ADC rewolucjonizują terapię nowotworów – nowe spojrzenie na mechanizmy działania

Czy ADC rewolucjonizują terapię nowotworów?

Koniugaty przeciwciało-lek (ADC) stanowią obiecującą strategię terapeutyczną w leczeniu nowotworów, potencjalnie zwiększając skuteczność przy jednoczesnym zmniejszeniu toksyczności systemowej. Chociaż wskaźniki przeżycia długoterminowego u dzieci i młodzieży z chorobą nowotworową znacząco poprawiły się w ciągu ostatnich pięciu dekad, rokowanie dla pacjentów pediatrycznych z nawrotowymi lub przerzutowymi guzami litymi pozostaje niekorzystne mimo stosowania agresywnych terapii wielomodalnych. Istnieje zatem pilna potrzeba opracowania innowacyjnych strategii leczenia, które poprawią wyniki i zmniejszą częstość oraz nasilenie działań niepożądanych związanych z leczeniem.

Trastuzumab deruxtecan (T-DXd) jest koniugatem przeciwciało-lek trzeciej generacji, składającym się z przeciwciała anty-HER2, rozszczepiającego linkera tetrapeptydowego oraz inhibitora topoizomerazy I (DXd) jako ładunku cytotoksycznego. T-DXd został zaprojektowany z wysokim stosunkiem lek-przeciwciało (DAR) wynoszącym 8:1, co umożliwia silne działanie przeciwnowotworowe. Lek wykazał znaczącą aktywność przeciwnowotworową w nowotworach u dorosłych i jest obecnie zatwierdzony przez FDA do leczenia nieoperacyjnego lub przerzutowego raka piersi HER2-dodatniego, miejscowo zaawansowanego lub przerzutowego raka żołądka HER2-dodatniego, oraz nieoperacyjnego lub przerzutowego niedrobnokomórkowego raka płuca (NSCLC) z aktywującymi mutacjami HER2 (ERBB2).

W świetle obiecujących wyników T-DXd w nowotworach u dorosłych, Pediatryczne Konsorcjum Testów Przedklinicznych (PPTC) zbadało skuteczność T-DXd w modelach nowotworów pediatrycznych. Nowotwory pediatryczne takie jak kostniakomięsak (OST), guz Wilmsa (WT) i złośliwe guzy rabdoidne (MRT) wykazały ekspresję HER2. Jednak w przeciwieństwie do nowotworów u dorosłych, gdzie nadekspresja HER2 jest zwykle związana z amplifikacją genu, guzy pediatryczne rzadko wykazują amplifikację HER2. Mimo to, badanie PPTC wykazało znaczącą aktywność przeciwnowotworową i wydłużone przeżycie wolne od zdarzeń dla T-DXd w kilku modelach pediatrycznych, w tym OST, co wspiera rozwój pediatrycznego badania klinicznego fazy II dla T-DXd u pacjentów z nawrotowym OST z ekspresją HER2.

Oprócz działania na komórki nowotworowe wykazujące ekspresję antygenu, rozszczepiany enzymatycznie linker i wysoce przepuszczalny ładunek rozszerzają cytotoksyczne działanie T-DXd na komórki guza z niską lub zerową ekspresją antygenu, jak wykazano w niedawnych badaniach raka piersi i żołądka. W badaniu DESTINY dotyczącym raka piersi, T-DXd okazał się lepszy od chemioterapii wybranej przez lekarza u pacjentów z niską ekspresją HER2, poprawiając przeżycie wolne od progresji i przeżycie całkowite. Było to pierwsze badanie podkreślające kliniczne znaczenie T-DXd w raku piersi z niską ekspresją HER2, rozszerzając potencjalne korzyści na pacjentów wcześniej wykluczonych z badań nad ADC skierowanymi przeciwko HER2.

