- 著者: Michael J. Giffin, Keegan Cooke, Edward K. Lobenhofer ほか (Amgen Research, Thousand Oaks/Munich/South San Francisco)
- Corresponding author: Paul E. Hughes (phughes@amgen.com); Julie M. Bailis (jbailis@amgen.com)
- 雑誌: Clinical Cancer Research
- 発行年: 2021
- Epub日: 2020-11-17
- Article種別: Original Article (前臨床 translational 研究)
- PMID: 33203642
- 臨床試験番号: NCT03319940 (本前臨床データに基づく phase I 試験)
背景
SCLC (small cell lung cancer, 小細胞肺癌) は全肺癌の 10-15% を占める高度悪性神経内分泌腫瘍であり、初回治療への高い感受性にも関わらず早期再発と化学療法耐性化が常態化し 5 年生存率は 7% 未満と極めて不良である (Govindan et al. JClinOncol 2006)。プラチナ+エトポシド初回化学療法後の有効な選択肢が限られる状況に対し、近年の進展は (1) 抗 PD-L1 抗体 atezolizumab/durvalumab の 1 次治療併用 (IMpower133 で OS 中央値 12.3 か月、HR 0.70、95% CI 0.54-0.91、Horn et al. NEnglJMed 2018) と (2) 2 次治療以降での anti-PD-1 抗体加速承認に留まり、ORR は 12-35% と modest であった (Ott et al. JClinOncol 2017、Antonia et al. LancetOncol 2016)。CheckMate 451/331 ではこれらの長期 OS 延長は確認されず、nivolumab/pembrolizumab の SCLC 適応は後に取り下げられた。標的治療では DLL3 (delta-like ligand 3) を狙う ADC (antibody-drug conjugate) rovalpituzumab tesirine が phase II TRINITY で ORR 12-18% を示したが phase III MERU で全生存延長を達成できず開発中止となった (PBD ペイロード由来の用量規定毒性が壁、Morgensztern et al. ClinCancerRes 2019)。何が足りなかったか: DLL3 は SCLC 細胞表面に選択的かつ高率に発現するが正常組織での膜局在は限定されるという理想的標的性質を持つにも関わらず、ADC アプローチではペイロード毒性と高 DLL3 発現要件 (cut-off 高い) が壁となり、より低発現腫瘍を含む幅広い SCLC 患者集団を治療できる新規モダリティ — 特に T 細胞を標的腫瘍に直接呼び込む T-cell redirecting therapy — の前臨床妥当性確認が求められていた。
目的
SCLC に対する DLL3×CD3 を架橋する半減期延長型 BiTE (bispecific T-cell engager) 分子である AMG 757 (後の tarlatamab) について、(1) DLL3 発現量と細胞傷害活性の関係、(2) PDX (patient-derived xenograft) および orthotopic マウスモデルでの抗腫瘍活性、(3) NHP (non-human primate, カニクイザル) における忍容性と薬物動態 — を前臨床的に評価し、臨床試験 (NCT03319940) 開始の根拠を確立すること。
結果
DLL3 発現プロファイルと anti-DLL3 BiTE 結合特性 (Fig. 1A, Supplementary Fig. S1A-C): RNA-seq (RNA sequencing) による 28 SCLC 検体と約 250 正常組織の網羅的プロファイリングで DLL3 mRNA は SCLC 検体の 82% で FPKM (fragments per kilobase of transcript per million mapped reads) ≥1 (最高 116、中央値 11.5) で検出され、正常組織では脳・脊髄・下垂体・精巣に低発現 (FPKM 1.06-6.55) のみであった (Supplementary Fig. S1A)。IHC (immunohistochemistry) では 35 検体中 30 例 (86%) が DLL3 陽性、染色強度は弱 (1+) 28% / 中 (2+) 40% / 強 (3+) 17% で >90% の腫瘍細胞が染色された (Supplementary Fig. S1B)。Flow cytometry での細胞株表面発現は NCI-H211 で約 800 分子/細胞、SHP-77 で 3,222 分子/細胞と桁違いの範囲を示し、NCI-H460 は陰性 (Supplementary Table S4)。Anti-DLL3 BiTE 分子は human DLL3 で KD (equilibrium dissociation constant) 3.0 nmol/L、NHP DLL3 で 3.1 nmol/L、human/NHP CD3 でそれぞれ KD 4.6/4.4 nmol/L という cross-reactive な高親和性結合を示した (Fig. 1A)。
