PD-L1-Immunhistochemie und ihre Bedeutung: Momentaufnahme einer rasanten Entwicklung

Abb. 1: Die PD-1/PD-L1-Immuncheckpoint-Achse. Modifiziert nach [1]. Bildquelle: Autor

PD-1 (Programmed cell Death pro­tein 1) ist ein inhibitorischer Rezeptor auf T-Lymphozyten, der nach Bindung an seinen Liganden PD-L1 zu einer Inaktivierung der T-Zelle führt und somit verhindert, dass sie ihre zytotoxische Wirkung entfalten kann (vgl. Abb. 1). PD-L1 wird zum einen in vielen normalen Geweben exprimiert, besonders stark z. B. im Herzmuskel, in den Tonsillen oder in Plazentagewebe, schwächer z. B. in Leber, Niere, Milz und diversen Zellen der Hämatopoese. Zum anderen exprimieren auch die Zellen zahlreicher solider und hämatologischer Tumoren PD-L1. Das Immunsystem des gesunden Organismus beugt Tumorwachstum vor bzw. kontrolliert dieses u. a. durch Aktivierung von T-Zellen: Von Tumorzellen werden Proteine freigesetzt, die durch sogenannte Antigen-präsentierende Zellen oder dendritische Zellen als körperfremd erkannt, prozessiert und an der Oberfläche präsentiert werden. Das führt zur Proliferation verschiedener Subtypen von T-Zellen, die dieses Antigen ebenfalls als fremd erkennen. Entsprechende zytotoxische T-Zellen wandern in den Tumor ein und zerstören die Tumorzellen durch ihre Zytotoxine, während sogenannte regulatorische oder Suppressor-T-Zellen an den Immuncheckpoints durch einen negativen Feedback-Mechanismus dafür sorgen, dass die T-Zell-Aktivierung nicht überschießend verläuft. Dies ist für den normalen Organismus wichtig, um Autoimmunreaktionen zu vermeiden.
Tumoren, die auf der Oberfläche ihrer Zellen PD-L1 exprimieren, können die einwandernden zytotoxischen T-Zellen inaktivieren und somit einer Zerstörung durch diese entgehen. Hier greifen die ICI an, die entweder PD-1 an der T-Zelle oder PD-L1 an der Tumorzelle blockieren und somit die Inaktivierung der zytotoxischen T-Zelle verhindern.

Tab. 1: PD-1- und PD-L1-Inhibitoren, aktuelle Zulassungen. Aktualisiert nach [6]. Quelle: Autor
Abb. 2: Gering differenziertes Plattenepithelkarzinom der Lunge mit immunhistochemischer PD-L1-Positivität (200-fache Vergrößerung). Bildquelle: Autor

In den letzten zwei Jahren wurden zahlreiche Zulassungsstudien für unterschiedliche Substanzen bei verschiedenen Tumorentitäten durchgeführt, begonnen beim malignen Melanom und beim fortgeschrittenen nicht-kleinzelligen Bronchialkarzinom (NSCLC; s. z. B. [2]). Bislang sind in den USA die PD-1-Antagonisten Nivolumab und Pembrolizumab, und seit Kurzem auch der PD-L1-Antagonist Atezolizumab durch die FDA zur Behandlung zugelassen, in Europa erlangten bisher lediglich Nivolumab und Pembrolizumab eine Zulassung durch die EMA (vgl. Tab. 1).
Die PD-L1-Expression von Zellen kann mittels Immunhistochemie nachgewiesen werden (vgl. Abb. 2). Deshalb kam gleichzeitig mit den Medikamenten eine Vielzahl von diagnostischen Antikörpern auf den Markt, mit denen im Rahmen der Studien die immunhistochemische Positivität des Tumorgewebes für PD-L1 und deren Bedeutung untersucht wurde. Dabei entstanden auch unterschiedliche Scores für die Definition von schwacher, mäßiger und starker Positivität.
Hierbei stellte sich heraus, dass der prädiktive Wert des PD-L1-Status für ein Therapieansprechen für jede Substanz und Tumorentität gesondert betrachtet werden muss [3]:
Beispielsweise verglichen die beiden Phase 3-Studien CheckMate 017 und 057 den PD-1-Antagonisten Nivolumab mit dem ansonsten üblichen Chemotherapeutikum Docetaxel in der Behandlung des bereits vortherapierten plattenepithelialen und nicht-plattenepithelialen
NSCLC. In beiden Studien – und somit bei beiden Tumorentitäten – war unter Nivolumab bei insgesamt niedrigerer Nebenwirkungsrate ein wesentlich längeres Gesamt- und progressionsfreies Überleben, eine höhere Gesamt-Ansprechrate und eine längere Ansprechdauer als unter Docetaxel zu verzeichnen. Dabei zeigten bei den Plattenepithelkarzinomen PD-L1-positive Tumoren insgesamt bessere Ergebnisse als PD-L1-negative, wobei auch letztere erstaunlicherweise mehr von der Nivolumab-Therapie als von der Chemotherapie profitierten. Bei PD-L1-negativen Adenokarzinomen war kein signifikanter Unterschied zwischen der Nivolumab- und der Docetaxel-Therapie zu verzeichnen.
Nivolumab ist in den USA und Europa jetzt zur Zweitlinientherapie des
NSCLC zugelassen, ohne dass vorher am Tumorgewebe obligat eine Immunhistochemie durchzuführen ist. Gleiches gilt für den erst vor Kurzem in den USA für dieselbe Indikation zugelassenen PD-L1-Inhibitor Atezolizumab. Die Immunhistochemie kann jedoch optional als sogenanntes „complementary diagnostic“ angefordert werden.
Dagegen ist vor Gabe des PD-1-Antagonisten Pembrolizumab in der Zweitlinientherapie von NSCLC eine PD-L1-Immunhistochemie am Tumorgewebe obligat (sogenanntes „companion diagnostic“), da in der entsprechenden Zulassungsstudie KEYNOTE 010 im Vergleich mit Docetaxel nur für die Patienten mit ≥ 1% PD-L1-positiven Zellen signifikante Vorteile bezüglich Gesamt- und progressionsfreiem Überleben gesehen werden konnten [4]. Eine Zulassung von Pem­brolizumab zur Erstlinientherapie des NSCLC mit immunhistochemischer Positivität von ≥ 50% ist ebenfalls vor Kurzem aufgrund der Ergebnisse der KEYNOTE-024-Studie erfolgt [5].
Die Studienergebnisse zeigen auch, dass eine positive PD-L1-Immunhistochemie an den Tumorzellen prädiktiv sowohl für das Ansprechen auf einen PD-1- als auch auf einen PD-L1-Antagonisten sein kann.

