Signální cesty u plicního karcinomu: kam nás vedou? Tony Mok Prince of Wales Hospital Chinese University of Hong Kong Hong Kong, China

Co víme o léčebných cílech? Význam (vstup) Show network diagrams Odpověď (výstup)

Hlavní cíle klinických výzkumných programů EGFR VEGF IGF-1R mTOR

Zjednodušený pohled na signální cesty Extracelulární signály Buněčná membrána Intracelulární signály Skupina ErbB EGFR, HER2/neu ERK MEK Raf1 Ras Buněčný cyklus Cyklin-dependentní kinázy a transkripce genů P P PDGFR, c-KITR PI3k Akt IGFR, cytokiny, atd. P mTOR P Aktivace tyrosinkinázy mRNA translace Buněčný cyklus Fosfolipidy, např. LPA metabolismus/degradace cestou ubiquitin-proteasom (molekulární garde : HSP90)

Charakteristické znaky nádorů: počet možných léčebných cílů roste s našimi znalostmi o biologii nádorů EGFR Neomezený růst buněk Necitlivost k protirůstovým signálům Snížená citlivost k apoptóze Neomezený replikační potenciál Tvorba a zachování cév (angiogeneze) Invaze a metastazování Nádor Hanahan, et al. Cell 2000 5

Signální cesta EGFR – skupina ligandů a membránových receptorů TGF- Amphiregulin Betacellulin HB-EGF Epiregulin Hereguliny Hereguliny Betacellulin Doména vážící ligand Transmembránová část Tyrosinkinázová doména HER4 ErbB4 HER3 ErbB3 HER2 ErbB2 neu EGFR ErbB1 HER1 Salomon, et al. Hematol 1995 Woodburn. Pharmacol Ther 1999

Inhibice fosforylace tyrosinkinázy má řadu protinádorových účinků X Tarceva Proliferace Apoptóza Cítivost k jiným lékům (např. k chemoterapii) Invaze Metastazování Adheze Angiogeneze Etessami, Bourhis. Drugs Future 2000 Moyer, et al. Cancer Res 1997 Harari, Huang. Semin Radiat Oncol 2002

Mutace EGFR predominantně na exonech 19 and 21 Exony 18 N-lalok G719X 3,2% C helix P-smyčka P-smyčka 19 Delece Štěrbina pro vazbu ATP N 48,2% C helix 20 Inserce K 3,7% Aktivační smyčka C Kinázová doména L858R 21 A-smyčka C-lalok 42,7% Mitsudomi, et al. Int J Clin Oncol 2006 8

Charakteristické znaky nádorů: počet možných léčebných cílů roste s našimi znalostmi o biologii nádorů VEGF Neomezený růst buněk Necitlivost k protirůstovým signálům Snížená citlivost k apoptóze Neomezený replikační potenciál Tvorba a zachování cév (angiogeneze) Invaze a metastazování Nádor Hanahan, et al. Cell 2000 9

Angiogeneze je nezbytná pro růst a maligní progresi nádorů Premaligní nádor Maligní nádor Růst nádoru Vaskulární invaze Mikro- metastázy Růst metastáz Angiogenní přepnutí Stádia nádoru v nichž hraje roli angiogeneze Adapted from Poon, et al. JCO 2001 10

Angiogeneze je přísně regulovaná rovnováha Vypnuto Angiogenní přepnutí Zapnuto = Pro-angiogenní faktory (např. VEGF, PlGF, bFGF, IL-8) = Anti-angiogenní faktory (např. thrombospondin-1, angiostatin, IFN-a/) Hanahan, Folkman. Cell 1996

Inhibice VEGF: aktivní program vývoje inhibitorů angiogeneze Protilátky inhibující receptory VEGF Solubilní receptor VEGF (např. VEGF-TRAP) Protilátky proti VEGF (např. Avastin®) VEGF VEGF receptor-2 Malé molekuly – inhibitory tyrosinkinázy receptoru VEGF (např. sunitinib, sorafenib, vatalanib, vandetanib) Migrace, permeabilita, syntéza DNA, přežití Ribozymes (např. angiozyme) Angiogeneze Lymfangiogeneze

