Cáncer de pulmón no microcítico: la oportunidad del sistema inmune E. Holgado Martín MD. PhD. Inmuno-Oncología Sº Oncología Médica Hospital Ramón y Cajal

Madrid, 7 Abril 2016

Lung cancer: most common malignancy and leading cause of cancer-related mortality GLOBOCAN 2012 (worldwide, both sexes)1 Incidence Mortality

2000

1.82 million1 estimated new cases worldwide

1500

1.59 million1 (1 in 5) estimated deaths worldwide

1000

More people die from lung cancer than breast, colorectal and prostate cancers combined1

500

0 Lung Cancer

•

Breast Colorectal Prostate Cancer Cancer Cancer

Within Europe, ~1,000 people die from lung cancer every day1,2

1. Ferlay J, et al. GLOBOCAN 2012 v1.0, Cancer Incidence and Mortality Worldwide: IARC CancerBase No. 11[Internet]. Lyon, France: International Agency for Research on Cancer; 2013. Available from: http://globocan.iarc.fr. Accessed September 2014; 2. Ferlay J, et al. Eur J Cancer. 2013;49:1374–1403.

Evolution of NSCLC Subtyping to a Multitude of Molecular-Defined Subsets Adenocarcinoma

NSCLC as one disease

First-targeted tx ALK EGFR

Other 11%

Squamous 34%

EGFRvIII PI3KCA EGFR DDR2 FGFR1 Amp Unknown

Adenoca 55%

Histology-Based Subtyping

ALK HER2 BRAF PIK3CA AKT1 MAP2K1 NRAS ROS1 RET EGFR KRAS Unknown

Squamous Cell Cancer

Li T, et al. J Clin Oncol. 2013;31:1039-1049.

History of therapy in advanced NSCLC : FDA Approval Dates Docetaxel 2002

First line Second line Third line Maintenance Not approved

Cisplatin* 1978

Standard therapies

BSC

Erlotinib Pemetrexed 2004

Docetaxel 1999 Paclitaxel Gemcitabine 1998

Carboplatin 1989

Bevacizumab 2006 Pemetrexed 2008/2009

Vinorelbine 1994

12+

Median OS (mos)

~ 8-10 ~6

~ 2-4

1970

Gefitinib 2003

1980

1990

Single-agent platinum

2000

Bevacizumab + PC

Doublets Histology-directed therapy

1. FDA Web site. 2. NCCN. Clinical practice guidelines in oncology. v.3.2011. 3. Schrump, et al. Non-small cell lung cancer. In: Cancer: Principles and Practice of Oncology. 7th ed. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins; 2005.

Lung Cancer Mutation Consortium: OS by Mutation and Treatment 100

Targeted therapy vs no targeted therapy; P < .0001

OS (%)

80

60 40 Driver mutation + targeted therapy (n = 313; median OS: 3.5 yrs) Driver mutation + no targeted therapy (n = 265; median OS: 2.4 yrs) No driver mutation (n = 361; median OS: 2.1 yrs)

20 0

0

1

3

2

4

5

Yrs Johnson B, et al. ASCO 2013. Abstract 8019.

Targeted Therapy Focuses on Driver Gene Alterations: “Oncogenic Addiction”

EGFR mutants

ALK

ROS/RET

Gefitinib[1,2]

Erlotinib[3,4]

Afatinib[5,6]

Crizotinib[7-9]

Activity

EGFR

EGFR

EGFR (ErbB family)

ALK, ROS1, MET

Target

EGFR

EGFR

EGFR

ALK

RR, %

60-80

50-80

~ 60

~ 60

PFS, mos

10-11

10-14

~ 11

~ 10

1~2

1~2

1.7

Baja eficacia

Linfocitos T citotóxicos Células NK - ADCC. Citocinas Antineoplásicas (??)

Neoantigens-Immunogenicity Respuesta Inmune Antitumoral = Reconocimiento de Antígeno + Acción antitumoral

• Más allá de la Respuesta Innata (las NKs por si solas pueden ser antitumorales), el reconocimiento de antígeno por los receptores antigénicos (BcR y TcR) es fundamental. • 2 elementos del reconocimiento antitumoral:

Antígeno Tumoral TcR

Bases del Sistema Inmune •Inmunovigilancia y tolerancia Citotoxicidad Inmunotolerancia B TH1 TH2 TH17

T CD8

NK

T CD4 Help

T CD4 Foxp3,Reg

nat-Treg: 5-10% de Cd4+ in-Treg •TH3 •Tr1 •Foxp3 in-Tregs

MHCII

MHCI

Ag. exógeno

Golgi

Lisis

R.endopl

Proteosoma R.endopl

Ag endógeno

Célula

APC

Bases del Sistema Inmune •Immune checkpoints Cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4 CD80(B7-1),86(B7-2)/CTLA4(CD152) Programmed cell death-1 pathway PD-L1(B7-H1,CD274 ),-L2(B7-DC,CD273)/PD1(CD279)

Pardoll, D. M. NatRevCancer 2012

Neoantígenos-Inmunogenicidad Modelo progresión tumoral R. Inmune

Antigenicidad Inflamación, atrofia y proliferación

Carcinógenos y mutaciones específicas

?

