Tümör immünolojisinin temelleri ve Checkpoint inhibisyonu İmmunoonkoloji kursu Tümör immünolojisinin temelleri ve Checkpoint inhibisyonu Başak Oyan-Uluç Acıbadem Üniversitesi Tıbbi Onkoloji Bölümü 13.10.2018, İstanbul

İmmün sistem nasıl çalışır?

Eğitim: Düşmanı tanıtma Keşif Yer: Saha Saldırı

ADIM 1: Tümörü tanıma ve antijenin sunuma hazır hale getirilmesi Tumor Tumor antigens Immune recognition is initiated by antigen presenting cells (APCs) such as dendritic cells that internalize and process tumor antigen onto major histocompatibility complex (MHC) molecules, which are expressed on the surface of APCs. This process triggers expression of B7.1 and B7.2 on the APCs, which migrate to lymph nodes. Dendritic cell (Antigen presenting cell)

STEP 1. Recognition of Tumor & Antigen Processing ADIM 1: Tümörü tanıma ve antijenin sunuma hazır hale getirilmesi Tumor Tumor antigens MHC B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

ADIM 2: T-hücrelerin aktif hale gelmesi (Antigen presenting cell) Lymph node Tumor Naive T cell Tumor antigens TCR CD28 B7 MHC Within the lymph node, the APC presents tumor antigen to resting T cells though interaction with the antigen-specific T cell receptor. If there is additional interaction between B7.1 or B7.2 and CD28 on the T cell, T cell activation occurs and the T cell leaves the lymph node T cells require a costimulatory signal to become fully activated and proliferate to initiate an antitumor immune response MHC B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

ADIM 2: T-hücrelerin aktif hale gelmesi (Antigen presenting cell) Lymph node Tumor Activated T cell Naive T cell Tumor antigens TCR CD28 B7 MHC Within the lymph node, the APC presents tumor antigen to resting T cells though interaction with the antigen-specific T cell receptor. If there is additional interaction between B7.1 or B7.2 and CD28 on the T cell, T cell activation occurs and the T cell leaves the lymph node T cells require a costimulatory signal to become fully activated and proliferate to initiate an antitumor immune response MHC B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

ADIM 3: Tümörün yokedilmesi (Antigen presenting cell) Lenf bezi Tumor Perforin Granzyme Cytokine Activated T cell Naive T cell T cell proliferation Tumor antigens TCR CD28 MHC B7 When the activated T cell comes into contact with the tumor and recognizes antigen expressed on the tumor in association with MHC, it releases cytolytic enzymes (perforin and granzyme) and cytokines, which recruit other members of the immune system, and proliferates. The result is tumor destruction and creation of memory T cells. This is the same process utilized by the immune system in other pathogenic processes such as viral infections. MHC B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

immün sistemde bir problem var demektir Kanser oluştuysa, immün sistemde bir problem var demektir