Preklinické důkazy účinnosti: anti-VEGF léčba inhibuje růst nádoru Anti-VEGF vedla k regresi cév a inhibovala růst nádor na modelu s myší Až 90% redukce růstu xenoimplantátu lidského kolorektálního karcinomu u myši 1 600 1 200 800 400 Kontrola Kontrolní MAb (200 µg) Anti-VEGF MAb (10 µg) Anti-VEGF MAb (50 µg) Anti-VEGF MAb (100 µg) Anti-VEGF MAb (200 µg) Kontrola Objem nádoru (mm3) Anti-VEGF MAb (A4.6.1) 0 7 14 21 Doba (dny) MAb – monoklonální protilátka Warren, et al. J Clin Invest 1995

Anti-VEGF vede k regresi cévní sítě Preklinické důkazy Klinické důkazy (chemoterapie + Avastin) Redukce velikosti mikrometastáz na modelů s myší1 Zmenšení nádoru Úprava symptomů Zlepšení dušnosti 28.09.07 27.12.07 Anti-VEGF MAb Kontrolní MAb MAb – monoklonální protilátka Nádor 1Warren, et al. J Clin Invest 1995 Courtesy of Martin Reck

Anti-VEGF léčba vede k normalizaci cévní sítě Abnormální cévní síť „Normalizovaná“ nádorová cévní síť Anti-VEGF léčba normalizuje existující nádorovou cévní síť zvyšuje expozici leků v nádoru Jain. Nat Med 2001 15

Anti-VEGF inhibuje vznik nových nádorových cév CD31 RIP-Tag2 nádor bez léčby AG-013736, 7 dní 2 dny po ukončení léčby 7 dní po ukončení léčby Trvalá inhibice VEGF vede ke kontrole nádoru *Anti-VEGF lék: AG013736 (inhibitor tyrosinkinázy VEGF); terminální poločas 2–5 hodin Mancuso, et al. J Clin Invest 2006

Avastin: první a jediný lék přímo inhibující VEGF není cytostatikem a je synergní s dosavadní léčbou inhibuje angiogenezi novým mechanismem účinku je jediným anti-VEGF v současné době dostupným k léčbě pokročilého NSCLC VEGF Avastin X X Růst Proliferace Migrace Přežití 17

Tarceva a Avastin: kombinace cílená na nádor a jeho cévní síť Vazbou na VEGF inhibuje odpověď endotelových buněk na tento angiogenní protein VEGF TGF-a EGFR Blokáda syntézy angiogenních proteinů (např. VEGF, TGF-) v nádorové buňce Endotelové buňky Inhibice růstu nádorových buněk Tarceva Nádorová buňka Herbst, et al. JCO 2005

Ostatní cíle v signálních cestách Látka Společnsot IGF1R R1507 (MAB) Roche CP751,871 (MAB) Pfizer MK-0646 (MAB) Merck AMG 479 (MAB) Amgen OSI 906 (TKI) OSI MEK/P13K/mTOR AZD 6244 (TKI) AZ RAD 001 (TKI) Novartis OSI 027 (TKI) BEZ235 (TKI) C-met AMG 102 (MAB) Metmab (MAB) Genentech HDAC (Histone deacetylate) SAHA (Suberoylanilide hydroxamic acid) MSD SNDX 275 (entinostat) Syndax HSP (Heat shock protein) PX 478 Biomira OGX-427 (antisense) OncoGeneX Pro-apoptotic receptor AMG 655 (MAB to DR 5) ABT-263 (Bcl-2 inhibitor) Abbott MAB = monoklonální protilátka, TKI = inhibitor tyrosinkinázy

IGF-1R ve fyziologickém a nádorovém růstu Hypotalamiký GHRH IGFBP1–6 Hypofýzový GH IGF-2 IGF-1 IGF-1 Negativní zpětná vazba IGF-1R IGF-1R IGF-1 IGFBP1–6 neoglukogeneze IRS Shc IGF-2 PI3k Raf Akt MEK TOR ERK Proliferace buněk Zvýšená motilita Přežití

IGF-1R Transmembránový tyrosinkinázový receptor Ze 70 % strukturálně homologní s receptorem insulinu Exprimovaný mnoha buněčnými typy Aktivovaný růstovými faktory IGF-1 a IGF-2 Aktivace IGF-1R spouští několik signálních cest IGF-2 IGF-1 Modulace biologické dostupnosti prostřednictvím proteáz IGFBPs a IGFBP IGF-1 IGF-1R IGF-2 IGF-2R PIP2 PIP3 PIP2 P13K PI Akt SHC SOS1 SHP2 IRS1 RAS-GTP RAS-GTP SHP2 GRB2 GAP Žádná signalizace P P Aktivní Inativní PTEN Raf P MEK TOR 4EBP1 ERK ELK1 P S6K 40S SRF Jádro 3’ 60S eIF4E mRNA ELK1 5’ Translace

