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Meccanismi di Immunomodulazione da Chemioterapia a Dosi Standard

Standard di chemioterapia per il cancro può promuovere l’immunità tumorale in due modi principali: (a) indurre immunogenico di cellule morte come parte della sua destinazione d’effetto terapeutico; e (b) perturbare le strategie che i tumori utilizzare per eludere la risposta immunitaria. Un ampio corpus di dati dimostra che alcuni farmaci chemioterapici alla loro dose standard e schedule mediano il loro effetto antitumorale almeno in parte inducendo la morte cellulare immunogenica (Figura 1) (9). Questo processo comporta il rilascio concomitante di antigeni tumorali e l’emissione di modelli molecolari associati al pericolo (UMIDO) nel microambiente tumorale durante la morte cellulare. Le antracicline attivano l’espressione del recettore di riconoscimento del modello (PRR) toll-like receptor-3 (TLR3), la rapida secrezione di tipo I IFNs e il rilascio della chemochina CXCL10; una firma genica IFN di tipo I ha predetto la risposta alla terapia con antracicline in pazienti affetti da cancro al seno (10). La segnalazione filogeneticamente conservata della chemochina da CXCL8 aumenta l’esposizione di calreticulina sulla superficie della cellula tumorale, che è critica per il riconoscimento e l’inghiottimento delle cellule tumorali morenti da parte di DCs (11). Alta mobilità box binding protein-1 (HMGB-1) o ATP rilasciato nel tumore microambiente legano i rispettivi PRRs, TLR4 e il recettore purinergico P2RX7. Questo attiva l’infiammasoma NLRP3, con conseguente secrezione di IL1ß e attivazione delle cellule T CD8+ secernenti IFNy (8,12). Sottolineando la possibile rilevanza clinica di queste vie, TLR4 e P2RX7 perdita di polimorfismi di funzione sono associati ad un più alto rischio di recidiva del cancro al seno dopo chemioterapia adiuvante a base di antracicline (13-14) e TLR4 perdita di polimorfismi di funzione con sopravvivenza libera da progressione più breve (PFS) e sopravvivenza globale (OS) in pazienti con carcinoma colorettale avanzato (15) e carcinoma della testa e del collo a cellule squamose (16). I polimorfismi di perdita di funzione in TLR4 o P2RX7 non riescono a influenzare l’esito clinico nei pazienti con carcinoma polmonare non a piccole cellule (17), suggerendo che la biologia tumorale, l’agente chemioterapico o entrambi possono influenzare se la morte delle cellule tumorali è immunogenica e quale via di morte cellulare è attivata. Altre forme di morte cellulare indotta da chemioterapia immunogenica includono l’autofagia (18) e la necroptosi (19).

In alternativa, la chemioterapia può modulare le caratteristiche distinte dell’immunobiologia tumorale (Figura 2) in modo dipendente dalla droga, dalla dose e dal programma (rivisto in 2). L’integrazione ottimale delle immunoterapie con le terapie oncologiche standard per ridurre al minimo le interazioni antagonistiche e coinvolgere potenziali sinergie è quindi di grande importanza. Una strategia ovvia è quella di dare l’immunoterapia nell’ambito della malattia residua minima, dopo che la massa tumorale è stata ridotta in modo ottimale con la chirurgia e la chemioterapia sistemica. Questa strategia di sequenziamento riduce al minimo l’impatto negativo della massa tumorale sulla potenza della risposta immunitaria antitumorale. Consente inoltre alla chemioterapia di modulare il fenotipo immunitario di qualsiasi cellula tumorale residua. Oltre a indurre la morte cellulare immunogenica e la secrezione di IFN di tipo I, le antracicline promuovono il reclutamento dipendente da CCL2 / CCR2 di cellule che presentano l’antigene funzionale nel sito tumorale, ma non nei linfonodi drenanti dal tumore (20). I farmaci chemioterapici distinti possono modulare l’immunogenicità intrinseca delle cellule tumorali attraverso una varietà di meccanismi (esaminati in 2). La chemioterapia può migliorare la presentazione dell’antigene tumorale regolando l’espressione degli antigeni tumorali stessi o delle molecole MHC di classe I a cui gli antigeni si legano. Alternativamente, la chemioterapia può upregulate le molecole co-stimulatory (B7-1) o downregulate le molecole co-inibitorie (PD-L1/B7-H1 o B7-H4) espresse sulla superficie della cellula tumorale, aumentante la forza dell’attività della cellula T dell’effettore. La chemioterapia può anche rendere le cellule tumorali più sensibili alla lisi mediata dalle cellule T attraverso meccanismi fas-, perforina-e granzyme B-dipendenti.

