Ανοσοθεραπεία καρκίνου: ανοσολογικές παράμετροι ως βιολογικοί δείκτες ανταπόκρισης ασθενών με καρκίνο

Abstract

Identification of tumor associated antigens (TAAs) contributed to the development of the peptide cancer vaccines, as a novel therapeutic approach in cancer. Clinical trials have shown promising results, though to a limited number of patients. Important limitations involve the multifunctionality of the immune system along with its interaction with the tumor, as well as the inappropriate clinical design. As far as the immune system is concerned, new therapeutic strategies combine inhibition of immunosuppressive elements, which usually flourish in tumor microenvironment, along with boosting of antitumor immune responses. Understanding how the immune system interacts with the tumor, leads to the improvement of the applied therapeutic approaches. On the other hand, cancer vaccine trials have failed to accomplish significant clinical responses due to the erroneous clinical design. Patient selection, as well as, the determination of the appropriate primary endpoints and immunologic monitoring are essential to successfully evaluate cancer vaccines and bring them to clinical use. Patient selection is an important procedure, since it indicates patients that could benefit from a specific treatment, hence contributing to the avoidance of overtreatment. The aim of the present dissertation is to suggest possible prognostic/predictive biomarkers for patient selection, based on the results of two immunotherapeutic clinical protocols with the HER2 peptide vaccine AE37. The AE37 vaccine consists of the native HER2 peptide ΑΕ36 (HER2(776-790)) chemically linked to the Ii-key (LRMK), a modification that actually enhances antigen presentation. Previous repots have shown that AE37 vaccine is safe and well tolerated, capable of inducing both CD4+ and CD8+ cellular immune responses in patients with HER2+ prostate or breast cancer. Results from the phase I clinical trial in prostate cancer patients showed that the AE37 can induce HER2 specific immune responses that could be detected even 3 years after the last inoculations. Retrospective analyses in the same patients, showed that preexisting levels of HER2 immunity and TGFβ plasma levels before the first inoculation, might have a prognostic role in the immunologic as well as clinical response in patients vaccinated with the AE37 peptide vaccine. More specifically, increased levels of preexisting IFNγ immunity in response to the native peptide AE36, correlated with better immunological response to the AE37 vaccine and better overall survival. However, elevated levels of TGFβ, an immunosuppressive factor, correlated with lower immunological responses and worse overall survival. Beside this, the magnitude of the DTH reaction seems to positively correspond to both immunological and clinical response. Given the fact that HLA molecules are considered genetic restricted elements, that indicate T cellular antitumor immune responses, we investigated the expression of HLA-A*24 and HLA-DRB1*11, in the context novel biomarkers’ identification. Even though the above mentioned alleles are rather common in Greek population, the percentage of patients expressing these alleles, and primarily HLA-A*24, was higher in prostate cancer patients who vaccinated with the AE37 and survived up to 4 years post initial diagnosis. Beside that the native AE36 exerts high binding affinity to HLA-DRB1*11, it also encompasses ΜΗC class I epitopes, including HLA-A*24. Our findings provide evidence that HLA-A*24 and HLA-DRB1*11 alleles might serve as biomarkers of the immunologic and clinical response, further contributing in effective selection of patients, that could gain benefit from the specific treatment. Moreover, we detected AE37 vaccine-induced CD4+ T cells in HLA-DRB1*11+ patients, in the context of vaccine evaluation. Further phenotypic and functional assessment revealed memory AE37/DR11+CD4+ Τ cells producing mainly Th1 cytokines, containing low number of suppressive regulatory T cells, which are a major concern regarding peptide vaccines that aim to stimulate primarily CD4+ T cells. Similar results regarding the role of preexisting immunity and the expression of HLA-DRB1*11 allele, were also obtained from the analysis in breast cancer patients vaccinated with A37, during the phase II clinical trial. More specifically, vaccinated patients with preexisting HER2 immunity had better overall survival, which was even more prominent in stage III patients. Beside this, in vaccinated patients, the HLA-DRB1*11 allele carriers exhibited better immunologic response to AE37, compared to the non-carriers. In our study, AE37 vaccine might not exert a therapeutic benefit in the total study population, during the specified follow-up period. However, proper stratification of patients might unveil subgroups of patients, who have gained benefit from AE37 vaccination. The findings of this dissertation contribute to the identification of biomarkers, of prognostic and predictive significance in patients’ response, who have received immunotherapy with the AE37 vaccination. At this point, it is important to underline that the current results are based on a small patient population, thus their validation requires larger clinical trials, recruiting a greater number of patients.