Osa IGF u NSCLC Patogeneze zvýšení IGF-1, snížení IGFBP3 je spojeno se zvýšeným rizikem nádorů1 transgenní overexprese IGF-1 indukuje spontánní plicní nádory u myši2 Exprese proteinů nejvyšší IGF-1R u dlaždicového podtypu (AQUA IHC)3 Prognóza snížená exprese IGFBP3 souvisí se špatnou prognózou resekovaného NSCLC stádia I4 aktivace IGF-1R u lidského NSCLC 1Yu, et al. JNCI 1999; 2Frankel, et al. Am J Phys Lung Cell Mol Phys 2005 3Unpublished data. Pfizer Global R&D, New London, CT 4Chang, et al. CCR 2002 (a), CCR 2002 (b), Oncogene 2004

Vysoká exprese IGF-1R u non-adenokarcinomů Ve většině vzorků NSCLC jiného histologického typu než adenokarcinom je střední až vysoká exprese IGF-1R 40 30 20 10 Adenokarcinom Jiná histologie Nádory dle histologické skupiny (%) Left bar graph: non-adenocarcinoma tumors are more likely to have medium/high to high IRF-1R expression. Box plot on right: Nízká Nízká / střední Střední / vysoká Vysoká Exprese IGF-1R Merrick, et al. ASCO 2007

Protilátka proti lidskému IGF-1R R1507 inhibuje růst nádoru in vivo Farmakokinetická data z modelu s xenoimplantátem H322M u myši 6 x i.p. aplikace p týdnu v dávkách 0,06; 0,6 a 6 mg/kg Hladina v séru (3 dny po poslední dávce): ~80 µg/ml (6 mg/kg) ~7 µg/ml (0,6 mg/kg) a 0,1 µg/ml (0,06 mg/kg) 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 Vehikulum R1507 0,06 mg/kg R1507 0,6 mg/kg R1507 6 mg/kg Objem nádoru (mg) 25 35 45 55 65 Doba (od injekce nádoru)

NO21746: studie fáze II „proof of concept“ a hodnocení biomarkerů u NSCLC Populace nemocných Druhá a třetí linie po předchozím benefitu z léčby Tarcevou Následná PD Souhlas s povinnou biopsii během 4 týdnů od zahájení léčby Pokračující Tarceva 150 mg p.o. denně Ukončení Ano CT každé 4 týdny PET po 4 týdnech PD? + R1507 9 mg/kg týdně Ne Pokračování léčby Primární cíl: proporce nemocných s PFS po 12 týdnech Sekundární cíle: PFS, OS, klinický benefit, trvání odpovědi, ORR PET odpověď po 4 týdnech Phase II Proof of concept and biomarker study Patients with stage IIIB/IV NSCLC with previous response or stable disease (at least 12 weeks) to second or third line erlotinib monotherapy Presenting with progressive disease Two stage design: Thirteen patients stage 1; 43 patients in stage 2 Mandatory baseline biopsy prior to treatment with R1507 on study; optional post treatment biopsy Stupeň 1: 13 nemocných Zhodnocení proporce PFS po 12 týdnech dle výsledku Stupeň 2: zařazení dalších 30 pac.

NO21160: randomizovaná, placebem kontrolovaná studie fáze II s 2. /3 NO21160: randomizovaná, placebem kontrolovaná studie fáze II s 2./3. linií léčby NSCLC R A N D O M I Z C E Tarceva 150 mg p.o. denně + R1507 9 mg týdně n=50 R A N D O M I Z C E TÝDNĚ 2:1 Ukončení Tarceva 150 mg p.o. denně + placebo týdně Ano 1:1 n=50 PD? R A N D O M I Z C E Tarceva 150 mg p.o. denně + placebo à 3 týdny Ne Pokračování léčby KAŽDÉ 3 TÝDNY 2:1 Tarceva 150 mg p.o. denně + R1507 16 mg à 3 týdny n=50 Phase II randomized placebo controlled study in patients with stage IIIB/IV NSCLC Patients with disease progression following at least one, but no more than 2 standard chemotherapy regimens 150 patients (50 patients per arm) Archival material or new biopsy if available for IHC and mutation studies Primárná cíl proporce nemocných s PFS po 12 týdnech Sekundární cíle PFS, OS, ORR, CBR, trvání odpovědi Stratifikace – léčba bude určena dynamicky centrum anamnéza kouření (nekuřák vs kdykoli kouřil) histologie (dlaždicový vs jiný) pohlaví