Tab. 2: A) Ausgewählte Substanzen gegen PD-1 und PD-L1, die sich in fortgeschrittenen klinischen Studien befinden, und für die ein PD-L1-Immunhistochemie-Assay mit den genannten monoklonalen Antikörpern als prädiktiver Biomarker getestet bzw. gefordert wird. Unterschiedliche Auswerte-Scores bei den verschiedenen Substanzen. B) Zusammenfassung der aktuell bekannten Grenzwerte in einem 6-stufigen Score („Köln-Score“) zur Bestimmung der Rate PD-L1-positiver Tumorzellen. Nach [6]. Quelle: Autor

Da die Zulassung der unterschiedlichen Medikamente für einzelne Tumor­entitäten auf der Testung des Tumorgewebes mit einem jeweils speziellen Antikörper-Klon gegen PD-L1 mit einem individuellen Auswerte-Score beruht (vgl. Tab. 2), entstand zunächst ein diagnostisches Dilemma für die praktische Anwendung durch den Pathologen:
Somit müsste nämlich für jede Tumor­entität zunächst nachgefragt werden, welcher ICI beim Patienten indiziert wäre, um dann mit dem speziellen, in den entsprechenden Zulassungsstudien verwendeten Antikörper die immunhistochemische Untersuchung durchzuführen und diese nach dem dafür definierten Score auszuwerten. Da einige dieser Antikörper nur innerhalb geschlossener Detektionssysteme verwendet werden können, müssten in vielen Pathologischen Instituten größere Investitionen und Umstellungen durch die Anschaffung der speziellen Immunostainer erfolgen bzw. würde diese spezielle Diagnostik aus wirtschaftlichen Gründen möglicherweise auf einzelne Zentren beschränkt bleiben.
Mit der Absicht, die PD-L1-Immunhistochemie für die Patienten flächendeckend und mit hohem, vergleichbaren Standard anbieten zu können, wurden sowohl in den USA, als auch in Deutschland sogenannte Harmonisierungsstudien durchgeführt, in denen verschiedene Assays bezüglich der Anzahl PD-L1-positiver Tumorzellen miteinander verglichen wurden.
In der ersten deutschen Harmonisierungsstudie wurden zentral von Referenzlaboren mit den Antikörperklonen 28-8 und 22C3 von Dako sowie SP142 und SP263 von Ventana gefärbte Schnittpräparate nicht-kleinzelliger Bronchialkarzinome vergleichend von neun Pathologen ausgewertet [6]. Vor Beginn wurde ein 6-stufiger Proportions-Score zur Beurteilung der Rate der positiven Zellen erarbeitet, der alle Auswertekriterien zusammenfasst, die derzeit in klinischen Studien erprobt werden (Score 0–5, sogenannter „Köln-Score“, vgl. Tab. 2).
Dabei sind bei der Auswertung strikte Kriterien zu beachten: Das Material muss mindestens 100 auswertbare/vitale Tumorzellen enthalten; beschädigte oder nekrotische Zellen dürfen nicht gewertet werden. Das Färbemuster der PD-L1-Immunhistochemie ist membranär, wobei das Ausmaß der Membranfärbung (vollständig/unvollständig) und die Intensität keine Rolle spielen. Eine zytoplasmatische Färbung darf nicht gewertet werden. Da die Färbeeigenschaften der Tumorzellen sehr heterogen sind und damit auch innerhalb eines Präparates stark variieren können, sollte immer der gesamte Objektträger ausgewertet, und ggf. die Tumorschnittfläche in verschiedene Areale eingeteilt werden, um die Anzahl negativer Zellen nicht zu unterschätzen.