Catástrofe gen/epi Displasia

Carcinoma pulmón invasivo

Selección clonal , ventaja proliferativa/supervive ncia

Metastasis #1

Metastasis #2

Variabilidad en la transmisión de alteraciones gen/epi Metastasis #3

Inmunogenicidad tumoral Neoantígenos •Neoantígenos  Alteraciones en la maquinaria de replicación y reparación del DNA.  Exposición a mutágenos endo/exógenos.  Modificaciones enzimáticas del DNA.

Prevalencia de mutaciones somáticas Mutaciones por megabase 0.001 0.01 0.1 1.0 100 1,000 10 Melanoma Escamoso pulmón Adenocarcinoma pulmón Vejiga Microcítico Esófago Colorrectal Cérvix Cabeza y cuello Estómago Útero Hígado Renal c. claras Renal papilar Ovario Próstata Mieloma Linfoma B Glioma bajo grado Mama Páncreas Glioblastoma Neuroblastoma LLC Tiroides Renal cromófobo LMA Meduloblastoma LLA Astrocitoma pilocítico

 Análisis secuencias de exones de 7.042 tumores primarios de 30 diferentes tipos comparadas con DNA no tumoral del mismo individuo.  Se identifican 21 perfiles mutacionales específicos: o Edad. o Linaje celular. o Oncogenes. o Exposición al tabaco & UV.

Ocasional

Regular

Frecuente

Alexandrov L,B. Nature 2013

Antígenos tumorales TSAs: tumor specific antigens: neoantigen. TAAs: tumor associated antigens: Her2/neu. TRA or CTAs: tissue restricted antigens or cancer testis antigens.

Immunogenicity Tolerance

TSA

TAA

TRA

+++

+

++

-

++

+

Coulie et al. Nature Reviews Cancer 2014 Gubin, M.M. J. Clin. Invest. 2015

Inmunogenicidad tumoral Predicción matemática 64 pts melanoma CTLA-4 inh

•Neoantígenos (melanoma) 

De cuantos neoantigenos estamos hablando?



Existe correlación entre carga antigénica, antigenicidad y respuesta?



Comunes a los tumores?

25 CTLA4inh 10 15

39 CTLA4inh Long term response No benefit

17 22

DNA exon genome seq Bioinformatic analysis of mutation burden and predicted MHCI restricted neoantigens

Snyder A. N Engl J Med. 2014

Inmunogenicidad tumoral Presentación MCH I •Neoantígenos (sarcoma)

Genoma viral Vacuna

Respuesta CD8+

Presentación 15%



Las mutaciones somáticas no sinónimas (neoantígenos) observadas pueden inducir una respuesta inmune?

2.5%

50%

o Mediada por MHCI? Murino Transcriptoma

Meth A 75%

Humano

CMS5 54%

1,528

208

Mut. no sinónimas

77.10%

78.50%

Alta afinidad MHCI

823

112

11

7

SNV en exones

Antigenicidad BALBc CD44 citometría IFN ELISA

6/18 10/18

Prost

Meln

Secuenciación de exones (RNA-seq) Predicción de mutaciones no sinónimas Inoculación Sc

14

In vivo In vitro

>100

Linf. T CD8+ CD4-/-

Activación de CD8 por expresión de CD44 e IFNϒ in vitro e in vivo

Duan F. J. Exp.Medicine 2014

Inmunogenicidad tumoral Presentación MHC II •Neoantígenos (melanoma) 

Las mutaciones somáticas no sinónimas (neoantígenos) observadas pueden inducir una respuesta inmune?

