Effect van pembrolizumab op biomarkers gerelateerd met intratumorale immuniteit, proliferatie en apoptose in vroege ER/PR negatieve borstkanker

Tot dertig procent van de patiënten met vroege borstkanker zal uiteindelijk uitzaaiingen ontwikkelen. Dit leidt tot een voortdurende zoektocht naar behandelingen om de overleving van deze patiënten op lange termijn te verbeteren. Immuun checkpoint inhibitoren (ICI) zijn veelbelovend en er werden reeds goede resultaten behaald bij huidkanker en niet-kleincellige longkanker. Bij borstkanker, en vooral bij triple negative borstkanker, is een klinisch voordeel aangetoond van de toevoeging van ICI aan de standaardtherapie, zowel in een metastatisch als in een vroeg stadium van de ziekte. Slechts een kleine subgroep van patiënten ervaart echter duurzame en langdurige ziektecontrole door ICI, terwijl veel tumoren waarschijnlijk niet zullen reageren. Bovendien kan meetbare anti-tumoractiviteit trager optreden bij immuuntherapie dan bij cytotoxische therapieën en kunnen tumoren vergroten alvorens te krimpen.

Daarom ontwierpen wij een window-of-opportunity studie (BioKey) om de korte termijneffecten van de ICI pembrolizumab te evalueren met behulp van bio merker bepaling bij patiënten met vroege borstkanker. Hierbij werden meerdere biomerkers vergeleken vóór de behandeling met ICI en bij chirurgie.

Verder is een beter begrip van de tumor immuun micro-omgeving van triple negative borsttumoren en de andere moleculaire subtypes van borsttumoren van het grootste belang voor het identificeren en implementeren van nieuwe biomerkers in de behandeling van borstkanker met ICI. Veranderingen gerelateerd aan intratumorale immuniteit en proliferatie kunnen bewijs leveren voor de biologische activiteit van pembrolizumab. De overgrote meerderheid van de studies die ICI bij patiënten met borstkanker hebben onderzocht, hebben zich gericht op triple negative borstkanker. In onze retrospectieve studie, waren wij in staat om aan te tonen dat de tumor immuun micro-omgeving zeer vergelijkbaar is voor triple negative en hormoon receptor-negatieve HER2-positieve borsttumoren, door een diepgaande karakterisering van de tumor immuun micro-omgeving uit te voeren. Een vergelijkende analyse van triple negative en HER2-positieve borsttumoren bracht geen significante verschillen aan het licht met betrekking tot sTIL en de meerderheid van de onderzochte immuun cel subpopulaties (CD3, CD4, CD8, CD73, PD-1, PD-L1). Wij stelden echter significant hogere niveaus van CD68+ en FOXP3+ cellen vast in triple negative borstkanker in vergelijking met HER2-positieve tumoren. Daarnaast hebben wij een gelijkaardige vergelijking uitgevoerd met behulp van openbaar beschikbare transcriptoom gegevens. Deze gecombineerde resultaten tonen een vergelijkbare tumor immuun micro-omgeving in beide groepen, met mogelijke implicaties voor het gebruik van ICI bij patiënten met hormoon receptor-negatieve HER2-positieve borsttumoren.

BioKey was een single center, prospectieve, open-label, niet-gerandomiseerde studie bij patiënten met een niet-metastatisch nieuw gediagnosticeerd primair invasief carcinoom van de borst. Alle patiënten werden behandeld met één intraveneuze toediening van 200 mg pembrolizumab op 10 ± 4 dagen voor de operatie. De studie bestond uit 2 cohorten met in totaal 54 patiënten; in cohort A werden 39 patiënten geïncludeerd die gepland waren voor up front chirurgie. In cohort B werden 15 patiënten geïncludeerd met geschatte residuele tumorgrootte van ten minste 10 mm op beeldvorming na neo-adjuvante chemotherapie. De patiënten werden zorgvuldig gecontroleerd op de ontwikkeling van bijwerkingen. Deze werden actief beoordeeld op 10 ± 4 dagen en 30 ± 7 dagen na toediening van de studiemedicatie.