İmmunoterapi çalışmaları yeni değil 1892: WB Coley bakteriyel enfeksiyon sonrası tümörde küçülme olduğunu gözlemiş Mesane kanserinde BCG’nin onaylanması Melanomda adjuvan tedavi olarak IFN-α kullanılması Prostat kanserinde Sipuleucel-T kullanımının onaylanması Adoptif immünoterapi 1970 ler 1980’ler 1990’lar 2000’ler 2011 Aim: Show the evolution of immunotherapy over several decades up to present day where we now have compounds proven to improve the survival of patients with advanced cancer (ipilimumab for metastatic melanoma and sipuleucel for CRPC)   Key points: The concept of cancer immunotherapy goes as far back as the 1800s, when Virchow first described immune infiltrates in tumors, and Coley observed that injection of bacterial products could stimulate host immunity and lead to tumor regression1 Over the past two centuries, the body of knowledge regarding components relevant for antitumor immune responses has grown1 In 1990, Bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccine was approved for bladder cancer1,3 In 1992, interleukin-2 (IL-2) was approved by the FDA for advanced renal cancer and in 1998 it was approved for advanced melanoma1,4 In 1995 interferon-alpha was approved by the FDA for adjuvant melanoma and later for renal carcinoma in Europe1,4 Neither cytokine has a proven overall survival benefit for patients with advanced disease, although IL-2 is considered a potentially curative treatment option for patients with advanced disease4,5,7 In 2010 the first therapeutic cancer vaccine, sipuleucel-T, was approved by the FDA for castrate-resistant prostate cancer8 Approval was based on a significant improvement in medial survival vs placebo (25.8 vs 21.7 months)9 In 2011, ipilimumab, an anti-CTLA-4 monoclonal anybody, was approved for metastatic melanoma10 Approval was based on a significant improvement in median overall survival from 6.4 to 10 months with the addition of ipilimumab to a vaccine control11 Kirkwood JM. CA J Clin. 2012;62:309–335. Markiewski MM, et al. Trends Immunol. 2009;30:286–92. Aldousari S, et al. CUAJ. 2010;4:56–64. George S, et al. JNCCN. 2011;9:1011–1018. Fishman M, et al. Cancer Control. 2002;9:293–304. Garbe C, et al. The Oncologist. 2011;16:2–24. Rosenberg SA. Sci Transl Med. 2012;4:127ps8. Cheever MA, et al. Clin Cancer Res. 2011;17:3520–3526. Kantoff PW, et al. N Engl J Med. 2010;363:411–422. Mansh M. Yale J Biol Med. 2011;84:381–389. Hodi FS, et al. N Engl J Med. 2010;363:711–723. Melanomda immün komponent ile spontan regresyon sağlanması Tümörle-ilişkili ilk antijenin(MAGE-1) klonlanması İleri-evre melanomda ipilimumab kullanımının onaylanması ABD’de RCC ve melanomda IL-2 kullanımının onaylanması BCG Tüberküloz aşısı)=Bacillus Calmette-Guerin Adapted from Kirkwood JM, Ca J Clin. 2012;62:309–335; George S, et al. JNCCN. 2011;9:1011–1018; Garbe C, et al. The Oncologist. 2011;16:2–24; Cheever MA, et al. Clin Cancer Res. 2011;17:3520–3526; Kantoff PW, et al. N Engl J Med. 2010;363:411–422; Mansh M. Yale J Biol Med. 2011;84:381–389; Hodi FS, et al. N Engl J Med. 2010;363:711–723; Aldousari S, et al. CUAJ. 2010;4:56–64.

Tümörün immün sistemden kaçış mekanizmaları

Problem nereden kaynaklanıyor? (Antigen presenting cell) Tumor TÜMÖRÜN TANINMAMASI Neoantijenlerin olmaması veya az olması Tümör mutasyon yükü Lenf bezi Perforin Granzyme Cytokine Activated T cell Naive T cell T cell proliferation Tumor antigens TCR CD28 MHC B7 MHC B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

Problem nereden kaynaklanıyor? (Antigen presenting cell) Tumor TÜMÖRÜN TANINMAMASI Neoantijenlerin olmaması veya az olması Tümör mutasyon yükü Antijenin sunulamaması Lenf bezi Perforin Granzyme Cytokine Activated T cell Naive T cell T cell proliferation Tumor antigens TCR CD28 MHC B7 MHC Çözüm: Aşılar Onkolitik virüsler (In situ aşı) B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

Aşı çalışmaları 1980’lerden beri deneniyor FDA onaylı 2 aşı Prostat ca: Dendritik hücre aşısı Spileucel-T Melanom: Intratümöral, onkolitik virüs aşısı Talimogene laherparepvec (T-VEC)

Neden aşılar yeterince etkili değil? Tüm tümörlerde tanınmama sorunu yok Tek sorun tanınmama değil: Tümör tanındıktan sonra immün tolerans gelişebilir.

