Abstract The success in lung cancer therapy with programmed death (PD)-1 blockade suggests that immune escape mechanisms contribute to lung tumor pathogenesis. We identified a correlation between EGF receptor (EGFR) pathway activation and a signature of immunosuppression manifested by upregulation of PD-1, PD-L1, CTL antigen-4 (CTLA-4), and multiple tumor-promoting inflammatory cytokines. We observed decreased CTLs and increased markers of T-cell exhaustion in mouse models of EGFR-driven lung cancer. PD-1 antibody blockade improved the survival of mice with EGFR-driven adenocarcinomas by enhancing effector T-cell function and lowering the levels of tumor-promoting cytokines. Expression of mutant EGFR in bronchial epithelial cells induced PD-L1, and PD-L1 expression was reduced by EGFR inhibitors in non–small cell lung cancer cell lines with activated EGFR. These data suggest that oncogenic EGFR signaling remodels the tumor microenvironment to trigger immune escape and mechanistically link treatment response to PD-1 inhibition. Significance: We show that autochthonous EGFR-driven lung tumors inhibit antitumor immunity by activating the PD-1/PD-L1 pathway to suppress T-cell function and increase levels of proinflammatory cytokines. These findings indicate that EGFR functions as an oncogene through non–cell-autonomous mechanisms and raise the possibility that other oncogenes may drive immune escape. Cancer Discov; 3(12); 1355–63. ©2013 AACR. See related commentary by Rech and Vonderheide, p. 1330 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1317

T cell dysfunction contributes to tumor immune escape in patients with cancer and is particularly severe amidst glioblastoma (GBM). Among other defects, T cell lymphopenia is characteristic, yet often attributed to treatment. We reveal that even treatment-naïve subjects and mice with GBM can harbor AIDS-level CD4 counts, as well as contracted, T cell–deficient lymphoid organs. Missing naïve T cells are instead found sequestered in large numbers in the bone marrow. This phenomenon characterizes not only GBM but a variety of other cancers, although only when tumors are introduced into the intracranial compartment. T cell sequestration is accompanied by tumor-imposed loss of S1P1 from the T cell surface and is reversible upon precluding S1P1 internalization. In murine models of GBM, hindering S1P1 internalization and reversing sequestration licenses T cell–activating therapies that were previously ineffective. Sequestration of T cells in bone marrow is therefore a tumor-adaptive mode of T cell dysfunction, whose reversal may constitute a promising immunotherapeutic adjunct. Patients with glioblastoma experience lymphopenia and sequestration of T cells in the bone marrow, which is recapitulated in mice with brain tumors, where the reversible nature of this effect is demonstrated by an approach that enables the efficacy of other immunotherapeutics.

Abstract STK11/LKB1 is among the most commonly inactivated tumor suppressors in non–small cell lung cancer (NSCLC), especially in tumors harboring KRAS mutations. Many oncogenes promote immune escape, undermining the effectiveness of immunotherapies, but it is unclear whether the inactivation of tumor suppressor genes, such as STK11/LKB1, exerts similar effects. In this study, we investigated the consequences of STK11/LKB1 loss on the immune microenvironment in a mouse model of KRAS-driven NSCLC. Genetic ablation of STK11/LKB1 resulted in accumulation of neutrophils with T-cell–suppressive effects, along with a corresponding increase in the expression of T-cell exhaustion markers and tumor-promoting cytokines. The number of tumor-infiltrating lymphocytes was also reduced in LKB1-deficient mouse and human tumors. Furthermore, STK11/LKB1–inactivating mutations were associated with reduced expression of PD-1 ligand PD-L1 in mouse and patient tumors as well as in tumor-derived cell lines. Consistent with these results, PD-1–targeting antibodies were ineffective against Lkb1-deficient tumors. In contrast, treating Lkb1-deficient mice with an IL6-neutralizing antibody or a neutrophil-depleting antibody yielded therapeutic benefits associated with reduced neutrophil accumulation and proinflammatory cytokine expression. Our findings illustrate how tumor suppressor mutations can modulate the immune milieu of the tumor microenvironment, and they offer specific implications for addressing STK11/LKB1–mutated tumors with PD-1–targeting antibody therapies. Cancer Res; 76(5); 999–1008. ©2016 AACR.