Η ταυτοποίηση των ΤΑΑs συνέβαλλε στην ανάπτυξη των πεπτιδικών εμβολίων, ως μια νέα θεραπευτική στρατηγική για τον καρκίνο που έχει κερδίσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας τα τελευταία χρόνια. Παρόλα αυτά, τα αποτελέσματα από κλινικές μελέτες δεν είναι τα αναμενόμενα, παρουσιάζοντας ακόμα πολύ χαμηλά ποσοστά ανταπόκρισης. Η έλλειψη της κλινικής αποτελεσματικότητας έγκειται στη πολυπλοκότητα του ανοσοποιητικού συστήματος και της αλληλεπίδρασης του με τον όγκο, καθώς και στον λανθασμένο σχεδιασμό των κλινικών μελετών.Όσον αφορά στον παράγοντα ανοσοποιητικό σύστημα, οι νεότερες στρατηγικές ανοσοθεραπείας στοχεύουν στη καταστολή ανοσοκατασταλτικών σημάτων, που κυριαρχούν στο μικροπεριβάλλον του όγκου, με ταυτόχρονη ενίσχυση της ανοσολογικής αντικαρκινικής απόκρισης. Όσο αυξάνεται η κατανόηση της λειτουργίας του ανοσοποιητικού συστήματος παρουσία του καρκίνου, τόσο εξελίσσονται οι θεραπευτικές προσεγγίσεις που μπορούν να εφαρμοστούν. Από την άλλη, ο κλινικός σχεδιασμός αποτελεί έναν από τους βασικότερους παράγοντες που μπορεί να συμβάλλει στην αποτυχία της στατιστικά σημαντικής κλινικής ανταπόκρισης των εμβολίων. Τα λάθη στον κλινικό σχεδιασμό συνήθως εντοπίζονται στην επιλογή των ασθενών, στη δοσολογία αλλά και στη χρονική στιγμή χορήγησης της θεραπείας. Επιπλέον, η αξιολόγηση της ανοσολογικής απόκρισης είναι πολύ σημαντική καθώς μπορεί να συμβάλλει στην ανάδειξη βιοδεικτών πρόβλεψης της ανοσολογικής αλλά και κλινικής ανταπόκρισης. Τέλος, τα διαφορετικά πρότυπα ανταπόκρισης στην ανοσοθεραπείας, σε σχέση, για παράδειγμα, με τη χημειοθεραπεία, απαιτούν διαφορετική εκτίμηση της κλινικής ανταπόκρισης χρονικά (primary endpoints).Η επιλογή των ασθενών είναι ιδιαίτερης σημασίας, διότι καθορίζονται οι ασθενείς που ενδέχεται να επωφεληθούν από το συγκεκριμένο ανοσοθεραπευτικό πρωτόκολλο, ενώ παράλληλα περιορίζεται η υπερβάλλουσα θεραπεία (over-treatment). Στα πλαίσια εύρεσης προβλεπτικών /προγνωστικών βιοδεικτών για την επιλογή ασθενών που θα μπορούσαν να λάβουν όφελος, η παρούσα διατριβή παρουσιάζει δεδομένα από την ανοσοθεραπεία με το HER2 πεπτιδικό εμβόλιο ΑΕ37, στα πλαίσια δυο κλινικών μελετών (φάσης Ι και ΙΙ). Το ΑΕ37 αποτελείται από το φυσικό πεπτίδιο ΑΕ36 (HER2(776-790)) της ογκοπρωτεΐνης HER2, στο οποίο έχει γίνει η προσθήκη της αλληλουχίας του Ii-key(LRMK) για την ενίσχυση της αντιγονοπαρουσίασης. Μελέτες έχουν δείξει πως το ΑΕ37 είναι ασφαλές και μπορεί να επάγει CD4+, αλλά και CD8+, Τ κυτταρικές αποκρίσεις σε ασθενείς με HER2+ καρκίνο του προστάτη και του μαστού. Με βάση τα αποτελέσματα από τη κλινική μελέτη φάσης Ι σε ασθενείς με καρκίνο του προστάτη, το ΑΕ37 μπορεί να επάγει ειδικές HER2 ανοσολογικές αποκρίσεις που μπορούν να ανιχνευθούν ακόμα και τρία χρόνια μετά την αναμνηστική δόση του εμβολίου. Όσον αφορά στην ανάδειξη βιοδεικτών, η αναδρομική μελέτη στους ίδιους ασθενείς, έδειξε πως η προϋπάρχουσα ανοσία στη HER2 καθώς και τα επίπεδα του TGFβ πριν την έναρξη των εμβολιασμών πιθανό να έχουν προγνωστικό ρόλο στην ανοσολογική αλλά και κλινική ανταπόκριση ασθενών που εμβολιάστηκαν με το ΑΕ37 πεπτιδικό εμβόλιο. Συγκεκριμένα τα αυξημένα επίπεδα IFNγ, ως απόκριση στο φυσικό πεπτίδιο