Intratumoral induktion af type I-interferonrespons i solide tumorer

Cancerregisteret viser en stigning i incidens af solide tumorer i Danmark på 21% for mænd og 14% for kvinder i perioden 2009-2019. I 2019 blev 45.453 patienter diagnosticeret med og 16.525 døde af solide tumorer [1]. Kirurgisk resektion er livreddende og udgør grundlaget i behandlingen af flere solide kræftformer. Til trods for dette får flere patienter tilbagefald, som er den væsentligste årsag til kræftrelaterede dødsfald [2].

Årsagen til dette er tilstedeværelsen af mikrometastatiske tumorer, der undviger immunsystemet ved den primære operation. Immunsystemet har en særlig rolle i at genkende og bekæmpe tumorceller, hvorfor der i senere år er tilkommet nye terapier, der retter sig mod immunsystemet. Immuncheckpointterapi (ICT) har til formål at aktivere immunsystemet mod tumoren og er en revolution inden for onkologien. Tumorderiverede antigener, genomisk instabilitet og tumormutationsbyrde påvirker dog tumorens immunogenicitet og er derfor klinisk relevante for behandlingsvalg som ICT, da det kun er et fåtal af patienterne, der udviser varigt klinisk respons ved udbredt sygdom [3].

I denne artikel diskuteres det, hvordan tumormikromiljøet (TME) kan påvirke behandlingseffekten for patienter med solide tumorer, og hvordan intratumorale (IT) behandlingsinterventioner, der fremkalder en såkaldt type I-interferonrespons, kan modulere TME og således gøre disse patienter mere modtagelige for ICT.

TUMORMIKROMILJØET

De seneste årtiers onkologiske fremskridt skyldes især en bedre forståelse af de gensidige påvirkninger i TME. Her mødes tumor-, immunceller og heterogene strukturer fra det omgivende væv, hvis interaktioner er komplekse og varierer betydeligt mellem patienter [4]. Cancerimmunitetscyklussen indledes med registreringen af tumorantigener, dvs. sensing, efterfølgende aktivering af T-celler, dvs. priming, og deres infiltration af TME, dvs. homing, for til sidst at eliminere tumorcellerne, dvs. killing [5].

T-celler og natural killer (NK)-celler er de mest effektive til at skanne kroppen for uønskede celler og molekyler og er dermed centrale i overvågningen af kræft [6]. Grundet deres antigenspecificitet og cytotoksiske aktivitet er T-celler, der er positive over for overfladeproteinet »cluster of differentiation 8« (CD8⁺-T-celler), i fokus her. CD8⁺-T-celler, nogle T-hjælperceller (CD4⁺-) samt de cytokiner, de producerer, er stærkt forbundet med et godt klinisk outcome i en lang række kræfttyper [4].

Tumorcellerne kan dog påvirke CD8⁺-T-cellerne til at blive dysfunktionelle og udmattede [7]. TME påvirker immunsystemet på en måde, hvor immunsuppressive celler som regulatoriske T-celler (T_reg) og pro-tumorigene makrofager oftest er dominerende i TME. T_reg er en subpopulation af CD4⁺-T-celler, som er ansvarlige for opretholdelsen af selvtolerance gennem hæmning af andre immunceller [4].

Makrofager påvirkes af det miljø, de befinder sig i, og kan uddifferentieres mod enten en pro- eller en antitumorigen fænotype. I TME rekrutteres pro-tumorigene makrofager til at medvirke i angiogenese og immunosuppression. Disse uddifferentieres bl.a. fra systemiske myeloidderiverede suppressorceller (MDSC), som er kendetegnet ved protumoral differentiering og undertrykker både det adaptive og medfødte immunforsvar [8].

Mangel på respons mod ICT i solide tumorer kan forklares via balancen mellem førnævnte celletyper, der tilsammen er med til at bestemme tumorens fænotype [6]. Solide tumorer kan klassificeres som værende varme, kolde, altered-immunsupprimerede eller altered-excluded baseret på graden af CD8⁺-T-celleinfiltration og sammensætningen af TME. Varme tumorer er karakteriseret ved høj infiltration af tumorinfiltrerende CD8⁺-T-celler (TIL) og korrelerer positivt med ICT-respons [9, 10] modsat kolde tumorer. Altered-immunsupprimerede tumorer har et sparsomt antal TIL i tumorens periferi samt øget antal af T_reg og pro-tumorigene makrofager i tumorvævet. Altered-excluded tumorer domineres af ændret kardannelse og deraf følgende hypoxi og et tæt stroma, ligeledes med TIL i periferien [6] (Figur 1).