Rozwijając te ustalenia, badanie DAISY oceniło skuteczność T-DXd u pacjentów z silnie przeleczonym przerzutowym rakiem piersi z różnymi poziomami ekspresji HER2, w tym HER2-zerowym/ujemnym, HER2-niskim (niski poziom HER2 IHC 1+ lub 2+, znikoma detekcja ERBB2 metodą hybrydyzacji in situ (ISH)) oraz nadekspresją HER2 (HER2 IHC 3+, pozytywna detekcja ERBB2 metodą ISH). W tym badaniu obiektywne wskaźniki odpowiedzi na T-DXd wynosiły odpowiednio 30%, 38% i 71% u pacjentów z guzami HER2-zerowymi, HER2-niskimi i z nadekspresją HER2. Choć aktywność T-DXd rosła wraz z wyższą ekspresją HER2, umiarkowaną aktywność przeciwnowotworową obserwowano również u pacjentów z wynikiem IHC HER2-ujemnym, sugerując, że skuteczność leku może być częściowo mediowana przez mechanizmy niezależne od HER2.

Jak T-DXd sprawdza się w badaniach przedklinicznych?

Biorąc pod uwagę obiecujące wyniki przedkliniczne z badania PPTC i pojawiającą się skuteczność kliniczną T-DXd w nowotworach z niską/zerową ekspresją HER2, zbadaliśmy potencjalne zastosowanie kliniczne T-DXd w histologiach pediatrycznych w panelu modeli guzów litych pediatrycznych o zmiennej ekspresji HER2.

Nasze badanie oceniło przedkliniczną aktywność T-DXd przeciwko rozszerzonemu panelowi modeli guzów litych pediatrycznych pochodzących od pacjentów. Wcześniejsze prace PPTC wykazały przedkliniczną skuteczność T-DXd w pediatrycznych modelach ksenograftów różnych histologii, jednak jego skuteczność w OST była jedynie umiarkowana. Chociaż sześć z siedmiu modeli ksenograftów OST z pozytywną ekspresją mRNA HER2 osiągnęło wydłużone przeżycie wolne od zdarzeń, najlepsza ogólna odpowiedź ograniczała się do stabilizacji choroby w zaledwie jednym modelu.

W naszym badaniu wykazaliśmy nieznaczną poprawę wskaźników odpowiedzi dla PDX OST, jednak linie komórkowe OST wykazywały tendencję do oporności na ładunek ADC in vitro. Te rozbieżne dane dotyczące OST kontrastowały z danymi z modeli WT, MRT i desmoplastycznego guza drobnookrągłokomórkowego (DSRCT), które wykazały zarówno niskie wartości IC₅₀ in vitro, jak i solidną kontrolę guza in vivo, co potwierdza ogólną zgodność między wrażliwością in vitro a aktywnością in vivo w naszych badaniach.

Aby ocenić ekspresję białka HER2, przeprowadziliśmy badania immunohistochemiczne (IHC) z użyciem klonów CB11, 29D8 oraz HercepTest™, które wykazały negatywne barwienie HER2 we wszystkich modelach poza jednym (MSKOST-53898), który wykazywał tylko izolowany obszar barwienia 1+ z klonem 29D8. Wykorzystując lizaty całych komórek, Western bloty z przeciwciałami HER2 klonów 29D8 i CB11 również nie wykazały wykrywalnej ekspresji w czterech analizowanych guzach PDX OST (2 wrażliwe na T-DXd i 2 oporne na T-DXd PDX OST z powyższych badań). Spektrometria masowa (MS) została przeprowadzona na utrwalonych formaliną i zatopionych w parafinie (FFPE) guzach PDX uzyskanych od zwierząt przydzielonych do grupy kontrolnej (n=6) lub leczonej T-DXd (n=8; 4 wrażliwe na T-DXd plus 4 oporne na T-DXd PDX OST). Podczas gdy EGFR mógł być wykryty we wszystkich modelach, nie było mierzalnych poziomów HER2 w żadnej z próbek guza PDX, co jest zgodne z analizami IHC i Western blot. Co więcej, choć byliśmy w stanie wykryć transkrypty ERBB2/HER2 w modelach OST za pomocą qRT-PCR, nie było korelacji między poziomem mRNA a odpowiedzią in vivo w modelach OST leczonych T-DXd. Te dane pokazują, że chociaż leczenie T-DXd skutkowało 61% ogólnym wskaźnikiem kontroli choroby w modelach PDX OST, ekspresja HER2 nie była predyktorem odpowiedzi.

Czy ekspresja HER2 przewiduje skuteczność T-DXd?

