Forskare vid The University of Texas MD Anderson Cancer Center har identifierat en ihärdig undergrupp av immuna makrofager som motverkar behandling av glioblastom med anti-PD-1 checkpoint-blockad, vilket ger en ny potentiell måltavla för behandling av den nästan jämnt dödliga hjärntumören.
I deras resultat, som rapporteras i Nature Medicine, identifieras makrofager som uttrycker höga nivåer av CD73, ett ytenzym som är en viktig del av en immunosuppressiv molekylär väg. Den starka förekomsten av CD73-makrofager var unik för glioblastom bland de fem tumörtyper som forskarna analyserade.
”Genom att studera de immuna mikromiljöerna i olika tumörtyper har vi identifierat en rationell kombinationsterapi för glioblastom”, säger den första författaren Sangeeta Goswami, M.D., Ph.D., biträdande professor i genitourinärmedicinsk onkologi.
Glioblastom immunoterapi klinisk prövning planerad
Efter att ha fastställt cellernas närvaro i mänskliga tumörer och korrelerat dem med minskad överlevnad, överförde forskarna sin hypotes till en musmodell av glioblastom. De fann att en kombination av anti-PD-1- och anti-CTLA-4-immunoterapier i CD73-knockoutmöss dämpade tumörtillväxten och ökade överlevnaden.
”Vi samarbetar med läkemedelsföretag som utvecklar medel för att rikta in sig på CD73 för att gå vidare med en klinisk prövning av glioblastom i kombination med anti-PD-1- och anti-CTLA-4-kontrollpunktshämmare”, säger doktor PadmaneeSharma, Ph.D., professor i genitourinär medicinsk onkologi och immunologi.
Sharma och hans kollegor använder ett tillvägagångssätt som de kallar reversetranslation. Istället för att utveckla hypoteser genom experiment med cellinjer och djurmodeller som sedan överförs till kliniska prövningar på människor, börjar teamet med att analysera mänskliga tumörer för att generera hypoteser som testas i laboratoriet i hopp om att sedan ta resultaten till kliniska prövningar på människor.
För att på ett effektivare sätt kunna utsträcka immunterapin till att omfatta fler cancerformer måste forskarna inse att immunsystemets mikromiljöer skiljer sig åt mellan olika cancerformer, säger Sharmas. ”Att förstå vad som skiljer sig åt i immun nischer i olika cancerformer ger ledtrådar och mål för behandling av tumörer”, säger Sharmasays. ”Det är därför vi gjorde den här studien.”
Teamet spårade upp populationen av CD73-positiva makrofager genom ett projekt för att karaktärisera immunceller som finns i fem tumörtyper med hjälp av CyTOF-massecytometri och RNA-sekvensering av enskilda celler. De analyserade 94 mänskliga tumörer från glioblastom, icke-småcellig lungcancer och njur-, prostata- och kolorektalcancer för att karakterisera grupper av immunceller.
CD73-celler förknippade med kortare överlevnad
Det mest överraskande fyndet var en metagrupp av immunceller som främst återfanns bland de 13 glioblastomtumörerna. Cellerna i klustret uttryckte CD68, en markör för makrofager, immunsystemets celler som antingen hjälper eller undertrycker immunsvaret. CD68-metaklustret uttryckte också höga nivåer av CD73 och andra immunhämmande molekyler. Teamet bekräftade dessa fynd i ytterligare nio glioblastom.
RNA-sekvensering av enstaka celler identifierade en immunosuppressiv genuttryckssignatur som var associerad med de hög-CD73-uttryckande makrofagerna. En förfinad gensignatur för cellerna utvärderades mot 525 glioblastomprover från The Cancer Genome Atlas och var korrelerad med minskad överlevnad.
Teamet utförde CyTOF mass cytometri klusteranalys på fem glioblastomtumörer som behandlades med PD-1 checkpoint-hämmarenpembrolizumab och sju obehandlade tumörer. De identifierade treCD73-uttryckande makrofagkluster som kvarstod trots behandling medpembrolizumab.
Sharma och medarbetare noterar att förekomsten av CD73-uttryckande makrofager sannolikt bidrog till bristen på tumördödande T-cellsvar och dåligt kliniskt resultat.
Kombination förlänger överlevnaden hos möss
En musmodell av glioblastom visade att enbart knockout av CD73 minskade tumörtillväxten och ökade överlevnaden.
Teamet behandlade möss med antingen PD-1-hämmare eller en kombination av PD-1- och CTLA-4-immuncheckpoint-hämmare. Möss med intaktCD73 som behandlades med kombinationen hade ökad överlevnad jämfört med obehandlade möss, medan möss med CD73 utslagen levde ännu längre efter kombinationsbehandling. Det fanns ingen överlevnadsfördel av enbart anti-PD-1.
”Baserat på våra data och tidigare studier föreslår vi en strategi för kombinationsbehandling för att rikta in sig på CD73 plus dubbel blockering av PD-1 ochCTLA-4”, konstaterar teamet i artikeln och konstaterar att anti-CD73-antikroppar har gett lovande resultat i tidiga studier.
Medförfattare tillsammans med Goswami och Sharma är Swetha Anandhan från Genitourinary Medical Oncology, Sreyashi Basu, Ph.D., Irina Fernandez, Ph.D., Luis Vence, Ph.D., Jorge Blando, Ph.D., Hao Zhao, Ph.D., Shalini Singh Yadav, Ph.D., och Jim Allison, Ph.D., från MDAndersons plattform för immunterapi; Martina Ott, Ph.D., Ling Kong, Ph.D., och Amy Heimberger, M.D., neurokirurgi, John de Groot, M.D., neuroonkologi, Boris Sepesi, M.D., thorax- och kardiovaskulärkirurgi: Michael Overman, M.D., och Scott Kopetz, M.D., Ph.D., från GIMedical Oncology; Thomas Walle, Ph.D., från National Center for Tumor Diseases i Heidelberg, Tyskland; och Andrew Cornish och Dana Pe’er, Ph.D., från Computational and Systems Biology Program, Sloan-Kettering Institute, New York. Anandhan är doktorand vid MDAnderson/UTHealth Graduate School of Biomedical Sciences.
Denna forskning stöddes av ImmunotherapyPlatform of MD Anderson’sMoon Shots Program® och finansierades av MD Anderson’s GlioblastomaMoon Shot® och LungCancer Moon Shot® samt av bidrag från National CancerInstitute of the National Institutes of Health (CA1208113,P30CA016672) och NCI Cancer Center Support Grant (CA016672). Sharma och Allison är medlemmar av Parker Institute for Cancer Immunotherapy.