T hücre sayının ve fonksiyonunun yetersiz kalması Tümöre saldıran hücre (T, NK, makrofaj) sayısı tümöre denk değil ise, tümörün yok edilmesini beklemek mantıklı değil İmmün sis: tümör  1 Çözüm: Sitokin verilerek T hücre sayısının artırılması IL-2, IFN-alfa - RCC & melanomda kısıtlı etkinlik, yüksek toksisite Yüksek sayılarda T hücre infüzyonu (TIL) Bölünmeye programlı az sayıda T hücre infüzyonu (TCR veya CAR-T hücre mühendisliği) Supresör T hücreleri? İmmun tolerans gelişimi

CAR T hücreler: Kanser antijenlerine yüksek afiniteli reseptörler Hematolojik tümörlerde etkinlik (2 FDA onaylı ilaç) Axicabtagene ciloleucel: DLBCL Tisagenlecleucel: B-hücreli ALL Adaptimmune is focused on the use of T cell therapy to treat cancer.  It aims to utilise the body’s own machinery – the T cell – to target and destroy cancerous cells by using engineered, increased affinity T cell receptors (TCRs) as a means of strengthening natural patient T cell responses and overcoming tolerance to cancer.  Specifically, cancerous or virally infected cells will typically present peptides of abnormal cancer proteins on their surface in association with tissue-type molecules called HLAs.  This offers a “molecular fingerprint” called an epitope for T-cells from the immune system to identify.  However, the majority of cancer target proteins are derived from normal proteins in the body and the T cells are naturally selected not to recognise them, manifested by having very low affinity of binding.  Adaptimmune’s technology engineers the natural TCR affinity to cancer protein epitopes on the patient’s cells in order to target and then destroy cancer cells in patients.  One TCR therapeutic is made that can be administered to cells from multiple individual patients. Alternative engineered T cell approaches utilise Chimeric Antibody Receptors (CARs) to modify T cells for therapeutic effect.  CARs use an engineered antibody fragment to recognise the target cell and link this artificially to a number of signalling domain proteins within the T cell designed to “switch the T cell on” once the antibody recognition fragment (for example, the CD19 B cell protein) has bound to a target cell.  Unlike CARs our TCR therapeutics can target both intracellular as well as extracellular cancer target proteins. This capability significantly increases the breadth of targets. CAR: Chimeric antibody receptors

İmmün sistemden tümörü tanıyıp neden saldırmıyor? Neden tolerans gelişiyor? Nasıl tolerans gelişiyor?

Neden immün Tolerans gelişir? AKTİF İMMÜN SİSTEM Durdurulmazsa: Normal doku hasarı Otoimmünite İMMÜN KONTROL NOKTALARI Normal dokuların hasarını önlemek için aktifleşmiş immün sistemi bir süre sonra baskılar

T-Hücre yanıtı: Tek sinyal yetmez İlk sinyal LENF NODU TÜMÖR BÖLGESİ T-cell receptor Class I MHC Antigen-presenting cell Class II MHC CD8+ T cell T-cell receptor Tumor antigen Tumor antigen Tumor CD4+ T cell Snyder A, et al. Curr Opin Genet Dev. 2015;30C:7-16.

T-Hücrelerinin saldırması için tek sinyal yetmez İkinci sinyal (Emin misin?) Uyarıcı sinyaller Durdurucu sinyal TCR CD28 CTLA-4 OX40 PD-1 T cell GITR TIM-3 CD137 BTLA CD27 VISTA HVEM LAG-3 The next slide shows that T cells are activated and inhibited by a number of different molecules. And remembering all of these is not necessarily important. However, the concept that there are many different turn‑on signals, as shown on the T‑cell stimulation on the left side of this schema and inhibited by a number of signals on the right side of the schema, is important to keep in mind. T-hücre Stimülasyonu T-hücre Inhibisyonu Adapted from Mellman I, et al. Nature. 2011;480:480-489.