W porównaniu z badaniem PPTC, gdzie obserwowano zmienną ekspresję HER2 w PDX OST, również zaobserwowaliśmy zmienną ekspresję błonową HER2 w PDX OST w zależności od użytego klonu przeciwciała i bez wyraźnej korelacji z odpowiedzią na lek. Rozbieżność może odzwierciedlać różnice techniczne (klon przeciwciała, protokoły IHC, konserwacja tkanek) w ocenie ekspresji HER2, a także biologiczną heterogenność kohort modeli, podkreślając kwestie związane z zastosowaniem testów IHC jako narzędzi przesiewowych oraz potrzebę standaryzacji podejść do oceny IHC w guzach mezenchymalnych.

Aby ocenić wewnętrzną wrażliwość komórek nowotworów pediatrycznych na ładunek DXd i ocenić wkład ekspresji HER2 w wrażliwość na T-DXd, oceniliśmy aktywność in vitro w szerokim panelu 31 linii komórkowych guzów litych pediatrycznych traktowanych T-DXd, izotypowym kontrolnym ADC lub samym ładunkiem (DXd). Wrażliwość, wyrażona jako stężenia hamujące połowę maksymalnego działania (IC₅₀), traktowanych linii komórkowych, została porównana z linią gruczolakoraka płuc z amplifikacją HER2 (Calu-3). Na podstawie wcześniejszych danych farmakokinetycznych T-DXd, IC₅₀ <100 nM jest uważane za odzwierciedlające wysoką potencję in vitro i potencjalne znaczenie in vivo, biorąc pod uwagę typowe szczytowe stężenia w osoczu osiągane w dawkowaniu klinicznym. Wrażliwość na cytotoksyczny ładunek wahała się w zakresie 3 rzędów wielkości (0,35 nM – 550 nM) i różniła się w zależności od histologii, przy czym linie komórkowe guza Wilmsa, MRT i DSRCT wykazywały największą wrażliwość, a linie komórkowe OST były wśród najbardziej opornych, przy czym połowa modeli wykazywała IC₅₀ >100 nM. Linie komórkowe OST, nerwiaka zarodkowego i glejaka wielopostaciowego były generalnie oporne na T-DXd z wartościami IC₅₀ > 1 μM. Jednak kilka histologii wykazało wrażliwość na T-DXd przy stężeniach submikromolarnych, w tym mięsak Ewinga (zakres IC₅₀: 56 nM – 111 nM), MRT (52 nM – 184 nM), rdzeniak (78 nM – 295 nM), WT (98 nM – 436 nM) i mięsak prążkowanokomórkowy (106 nM – 525 nM). Co ważne, wrażliwość linii komórkowych na izotypowy kontrolny ADC była zbliżona do wrażliwości na T-DXd. W przeciwieństwie do tego, linia komórkowa raka płuc Calu-3 była 34-krotnie bardziej wrażliwa na T-DXd niż na izotypowy kontrolny ADC. Razem, ten screening odkrył zmienną wrażliwość na DXd i koniugaty DXd w różnych histologiach nowotworów pediatrycznych, najwyższą oporność w komórkach OST i nerwiaka zarodkowego, oraz brak dowodów na to, że ukierunkowanie na HER2 dodaje znaczącą selektywność terapeutyczną in vitro.

Zgodnie z tymi wynikami przedklinicznymi, późniejsze badanie kliniczne PEPN1924 z użyciem T-DXd w nawrotowym kostniakomięsaku nie wykazało korzyści w OST z ekspresją HER2, z tylko 1 z 9 pacjentów wykazującym stabilizację choroby, co doprowadziło do wcześniejszego zakończenia badania. Co więcej, pacjent wykazujący stabilizację choroby miał najniższy poziom ekspresji HER2 (15% pozytywności HER2) w przeciwieństwie do innych pacjentów z progresją choroby (30-100% barwienia HER2).