Secuenciación de exones (RNA-seq) Predicción de mutaciones no sinónimas Carga de antígenos (8)

o mediada por MHCII?:

Linf. T CD4+ (TIL) Autólogos Linf. BBCL-6 BCL-XL +/+ Expresión en sobrenadante de co-cultivos de citoquinas de TH1, Th2 y TH17, IFNϒ, TNFα, Il2,4,6,10 y 17a

+ en 4/5 melanoma pts

Linnemann C. Nat Medicine 2015 Schumacher T, N. Science 2015

Inmunogenicidad tumoral Neoantígenos • El sistema inmune responde contra el tumor al reconocer el antígeno

• ¿De cuántos neoantígenos estamos hablando? 150 en 10mut/Mb. • Existen TAA y TSA. Los TSA son los que permiten una respuesta inmune más dirigida (menos efectos “fuera de la diana” el tumor) • NO todas las mutaciones somáticas no sinónimas (neoantígenos) observadas inducen una respuesta inmune

• El HLA del individuo es determinante • Existe correlación entre carga antigénica, antigenicidad y respuesta

• Los neoantígenos NO son comunes a los tumores

Inmunogenicidad tumoral Immuno-editing •Immuno-editing/Immune-selection

Equilibrio

Eliminación

CTL CTL NK

T T reg reg NKT

T reg CTL

T cyto

Escape

NK

T reg

CTL

Tumor Antigenicidad

Inmunocompetencia

?

Inmunogenicidad tumoral •Neoantígenos  Presión inmune sobre el tumor:

o elimina las células portadoras de mayor antigenicidad, bien por número o calidad de antígenos. o disminuye la expresión de antígenos con mayor afinidad por MHC1.

?

La claves son la antigenicidad y la duración de la expresión del péptido

Inmunocompetencia Mecanismos de escape 

Presentación intacta? o

 Expansión clonal

T activado

MHC

Ag

Asumida la antigenicidad del tumor

T 

NO existencia de PAMP y DAMP

o

Immuno-editing

o

Represión MHCI

Mecanismos de escape tumoral de la presión del sistema inmune:

TCR

MHC CD28 CD80

APC madura

CD80

APC activada

Previene identificación por T CD4/8 Epítopos

MHCI

IL10, TGFB

Induce T reg

Tumor

Previene conjugación con T

ICAM-1

PDL1

Inhibe activación Th Inhibe NK

CD99

RCAS1

FasL

Inhibe Fas+ T

Inhibe RCAS1R+ NK & T

Mecanismos de escape Inmuno-checkpoints

Rationale for immune-based anti-tumor therapies in NSCLC

¿De qué datos disponemos para contemplar el uso del tratamiento inmunomodulador en carcinoma de pulmón?

Homeostasis inmune pulmonar • Puerta de entrada de alergenos y gérmenes ajenos al individuo.

• Elementos linfoides. • Presencia de IgAs, y elementos de la respuesta inmune innata frente a patógenos diarios. • Expresión de MHCII clave en la identificación y presentación de antígenos. Presentadoras/MHCII+

Antígeno

Efectoras

Respuesta

Profesionales/mieloide

T CD4+ hel/reg APC

Linf. B

Macrófago

T CD8+

No profesionales

B6

50% de las MHCII+ pulmonares Epitelio Endotelio pulmonar vascular

B6 MHCII-Treg TCD8+

Kreisel D, J. Immunol 2010 Kambayashi T. NatRevImmunol 2014

Inmunogenicidad del Ca.Pulmón Prevalencia de mutaciones somáticas Mutaciones por megabase Número de mutaciones por paciente 0.001 0.01 0.1 1.0 100 1,000 10 Melanoma Escamoso pulmón Adenocarcinoma pulmón Vejiga Microcítico Esófago Colorrectal Cérvix Cabeza y cuello Estómago Útero Hígado Renal c. claras Renal papilar Ovario Próstata Mieloma Linfoma B Glioma bajo grado Mama Páncreas Glioblastoma Neuroblastoma LLC Tiroides Renal cromófobo LMA Meduloblastoma LLA Astrocitoma pilocítico

Ocasional

Regular

Frecuente

Brown S, D. Geno,me Res 2014 Alexandrov L,B. Nature 2013 Rooney M, S. Cell 2015

Inmunogenicidad del Ca.Pulmón Células del sistema inmune impactan en el pronóstico del CNMP Favourable prognosis1 Dendritic cells OS, disease-specific survival, disease-free survival1

CD3+ cells NSCLC survival and lower risk of disease recurrence2–4

CD8+ cells OS5–8

CD4+ cells OS6,9

Macrophages OS7

NK cells NSCLC-specific survival10

Unfavourable prognosis1 NK cells (immature/impaired) Disease progression11

Tregs OS, relapse- and recurrence-free survival12,13

•

1. Dieu-Nosjean M, et al. J Clin Oncol. 2008;26:4410‒4117; 2. Petersen R, et al. Cancer. 2006;107:2866‒2872; 3. Al-Shibli K, et al. APMIS. 2010;118:371‒382; 4. Ruffini E, et al. Ann Thorac Surg. 2009;87:365‒372; 5. Zhuang X, et al. Appl Immunohistochem Mol Morphol. 2010;18:24‒28; 6. Hiraoka K, et al. Br J Cancer. 2006;94:275‒280; 7. Kawai O, et al. Cancer. 2008;113:1387‒1395; 8. McCoy M, et al. Br J Cancer. 2012;107:1107‒1115; 9. Wakabayashi O, et al. Cancer Sci. 2003;11:1003‒1009; 10. Al-Shibli K, et al. Histopathol. 2009;55:301‒312; 11. Jin J, et al. PLoS One. 2013;8:e61024; 12. Tao H, et al. Lung Cancer. 2012;75:95‒101; 13. Shimizu K, et al. J Thorac Oncol. 2010;5:585‒590.