Problem nereden kaynaklanıyor? Lymph Node Tumor T-HÜCRE AKTİVASYONU (PRIMING) Immün tolerans (CTLA-4 yoluyla) Perforin Granzyme Cytokine Activated T cell Naive T cell T cell proliferation Tumor antigens TCR CD28 MHC B7 MHC B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

İmmün Kontrol Noktası İnhibitörleri İmmün toleransın T-hücre aktivasyonu düzeyinde önlenmesi (LENF NODU) T-hücre aktifleşmesi CTLA-4 T hücre TCR MHC CD28 B7 Dendiritik hücre

İmmun Kontrol Noktası İnhibitörleri İmmün toleransın T-hücre aktivasyonu düzeyinde önlenmesi (LENF NODU) Prevention of immune tolerance at level of T-cell priming (LYMPH NODES) T-cell inactive T-cell active Çözüm: Anti-CTLA-4 Ipilimumab T hücre T cell CTLA-4 TCR CTLA-4 CD28 B7 MHC CD28 B7 Ipilimumab Dendiritic cell Dendiritic cell

Problem nereden kaynaklanıyor? (Antigen presenting cell) Tumor T hücreler, tümöre önce saldırır, ama sonra saldırı durur (PD-1 ve PD-L1 yoluyla) Lymph node Perforin Granzyme Cytokine Activated T cell Naive T cell T cell proliferation Tumor antigens TCR CD28 MHC B7 MHC B7 Dendritic cell (Antigen presenting cell)

Tümör Bölgesinde İmmün tolerans Anti–PD-1 Anti–PD-L1 Tumor hücresi PD-L1 PD-1 TCR MHC Anti-PD-1: Nivolumab Pembrolizumab Aktif T-hücre Inaktif T-hücre Anti-PD-L1: Atezolizumab Durvalumab Avelumab

2018 fizyoloji ve tıp dalında Nobel ödülü James Allison Tasuku Honjo James Allison : Yervoy 1990 CTLA-4 üzerinde çalışmaya başladı. 1994’de fare çalışmalarında anti-CTLA-4 ile yüksek etki Honjo : Opdivo  1992’de PD-1’i keşfetti 1.Ekim 2018’de açıklandı

İmmün kontrol noktası inhibitörleri Anti-CTLA4 Anti-PD1 Anti-PD-L1 İpilimumab Tremelimumab Nivolumab Pembrolizumab Atezolizumab Durvalumab Avelumab

İmmun kontrol noktası inhibitörleri İmmün kontrol noktası inhibitörleri: Endikasyonlar İmmun kontrol noktası inhibitörleri Malign Melanom (metastatik veya erken evrede adjuvan) Küçük hücreli dışı akciğer kanseri Metastatik (1. seri, >1. seri, kemoterapisiz veya kemoterapi ile birlikte) Lokal ileri küçük hücreli dışı akciğer kanseri (kemoRT sonrası) Mesane kanseri Baş-boyun kanserleri Renal hücreli karsinom Hodgkin lenfoma Mide kanseri Serviks kanseri HCC Mikrosatellit instabilitesi yüksek olan tüm metastatik kanserler

İmmun Kontrol Noktası (Checkpoint) İnhibitörlerinin etkinliği

%80’i yanıtsız Yalnız 3.2 ay fark Pahalı Metastatik skuamöz hücreli karsinomda 2. seri tedavide docetaxel vs. nivolumab Yanıt oranı 2 kat fazla (%9 vs. %20) Sağkalımı uzatır (6 ay vs. 9.2 ay) Daha az ciddi (G3-4) adverse olay (%8 vs %56) %80’i yanıtsız Yalnız 3.2 ay fark Pahalı

Immunoterapi: Uzun süreli (kalıcı?) yanıt Slide 5 Presented By Scott Gettinger at 2014 ASCO Annual Meeting

Immunoterapi: Uzun süreli (kalıcı?) yanıt Slide 5 Presented By Scott Gettinger at 2014 ASCO Annual Meeting

Immunoterapi: Uzun süreli (kalıcı?) yanıt Slide 5 Presented By Scott Gettinger at 2014 ASCO Annual Meeting

