Mechanismen der Immunmodulation durch Chemotherapie—Standarddosen
Die Standard-Krebschemotherapie kann die Tumorimmunität auf zwei Arten fördern: (a) Induzieren des immunogenen Zelltods als Teil seiner beabsichtigten therapeutischen Wirkung; und (b) Strategien stören, mit denen Tumore der Immunantwort ausweichen. Eine große Anzahl von Daten zeigt, dass einige Chemotherapeutika in ihrer Standarddosis und ihrem Zeitplan ihre Antitumorwirkung zumindest teilweise durch Induktion des immunogenen Zelltods vermitteln (Abbildung 1) (9). Dieser Prozess beinhaltet die gleichzeitige Freisetzung von Tumorantigenen und die Emission von gefahrenassoziierten molekularen Mustern (DAMP) in der Tumormikroumgebung während des Zelltods. Anthrazykline aktivieren die Expression des Mustererkennungsrezeptors (PRR) toll-like Receptor-3 (TLR3), die schnelle Sekretion von Typ-I-IFNs und die Freisetzung des Chemokins CXCL10; eine Typ-I-IFN-Gensignatur sagte bei Brustkrebspatientinnen ein Ansprechen auf eine Anthrazyklintherapie voraus (10). Phylogenetisch konservierte Chemokinsignalisierung durch CXCL8 erhöht die Exposition von Calreticulin auf der Tumorzelloberfläche, was für die Erkennung und Verschlingung sterbender Tumorzellen durch DCs entscheidend ist (11). High Mobility Box Binding Protein-1 (HMGB-1) oder in die Tumormikroumgebung freigesetztes ATP binden ihre jeweiligen PRRs, TLR4 und den purinergen Rezeptor P2RX7. Dies aktiviert das NLRP3-Inflammasom mit der daraus resultierenden IL1ß-Sekretion und Aktivierung von IFNy-sekretierenden CD8 + T-Zellen (8,12). Um die mögliche klinische Relevanz dieser Signalwege zu unterstreichen, sind TLR4- und P2RX7-Funktionsverlust-Polymorphismen mit einem höheren Risiko für einen Brustkrebsrückfall nach einer adjuvanten Anthrazyklin-basierten Chemotherapie verbunden (13-14) und TLR4-Funktionsverlust-Polymorphismen mit kürzerem progressionsfreien Überleben (PFS) und Gesamtüberleben (OS) bei Patienten mit fortgeschrittenem Darmkrebs (15) und Plattenepithelkarzinom Kopf- und Halskrebs (16). Funktionsverlust Polymorphismen in TLR4 oder P2RX7 haben keinen Einfluss auf das klinische Ergebnis bei Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (17), was darauf hindeutet, dass Tumorbiologie, Chemotherapeutikum oder beides beeinflussen können, ob der Tumorzelltod immunogen ist und welcher Zelltodweg aktiviert ist. Andere Formen des immunogenen chemotherapieinduzierten Zelltods umfassen Autophagie (18) und Nekroptose (19).
Bestimmte Chemotherapeutika können über verschiedene Wege den immunogenen Zelltod verursachen. (A) Anthracycline, Cyclophosphamid und Oxaliplatin induzieren den immunogenen Zelltod durch die Freisetzung von Tumorantigenen, die Translokation von CRT (ein eat-me-Signal für die Phagozytose durch DCs) an die Zelloberfläche und die Sekretion der gefahrenassoziierten Moleküle HMGB1 und ATP (ein Find-me-Signal für die Phagozytose durch DCs). Diese Zelltod-assoziierten Moleküle binden ihre jeweiligen Rezeptoren, den Calreticulinrezeptor (CRTR), den TLR4-Rezeptor (TLR4R) und den P2RX7-Rezeptor. Dies führt zur Aktivierung des NRLP3-Inflammasoms, zur Produktion von Pro-IL1ß, zur DC-Reifung und zur Sekretion von IL1ß, um die Entwicklung tumorspezifischer CD8 + T-Zellen zu unterstützen. (B) Der durch Anthracyline induzierte Tumorzelltod führt zur Freisetzung von dsRNA, die an TLR3 bindet und zur autonomen Sekretion von Typ-I-IFNs durch Tumorzellen führt. Dieser Weg ist analog zur Reaktion auf eine Virusinfektion und unterstützt die Entwicklung der Tumorimmunität. Abkürzungen: CRT=calreticulin; DC=dendritische Zelle; HMGB1=high mobility binding box 1; ATP=Adenosintriphosphat; TLR=toll-like receptor; IFN=Interferon; IL=Interleukin; NRLP3=Inflammasom.