Un esempio di chemioterapia immunomodulante a dose standard è la gemcitabina, che ha effetti immunitari pleiotropici. Induce l’apoptosi delle cellule tumorali e migliora il cross-adescamento delle cellule T CD8+ in modelli animali (21). Inverte anche la presentazione incrociata difettosa degli antigeni tumorali mediante DCS infiltrante tumore (22). La somministrazione di gemcitabina prima della vaccinazione o di un agonista CD40 ha aumentato la sopravvivenza dei topi trattati con chemioimmunoterapia (21, 23). Al contrario, gemcitabina + cisplatino somministrato dopo immunoterapia con un vettore adenovirale che esprime IFNa (AdIFNa) aveva anche una maggiore attività antitumorale rispetto alla chemioterapia o all’AdIFNa da solo, aumentando i numeri, l’attivazione e il traffico dei linfociti infiltranti tumorali antigene-specifici (TIL) (24). Un altro studio ha dimostrato che, sebbene i livelli di cellule T periferiche antigene-specifiche fossero diminuiti, la gemcitabina concomitante aumentava l’efficacia di un vaccino basato su DC sia aumentando il traffico di cellule T che sensibilizzando le cellule tumorali alla lisi mediata dalle cellule T (25). La riduzione dell’immunità periferica è stata evitata somministrando gemcitabina dopo due cicli di vaccinazione. Inoltre, la gemcitabina ha ridotto significativamente le MDSC nei modelli animali preclinici (24, 26, 27). Questi principi sono stati esplorati nello studio TeloVac, uno studio clinico di fase 3 progettato per sfruttare strategicamente l’impatto della gemcitabina a dose standard sull’immunità e sulle risposte cliniche al vaccino promiscuo MHC di classe II della telomerasi GV1001 somministrato con GM-CSF adiuvante (28). Questo studio ha randomizzato 1062 pazienti con carcinoma pancreatico avanzato o metastatico 1:1:1 standard di gemcitabina/capecitabina chemioterapia (GemCap braccio 1), due cicli di GemCap seguita da vaccinazione giorni 1, 3, e 5, quindi settimanali x 3, e alla settimana 6 successivamente mensilmente fino alla progressione della malattia al momento in cui pazienti sono tornati a GemCap chemioterapia sequenziale braccio 2), o in concomitanza GemCap per 6 cicli con GV1001+GM-CSF dato come braccio 2 (concurrent braccio 3). L’endpoint primario di questo studio era il sistema operativo. OS nel braccio concorrente era praticamente identico al braccio di controllo GemCap, con una tendenza verso OS inferiore nel braccio sequenziale. I tassi di risposta oggettiva e la PFS erano significativamente peggiori nel braccio sequenziale rispetto a quelli degli altri due bracci. È importante sottolineare che il braccio sequenziale di questo studio è stato progettato in parte sulla base dei dati riassunti sopra, in cui un breve ciclo di chemioterapia prima della vaccinazione potrebbe migliorare la presentazione incrociata dell’antigene e un ritorno alla chemioterapia dopo la vaccinazione potrebbe aumentare l’immunità innescata dal vaccino rilasciando antigeni tumorali e smorzanti. La sinergia tra chemioterapia e immunoterapia nello studio TeloVac può essere stata prevenuta da almeno 3 fattori. In primo luogo, molti pazienti nel braccio sequenziale non sono mai tornati alla chemioterapia a causa della rapida progressione della malattia dopo aver iniziato la fase di vaccinazione della sequenza. Questo problema sostiene la sperimentazione di una strategia come questa in pazienti con un ritmo più lento della malattia, dando il tempo di vaccinazione