2. Basamak Nivolumab: Daha uzun yanıt Dosetaksel (n=137) Objektif yanıt oranı*, % (%95 CI) 20 (14, 28) 9 (5, 15) P değeri*† 0.0083 En iyi genel yanıt*, % Tam yanıt Kısmi yanıt Durağan hastalık Progresif hastalık Belirlenemiyor 1‡ 19 29 41 10 34 35 22 Yanıta kadar ortanca süre*§, ay (aralık) 2.2 (1.6–12) 2.1 (1.8–9.5) Ortanca yanıt süresi§ǁ, ay 25.2 (9.8, NE) 8.4 (3.6, 14.0) Devam eden yanıtǁ, % (devam eden/tam yanıtlılar) 26 (7/27) (0/12) Yanıt veren hastada, yanıt süresi uzun: 8. 4 ay vs. 25.2 ay CI = confidence interval; NR = not reached; ORR = objective response rate; RECIST = Response Evaluation Criteria in Solid Tumors. References: Reckamp K et al. Oral presentation at WCLC 2015 (Abstract 736). Felip E et al. Poster presented at ESMO 2017 (Abstract 1301PD). ORR takipteki primer analize göre değişmedi *Veriler Aralık 2014’de kilitlenen veri tabanına dayanmaktadır.1 Tahmini göreceli olasılıklar oranı 2.6 (%95 GA: 1.3, 5.5). ‡Bir hastada tam yanıt gelişti. § Değerler RECIST v1.1’ göre tüm doğrulanmış yanıtlılar içindir (nivolumab, n=27; dosetaksel, n=12). ǁHaziran’da veri tabanı kilitlendiği sıradaki verilerdir. 2017’’de veri tabanı en az 3 yıllık takiple kilitlenmiştir² * Tahmini göreceli olasılıklar oranı 2.6 (%95 GA: 1.3, 5.5). †Bir hastada tam yanıt oldu. ‡Değerler RECIST v1.1’e göre tüm doğrulanmış yanıtlılar içindir (nivolumab, n=27; dosetaksel, n=12). Reckamp K et al. WCLC 2015: A736; Felip E et al. ESMO 2017: 1301PD.

Uzun dönemde hayatta kalan hasta oranı yüksek Faz I CA209-003 çalışması Kim bunlar? Brahmer et al. NEJM 2015; 373: 123-135; Felip E, et al. ESMO 2017, 1301PD, Brahmer et al. AACR 2017: CT077. .

İmmun Kontrol Noktası İnhibitörlerine yanıtı için biomarkerlar PD-L1 ekspresyonu Tümör mutasyon yükü (TMB)

PD-L1 ekspresyonunu biomarker olarak kullanmaktaki sorunlar Hangi düzeyde ekspresyonun önemli olduğu belirsiz (%1, %5, %10, %50) PD-L1 ekspresyonu arttıkça, yanıt artıyor Ancak PD-L1 (-) tümörler de yanıt veriyor PD-L1, aynı doku içinde ve farklı metastaz bölgeleri arasında heterojenite gösterebilir

PD-L1 ekspresyonunu biomarker olarak kullanmaktaki sorunlar Hangi düzeyde ekspresyonun önemli olduğu belirsiz (%1, %5, %10, %50) PD-L1 ekspresyonu arttıkça, yanıt artıyor Ancak PD-L1 (-) tümörler de yanıt veriyor PD-L1, aynı doku içinde ve farklı metastaz bölgeleri arasında heterojenite gösterebilir PD-L1 ekspresyonu dinamiktir zamanla ve alınan tedavilerle değişir.

PD-L1 nasıl eksprese olur?

PD-L1 ekspresyon mekanizmaları Endogen ekspresyon  Immün sisteme intrinsik direnç Sürekli tümör sinyalizasyonu PD-L1 ekspresyonunda artış Melanom:%2

PD-L1 ekspresyon mekanizmaları T hücresi tarafından indüklenmiş ekspresyon  Adaptif direnç T-hücre γ-IFN salgılar m Tümörde ↑ PD-1 ekspresyonu Tümör aktive T hücresi tarafından farkedilir  T hücre infiltrasyonu TIL üzerinde ↑ PD-1 ekspresyonu