Alternativ kann die Chemotherapie bestimmte Merkmale der Tumorimmunbiologie modulieren (Abbildung 2) in einer drogen-, dosis- und Zeitplan-abhängigen Weise (in 2). Die optimale Integration von Immuntherapien mit Standardkrebstherapien zur Minimierung antagonistischer Wechselwirkungen und zur Nutzung potenzieller Synergien ist daher von großer Bedeutung. Eine naheliegende Strategie ist die Immuntherapie bei minimaler Resterkrankung, nachdem die Tumormasse durch Operation und systemische Chemotherapie optimal reduziert wurde. Diese Sequenzierungsstrategie minimiert den negativen Einfluss der Tumormasse auf die Wirksamkeit der Antitumor-Immunantwort. Es ermöglicht auch die Chemotherapie, den Immunphänotyp aller verbleibenden Tumorzellen zu modulieren. Anthracycline induzieren nicht nur den immunogenen Zelltod und die Typ-I-IFN-Sekretion, sondern fördern auch die CCL2 / CCR2-abhängige Rekrutierung funktioneller Antigen-Präsentier-zellen in die Tumorstelle, nicht jedoch in tumor-drainierende Lymphknoten (20). Verschiedene Chemotherapeutika können die intrinsische Immunogenität von Tumorzellen durch eine Vielzahl von Mechanismen modulieren (siehe in 2). Die Chemotherapie kann die Tumorantigenpräsentation verbessern, indem sie die Expression von Tumorantigenen selbst oder der MHC-Klasse-I-Moleküle, an die die Antigene binden, hochreguliert. Alternativ kann die Chemotherapie co-stimulierende Moleküle (B7-1) hochregulieren oder co-inhibitorische Moleküle (PD-L1 / B7-H1 oder B7-H4) herunterregulieren, die auf der Tumorzelloberfläche exprimiert werden, wodurch die Stärke der Effektor-T-Zellaktivität erhöht wird. Chemotherapie kann auch Tumorzellen empfindlicher für T-Zell-vermittelte Lyse durch fas-, Perforin- und Granzym-B-abhängige Mechanismen machen.
Verschiedene Chemotherapeutika können die Aktivität verschiedener Immunzelluntergruppen oder den Immunphänotyp von Tumorzellen modulieren, indem sie die Antigenpräsentation verbessern, die Expression von kostimulatorischen Molekülen einschließlich B7.1 (CD80) und B7.2 (CD86), die Herunterregulierung von Checkpoint-Molekülen wie programmierter Tod-Ligand 1 (PD-L1) oder die Förderung des Tumorzelltods durch die Wege fas, Perforin oder Granzym B. Abkürzungen; DC=dendritische Zelle; MDSC = Myeloid-abgeleitete Suppressorzelle; Treg = regulatorische T-Zelle; TH = T-Helferzelle. In (2) näher erläutert.