in vitro 細胞傷害活性 (TDCC アッセイ; Fig. 1B-C, Fig. 2B-D, Fig. 3): Anti-DLL3 BiTE 分子は DLL3 transfected HEK-293 細胞に対し EC50 2.2 pmol/L、SCLC 細胞株 (NCI-H2171, NCI-H889, SHP-77 ほか) に対し EC50 18-203 pmol/L で殺傷活性を示した一方、mock-transfected HEK-293 や NCI-H460 (DLL3 陰性) には EC50 >1 nmol/L で活性なしという DLL3 特異性が確認された (Fig. 1B-C)。AMG 757 は core BiTE と同等の potency を維持し、特に DLL3 発現が <1,000 分子/細胞の低発現株 (NCI-H211 など) でも有意な殺傷活性を示した点が臨床的に重要である (vs Rova-T で必要とされた高 DLL3 発現要件と対照的、Fig. 2B-C)。NHP PBMC を effector とした場合の EC50 は human PBMC の 1-7 倍以内に収まり、cross-species 活性が確認された (Fig. 2D)。T 細胞活性化マーカー CD69, CD71, PD-1, PD-L1 の up-regulation、granzyme B (細胞傷害性顆粒蛋白)/perforin (穿孔性蛋白) 発現、IL-2 (interleukin-2)/IFN-γ (interferon-γ)/TNF-α (tumor necrosis factor-α)/IL-6 (interleukin-6) サイトカイン産生も BiTE 標的結合の hallmark として確認された (Fig. 3A-D)。
in vivo 抗腫瘍活性 (admixture / PDX / orthotopic モデル; Fig. 1D-E, Fig. 5, Fig. 6): SHP-77 admixture モデルで 0.5 mg/kg 連日投与により TGI (tumor growth inhibition) 89% (p=0.0001)、NCI-H82 モデルで 75% (p<0.0001) を達成 (Fig. 1D-E)。PDX モデルでは LXFS 1129 で 83% 腫瘍退縮 (10 例中 8 例 CR [complete response]、p<0.0001 vs control HLE BiTE 群、Fig. 5A)、LXFS 538 で 98% 腫瘍退縮 (10 例中 8 例 CR、day 32 時点では 10 例中 9 例 CR、p<0.0001、Fig. 5B) という驚異的な活性を示した。SHP-77 orthotopic 肺腫瘍モデルでは BLI 信号の有意な抑制 (p<0.0008、Fig. 5C-D)、NCI-H82 orthotopic 肝転移モデルでは AMG 757 群で肝病変が消失 (mean 0 lesion vs vehicle 41.5 lesions vs control HLE BiTE 41.8 lesions、いずれも p<0.0001、Fig. 5E-H) を達成。腫瘍内 CD4⁺/CD8⁺ T 細胞数は LXFS 538 PDX で 96 時間後に AMG 757 群 vs control HLE BiTE 群で CD4 77,098 vs 1,601 cells (p=0.004)、CD8 263,289 vs 2,686 cells (p=0.012、Fig. 6A)、NCI-H82 orthotopic 肝モデルで CD4 1,080 vs 78.2 cells/mg tissue (p<0.0001)、CD8 1,597 vs 89.6 cells/mg tissue (p<0.0001、Fig. 6E) と大幅増加し、CD25/CD69/PD-1/4-1BB の有意な活性化マーカー上昇も確認された (Fig. 6B-C, F-G)。
NHP 薬物動態・忍容性 (Fig. 4): Cynomolgus monkey での single dose 12 μg/kg iv (intravenous) 投与後の 半減期 234 時間 (= 9.8 日) で、Cmax (maximum serum concentration) 0.239 μg/mL、AUC (area under the concentration-time curve) 16.7 hr·μg/mL、336 時間 (14 日) 後の trough exposure は SCLC 細胞株 mean in vitro EC50 の約 10 倍を維持し、週 1 回投与での持続的標的曝露が可能と推定された (Fig. 4)。1 か月反復毒性試験で AMG 757 4.5 mg/kg weekly まで AMG 757 関連の有害事象なし、cytokine release は一過性で重篤な臓器毒性は観察されなかった。DLL3 の正常組織における細胞質内局在主体の発現プロファイルが BiTE 分子へのアクセスを妨げ、SCLC 選択的毒性プロファイルが実現されたと考察された。
考察/結論
