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Effects of Vitamin D on tumor cell proliferation and migration, tumor initiation and anti-tumor immune response in head and neck squamous cell carcinomas - 08/11/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.117497 
Lukas A. Brust a, 1, Maximilian Linxweiler a, 1, Jana Schnatmann a, Jan-Philipp Kühn a, Moritz Knebel a, Felix L. Braun a, Silke Wemmert a, Michael D. Menger b, Bernhard Schick a, Michael F. Holick c, Fengshen Kuo d, e, Luc G.T. Morris d, e, Sandrina Körner a, d,
a Department of Otorhinolaryngology, Head and Neck Surgery; Saarland University Medical Center, Homburg, Germany 
b Institute of Clinical and Experimental Surgery; Saarland University, Homburg, Germany 
c Department of Physiology and Biophysics; Boston University School of Medicine, Boston, MA, USA 
d Head and Neck Service, Department of Surgery, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York, NY, USA 
e Head and Neck Service, Immunogenomic Oncology Platform, Department of Surgery, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York, NY, USA 

Corresponding author at: Department of Otorhinolaryngology, Head and Neck Surgery; Saarland University Medical Center, Homburg, Germany.Department of Otorhinolaryngology, Head and Neck Surgery; Saarland University Medical CenterHomburgGermany

Abstract

Background

Head and neck squamous cell carcinomas (HNSCCs) are among the six most common cancers, with a constantly poor prognosis. Vitamin D has been found to have antineoplastic and immunomodulatory properties in various cancers. This study investigated the impact of Vitamin D on the initiation and progression as well as antitumor immune response in HNSCCs, both in vitro and in vivo.

Methods

An immunocompetent, orthotopic oral carcinogenesis mouse model was used to examine the influence of Vitamin D3 substitution on HNSCC initiation and progression in vivo. Tumor immune infiltration was analyzed by immunohistochemistry targeting CD3, CD8, NKR-P1C, FOXP3, and CD163. Two HPV- and two HPV+ HNSCC cell lines were treated with 1,25-dihydroxyvitamin D3 to analyze effects on tumor cell proliferation, migration and transcriptomic changes using RNA-sequencing, differential gene expression and gene set enrichment analysis.

Results

Vitamin D3 treatment led to a significant suppression of HNSCC initiation and progression, while also stimulating tumor immune infiltration with CD3+, CD8+ and NKR-P1C+ cells and lowering levels of M2 macrophages and Treg cells in vivo. In vitro experiments showed an inhibition of HNSCC cell proliferation and migration in HPV+ and HPV- cell lines. RNA-sequencing showed significant regulations in IL6 JAK STAT3, hypoxia signaling and immunomodulatory pathways upon Vitamin D3 treatment.

Conclusion

The findings of our study highlight the promising potential of Vitamin D in the therapeutic repertoire for HNSCC patients given its immune modulating, anti-proliferative and anti-migratory properties. Clinical transferability of those in vitro and in vivo effects should be further validated in clinical trials.

El texto completo de este artículo está disponible en PDF.

Graphical Abstract




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Highlights

Vitamin D inhibits proliferation and migration of HPV+ and HPV- HNSCC cells in vitro.
Vitamin D modulates hypoxia signaling and immunomodulatory pathways in HNSCC cells.
Vitamin D suppresses the induction of HNSCCs in a murine 4NQO oral carcinogenesis model.
Vitamin D increases the number of CD3+, CD8+ and NK cells in the TME of HNSCCs in vivo.

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Keywords : HNSCC, Vitamin D, TME, RNA-sequencing


Esquema


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