per stabilire una risposta immunitaria antitumorale profonda e robusta (29). In secondo luogo, l’induzione dell’apoptosi delle cellule tumorali è necessaria per il miglioramento della cross-presentazione dell’antigene da parte della gemcitabina (21); l’analisi dell’induzione dell’apoptosi da parte di GemCap nello studio TeloVac ha rivelato che l’apoptosi è stata indotta in < 25% dei pazienti. Anche nei pazienti con evidenza di induzione dell’apoptosi, non vi era alcuna prova di una maggiore risposta immunitaria periferica dopo la vaccinazione (Middleton e colleghi, dati non pubblicati). Inoltre, l’esito dei pazienti che sono tornati alla chemioterapia dopo la vaccinazione non è stato migliore dei pazienti trattati con la sola chemioterapia (28). Infine, la modulazione del microambiente tumorale mediante chemioterapia potrebbe anche essere stata limitata dalle caratteristiche stromali del cancro del pancreas, poiché la sinergia terapeutica tra vaccino e gemcitabina nei modelli tumorali preclinici del pancreas è stata osservata con tumori pancreatici sub-cutanei ma non quando le stesse cellule tumorali pancreatiche sono state impiantate ortotopicamente (25). Anche di rilevanza, l’analisi delle MDSC in 19 pazienti trattati con GemCap standard non ha dimostrato una riduzione dei numeri di Lin−DR-CD11b+ MDSC, ma i numeri di MDSC sono diminuiti in 19/21 pazienti trattati con GemCap in concomitanza con GV1001 + GM-CSF (30). Nove di questi 21 pazienti hanno sviluppato cellule T specifiche per GV1001 e le MDSC sono diminuite in 8/9 di questi pazienti.

Altri studi hanno dimostrato che la chemioterapia standard può inibire l’immunoterapia. Uno studio di fase 2 ha integrato il pancreas GVAX con la terapia adiuvante standard in 60 pazienti con carcinoma pancreatico di stadio 2 e 3 (31). In questo studio clinico i partecipanti hanno sviluppato risposte specifiche delle cellule T della mesotelina dopo una vaccinazione prima dell’intervento chirurgico, quindi sono passati alla chemioterapia adiuvante a base di 5-fluorouracile prima di ricevere 3 ulteriori vaccinazioni di spinta. La risposta delle cellule T specifiche della mesotelina indotta dal vaccino è stata ridotta durante la chemioterapia adiuvante e ripristinata dalle vaccinazioni boost (Lutz, Laheru e colleghi, dati non pubblicati). Uno studio di fase 3 ha testato il GVAX prostatico combinato con la chemioterapia docetaxel a dose standard, randomizzando i pazienti a GVAX ogni 3 settimane con docetaxel ma senza prednisone, o docetaxel con prednisone 10 mg al giorno (32-33). Lo studio è stato chiuso dopo che 408 pazienti sono stati randomizzati a causa di uno squilibrio dei decessi nel braccio vaccinale rispetto al braccio di controllo. Almeno due fattori principali possono aver contribuito al fallimento di questo studio. Sebbene docetaxel sia stato segnalato per sopprimere MDSC e migliorare la funzione DC (34), e anche per indurre la traslocazione di calreticulina (35), questo vaccino non era mai stato testato con docetaxel a dose intera in clinica. La chemioterapia può quindi avere un’immunità indotta dal vaccino compromessa. Inoltre, il prednisone è un componente critico della terapia standard con docetaxel per questi pazienti ed è stato omesso dal braccio vaccinale a causa del timore che potesse inibire le risposte delle cellule T. In un altro studio, l’attività del vaccino vaiolo delle canarie ALVAC-CEA-B7.1 è stato testato in combinazione con 