Biorąc pod uwagę wewnętrzną oporność na DXd w OST, staraliśmy się zdefiniować dodatkowe histologie guzów litych pediatrycznych, które mogą być bardziej podatne na aktywność T-DXd. Ekspresja białka HER2 została oceniona w pan-pediatrycznej macierzy tkankowej PDX (TMA) za pomocą immunohistochemii z wykorzystaniem dwóch klinicznie zwalidowanych przeciwciał HER2, klonu CB11 i klonu 4B5, stosowanych odpowiednio w obecnych badaniach klinicznych OST i raka piersi. Pediatryczna TMA PDX obejmuje łącznie 244 modele w 44 histologiach nowotworów pediatrycznych. Barwienie klonem CB11 wykazało pozytywne barwienie w 27% (n=66/244) próbek. Pozytywne barwienie obserwowano w DSRCT (64%, n=18/28), wyściółczaku (100%, n=2/2), MRT (67%, n=2/3), OST (24%, n=13/55), mięsaku prążkowanokomórkowym (4%, n=1/26) i WT (8%, n=1/12). Zaobserwowaliśmy znikome barwienie klonem 4B5, co sugeruje wyższy próg detekcji dla tego przeciwciała.

Jakie mechanizmy niezależne od HER2 wpływają na efektywność leku?

Ponieważ aktywność przeciwnowotworowa T-DXd może być mediowana zarówno przez aktywności ukierunkowane na HER2, jak i niezależne od HER2, staraliśmy się rozszerzyć porównanie T-DXd vs. izotypowy kontrolny ADC na modele in vivo. Na podstawie istniejących danych przedklinicznych, danych TMA PDX powyżej i testów wrażliwości in vitro, skupiliśmy się na modelach DSRCT i guzów nerek o różnych poziomach ekspresji HER2 według IHC. Aby zwiększyć naszą zdolność do odkrycia aktywności ukierunkowanej na HER2, zwierzęta były leczone szerszym zakresem dawek, zaczynając od 1 mg/kg, a aktywność T-DXd była porównywana zarówno z izotypowym kontrolnym ADC, jak i kontrolą z nośnikiem.

Przy wyższych dawkach zarówno T-DXd, jak i izotypowy kontrolny ADC wykazały znaczącą aktywność przeciwnowotworową w większości modeli PDX, w tym regresję guza zarówno w modelach WT, jak i DSRCT. Przy niższych dawkach, dowody na selektywność mediowaną przez HER2 były również widoczne w wielu modelach, najbardziej zauważalnie w modelu WT HER2+ MSKREN-94456. Co ważne, pomimo barwienia białka HER2 w PDX MRT (MSKMRT-29749), progresywną chorobę obserwowano na wszystkich poziomach dawek w tym modelu, prawdopodobnie odzwierciedlając wewnętrzną oporność na cytotoksyczny ładunek.

W badaniach przedklinicznych PPTC konsekwentnie obserwowano wysoką względną ekspresję HER2 ocenianą przez RNAseq w innych histologiach pediatrycznych, szczególnie w WT i MRT, z istotnymi odpowiedziami przeciwnowotworowymi na T-DXd, które obejmowały trwałe całkowite remisje. Zaobserwowaliśmy podobne poziomy ekspresji HER2 w naszej kohorcie próbek PDX pediatrycznych ocenianych za pomocą IHC, w tym stosunkowo wysoką pozytywność w DSRCT – rzadkiej i niemal uniwersalnie śmiertelnej chorobie z ograniczonymi opcjami leczenia.

Co godne uwagi, nasze badanie wykazało znaczącą trwałą regresję guza w modelach PDX WT i DSRCT, niezależnie od poziomów ekspresji białka HER2, po leczeniu klinicznie istotnymi dawkami T-DXd. Niedawne badania przedkliniczne również wykazały wrażliwość pediatrycznych linii komórkowych guzów litych na T-DXd niezależnie od ekspresji HER2. Wyniki te są poparte niedawnymi pracami Zhanga i wsp., którzy donoszą, że koniugaty przeciwciało-lek skierowane przeciwko HER2, w tym T-DXd, indukowały aktywność przeciwnowotworową w modelach DSRCT z heterogeniczną ekspresją HER2, w tym modelach z niską lub ultraniską ekspresją HER2.

“Nasze wyniki podkreślają, że aktywność przeciwnowotworowa T-DXd w modelach DSRCT może być obserwowana nawet przy niskiej lub ultraniskiej ekspresji HER2, co sugeruje potencjalne korzyści kliniczne niezależnie od statusu HER2” – piszą autorzy badania Zhanga.

