Abstract Metastases arise from a subset of cancer cells that disseminate from the primary tumor; however, the factors that contribute to proliferation of cancer cells in a secondary site are incompletely understood. The ability of cancer cells to thrive in a new tissue site is influenced by genetic and epigenetic changes that are important for disease initiation and progression, but these factors alone do not predict if and where cancers metastasize. Specific cancer types metastasize to consistent subsets of tissues, suggesting that factors associated with the primary tumor influence the tissue environments where cancers can grow. Using pancreatic cancer as a model, we find that primary and metastatic tumors share many metabolic similarities and that the tumor initiating capacity and proliferation of both primary- and metastasis-derived cells is favored in the primary site relative to the metastatic site. Moreover, propagating lung or liver metastatic cells in vivo to enrich for tumor cells adapted to grow in the lung or the liver does not enhance their relative ability to form large tumors in those sites, change their preference to grow in the primary site, nor stably alter some aspects of their metabolism relative to primary tumors. We also analyzed primary liver and lung cancer cells and find that these cells also exhibit a preference to grow in their primary site relative to metastatic sites. Together, these data suggest that the cancer tissue-of-origin influences the metabolism of both primary and metastatic tumors and may impact whether cancer cells can thrive in a metastatic site.

Lymphadenectomy during right hemicolectomy for colon cancer varies between the U.S. and Japan.

Summary Tumor-draining lymph nodes are critical sites for generating tumor antigen-specific T cells and are associated with durable immune responses. However, lymph nodes are often the first site of metastasis and lymph node metastases portend worse outcomes. Through cross-species single cell gene expression analysis of breast cancer progression and metastasis to lymph nodes, we uncovered features that define the heterogeneity, plasticity, and immune evasion of cancer cells. Notably, a subpopulation of metastatic cancer cells in the lymph node were marked by high levels of MHC class II (MHC-II) gene expression both in mice and humans. Mechanistically, the IFN-γ and JAK/STAT signaling pathways mediate MHC-II expression in cancer cells. Ablation of IFNGR1/2 or CIITA, the transactivator of MHC-II, in cancer cells prevented tumor progression. Interestingly, MHC-II+ cancer cells lacked co-stimulatory molecule expression, engendered the expansion of regulatory T cells and blunted CD4+ effector T cells in the tumor-draining lymph nodes and favor tumor progression. Overall, our data suggests that cancer cell plasticity during breast cancer progression and metastasis to lymph nodes endows metastatic cells with the ability to avoid immune surveillance. These data provide the basis for new opportunities to therapeutically stimulate anti-cancer immune responses against local and systemic metastases.

Abstract Immune checkpoint inhibitors (ICIs) have transformed systemic therapy for unresectable hepatocellular carcinoma (HCC). Nevertheless, their efficacy is limited to a small percentage of patients, leaving an opportunity for enhancement through synergistic combination therapies. We tested here the combined blockade of programmed death receptor 1 (PD-1) and CXCR4, a receptor for CXCL12 and a key mediator of immunosuppression in the tumor microenvironment in orthotopic grafted and autochthonous models of HCC. We evaluated tumor growth and survival outcomes and examined the underlying mechanisms using immunofluorescence, flow cytometry, RNA-sequencing, and transgenic mice experiments. Combined anti-CXCR4/PD-1 therapy had a robust impact on tumor growth and significantly prolonged survival in all murine preclinical models. The combination treatment successfully reprogrammed antigen-presenting cells, revealing the role of conventional type 1 dendritic cells (cDC1s) in the tumor microenvironment. Moreover, DC reprogramming enhanced anti-cancer immunity by facilitating CD8 T-cell accumulation and activation in the HCC tissue. The effectiveness of the anti-CXCR4 antibody/ICI combination treatment was compromised entirely in Batf3 -KO mice deficient in cDC1 cells. Thus, combined ICI therapy with an anti-CXCR4 antibody has the potential to augment the anti-cancer effects and improve survival outcomes in HCC via reprogramming intra-tumoral cDC1 cells.

Cancer immunotherapy relies on PD-L1 expression, often assessed through immunohistochemistry, offering limited insights. In-vivo fluorescence lifetime (FLT) imaging, utilizing PD-L1-targeted probes, provides quantitative estimates of PD-L1 heterogeneity across tumors, showing promise for clinical translation of FLT imaging.

Abstract The addition of anti-VEGF antibody treatment to immune checkpoint blockade (ICB) has increased the efficacy of immunotherapy in advanced hepatocellular carcinoma (HCC). Despite an initial promise, adding multitargeted kinase inhibitors of VEGFR with ICB has failed to increase survival in HCC. To reveal the mechanisms underlying treatment failure, we studied the effects of cabozantinib/ICB using orthotopic murine HCC models with or without liver damage. We monitored tumor growth and liver function, recorded survival outcomes, and performed immune profiling studies for intra-tumoral and surrounding liver. Cabozantinib/ICB treatment led to tumor regression and significantly improved survival in mice with normal livers. However, consistent with the clinical findings, combination therapy failed to show survival benefits despite similar tumor control when tested in the same models but in mice with liver fibrosis. Moreover, preclinical and clinical data converged, showing that activating immune responses by cabozantinib/ICB treatment induced hepatoxicity. Immune profiling revealed that combination therapy effectively reprogrammed the tumor immune microenvironment and increased NK cell infiltration and activation in the damaged liver tissue. Surprisingly, systemic depletion of NK reduced hepatotoxicity elicited by the combination therapy without compromising its anti-cancer effect, and significantly enhanced the survival benefit even in mice with HCC and underlying liver fibrosis. These findings demonstrate that preventing NK activation allowed for maintaining a favorable therapeutic ratio when combining ICB with cabozantinib in advanced HCC models.