5-FU+lv+irinotecan in 118 pazienti con cancro colorettale metastatico, dove 3 cicli di vaccino da solo, seguito da vaccinazione combinata con la chemioterapia è stato dato a due gruppi, e 4 cicli di chemioterapia seguita da vaccinazione in pazienti senza progressione della malattia di chemioterapia che è stata data all’ultimo gruppo (36). Non sono emerse differenze significative tra i gruppi e la chemioterapia non ha inibito le cellule T specifiche del CEA. Infine, uno studio di fase 2 su un vaccino a base di virus del vaiolo codificante mucina-1 (MUC-1) e IL2 (TG4010) ha arruolato 148 pazienti con tumori MUC-1+ che hanno ricevuto 6 cicli di gemcitabina+cisplatino o vaccinazione con TG4010A e chemioterapia concomitante con 6 cicli di gemcitabina+cisplatino, dove la vaccinazione è continuata fino alla progressione della malattia (37). Le cellule natural killer CD16+CD56+CD69 + erano presenti a livelli normali nel 73,2% dei pazienti e sono state associate a un profilo di sicurezza più favorevole, a un miglioramento del tempo alla progressione (HR=0,5) e alla sopravvivenza globale (HR=0,6) nei pazienti trattati con TG4010. I pazienti con alti livelli di cellule natural killer attivate che hanno ricevuto TG4010 hanno avuto esiti peggiori. Sulla base di questi dati, uno studio di fase 3 è in fase di pianificazione. Piccoli studi multipli che hanno arruolato 10-28 pazienti hanno dimostrato che la chemioterapia standard concomitante o graduale non inibisce e può migliorare l’immunità indotta dal vaccino (2).

Antagonisti del checkpoint immunitario sono stati anche combinati con chemioterapia a dose standard, contemporaneamente o in sequenza. Uno studio seminale di fase 3 ha testato l’antagonista CTLA-4 ipilimumab o placebo in combinazione con dacarbazina a dose standard (850 mg/m2) in 502 pazienti con melanoma di stadio 4 (38). Questo studio ha dimostrato un miglioramento della sopravvivenza con ipilimumab combinato con dacarbazina rispetto alla sola dacarbazina. Due studi hanno esaminato la chemioterapia concomitante rispetto a quella graduale con ipilimumb in 204 pazienti con carcinoma polmonare non a piccole cellule (39) e 130 pazienti con carcinoma polmonare a piccole cellule in stadio esteso (SCLC) (40). In questi studi sono stati utilizzati paclitaxel standard (175 mg/m2) e carboplatino (AUC 6). I pazienti hanno ricevuto 4 cicli di chemioterapia + ipilimumab, seguiti da 2 cicli di chemioterapia, o 2 cicli di chemioterapia seguiti da 4 cicli di chemioterapia + ipilimumab. Per NSCLC, è stato osservato un miglioramento della PFS immuno-correlata e standard se i pazienti hanno ricevuto prima un trattamento graduale con chemioterapia, seguito da chemioterapia + ipilimumab, mentre per SCLC è stato osservato un miglioramento della PFS immuno-correlata ma non standard per questa stessa terapia graduale. Infine, un piccolo studio ha testato la proteina di fusione dell’immunoglobulina LAG-3 solubile ricombinante (Ig), IMP321, come componente della terapia con paclitaxel di prima linea in 30 pazienti con carcinoma mammario metastatico (41). IMP321 si lega con alta avidità alla classe MHC II, con conseguente attivazione di APC e successiva attivazione delle cellule T di memoria. La sopravvivenza libera da progressione a sei mesi è stata del 90% e le analisi dei biomarcatori hanno rivelato un aumento prolungato degli APC attivati e una maggiore percentuale di cellule T di memoria effettrice natural killer e CD8+.