Einen wichtigen Fallstrick können Immunzellen darstellen, die das Tumorgewebe infiltrieren und, wie bereits erwähnt, häufig PD-L1-positiv sind. Hier muss gegebenenfalls bei starker Vergrößerung ausgezählt werden, um eindeutig zwischen PD-L1-positiven Tumor- und Immunzellen unterscheiden zu können, da sich deren prädiktiver Wert unterscheidet. Bislang ist die Angabe der positiven Immunzellen im Tumorgewebe noch nicht obligat bzw. noch bei keiner Medikamentenzulassung relevant, jedoch häufen sich in klinischen Studien die Hinweise dafür, dass der Flächenanteil des Tumors, der von PD-L1-positiven Immunzellen bedeckt wird, einen prädiktiven Wert besitzt. Dieser soll beim Urothelkarzinom sogar den prädiktiven Wert der PD-L1-positiven Tumorzellen übersteigen, was jedoch noch endgültig zu sichern ist.
Wenn diese Kriterien bei der Auswertung beachtet werden, ist nach der ersten deutschen Harmonisierungsstudie davon auszugehen, dass auch bei verschiedenen geschlossenen und offenen Antikörper-Systemen eine reproduzierbare und vergleichbare Bewertung der Anzahl PD-L1-positiver Tumorzellen möglich ist.
Zahlreiche solide und hämatologische Tumorerkrankungen werden derzeit auf das Ansprechen auf ICI beforscht, sowohl im Hinblick auf eine erfolgreiche Zweitlinien-, jedoch auch für die Erstlinien- und Kombinationstherapie, mehrere Medikamenten-Neuzulassungen, z. T. mit PD-L1 companion diagnostic sind zu erwarten.
Dabei ist auch noch nicht klar, welche Auswerte-Scores bzw. prozentualen Grenzwerte für eine PD-L1-Positivität für die unterschiedlichen Tumorentitäten in Zukunft sinnvoll sein werden. Daher ist es momentan empfehlenswert, lediglich den prozentualen Anteil PD-L1-positiver Tumorzellen an den ausgezählten Tumorzellen anzugeben. Optional ist die Beurteilung des Flächenanteils PD-L1-positiver tumorinfiltrierender Immunzellen.
Voraussetzung für jegliche Auswertung ist die gute Validierung des verwendeten Antikörpers im eigenen Labor und deren Überprüfung durch Teilnahme an den von der Qualitätssicherungsinitiative Pathologie (QuIP) angebotenen Ringversuchen.
Wenn es gelingt, die PD-L1-Immunhistochemie möglichst flächendeckend und mit hohem, vergleichbarem Standard anzubieten, solange noch kein entsprechender molekularer Marker zur Verfügung steht, wird es in Zukunft möglich sein, mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen die zielgerichtete, individuelle Tumortherapie entscheidend voranzubringen.

Literatur
1. Azevedo R et al. Emerging antibody-based therapeutic strategies for bladder cancer: A systematic review. J Control Release 2015; 214: 40-61
2. Somasundaram A, Burns TF. The next generation of immunotherapy: Keeping lung cancer in check. J Hematol Oncol 2017; 10: 87.
3. Ilie M et al. Assessment of the PD-L1 status by immunohistochemistry: Challenges and perspectives for therapeutic strategies in lung cancer patients. Virchows Arch 2016; 468: 511-25.
4. Scheel AH et al. Prädiktive PD-L1-Immunhistochemie beim nichtkleinzelligen Bronchialkarzinom. Pathologe 2016; 37: 557-67.
5. Herbst RS et al. Pembrolizumab versus docetaxel for previously treated, PD-L1-positive, advanced non-small-cell lung cancer (KEYNOTE-010): A randomized controlled trial. Lancet 2016; 387: 1540-50.
6. Reck M et al. Pembrolizumab versus chemotherapy for PD-L1-positive non-small-cell lung cancer. N Engl J Med 2016; 375: 1823-33.


Dr. med. Sabine Siegert


Prof. Dr. med. Christopher Poremba
Pathologie München-Nord