Expresión PD-L1 Target PD-L1 Is Broadly Broadly Expressed in in Human Human PD-L1 se expresa en la mayoría de tumoresExpressed Target PD-L1 Is Cancer Cancer

Positive PD-L1+ staining lungcancer cancer(NSCLC) (NSCLC) PD-L1 CNMPinin(IHQ) Positive PD-L1 staining lung (proprietary Genentech/Roche PD-L1 IHC) (proprietary Genentech/Roche PD-L1 IHC) Highsensitivity sensitivityand andspecificity specificityin inFFPE FFPEsamples samples High

Tumor Type Type Tumor

EstimatedPD-L1 PD-L1 Estimated P r e v a e nc e , %* * P r e v a ll e nc e , ≈≈ %

NSCLC (SCC) (SCC) NSCLC

50% 50%

NSCLC (adeno) (adeno) NSCLC

45% 45%

Colon Colon

45% 45%

Melanoma Melanoma

40% 40%

Renal Renal

20% 20%

Nearly all all human human cancer cancer types types can can Nearly Casi la totalidad express de los tumores expresan PD-L1 PD-L1 express PD-L1

Inmunocompetencia en Ca.Pulmón ES (95%)

•Valor pronóstico de la expresión de PD-L1 en NSCLC, metaanálisis 2015. •Estudios que no incluyen los datos de estudios antiPD1/CTLA4. Heterogeneity among the studies (I2 = 0%, p= 0.634)

Wang A. Eur J Sur Oncol 2015

Inmunocompetencia en Ca.Pulmón •EGFR regula la expresi´n de PD-L1, n=166 pts.

EGFRmt

PDL1-PD1

En líneas celulares de NSCLC con mutación de EGFR la de-fosforilación del receptor se acompaña de un descenso en los niveles de expresión de PDL1.

akt

erk PD-L1

Tumor

MHC-TCR

TCD4 Azuma k. Eur J SAnn Oncol 2014 Chen N. J. Thorac Oncol 2015

Antigenicidad/Inmunocompetencia en Ca.Pulmón

Inmunoterapia PD-1/PD-L1

Respuesta clínica

Inmunoterapia en Ca.Pulmón 34 pts NSCLC PD1inh Pembrolizumab

Discovery cohort

16 PD1inh 7 9

18 PD14inh Long term response No benefit

Validation cohort

7 11

DNA exon genome seq 94.5% target sequence

Bioinformatic analysis of mutation burden and predicted MHCI restricted neoantigens

Discovery cohort Pts

DCB

NCB

7

9

m#mut m#mut DCB

Validation cohort

p val Pts

209

DCB

NCB

7

11 200

m#mut

302

148

ORR

p val

0.02 PFS

m#mut p val

DCB

p val

244 ORR

125 p val

0.04 PFS

p val

0.006 83% >209mut 73% 63% 14.5m >200mut NA NR HR0.15 0.03 10% pts Nivolumab (n Docetaxel (n = = 131) 129)

017

Any Grade Any Grade grade 3–4 grade 3–4 Percentage (%) of patients with an event

Any event

59

8

87

56

Fatigue

16

1

33

8

Nausea

9

0

23

2

Decreased appetite

11

1

19

1

Asthenia

12

0

14

4

Diarrhea

8

1

20

2

Peripheral neuropathy

1

0

12

2

Myalgia

2

0

10

0

Anemia

2

0

22

3

Alopecia

0

0

22

1

Neutropenia

1

0

33

30

Febrile neutropenia

0

0

11

10

Treatment related AEs… Leading to discontinuatio n% Death %

057 Any event Fatigue Nausea Decreased appetite Asthenia Diarrhea Peripheral edema Myalgia Anemia Alopecia Neutropenia Febrile neutropenia Leukopenia

Nivolumab (n = Docetaxel (n = 287) 268) Any Grade Any Grade grade 3–4a grade 3–4a Percentage (%) of patients with an event 69 16 12

10 1 1

88 29 26

54 5 1

10

0

16

1

10 8