Modulering af TME i retningen af en varm tumorfænotype vil øge responset ved ICT og deraf fremme eliminering af tumorceller. Immuncellerne, der er med til at bestemme tumorfænotypen, igangsætter en række signaleringsveje, som ligeledes modulerer TME. Interferoner, der tilhører en særdeles potent cytokinfamilie, stimulerer immunforsvaret til at bekæmpe intracellulære patogener [11], bl.a. via aktivering af cytotoksiske CD8⁺-T-celler.

TYPE I-INTERFERON

Interferon (IFN) opdeles i type I-III afhængigt af deres proteinstruktur og er en vigtig klasse af endogene signalmolekyler, der udskilles som led i et inflammatorisk respons. Næsten alle celletyper kan producere IFN-I som følge af eksponering for nukleotider fra bakterier eller virus, herunder enkeltstrengede RNA-virus [12] eller dobbeltstrengede RNA-virus [13]. Nukleotider fra fremmede virus eller bakterier har specifikke patogenassocierede molekylære mønstre (PAMPs), som genkendes af mønstergenkendelsesreceptorer (PRR) såsom toll-like receptorer (TLR), hvorpå produktionen af IFN-I igangsættes [14].

IFN-I er kendt for at supprimere tumorcellers vækst og migration [15]. IFN-I kan ligeledes hæmme immunsupprimerende celler som T_reg eller MDSC og samtidig øge det medfødte og adaptive immunrespons mod solide tumorer [14].

Eksogen, systemisk administreret IFN-I er blevet anvendt i flere årtier med varierende klinisk effektivitet. IFN-α-2α blev det første godkendte immunterapeutiske middel til kræft i 1986. Sidenhen er flere forskellige rekombinante typer af IFN-α blevet godkendt til behandlingen af forskellige neoplasmer. Andre terapeutika har dog imidlertid overgået brugen af IFN-I til solide tumorer grundet alvorlige systemiske bivirkninger [11].

Lokale behandlingsmetoder med modificerede IFN-I-typer eller lægemidler, der fremkalder et IFN-I-respons, er dog blevet anvendt i en række prækliniske og kliniske studier med gode responsrater samt med en reduktion af systemiske bivirkninger. Lægemidler, der indeholder førnævnte PAMPs til aktivering af PRR, er f.eks. TLR-agonister som imiquimod, der allerede anvendes lokalt i basalcellekarcinomer [16]. Desuden kan lokal stråleterapi udløse IFN-I-produktion og bliver da undersøgt i kombination med ICT ved flere studier [17, 18].

Rationalet bag lokale behandlinger er således at målrette leveringen af IFN-I direkte ind i TME eller at stimulere den lokale produktion i TME [14].

Et stigende antal studier tyder desuden på, at samtidig administrering af IFN-I og ICT har en synergetisk virkning på antitumorimmuniteten, hvorfor et stigende antal kliniske forsøg med kombinationsterapier er i gang [11].

INTRATUMORAL BEHANDLING

IT injektioner er en af de lokale behandlingsmetoder, der har vist sig at kunne omdanne tumorer i retningen af en varm tumor-fænotype [19]. Princippet er at levere immunstimulerende midler direkte ind i tumoren for at starte eller øge det lokale såvel som det systemiske immunrespons. Således skabes der et polyklonalt adaptivt respons, der medieres af B- og T-celler mod tumorantigener eller tumorassocierede antigener [19]. En anden mulig effekt af lokale terapier er den såkaldte abskopale effekt, der beskriver, hvordan lokal behandling kan føre til regression af metastatisk sygdom andre steder i kroppen [20]. Derudover minimerer IT injektion bivirkninger, der opstår ved lav systemisk eksponering, og der kræves lavere doser [21] (Figur 2).

En af de største aktuelle udfordringer ifm. den praktiske gennemførelse af IT terapi er tilgængeligheden af den solide tumor. Potentielt er de fleste solide tumorer tilgængelige gennem f.eks. endoskopi eller UL-vejledt injektion, mens andre kan fremstå mere komplicerede. Injektioner i tæt relation til tumorer anvendes allerede hyppigt i klinisk praksis ved blækmarkeringer af polypper ifm. endoskopi og anses som en sikker procedure [22].

Antallet af kliniske forsøg, der har til formål at afprøve IT behandlingsstrategier, er således i kraftig vækst – især dem, som fremkalder et IFN-I-respons [19] (Tabel 1 og Tabel 2).