Inhibice IGF-1R: randomizovaná studie fáze II paklitaxel/karboplatina ± CP-751,871 u pokročilého NSCLC TCI: paklitaxel/karboplatina Stupeň 1: CP-751,871 (10 mg/kg) Stupeň 2: CP-751,871 (20 mg/kg) CP-751,871 monoterapie n=97 Pokročilý, dosud neléčený NSCLC (n=150) TCI (možnost) 2:1 TC: paklitaxel/karboplatina n=53 PD CP-751,871 monoterapie(možnost) Stupeň 3: rozšíření u dlaždicového ca (n=30) TCI: paklitaxel/karboplatina CP-751,871 (20 mg/kg) Karp, et al. ASCO 2008

Dlaždicový (randomi- zace) Dlaždicový (jedno rameno) Paklitaxel/karboplatina ± CP-751,871: četnost odpovědí dle dávky a histologie 100 80 60 40 20 ORR (%) TC samotný (n=53) TCI (10 mg/kg) (n=48) TCI (20 mg/kg) (n=49) Nespecifi-kovaný Adeno- karcinom Dlaždicový (randomi- zace) Dlaždicový (jedno rameno)

Podklady pro léčbu cílenou na mTOR u plicního karcinomu Mutace PTEN se vyskytuje vzácně Cesta PI3K/Akt je u lidského NSCLC často aktivována Overexprese p-Akt přispívá je špatné prognóze1 Konstitutivní aktivace signální cesty přispívá k resistenci na chemoterapii, radiaci2 a inhibitory tyrosinkinázy EGFR3 Inhibice mTOR zvyšuje citlivost nádorových buněk l chemoterapii4 a radiaci5 má úlohu v předcházení chemoresistence6 1David, et al. Clin Cancer Res 2004; 2Brognard, et al. Cancer Res 2001 3Engelman, et al. PNAS 2005; 4Mondesire, et al. Clin Cancer Res 2004 5Shinohara, et al. Oncogene 2006; 6Wu, et al. Mol Cancer 2005

Růstový faktor (např. EGF) Migrace/Metastazování Aktivace receptoru růstového faktoru a hypoxie působí synergisticky na vznik metastáz cestou aktivace CXCR4 Růstový faktor (např. EGF) Receptor (např. EGFR) LY294002 Wortmannin PI3-kináza PTEN Akt Rapamycin Migrace/Metastazování mTOR Temsirolimus Everolimus HIF-1a translace Normoxie Hypoxie Hypoxie + GF Normoxie + GF VHL LY294002 Wortmannin PI3-kináza HIF-1a/VHL Aktivní HIF-1a Ubiquitinace Zvýšená exprese CXCR4 na povrchu buněk Nukleární translace Degradace (26S proteasom) Zvýšená transkripce CXCR4 CXCL12

Inhibitory mTOR u NSCLC: klinická data Autor Režim N Odpověď Medián PFS Papadimitrakopoulou1 RAD 001 85 ORR 5,3 % SD 44,7 % 11,3 týdne Papadimitrakopoulou2 RAD 001 + Tarceva 92 1 CR 10 PR 47 SD NR Kris3 RAD 001 + gefitinib 25 ORR 16 % 1Papadimitrakopoulou, et al. ASCO 2007 2Papadimitrakopoulou, et al. ASCO 2008 3Kris, et al. ASCO 2007

Temsirolimus v monoterapii NSCLC: probíhající studie Fáze Linie Stádium Cíle IB Neoadjuvantní I–IIIA Primární: stanovení CXCR4 v nádoru a krvi; patologická odpověď Sekundární: biomarkery II 1. linie IIIB (s výpotkem) nebo IV Primární: RR; toxicita Sekundární: PFS po týdnech; TTP a OS; biomarkery www.cancer.gov

Léčba cílená na VEGF a EGFR: zlepšuje výsledky u nemocných s NSCLC Zlepšené výsledky léčby nemocných VEGF: klíčový mediátor nádorové angiogeneze EGFR: vitální úloha v růstu a progresi nádoru