Single-cell transcriptoom, T-cel receptor en proteoom profilering werden gebruikt om gepaarde pre-behandeling versus bij-behandeling biopten te vergelijken. Vóór de behandeling bevatte een derde van de tumoren PD1-expanderende T-cellen, die zich clonaal uitbreidden na de anti-PD1 therapie. Deze expansie betrof voornamelijk CD8+ T-cellen met verhoogde expressie van cytotoxische activiteit, immuun cel homing en uitputting merkers, evenals CD4+ T-cellen met verbeterde T-helper-1 en folliculaire-helper activiteit. Deze patiënten werden aangeduid als patiënten met clonotype expansie of "expanders" (E), terwijl patiënten zonder clonotype expansie werden beschouwd als "non-expanders" (NE). Vóór de behandeling correleerden immuun regulerende dendritische cellen en verschillende macrofaagfenotypes die PD-L1 tot expressie brengen, en kankercellen die MHC-klasse I/II expressie vertonen, positief met T-cel expansie. Wij stelden een immuun landschap vast bestaande uit verschillende immuun fenotypes en geassocieerde genensets die positief of negatief gecorreleerd zijn met T-cel expansie na anti-PD1. Onze gegevens suggereren nieuwe biomerkers of potentiële immuun therapeutische modaliteiten om het klinische voordeel van immuun checkpoint blokkade te verbeteren.

Tenslotte hebben we de tumor immuun micro-omgeving van het fenotype van expander met centrale pathologie onderzocht. Wij stelden vast dat i) hogere niveaus van sTIL, PD-1+ sTIL, PD-L1+ en FOXP3+ cellen in de voorbehandelingsbiopten, ii) hogere niveaus van sTIL, PD-1+ sTIL, PD-L1+, CD3+, CD4+, CD8+, CD68+, FOXP3+ cellen en Ki67 in het chirurgisch specimen na de behandeling en iii) hogere deltawaarden (chirurgisch specimen - biopsie) van sTIL, CD3+, CD4+, CD8+, CD68+ en Ki67 zijn geassocieerd met het expander fenotype. Wij waren in staat om associaties te detecteren tussen verschillende cel populaties van de tumor immuun micro-omgeving geëvalueerd voor en na een enkele dosis van pembrolizumab en het T-cel expansie fenotype eerder gedefinieerd op het single-cell niveau.

In een laatste hoofdstuk bespreken we de immuun gerelateerde adverse events (irAE’s) na een enkele dosis pembrolizumab. Tweeëntwintig patiënten (41%) ervoeren ten minste één bijwerking in de follow-up periode. In het algemeen waren de irAE's mild (graad I of II), en in de meeste gevallen was geen interventie nodig. De waargenomen AE's waren gebruikelijke AE's in de context van ICI en hielden voornamelijk verband met gastro-intestinale aandoeningen, huid- en subcutane aandoeningen en hyperthyreoïdie. Twee patiënten ontwikkelden late irAE's, die zij 115 en 101 dagen na toediening van de studiemedicatie meldden. Bij de eerste patiënt werden sarcoïdose en uveïtis gediagnosticeerd en bij de tweede patiënt ernstige hepatitis. Beide patiënten ontwikkelden aanvankelijk hyperthyreoïdie, die later overging in hypothyreoïdie. Onze waarnemingen versterken het belang van klinische waakzaamheid voor late irAE's na het staken van ICI en impliceren dat slechts één enkele dosis ICI een langdurig immunomodulerend effect kan hebben.

Concluderend hebben wij waargenomen dat bij één op de drie patiënten een uitgesproken clonotype expansie van PD-1-exponderende proliferatieve T-cellen werd aangetoond langs CD8+ of CD4+ trajecten in de biopten na de behandeling na één dosis pembrolizumab. Wij stellen de hypothese voorop dat deze uitbreiding van het clonotype van T-cellen een mechanisme is van respons op pembrolizumab. Deze uitgesproken clonotype expansie was niet beperkt tot patiënten met TNBC, maar werd ook waargenomen bij patiënten met HR-positieve HER2-positieve en HR-positieve BC.

Clonotype expansie is duidelijk meetbaar via single-cell profiling.  De immunohistochemische gegevens toonden associaties aan tussen de status van clonotype uitbreiding, vooraf bepaald op basis van single-cell profiling, en niveaus van sTIL en expressie van verschillende andere immuun merkers. Desondanks waren we niet in staat om de clonotype expansie status van patiënten te voorspellen met behulp van immuunhistochemie alleen.  Een nieuwe neo-adjuvante klinische studie werd ontworpen en zal binnenkort starten om de validatie van onze bevindingen mogelijk te maken en om te evalueren of uitbreiding van het clonotype van T-cellen inderdaad geassocieerd is met een klinisch voordeel van ICI.