Ved de første fire prækliniske studier i Tabel 1 blev vacciner mod RNA-virus anvendt [12, 13, 21, 24], hvorimod de sidste to brugte TLR-agonister [22, 23]. Ud fra resultaterne af studierne viser brugen af enkeltstrenget RNA (ssRNA) eller dobbeltstrenget RNA (dsRNA) sig at være effektiv i at aktivere PRR og dermed føre til aktivering og øget infiltrering af CD4⁺- og CD8⁺-T-celler i TME. I disse prækliniske studier sås desuden øget forekomst af cytotoksisk T-lymfocytassocieret antigen 4 (CTLA-4) eller programmeret celledødsprotein 1 (PD-1), hvorfor kombinationen med ICT, der blokerer virkningsmekanismen af disse to receptorer, havde en betydelig synergetisk effekt. Brugen af TLR-agonister synes at være effektiv til at målrette leveringen af IFN-I direkte ind i TME. Dette ses gennem opreguleringen af immunceller som antitumorigene makrofager og CD8⁺-T-celler, mens der ses færre immunsupprimerende celler som T_reg. Et spændende fund er desuden en øget klinisk effekt ved multipel vaccineinjektion [12, 24] samt tilstedeværelsen af en abskopal effekt, både ved brug af RNA-virus og TLR-agonist [12, 13, 23].

De kliniske studier anført i Tabel 2 er fase I-sikkerhedsstudier med en meget lille studiepopulation og anvender dsRNA, ssRNA eller TLR-agonister. Patienterne har ud over det første studie (NCT04591379) fremskreden type solid kræft, hvorfor disse må antages at være meget heterogene. Dette skyldes ikke kun (epi)genetiske interindividuelle forskelle, men i høj grad også den individuelle sammensætning af TME [29].

Første og tredje kliniske studie, der anvender hhv. influenzavaccinen og polyinosinic-polycytidylic acid stabilized with polylysine and carboxymethylcellulose viser dog interessante translationelle endepunkter (NCT04591379, [27]). Ud over øget immuncelleinfiltration ses der en opregulering af CTLA-4 og/eller programmeret celledød ligand 1 (PD-L1). Opreguleringen af checkpoints, som i en tumorsetting vil medføre fornyet vækst af tumoren, er en normal reaktion på øget CD8⁺-celleaktivitet i vævet, da det medfører en blokering af aktiviteten af de infiltrerende CD8⁺-celler. Her kan ICT som PD-1- eller CLTA-4-hæmmere dog anvendes til at ophæve denne blokering af immunceller, hvorfor fase II-forsøg med kombinationsterapier potentielt vil kunne føre til øget klinisk respons. Her vil optimal timing af IT behandling før ICT kunne maksimere det synergetiske potentiale og skabe et gunstigt immunologisk miljø som planlagt i fase II-studiet (NCT05909423), der er forudgået af fase I-studiet, der anvender IT influenzavaccine (NCT04591379).

DISKUSSION

De cellulære samspil i TME er komplekse, og en manglende forståelse af disse er p.t. en hæmsko for udviklingen af effektive onkologiske behandlingsmetoder. Ikke desto mindre har ICT ført til betydelige fremskridt ift. overlevelse. IFN-I har bidraget til en række gavnlige effekter hos patienter med kræft, især ved IT injektion, hvorfor antallet af interventionsforsøg, der har til formål at modulere tumorfænotypen mod en varm/altered-excluded tumorfænotype, er støt stigende. De fleste kliniske studier i fase I har sikkerhed som det primære endepunkt. Målgruppen er oftest enten patienter med fremskreden, behandlingsrefraktær sygdom eller lokaliseret sygdom i tidligt stadie, hvor interventionen er neoadjuverende, såkaldte window of opportunity-studier [30]. Sidstnævnte patientgruppe har et mere intakt immunsystem, der potentielt kunne lede til et mere robust klinisk respons end hos patienter med fremskreden sygdom [21].

Meget tyder på, at der er behov for flere og mere fokuserede studier for at karakterisere mekanismer i omdannelsen af og vekselvirkningerne i TME. Dette kan gøres med translationelle analyser, der gør det muligt at opnå en omfattende forståelse af vævsbaserede processer vha. spatiale transkriptom- og proteinanalyser samt analyse af udbredelsen og aktiviteten af bestemte celletyper. Derved kan der opnås indsigt i, hvilke lægemidler der er sikre at anvende, belyse, hvilke tumortyper der er mest følsomme over for lokal terapi, samt hvilke primære resistensmekanismer der kunne gøre sig gældende.

Det kan konkluderes, at kortlægningen af effekter af IFN-I-inducerende IT behandling samt øget forståelse af de indbyrdes forbundne mekanismer er afgørende for udvikling af nye og mere effektive behandlinger til patienter med solide kræfttyper.

Korrespondance Lea Löffler. E-mail: llof@regionsjaelland.dk