先行研究との違い: 本研究は DLL3 を標的とする初の clinical-stage T-cell engager である AMG 757 の前臨床妥当性を確立した。先行する Rova-T (DLL3 ADC) は phase III MERU で OS 延長を示せず PBD ペイロード由来の用量規定毒性 (胸水・心嚢液・皮膚反応) が壁となったのとは対照的に、AMG 757 は (a) DLL3 低発現細胞 (<1,000 分子/細胞) でも有効、(b) PBD のような細胞毒性ペイロードを持たないため off-target toxicity が原理的に低い、(c) Fc 融合 HLE 設計で週 1 回間欠投与が可能、という 3 点で根本的に異なるアプローチを実装した。新規性: BiTE 分子は固形癌で therapeutic index が課題であった (AMG 110 [EpCAM]/cibisatamab [CEA] が消化管 on-target 毒性で開発困難) 中、SCLC×DLL3 という「腫瘍選択的発現が極めて高い標的」を選定した点が本研究の核心であり、本研究で初めて PDX で 98% 退縮・10 例中 8-9 例 CR を達成した DLL3 標的免疫療法のデータが提示された。臨床応用: 本前臨床データを根拠に第 I 相 DeLLphi-300 試験 (NCT03319940) が開始され、後に 2 次治療以降の SCLC で ORR 23%、OS 中央値 14.3 か月を達成し、AMG 757 は tarlatamab として 2024 年に米 FDA で加速承認された (現在 1 次治療併用試験 DeLLphi-303/-305 が進行中、Ahn et al. NEnglJMed 2023 を参照)。残された課題: (1) 本前臨床モデルは免疫不全マウス + 外因性 human T 細胞という制約があり、内因性免疫系・腫瘍微小環境 (TME) との相互作用や long-term resistance mechanism は評価できない、(2) DLL3 発現喪失による獲得耐性の頻度と機序、(3) cytokine release syndrome (CRS) と neurotoxicity の管理戦略 (blinatumomab で問題化)、(4) 抗 PD-1/PD-L1 阻害薬との併用効果、(5) CAR-T (chimeric antigen receptor T-cell) や radioimmunoconjugate など他の DLL3 標的モダリティとの比較・差別化 — については臨床試験での今後の検討が必要である。総じて、本研究は SCLC 領域で初の T-cell engager の臨床移行を可能にし、その後の DLL3 標的療法ブームの起点となった画期的前臨床論文である。
方法
Cell lines: DMS79, NCI-H2171, NCI-H889, SHP-77, NCI-H211, NCI-H82 (SCLC), NCI-H460 (DLL3 陰性 NSCLC 対照), HEK-293 を使用。American Type Culture Collection 由来、STR (short tandem repeat) profiling で同定確認、mycoplasma 陰性 (Supplementary Table S1)。Anti-DLL3 BiTE 分子と AMG 757: anti-DLL3 scFv (single-chain variable fragment) と anti-CD3 scFv を tandem 連結した core BiTE 構造に対し、AMG 757 は effector-functionless IgG (immunoglobulin G) Fc (crystallizable fragment) domain を carboxy 末端に融合して半減期を延長 (HLE, half-life extended BiTE)。T-cell-dependent cellular cytotoxicity (TDCC) アッセイ: PBMC (peripheral blood mononuclear cells) または精製 human CD3⁺ T 細胞を effector、SCLC 細胞株を target として E:T (effector:target) ratio 2:1 または 5:1、48 時間共培養し flow cytometry で殺傷率 (cytotoxicity %) を測定。EC50 (half maximal effective concentration) を 4-parameter sigmoidal dose-response 曲線で算出 (GraphPad Prism)。Mouse model: (a) admixture xenograft (SHP-77, NCI-H82+human T cells subcutaneous, daily 0.5 mg/kg ip), (b) PDX (LXFS 1129/538, NOG mice, AMG 757 3 mg/kg 週 1 ip × 3 回, T cells day 0 iv), (c) orthotopic (SHP-77 肺 / NCI-H82 肝転移, NSG mice, BLI [bioluminescence imaging] tumor burden 評価)。すべて Amgen IACUC 承認 (Study 2009-00046)。NHP toxicology/PK: cynomolgus monkey に weekly AMG 757 最大 4.5 mg/kg × 1 か月 ip 投与、PK は single dose 12 μg/kg iv bolus 後の血清濃度推移をイムノアッセイで定量。統計: 群間比較は Student t-test または Mann-Whitney U、生存解析は log-rank。サンプルサイズは PDX/orthotopic で n=9-10/cohort、NHP では各用量 n=2-4。