PD-L1 ekspresyon mekanizmaları T hücresi tarafından indüklenmiş ekspresyon  Adaptif direnç T-hücre γ-IFN salgılar m Tümörde ↑ PD-1 ekspresyonu TIL üzerinde ↑ PD-1 ekspresyonu

PD-L1 ekspresyon mekanizmaları T hücresi tarafından indüklenmiş ekspresyon  Adaptif direnç İMMÜN SİSTEMİN AKTİVASYONU, İMMÜN TOLERANSA SEBEP OLUR T-hücre γ-IFN salgılar m Tümörde ↑ PD-1 ekspresyonu Tümör aktive T hücresi tarafından farkedilir  T hücre infiltrasyonu TIL üzerinde ↑ PD-1 ekspresyonu

PD-L1 ekspresyonu değiştirilebilir mi?

Tümörün tanınması sağlanmalı  PD-L1 ekspresyonu Kemo-/Hedefe yönelik tedavi/RT, anti PD1/PD-L1 tedavilerine hazırlık sağlar NON-İNFLAME TÜMÖR (Düşük endojen anti-tm immün yanıt) Tümörde PD-L1 ekspresyonu yok 1 Anti-tümör immunite indükleyiciler (Aşı, Kemoterapi, RT, TKI Aşı,vb) Endojen anti-tm immün yanıt Tümörde PD-L1 ekspresyonu 2 Anti-PD-1 YANIT (+)

BRAF inhibitörü tedavisi sonrası, tümörde PD-L1 ekspresyonu indüklenir  Tümör antijenlerinin ortama salınması  Antijen prezentasyonu  T hücre infiltrasyonu Adaptif direnç  PD-L1 ekspresyonu Frederick DT et al. Clin Cancer Res 2013.

Radyoterapiye bağlı abiskopal etki Anti-PD-1 + Radyoterapi Anti-PD-1

Tümör özel immunoterapi

İnflame tümör fenotipi T cell infiltrasyonu Tümörün immün sinyal düzeyi yüksek Kemokin ekspresyonu Ancak, negatif immün regulatuvarlar baskın Inhibitör reseptör (PD-L1) Supresif hücreler Suppresif enzimler (IDO, arginase) Tümor PD-L1 Migrasyon İmmün kontrol noktası inhibitörleri Sitotoksik T hücresi Kemokinler Anerji T T T reg IDO, indoleamine 2, 3-dioxygenase; MDSC, myeloid-derived suppressor cells; PD-L1, programmed death-ligand 1; T-reg, regulatory T cell. MDSC MDSC, myeloid-derived suppressor cells Gajewski TF, et al. Curr Opin Immunol. 2011;23:286-292. Spranger S, Gajewski T. J Immunother Cancer. 2013;1:16.

İnflame olmayan tümör fenotipi Non-İnflame tümör fenotipi Düşük efektör hücre trafiği : Yüksek vaskülarizasyon, makrofaj ve fibroblastlar Düşük inflamasyon ve kemokin ekspresyonu, az sayıda lenfosit Endotel hücreleri Tek başına Anti PD-1/Anti-PD-L1 yetersiz Makrofaj Migrasyon az İnflame tümöre dönüştürülmeli X Kemokinler Tümor Kombine tedaviler Aşı, RT, Kemo, hedefe yönelik Kontrol noktası inhibitörleri Antianjiojenik ajan+ İmmün kontrol noktası inhibitörleri Sitotoksik T hücresi Fibroblastlar

SONUÇ

Immünoonkolojide çığır açan keşif: İmmün kontrol noktaları Tümör tanınır  İmmün hücreler saldırır FRENE BASMA CTLA-4 PD-1 PD-L1 İmmün sistemi susturma (tolerans) FRENDEN AYAĞI ÇEKME X AntiCTLA-4 Anti-PD-1 Anti-PD-L1 İmmün sistemi tekrar aktif

Kanser tedavisinde paradigma değişikliği ESKİ PARADİGMA Tümör hücreleri hedefle YENİ PARADİGMA İmmün hücreleri hedefle Kemoterapi Hedefe yönelik tedavi

Teşekkür ederim