Ein Beispiel für eine immunmodulatorische Standarddosis-Chemotherapie ist Gemcitabin, das pleiotrope Immuneffekte hat. Es induziert die Apoptose von Tumorzellen und verstärkt das Cross-Priming von CD8 + T-Zellen in Tiermodellen (21). Es kehrt auch die fehlerhafte Kreuzpräsentation von Tumorantigenen durch tumorinfiltrierende DCs um (22). Die Gabe von Gemcitabin vor der Impfung oder eines CD40-Agonisten erhöhte das Überleben von Mäusen, die mit Chemoimmuntherapie behandelt wurden (21, 23). Umgekehrt hatte Gemcitabin + Cisplatin, das nach Immuntherapie mit einem adenoviralen Vektor verabreicht wurde, der IFNa (AdIFNa) exprimierte, auch eine größere Antitumoraktivität als Chemotherapie oder AdIFNa allein, indem es die Anzahl, Aktivierung und den Handel von Antigen-spezifischen tumor-infiltrierenden Lymphozyten (TIL) erhöhte (24). Eine andere Studie zeigte, dass, obwohl die Spiegel antigen-spezifischer peripherer T-Zellen verringert waren, die gleichzeitige Gabe von Gemcitabin die Wirksamkeit eines DC-basierten Impfstoffs erhöhte, indem sowohl der T-Zell-Handel erhöht als auch Tumorzellen für T-Zell-vermittelte Lyse sensibilisiert wurden (25). Eine verminderte periphere Immunität wurde durch Gabe von Gemcitabin nach zwei Impfzyklen vermieden. Darüber hinaus reduzierte Gemcitabin die MDSCs in präklinischen Tiermodellen signifikant (24, 26, 27). Diese Prinzipien wurden in der TeloVac-Studie untersucht, einer klinischen Phase-3-Studie, die darauf abzielt, die Auswirkungen von Gemcitabin in Standarddosis auf die Immunität und das klinische Ansprechen auf den promiskuitiven MHC-Klasse-II-Telomerase-Impfstoff GV1001, der mit GM-CSF-Adjuvans verabreicht wird, strategisch zu nutzen (28). Diese Studie randomisierte 1062 Patienten mit fortgeschrittenem oder metastasiertem Bauchspeicheldrüsenkrebs 1:1:1 bis zur Standard-Gemcitabin / Capecitabin-Chemotherapie (GemCap-Arm 1), zwei GemCap-Zyklen, gefolgt von Impfungen an den Tagen 1, 3 und 5, dann wöchentlich x 3 und in Woche 6 dann monatlich danach bis zum Fortschreiten der Erkrankung zu welchem Zeitpunkt die Patienten zur GemCap-Chemotherapie zurückkehrten (sequentieller Arm 2) oder gleichzeitige GemCap für 6 Zyklen mit GV1001 + GM-CSF wie in Arm 2 (gleichzeitiger Arm 3). Der primäre Endpunkt dieser Studie war OS. Das Betriebssystem im gleichzeitigen Arm war praktisch identisch mit dem GemCap-Kontrollarm, mit einem Trend zu einem minderwertigen Betriebssystem im sequentiellen Arm. Die objektiven Ansprechraten und das PFS waren im sequentiellen Arm signifikant schlechter als in den beiden anderen Armen. Wichtig ist, dass der sequentielle Arm dieser Studie zum Teil auf der Grundlage der oben zusammengefassten Daten entwickelt wurde, bei denen eine kurze Chemotherapie vor der Impfung die Kreuzpräsentation von Antigenen verbessern und eine Rückkehr zur Chemotherapie nach der Impfung die Immunität durch Impfung stärken könnte Freisetzung von Tumorantigenen und DAMPs. Die Synergie zwischen Chemotherapie und Immuntherapie in der TeloVac-Studie wurde möglicherweise durch mindestens 3 Faktoren verhindert. Erstens kehrten viele Patienten im sequentiellen Arm aufgrund des schnellen Fortschreitens der Krankheit nach Beginn der Impfphase der Sequenz nie zur Chemotherapie zurück. Dieses Problem spricht dafür, eine Strategie wie diese bei Patienten mit einem langsameren Krankheitstempo zu testen, was der Impfung Zeit gibt, eine tiefe und robuste