Czy tradycyjne testy HER2 są wystarczające?

Chociaż uznajemy, że potrzebne są dalsze badania mechanistyczne, aby w pełni wyjaśnić zaangażowane szlaki, wyniki te potwierdzają dowody z badań DAISY wskazujące, że skuteczność T-DXd jest przynajmniej częściowo napędzana mechanizmami niezależnymi od HER2. Jest to również dalej wyjaśnione w naszym badaniu, gdzie aktywność izotypowego kontrolnego ADC była niemal identyczna z T-DXd w wielu modelach przedklinicznych. Według naszej wiedzy, jest to pierwszy raport wykorzystujący ramię kontrolne izotypowego ADC w pediatrycznych badaniach przedklinicznych T-DXd i podkreśla znaczenie włączenia kontroli izotypowych do badań przedklinicznych ADC. Co więcej, nasze ustalenia pokazują, że ekspresja HER2 mierzona za pomocą IHC jest słabym predyktorem odpowiedzi na lek, wspierając potrzebę ponownego rozważenia jej roli jako biomarkera predykcyjnego do określania kwalifikowalności do badań klinicznych w nowotworach pediatrycznych w przyszłości.

Historycznie, testy IHC HER2 wykazywały znaczącą zmienność przy replikacji z użyciem tego samego przeciwciała lub między alternatywnymi klonami przeciwciał. Niespójności obserwowano również zarówno w obrębie laboratoriów, jak i między nimi, przyczyniając się do wyzwań w standaryzacji testów IHC HER2 do celów kwalifikacyjnych. Rzeczywiście, immunobarwienie HER2 naszej pediatrycznej TMA i modeli PDX było wysoce zmienne dla testowanych przeciwciał. Klon przeciwciała HER2 4B5, stosowany w niedawnych badaniach raka piersi DESTINY i DAISY, również nie wykazał żadnej immunoreaktywności HER2 w pediatrycznych próbkach guza, pomimo pozytywnego barwienia klonami CB11 i 29D8. Ta rozbieżność podkreśla krytyczne ograniczenie w obecnych testach HER2 w pediatrii i innych nowotworach o niskiej ekspresji HER2 oraz wspiera dowody z niedawnych badań klinicznych raka piersi, że IHC nie jest optymalnym testem do określania statusu HER2 w guzach o niskich poziomach ekspresji.

Jakie alternatywne mechanizmy mogą tłumaczyć efektywność T-DXd?

Czy możliwe jest, że tradycyjne metody oceny ekspresji HER2 mogą nie być odpowiednie dla pediatrycznych typów nowotworów? Jakie alternatywne biomarkery mogłyby lepiej przewidywać odpowiedź na terapię T-DXd?

Dalsze badanie różnych mechanizmów działania T-DXd może dostarczyć cennych informacji na temat potencjalnych alternatywnych biomarkerów do eksploracji. Podczas gdy selektywność ADC tradycyjnie opierała się na ekspresji antygenu docelowego na powierzchni komórki nowotworowej, ładunki mogą dyfundować przez błonę komórki nowotworowej i wpływać na sąsiednie komórki poprzez efekt bystander, wywierając tym samym aktywność przeciwnowotworową na komórki nowotworowe, które nie wykazują ekspresji antygenu docelowego. Kilka badań podkreśliło znaczenie efektu bystander w skuteczności ADC.

Dodatkowo, stawiamy hipotezę, że zwiększona przepuszczalność i retencja (EPR), w połączeniu z aktywnością proteaz w mikrośrodowisku guza, może odgrywać kluczową rolę w guzach niewykazujących ekspresji HER2, gdzie nieszczelne naczynia guza i niedojrzały drenaż limfatyczny ułatwiają lepsze dostarczanie leku i zwiększają ekspozycję guza na ładunek. Rzeczywiście, Tsao i współpracownicy wykazali, że zewnątrzkomórkowe proteazy w mikrośrodowisku guza mogą ułatwiać uwalnianie ładunku T-DXd niezależnie od statusu HER2.

