments like selective internal radiation therapy (SIRT). However, the immune mechanisms within the liver are poorly understood. My project aimed to characterize the liver microenvironment in these patients, focusing on immune cell infiltration, gene expression profiles, and the impact on treatment responses and survival outcomes. In the first project, I studied a cohort of HBV patients classified into different clinical phases, including the “gray zone” (GZ), by transcriptomic analyses that revealed significant immune activation in active phases and GZ. These patients showed up-regulation of genes involved in adaptive immune processes such as T and B cell activation. This result highlights the need for closer monitoring and potential early intervention treatment in GZ patients, as the risk of liver fibrosis progression and HCC development remains high. In the second project, I study the immune profile of patients with HCC before and after treatment by radioembolization. First, we examined the tumor microenvironment of patients before undergoing SIRT to evaluate its influence on treatment response. An unsupervised hierarchical clustering analysis identified two clusters of patients. Cluster 1 was associated with gene expression profiles related to immune response activation, while Cluster 2 was linked to cell proliferation and differentiation. These findings align with previous research suggesting that SIRT, similar to external radiotherapy, may trigger the release of pro-inflammatory mediators, transforming immunologically "cold" tumors into "hot" tumors. This process may boost the effectiveness of combining SIRT with immunotherapy, offering new treatment options for patients with HCC in the intermediate/advanced stage. Second, we analyzed the tumor microenvironment of 25 patients who underwent surgery post-SIRT,40% of whom achieved a complete radiological response (CR). Transcriptomic analysis revealed distinct differences in immune responses between responders and non-responders. CR patients showed a significant downregulation of immune response pathways. In contrast, non-responders exhibited increased immune infiltration and over-expression of genes associated with aggressive HCC subtypes, characterized by poor differentiation, higher AFP levels, and microvascular invasion. Interestingly, the study identified a proinflammatory tumor microenvironment in non-responders, marked by elevated levels of chemokines and pathways involved in tumor progression and immune regulation. This immune landscape was linked to a higher risk of recurrence post-surgery, suggesting that these patients might benefit from the addition of immunotherapy to enhance anti-tumor responses and reduce recurrence risk. In contrast, CR patients demonstrated a more controlled immune response, potentially explaining their favorable outcomes. In conclusion, this project highlights the importance of the liver tumor microenvironment in determining clinical outcomes for HBV and HCC patients. The immune activity observed in GZ patients suggests that expanded antiviral treatment options could mitigate the risk of liver disease progression and carcinogenesis. Meanwhile, the differing immune responses between SIRT responders and non-responders underscore the importance of personalized treatment strategies, particularly in the context of combination treatment with the integration of immunotherapy in high-risk HCC cases. Ongoing research into the immune and molecular mechanisms within the liver microenvironment will be crucial in refining therapeutic approaches, ultimately improving patient outcomes.
18-dic-2024
Le carcinome hépatocellulaire (CHC) et l’infection par le virus de l’hépatite B (VHB) restent des défis majeurs de santé publique à l’échelle mondiale, souvent à l'origine de complications telles que la cirrhose, l’insuffisance hépatique et une augmentation de la mortalité. Le microenvironnement hépatique joue un rôle crucial dans l’évolution de l’hépatite B chronique (CHB), dans la progression du CHC et dans les résultats cliniques des traitements tels que la radiothérapie interne sélective (SIRT). Cependant, les mécanismes immunitaires au sein du foie restent mal compris. Mon projet visait à caractériser le microenvironnement hépatique chez ces patients, en se concentrant sur l'infiltration des cellules immunitaires, les profils d’expression génique et l’impact sur la réponse aux traitements et les résultats de survie. Dans le premier projet, j’ai analysé par transcriptome une cohorte de patients atteints de VHB, classés selon différentes phases cliniques définies, y compris la « zone grise » (GZ), des analyses transcriptomiques ont révélé une activation immunitaire significative dans les phases actives et dans la GZ. Ces patients ont montré une régulation positive des gènes impliqués dans les processus immunitaires adaptatifs, tels que l'activation des cellules T et B. Ces résultats soulignent la nécessité d’un suivi plus rapproché et de traitements potentiellement précoces chez les patients GZ, car le risque de progression de la fibrose hépatique et de développement du CHC reste élevé. Dans le deuxième projet, j’ai étudié le profile immunitaire des patients atteints de CHC avant et après traitement par radioembolisation. Tout d’abord, nous avons examiné le microenvironnement tumoral des patients pré SIRT pour évaluer son influence sur la réponse au traitement. Une analyse de regroupement hiérarchique non supervisée a identifié deux groupes de patients. Le groupe 1 était associé à des profils d’expression génique liés à l’activation de la réponse immunitaire, tandis que le groupe 2 était lié à la prolifération et à la différenciation cellulaires. Ces résultats concordent avec des recherches antérieures suggérant que la SIRT, comme la radiothérapie externe, pourrait déclencher la libération de médiateurs pro-inflammatoires, transformant ainsi les tumeurs « froides » sur le plan immunologique en « chaudes ». Ce processus pourrait augmenter l'efficacité de la combinaison de la SIRT avec l’immunothérapie, offrant de nouvelles options thérapeutiques pour les patients atteints de CHC aux stades intermédiaires ou avancés. Dans la deuxième étude, nous avons analysé le microenvironnement tumoral de 25 patients ayant subi une chirurgie après une SIRT, dont 40 % ont obtenu une réponse radiologique complète (CR). L'analyse transcriptomique a révélé des différences notables dans les réponses immunitaires entre les répondeurs et les non-répondeurs. Les patients ayant obtenu une CR ont montré une régulation négative significative des voies de réponse immunitaire. En revanche, les non-répondeurs ont présenté une infiltration immunitaire accrue et une surexpression des gènes associés à des sous-types agressifs de CHC, caractérisés par une mauvaise différenciation, des niveaux plus élevés d'AFP et une invasion microvasculaire. Fait intéressant, l'étude a identifié un microenvironnement tumoral pro-inflammatoire chez les non-répondeurs, marqué par des niveaux élevés de chimiokines et des voies impliquées dans la progression tumorale et la régulation immunitaire. Ce paysage immunitaire a été lié à un risque accru de récidive après la chirurgie, suggérant que ces patients pourraient bénéficier de l’ajout d’une immunothérapie pour améliorer la réponse antitumorale et réduire le risque de récidive. En revanche, les patients ayant obtenu une CR ont démontré une réponse immunitaire plus contrôlée, expliquant potentiellement leurs résultats favorables. En conclusion, ce projet met en évidence l'importance du microenvironnement tumoral hépatique dans la détermination des résultats cliniques chez les patients atteints de VHB et de CHC. L’activité immunitaire observée chez les patients GZ suggère que l’expansion des options de traitement antiviral pourrait réduire le risque de progression de la maladie hépatique et de carcinogenese. Par ailleurs, les réponses immunitaires divergentes entre les répondeurs et les non-répondeurs à la SIRT soulignent l'importance des stratégies de traitement personnalisées, notamment grâce à l'intégration de l’immunothérapie chez les patients atteints de CHC avec critères de mauvaise pronostic. Des recherches en cours sur les mécanismes immunitaires et moléculaires au sein du microenvironnement hépatique seront essentielles pour affiner les approches thérapeutiques et améliorer les résultats des patients.
Liver microenvironment, gene expression profile, gene signatures, HBV, RNA-sequencing, hepatitis B, grey zone, hepatocellular carcinoma, SIRT
Microenvironnement hépatique, profil d'expression génique, signatures génétiques, VHB, séquençage ARN, hépatite B, zone grise, carcinome hépatocellulaire, SIRT
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