AXL pathway inhibition blocks metastasis and induces anti-tumor immune responses in solid tumors

Abstract

Backgrounds. A recently developed treatment strategy combines a tyrosine kinase inhibitor with immune checkpoint inhibitors to treat lung cancers. This strategy has improved the outcomes of standard therapies. The receptor tyrosine kinase, AXL, which is expressed in tumor cells, plays an essential role in chemotherapy and immunotherapy resistance in cancer and stimulates signaling associated with epithelial-mesenchymal transition (EMT) in metastatic cancer. AXL-mediated activation of aberrant tyrosine kinase drives various oncogenic processes and facilitates an immunosuppressive microenvironment. In this study, the anti-tumor and anti-metastatic activities of SKI-G-801, a small-molecule inhibitor of AXL, were evaluated alone and in combination with an anti-PD-1 therapy. Methods. In vitro, phospho-AXL (pAXL) inhibition by SKI-G-801 was performed in human and murine cancer cell lines. Immunocompetent tumor mouse models were established to measure the anti-metastatic potential of SKI-G-801. Furthermore, SKI-G-801, anti-PD-1 therapy, or a combination of both were administered as adjuvants or neoadjuvants in the 4T1 tumor model to assess their potential for clinical application. In the context of clinical immunotherapy, chemotherapy, and maintenance treatment, the anti-tumor effect was examined for AXL inhibitors on immune activation and tumor growth in TC1 and C3PQ mouse models. Results. SKI-G-801 robustly inhibited pAXL expression in various cell lines. SKI-G-801 alone or combined with anti-PD-1 potently inhibited metastasis in B16F10 melanoma, CT26 colon, and 4T1 breast models. SKI-G-801 inhibited the growth of B16F10 and 4T1 tumor-bearing mice but not in immune-deficient mice. An antibody depletion assay revealed that CD8+ T cells significantly contributed to the SKI-G-801-mediated survival. Anti-PD-1 and combination groups were observed to have an increase in CD8+Ki67+ and effector T cells and M1 macrophage and a decrease in M2 macrophage and granulocytic myeloid-derived suppressor cells (G-MDSCs) compared with the control group. The neoadjuvant combination of SKI-G-801 and an anti-PD-1 therapy achieved superior survival benefits by inducing a more profound T cell response in the 4T1 syngeneic mouse model. In the TC1 and C3PQ models, both models also exhibited an increased proportion of effector memory helper T cells and an increase in the expression of CD86+ macrophages. Conclusion. SKI-G-801 significantly suppressed tumor metastasis and growth by enhancing the anti-tumor immune response. These results suggest that SKI-G-801 has the potential to overcome anti-PD-1 therapy resistance and allow more patients to benefit from an anti-PD-1 therapy. It is expected that the results of this study will serve as a basis for clinical research to improve the existing standard of care. 최근 개발된 티로신 키나아제 억제제 (tyrosine kinase inhibitors) 는 폐암 등 고형암을 타깃으로, 면역관문 억제제 (immune checkpoint inhibitors) 를 결합하는 방식으로 표준 요법 (standard therapies) 의 치료방식으로 진행하고 있다. 종양 세포에서 발현되는 AXL는 화학 요법 및 면역 요법에 대한 암의 내성에 대해 핵심역할을 하며 전이성 암에서 상피-중간엽 전이 (Epithelial-Mesenchymal Transition) 와 관련된 신호 전달에도 관여한다. 특히 비정상적인 AXL 발현은 이를 매개로 하는 다양한 발암 과정을 유도하고 면역 억제 미세 환경을 촉진한다. 본 연구에서는 AXL의 소분자 억제제인 (small-molecule inhibitor) SKIG-801의 항종양 및 항전이 효과를 단독치료 및 항PD-1 병용치료를 다양한 종양 모델에서 평가하였다. SKI-G-801에 의한 in vitro 상의 pAXL 억제는 인간 및 마우스 암 세포주에서 모두 수행되었다. 두 종류의 종양 마우스 모델 (Balb/c, C57BL/6) 은 SKI-G801의 항전이 효과성을 측정하기 위해 수행되었다. 또한 SKI-G-801 단독 및 항-PD-1의 병용치료는 임상 적용 가능성을 평가하기 위해 4T1 종양 모델에서 adjuvant 혹은 neoadjuvant 치료방식으로 투여되었다. 실제 임상치료를 모방한 면역/화학 치료 (immunotherapy/chemotherapy) 및 유지 (maintenance) 요법에서 SKI-G-801은 TC1 및 C3PQ 마우스 모델에서 면역 활성화 및 종양 성장에 대한 항종양 효과가 관찰되었다. SKI-G-801은 다양한 세포주에서 pAXL 발현이 효과적으로 억제됨이 관찰되었다. SKI-G-801 단독 또는 항PD-1과의 조합은 B16F10 흑색종, CT26 결장 및 4T1 유방 종양모델에서 다른 장기로의 전이가 유의미하게 억제하였다. SKI-G-801은 또한 B16F10 및 4T1 종양 마우스의 성장을 억제하였지만 면역 결핍 마우스는 억제효과가 관찰되지 않았다. Immune depletion assay에서 CD8+ T 세포가 SKI-G-801 매개 생존에 크게 기여한 것으로 관찰되었다. 항-PD-1과 병용 투여군은 대조군에 비해 CD8+ Ki67+ T 세포, Effector T 세포 및 M1 대식세포 (Macrophages) 가 증가하고 M2 대식세포 및 과립구 골수 유래 억제 세포 (Granulocytic-Myeloid-derived suppressor cells) 가 감소하였다. SKI-G-801과 항PD-1 요법의 neoadjuvant 치료는 4T1 마우스 모델에서 보다 높은 T 세포 반응을 유도함으로써 유의미하게 증가된 survival이 관찰되었다. TC1 및 C3PQ두 모델 모두 기억 T 세포 (memory helper T cells) 의 비율이 증가하고 CD86+ 대식세포의 발현이 증가하였다. 즉, SKI-G-801은 항종양 면역반응을 강화하여 종양의 전이와 성장을 유의하게 억제하였다. 이러한 결과는 SKI-G-801이 항PD-1 요법 내성을 극복하고 더 많은 환자가 항PD-1 요법의 혜택을 받을 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 시사한다. 본 연구의 결과는 기존의 항암 치료수준을 개선하기 위한 임상 연구의 디딤돌이 될 것으로 기대된다.