Antitumor-Immunantwort zu etablieren (29). Zweitens ist die Induktion der Tumorzellapoptose für die Verstärkung der Antigen-Kreuzpräsentation durch Gemcitabin notwendig (21); die Analyse der Apoptose-Induktion durch GemCap in der TeloVac-Studie ergab, dass Apoptose bei < 25% der Patienten induziert wurde. Selbst bei Patienten mit Anzeichen einer Apoptoseinduktion gab es nach der Impfung keine Hinweise auf eine verstärkte periphere Immunantwort (Middleton und Kollegen, unveröffentlichte Daten). Darüber hinaus war das Ergebnis von Patienten, die nach der Impfung zur Chemotherapie zurückkehrten, nicht besser als bei Patienten, die nur mit Chemotherapie behandelt wurden (28). Schließlich könnte die Modulation der Tumormikroumgebung durch Chemotherapie auch durch die Stromaeigenschaften von Bauchspeicheldrüsenkrebs begrenzt gewesen sein, da therapeutische Synergien zwischen Impfstoff und Gemcitabin in präklinischen Pankreastumormodellen bei subkutanen Pankreastumoren beobachtet wurden, jedoch nicht, wenn dieselben Pankreaskrebszellen orthotop implantiert wurden (25). Ebenfalls relevant ist, dass die Analyse von MDSCs bei 19 Patienten, die Standard−GemCap erhielten, keine Reduktion der Lin−DR-CD11b + MDSC-Zahlen zeigte, aber die MDSC-Zahlen verringerten sich bei 19/21 Patienten, die GemCap gleichzeitig mit GV1001 + GM-CSF erhielten (30). Neun dieser 21 Patienten entwickelten T-Zellen, die spezifisch für GV1001, und MDSCs sank in 8/9 dieser Patienten.
Andere Studien haben gezeigt, dass eine Standardchemotherapie die Immuntherapie hemmen kann. Eine Phase-2-Studie integrierte Pankreas-GVAX mit einer adjuvanten Standardtherapie bei 60 Patienten mit Bauchspeicheldrüsenkrebs im Stadium 2 und 3 (31). In dieser klinischen Studie entwickelten die Teilnehmer Mesothelin-spezifische T-Zell-Reaktionen nach einer Impfung vor der Operation und setzten dann eine adjuvante 5-Fluorouracil-basierte Chemotherapie fort, bevor sie 3 zusätzliche Boost-Impfungen erhielten. Die impfstoffinduzierte Mesothelin-spezifische T-Zell-Reaktion wurde während der adjuvanten Chemotherapie reduziert und durch Boost-Impfungen wiederhergestellt (Lutz, Laheru und Kollegen, unveröffentlichte Daten). In einer Phase-3-Studie wurde Prostata-GVAX in Kombination mit einer Standarddosis Docetaxel-Chemotherapie getestet, wobei die Patienten alle 3 Wochen mit Docetaxel, aber ohne Prednison, oder Docetaxel mit Prednison 10 mg täglich (32-33) auf GVAX randomisiert wurden. Die Studie wurde abgeschlossen, nachdem 408 Patienten aufgrund eines Ungleichgewichts der Todesfälle im Impfstoffarm im Vergleich zum Kontrollarm randomisiert worden waren. Mindestens zwei Hauptfaktoren könnten zum Scheitern dieser Studie beigetragen haben. Obwohl berichtet wurde, dass Docetaxel MDSC unterdrückt und die DC-Funktion verbessert (34) und auch die Translokation von Calreticulin induziert (35), wurde dieser Impfstoff in der Klinik noch nie mit Docetaxel in voller Dosis getestet. Die Chemotherapie kann somit die impfstoffinduzierte Immunität beeinträchtigt haben. Darüber hinaus ist Prednison eine kritische Komponente der Standardtherapie mit Docetaxel für diese Patienten und wurde aus dem Impfstoffarm weggelassen, da befürchtet wurde, dass es die T-Zell-Reaktionen hemmen könnte. In einer anderen Studie wurde die Aktivität des Windpocken-Impfstoffs ALVAC-CEA-B7 untersucht.1 wurde in Kombination mit 5-FU + Leucovorin + Irinotecan bei 118 Patienten mit metastasiertem Kolorektalkarzinom getestet, wobei zwei Gruppen 3 Zyklen Impfstoff allein gefolgt von einer Impfung in Kombination mit Chemotherapie und 4 Zyklen Chemotherapie gefolgt von einer Impfung bei Patienten ohne Krankheitsprogression unter Chemotherapie erhielten die letzte Gruppe (36). Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen, und die Chemotherapie hemmte keine CEA-spezifischen T-Zellen. Schließlich wurden in einer Phase-2-Studie mit einem Pockenvirus-basierten Impfstoff, der für Mucin-1 (MUC-1) und IL2 (TG4010) kodiert, 148 Patienten mit MUC-1 + -Tumoren aufgenommen, die 6 Zyklen Gemcitabin + Cisplatin oder eine Impfung mit TG4010A und gleichzeitige Chemotherapie mit 6 Zyklen Gemcitabin + Cisplatin erhielten, wobei die Impfung bis zum Fortschreiten der Krankheit fortgesetzt wurde (37). CD16 + CD56 + CD69 + natürliche Killerzellen waren bei 73,2% der Patienten in normalen Konzentrationen vorhanden und mit einem günstigeren Sicherheitsprofil, einer verbesserten Zeit bis zur Progression (HR = 0,5) und einem Gesamtüberleben (HR = 0,6) verbunden) bei Patienten, die TG4010 erhielten. Patienten mit hohen Konzentrationen von aktivierten natürlichen Killerzellen, die TG4010 erhielten, hatten schlechtere Ergebnisse. Basierend auf diesen Daten ist eine Phase-3-Studie in Planung. Mehrere kleine Studien mit 10-28 Patienten haben gezeigt, dass eine gleichzeitige oder schrittweise Standardchemotherapie die impfstoffinduzierte Immunität nicht hemmt und verbessern kann (2).
Immun-Checkpoint-Antagonisten wurden auch gleichzeitig oder nacheinander mit einer Chemotherapie in Standarddosis kombiniert. In einer bahnbrechenden Phase-3-Studie wurde der CTLA-4-Antagonist Ipilimumab oder Placebo in Kombination mit der Standarddosis Dacarbazin (850 mg/ m2) bei 502 Patienten mit Melanom im Stadium 4 getestet (38). Diese Studie zeigte ein verbessertes Überleben mit Ipilimumab in Kombination mit Dacarbazin im Vergleich zu Dacarbazin allein. Zwei Studien untersuchten die gleichzeitige versus Phased-Chemotherapie mit ipilimumb bei 204 Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (39) und 130 Patienten mit kleinzelligem Lungenkrebs im fortgeschrittenen Stadium (SCLC) (40). In diesen Studien wurden Standard-Paclitaxel (175 mg/m2) und Carboplatin (AUC 6) verwendet. Die Patienten erhielten 4 Zyklen Chemotherapie + Ipilimumab, gefolgt von 2 Zyklen Chemotherapie oder 2 Zyklen Chemotherapie, gefolgt von 4 Zyklen Chemotherapie + Ipilimumab. Bei NSCLC wurde ein verbessertes immunabhängiges und standardmäßiges PFS beobachtet, wenn die Patienten zuerst eine schrittweise Behandlung mit Chemotherapie erhielten, gefolgt von Chemotherapie + Ipilimumab, während bei SCLC ein verbessertes immunabhängiges, aber nicht standardmäßiges PFS für dieselbe Phasentherapie beobachtet wurde. Schließlich wurde in einer kleinen Studie das rekombinante lösliche LAG-3-Immunglobulin (Ig) -Fusionsprotein IMP321 als eine Komponente der Paclitaxel-Erstlinientherapie bei 30 Patienten mit metastasiertem Brustkrebs getestet (41). IMP321 bindet mit hoher Avidität an MHC Klasse II, was zur Aktivierung von APCs und anschließender Aktivierung von Speicher-T-Zellen führt. Das sechsmonatige progressionsfreie Überleben betrug 90%, und Biomarkeranalysen ergaben einen anhaltenden Anstieg der aktivierten APCs und einen höheren Prozentsatz an natürlichen Killer- und CD8 + -Effektor-Gedächtnis-T-Zellen.