Abstract Purpose: T-cell dysfunction is a hallmark of glioblastoma (GBM). Although anergy and tolerance have been well characterized, T-cell exhaustion remains relatively unexplored. Exhaustion, characterized in part by the upregulation of multiple immune checkpoints, is a known contributor to failures amid immune checkpoint blockade, a strategy that has lacked success thus far in GBM. This study is among the first to examine, and credential as bona fide, exhaustion among T cells infiltrating human and murine GBM. Experimental Design: Tumor-infiltrating and peripheral blood lymphocytes (TILs and PBLs) were isolated from patients with GBM. Levels of exhaustion-associated inhibitory receptors and poststimulation levels of the cytokines IFNγ, TNFα, and IL2 were assessed by flow cytometry. T-cell receptor Vβ chain expansion was also assessed in TILs and PBLs. Similar analysis was extended to TILs isolated from intracranial and subcutaneous immunocompetent murine models of glioma, breast, lung, and melanoma cancers. Results: Our data reveal that GBM elicits a particularly severe T-cell exhaustion signature among infiltrating T cells characterized by: (1) prominent upregulation of multiple immune checkpoints; (2) stereotyped T-cell transcriptional programs matching classical virus-induced exhaustion; and (3) notable T-cell hyporesponsiveness in tumor-specific T cells. Exhaustion signatures differ predictably with tumor identity, but remain stable across manipulated tumor locations. Conclusions: Distinct cancers possess similarly distinct mechanisms for exhausting T cells. The poor TIL function and severe exhaustion observed in GBM highlight the need to better understand this tumor-imposed mode of T-cell dysfunction in order to formulate effective immunotherapeutic strategies targeting GBM. Clin Cancer Res; 24(17); 4175–86. ©2018 AACR. See related commentary by Jackson and Lim, p. 4059

The balance of programmed death-1 (PD-1)-expressing CD8+ T cells and regulatory T (Treg) cells in the tumor microenvironment (TME) determines the clinical efficacy of PD-1 blockade therapy through the competition of their reactivation. However, factors that determine this balance remain unknown. Here, we show that Treg cells gain higher PD-1 expression than effector T cells in highly glycolytic tumors, including MYC-amplified tumors and liver tumors. Under low-glucose environments via glucose consumption by tumor cells, Treg cells actively absorbed lactic acid (LA) through monocarboxylate transporter 1 (MCT1), promoting NFAT1 translocation into the nucleus, thereby enhancing the expression of PD-1, whereas PD-1 expression by effector T cells was dampened. PD-1 blockade invigorated the PD-1-expressing Treg cells, resulting in treatment failure. We propose that LA in the highly glycolytic TME is an active checkpoint for the function of Treg cells in the TME via upregulation of PD-1 expression.

Lung squamous cell carcinoma (SCC) is a deadly disease for which current treatments are inadequate. We demonstrate that biallelic inactivation of Lkb1 and Pten in the mouse lung leads to SCC that recapitulates the histology, gene expression, and microenvironment found in human disease. Lkb1;Pten null (LP) tumors expressed the squamous markers KRT5, p63 and SOX2, and transcriptionally resembled the basal subtype of human SCC. In contrast to mouse adenocarcinomas, the LP tumors contained immune populations enriched for tumor-associated neutrophils. SCA1+NGFR+ fractions were enriched for tumor-propagating cells (TPCs) that could serially transplant the disease in orthotopic assays. TPCs in the LP model and NGFR+ cells in human SCCs highly expressed Pd-ligand-1 (PD-L1), suggesting a mechanism of immune escape for TPCs.

Abstract Infection of the lungs with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) via the angiotensin I converting enzyme 2 (ACE2) receptor induces a type of systemic inflammation known as a cytokine storm. However, the precise mechanisms involved in severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) pneumonia are unknown. Here, we show that interleukin-10 (IL-10) changed normal alveolar macrophages into ACE2-expressing M2c-type macrophages that functioned as spreading vectors for SARS-CoV-2 infection. The depletion of alveolar macrophages and blockade of IL-10 attenuated SARS-CoV-2 pathogenicity. Furthermore, genome-wide association and quantitative trait locus analyses identified novel mRNA transcripts in human patients, COVID-19 infectivity enhancing dual receptor (CiDRE), which has unique synergistic effects within the IL-10-ACE2 system in M2c-type macrophages. Our results demonstrate that alveolar macrophages stimulated by IL-10 are key players in severe COVID-19. Collectively, CiDRE expression levels are potential risk factors that predict COVID-19 severity, and CiDRE inhibitors might be useful as COVID-19 therapies. Graphical abstract

Progressive pulmonary fibrosis (PPF), defined as the worsening of various interstitial lung diseases (ILDs), currently lacks useful biomarkers. To identify novel biomarkers for early detection of patients at risk of PPF, we performed a proteomic analysis of serum extracellular vesicles (EVs). Notably, the identified candidate biomarkers were enriched for lung-derived proteins participating in fibrosis-related pathways. Among them, pulmonary surfactant-associated protein B (SFTPB) in serum EVs could predict ILD progression better than the known biomarkers, serum KL-6 and SP-D, and it was identified as an independent prognostic factor from ILD-gender-age-physiology index. Subsequently, the utility of SFTPB for predicting ILD progression was evaluated further in 2 cohorts using serum EVs and serum, respectively, suggesting that SFTPB in serum EVs but not in serum was helpful. Among SFTPB forms, pro-SFTPB levels were increased in both serum EVs and lungs of patients with PPF compared with those of the control. Consistently, in a mouse model, the levels of pro-SFTPB, primarily originating from alveolar epithelial type 2 cells, were increased similarly in serum EVs and lungs, reflecting pro-fibrotic changes in the lungs, as supported by single-cell RNA sequencing. SFTPB, especially its pro-form, in serum EVs could serve as a biomarker for predicting ILD progression.