Zarówno efekt bystander, jak i EPR pozwalają na bierną dyfuzję ADC do komórek niewykazujących ekspresji antygenu, wewnętrzna wrażliwość guza na ładunek staje się kluczowa dla skuteczności ADC. Ocena wrażliwości lub oporności guza na ładunek może zatem oferować bardziej wiarygodne wskazanie potencjalnej skuteczności T-DXd niż sama immunohistochemia HER2. Zrozumienie, jak guzy reagują na ładunek, niezależnie od ekspresji HER2, mogłoby poszerzyć zakres histologii, które odnoszą korzyści z T-DXd i poprawić ogólne wyniki pacjentów.

Jakie perspektywy na przyszłość dla T-DXd w pediatryce?

Wspierane przez opisane dowody przedkliniczne, pozarejestracyjne zastosowanie T-DXd w małej grupie ciężko przeleczonych pacjentów z DSRCT w MSKCC wykazało wczesne oznaki aktywności klinicznej z minimalną toksycznością, podobnie jak zaobserwowano w niedawnej serii pacjentów z DSRCT. Jednak pomimo stosunkowo wyższej ekspresji HER2 w DSRCT w porównaniu do innych ocenianych histologii, odpowiedzi kliniczne nie korelowały z ekspresją HER2 mierzoną przez RNAseq lub IHC.

Podsumowując, nasze doświadczenie przedkliniczne dostarcza wsparcia dla dalszych niezależnych od biomarkerów badań klinicznych T-DXd w DSRCT i guzach nerek. W konsekwencji, poprawka do obecnego badania PEPN1924 jest w trakcie realizacji i ma na celu rozszerzenie dostępu do T-DXd dla pacjentów z DSRCT i guzem Wilmsa, bez konieczności wstępnego screeningu HER2. Dalsza eksploracja statusu HER2 jako predyktora odpowiedzi będzie adresowana jako korelacyjny punkt końcowy, a nie kryterium włączenia.

W celu dalszej eksploracji alternatywnych biomarkerów odpowiedzi, przyszłe badania oceniające wewnętrzne cechy guza, takie jak ekspresja TOP1, sygnatury naprawy uszkodzeń DNA, aktywność proteaz w kompartmencie pozakomórkowym oraz badanie sygnatur RNAseq z przypadków odpowiadających i nieodpowiadających, będą wspierać identyfikację kandydatów na biomarkery, które mogą przewidywać wrażliwość na T-DXd, szczególnie w kontekstach HER2-ujemnych. Co ważne, badania korelacyjne mające na celu identyfikację alternatywnych biomarkerów odpowiedzi będą kluczowe w dalszym identyfikowaniu populacji pacjentów, którzy mogą odnieść korzyści kliniczne z T-DXd.

Nasze badanie podkreśla potencjalne korzyści z rozszerzenia zastosowania T-DXd w trudnych do leczenia nowotworach pediatrycznych, nawet przy niskiej lub nieobecnej ekspresji HER2. Konieczne są dalsze badania mechanistyczne i identyfikacja alternatywnych biomarkerów, aby w pełni wykorzystać potencjał tej obiecującej terapii w pediatrycznej onkologii.

Podsumowanie

Najnowsze badania nad koniugatami przeciwciało-lek (ADC), szczególnie T-DXd, pokazują ich znaczący potencjał w leczeniu nowotworów pediatrycznych, nawet przy niskiej lub zerowej ekspresji HER2. Tradycyjne metody oceny ekspresji HER2 poprzez immunohistochemię okazują się być niewystarczające jako predyktory odpowiedzi na leczenie. Skuteczność T-DXd może być mediowana przez mechanizmy niezależne od HER2, w tym efekt bystander i zwiększoną przepuszczalność i retencję (EPR). Szczególnie obiecujące wyniki zaobserwowano w przypadku guzów DSRCT i Wilmsa, gdzie uzyskano znaczącą regresję nowotworu niezależnie od poziomu ekspresji HER2. Badania wskazują na potrzebę identyfikacji alternatywnych biomarkerów odpowiedzi na leczenie oraz dalszych badań mechanistycznych, które pomogą w pełni wykorzystać potencjał tej terapii w onkologii pediatrycznej.