Attività antitumorale diretta di anticorpi bloccanti il recettore PD-1 contro cellule di NSCLC chemoresistenti

ABSTRACT Background and rationale. PD-1 blocking antibodies (Ab anti-PD1) are immune checkpoint inhibitors, they were introduced into oncological clinical practice, based on their ability to restore the exhausted antitumour immune response, and are currently part of thetherapeutic approach for NSCLC treatment. In this study we hypothesized that, besides such effect, PD-1 blocking antibodies may provide a direct antitumoral, lymphocyte independent, therapeutic activity. Our hypothesis is based on the potential blockade of the intrinsic pro-tumorigenic role that PD-1 plays on a small subset of stem-like NSCLC cells that are enriched following conventional chemotherapy. Methods. PD-1 expression by NSCLC cells and its functional role was explored in vitro, both in standard culture conditions and following treatment with cisplatin, by RT-PCR and flow-cytometry. The lymphocyte-independent antitumor activity of anti-PD-1 antibody was explored in vitro, by selective PD-1 blockade, and in vivo within two models of NSCLC xenograft in immunodeficient mice. Results. In silico analysis of data extracted from CCLE and TCGA datasets proved PD-1 mRNA expression both on cell lines and tumor tissues. PD-1 intrinsic expression was confirmed, at protein level, on NSCLC cell lines, revealing the existence of a small but constantly present subset of PD1+ cells in all analyzed cell lines (n=12). This subset was found enriched after treatment with cisplatin, with a significant increase in PD-1 expression (2.5 fold p=0,0014), and the sequential treatment with anti-PD-1 of chemo-surviving NSCLC cells impaired their recovery and proliferation. The intravenous monotherapy with Ab anti-PD1 significantly inhibited tumor growth in vivo of NSCLC xenografts in immunodeficient mices, and delayed the occurrence of chemoresistance when combined with cisplatin. Conclusions. Our findings provide the first preclinical evidence of a novel lymphocyte-independent activity of anti-PD-1 antibodies in NSCLC, capable of inhibiting chemo-surviving NSCLC cells and potentially exploitable to contrast disease relapses following chemotherapy.

ABSTRACT Introduzione e Razionale Anticorpi monoclonali bloccanti PD-1 (anti-PD-1), capaci di ripristinare la risposta immunitaria diretta contro il tumore, sono inibitori di checkpoint immunitari introdotti nella pratica clinica oncologica e attualmente utilizzati per il trattamento del tumore del polmone non a piccole cellule (NSCLC). In questo lavoro abbiamo ipotizzato che, oltre a questo effetto già noto, gli anticorpi bloccanti il recettore PD-1 possano avere un’attività antitumorale diretta, linfocita-indipendente. La nostra ipotesi si basa sul potenziale blocco dell’attività pro-tumorigenica che PD-1 esercita in un ristretto subset di cellule di NSCLC con caratteristiche di staminalità e resistenza a chemioterapia convenzionale. Metodi L’espressione di PD-1 su linee di NSCLC e il suo ruolo funzionale sono stati esplorati in vitro, sia in condizioni standard di coltura che dopo trattamento con cisplatino, attraverso RT-PCR e citofluorimetria. L’attività linfocita-indipendente dell’anticorpo bloccante PD-1 è stata indagata in vitro con blocco selettivo di PD-1, ed in vivo in due modelli di xenotrapianti con topi immunodeficienti. Risultati L’analisi dei dati in silico estratti dai dataset CCLE e TCGA ha dimostrato l’espressione dell’mRNA di PD-1 sia su linee cellulari che su biopsie di pazienti con NSCLC in assenza di infiltrato linfocitario. L’espressione intrinseca di PD-1 è stata confermata, a livello proteico, su linee cellulari di NSCLC rivelando una costante presenza di una piccola frazione di cellule PD-1+ in tutte le linee cellulari analizzate (n=12). Questo piccola frazione si è dimostrata arricchita in seguito a trattamento con cisplatino, con un aumento significativo dell’espressione di PD-1 (2.5 fold). Il trattamento sequenziale con anti-PD-1 delle cellule sopravvissute al trattamento chemioterapico in vitro ha determinato un significativo rallentamento della ripresa e proliferazione cellulare. L’Ab anti-PD-1, somministrato in monoterapia, ha significativamente inibito la crescita in vivo di xenotrapianti di NSCLC in modelli murini immunodeficienti, rallentando l’insorgenza di resistenza alla chemioterapia quando somministrato in combinazione con cisplatino. Conclusioni I nostri risultati forniscono la prima evidenza preclinica di un’attività linfocita-indipendente della terapia anti-PD-1 in NSCLC, capace di inibire la crescita delle cellule di NSCLC sopravvissute alla chemioterapia, e potenzialmente utilizzabile per contrastare la recidiva di malattia in seguito a chemioterapia.