ΑΕ36 πριν την έναρξη των εμβολιασμών, συσχετίστηκαν με καλύτερες ανοσολογικές αποκρίσεις στο ΑΕ37 και καλύτερη συνολική επιβίωση. Ενώ τα αυξημένα επίπεδα του παράγοντα TGFβ, γνωστός για τον ανοσοκατασταλτικό του ρόλο, συσχετίστηκαν με χαμηλότερες ανοσολογικές αποκρίσεις στο εμβόλιο και με χειρότερη συνολική επιβίωση. Επιπλέον το μέγεθος της αντίδρασης του DTH φαίνεται να σχετίζεται θετικά τόσο με την ανοσολογική όσο και με τη κλινική ανταπόκριση. Δεδομένου ότι τα HLA μόρια αποτελούν γενετικούς περιοριστικούς παράγοντες που καθορίζουν τις Τ κυτταρικές ανοσολογικές αποκρίσεις εναντίον του όγκου, έγινε συσχέτιση της έκφρασης του HLA-A*24 και του HLA-DRB1*11 στο πλαίσιο αναζήτησης βιοδεικτών. Αν και αυτά τα αλλήλια συναντώνται συχνά στον ελληνικό πληθυσμό, εντούτοις η συχνότητα τους, και κυρίως του HLA-A*24, ήταν αρκετά υψηλή στους ασθενείς με καρκίνο του προστάτη, που εμβολιάστηκαν με το ΑΕ37 και επιβίωσαν έως και τέσσερα χρόνια μετά την αρχική διάγνωση. Τα αποτελέσματα της μελέτης προτείνουν τα αλλήλια HLA-A*24 ή/και HLA-DRB1*11 ως πιθανούς δείκτες ανοσολογικής και κλινικής ανταπόκρισης στο εμβολιασμό με το ΑΕ37, συμβάλλοντας έτσι στην επιλογή ασθενών που θα μπορούσαν να έχουν όφελος από τη συγκεκριμένη θεραπεία. Επιπλέον, στα πλαίσια αξιολόγησης του εμβολίου, ανιχνεύθηκαν με τη χρήση τετραμερών, ΑΕ37 επαγόμενα από το εμβόλιο CD4+ T λεμφοκύτταρα σε HLA-DRB1*11 θετικούς ασθενείς. Περαιτέρω φαινοτυπική ανάλυση έδειξε πως τα AE37/DR11+CD4+ Τ λεμφοκύτταρα ανήκουν στην ανοσολογική μνήμη και παράγουν κυρίως Th1 κυτταροκίνες, ενώ πολύ σημαντικό εύρημα είναι ότι δεν περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό ρυθμιστικών Τ λεμφοκυττάρων. Παρόμοια αποτελέσματα για το ρόλο της προϋπάρχουσας ανοσίας και του HLA-DRB1*11 αλληλίου παρατηρήθηκαν στις ασθενείς με καρκίνο του μαστού που έλαβαν το ΑΕ37 εμβόλιο κατά τη διάρκεια της κλινικής μελέτης φάσης ΙΙ. Συγκεκριμένα, ασθενείς που εμβολιάστηκαν, με προϋπάρχουσα HER2 ανοσία, παρουσίασαν ένα πλεονέκτημα στην επιβίωση ελεύθερης νόσου, που ήταν ακόμη μεγαλύτερο στις ασθενείς σταδίου ΙΙΙ. Παράλληλα οι HLA-DRB1*11+ ασθενείς εκδήλωσαν καλύτερες ανοσολογικές αποκρίσεις στο ΑΕ37 σε σχέση με τις αρνητικές, που είχαν λάβει επίσης το εμβόλιο.Σε αυτό το σημείο, είναι σημαντικό να αναφέρουμε πως η επιλογή των ασθενών σε μια κλινική μελέτη παίζει εξίσου ιδιαίτερο ρόλο στην αξιολόγηση της ανοσολογικής και κλινικής ανταπόκρισης. Στη περίπτωση του ΑΕ37 εμβολίου, μπορεί το όφελος να μην ήταν τόσο εμφανές στο συνολικό πληθυσμό, στο προκαθορισμένο χρονικό διάστημα κλινικής παρακολούθησης, όμως η κατηγοριοποίηση των ασθενών σε κάποιες υποομάδες κατάφερε να αναδείξει ασθενείς που ωφελήθηκαν σημαντικά. Τα ευρήματα της παρούσας διατριβής συμβάλλουν στην ανάδειξη πιθανών βιοδεικτών με προβλεπτική και προγνωστική αξία στην ανταπόκριση ασθενών που έχουν λάβει ανοσοθεραπεία με το πεπτιδικό εμβόλιο ΑΕ37. Ολοκληρώνοντας, αξίζει να τονιστεί πως τα παραπάνω αποτελέσματα βασίζονται σε ένα μικρό πληθυσμό ασθενών ή είναι αποτελέσματα πρώιμων μελετών, επομένως είναι απαραίτητο να ακολουθήσουν μεγαλύτερες μελέτες, σε μεγαλύτερο πλήθος ασθενών, ώστε να γίνει σωστή ταυτοποίηση και αξιολόγησή τους.