PURPOSE Our previously published findings reported that local consolidative therapy (LCT) with radiotherapy or surgery improved progression-free survival (PFS) and delayed new disease in patients with oligometastatic non–small-cell lung cancer (NSCLC) that did not progress after front-line systemic therapy. Herein, we present the longer-term overall survival (OS) results accompanied by additional secondary end points. PATIENTS AND METHODS This multicenter, randomized, phase II trial enrolled patients with stage IV NSCLC, three or fewer metastases, and no progression at 3 or more months after front-line systemic therapy. Patients were randomly assigned (1:1) to maintenance therapy or observation (MT/O) or to LCT to all active disease sites. The primary end point was PFS; secondary end points were OS, toxicity, and the appearance of new lesions. All analyses were two sided, and P values less than .10 were deemed significant. RESULTS The Data Safety and Monitoring Board recommended early trial closure after 49 patients were randomly assigned because of a significant PFS benefit in the LCT arm. With an updated median follow-up time of 38.8 months (range, 28.3 to 61.4 months), the PFS benefit was durable (median, 14.2 months [95% CI, 7.4 to 23.1 months] with LCT v 4.4 months [95% CI, 2.2 to 8.3 months] with MT/O; P = .022). We also found an OS benefit in the LCT arm (median, 41.2 months [95% CI, 18.9 months to not reached] with LCT v 17.0 months [95% CI, 10.1 to 39.8 months] with MT/O; P = .017). No additional grade 3 or greater toxicities were observed. Survival after progression was longer in the LCT group (37.6 months with LCT v 9.4 months with MT/O; P = .034). Of the 20 patients who experienced progression in the MT/O arm, nine received LCT to all lesions after progression, and the median OS was 17 months (95% CI, 7.8 months to not reached). CONCLUSION In patients with oligometastatic NSCLC that did not progress after front-line systemic therapy, LCT prolonged PFS and OS relative to MT/O.

Background Evidence from retrospective studies suggests that disease progression after first-line chemotherapy for metastatic non-small-cell lung cancer (NSCLC) occurs most often at sites of disease known to exist at baseline. However, the potential effect of aggressive local consolidative therapy for patients with oligometastatic NSCLC is unknown. We aimed to assess the effect of local consolidative therapy on progression-free survival. Methods In this multicentre, randomised, controlled, phase 2 study, eligible patients from three hospitals had histological confirmation of stage IV NSCLC, three or fewer metastatic disease lesions after first-line systemic therapy, an Eastern Cooperative Oncology Group performance status score of 2 or less, had received standard first-line systemic therapy, and had no disease progression before randomisation. First-line therapy was four or more cycles of platinum doublet therapy or 3 or more months of EGFR or ALK inhibitors for patients with EGFR mutations or ALK rearrangements, respectively. Patients were randomly assigned (1:1) to either local consolidative therapy ([chemo]radiotherapy or resection of all lesions) with or without subsequent maintenance treatment or to maintenance treatment alone, which could be observation only. Maintenance treatment was recommended based on a list of approved regimens, and observation was defined as close surveillance without cytotoxic treatment. Randomisation was not masked and was balanced dynamically on five factors: number of metastases, response to initial therapy, CNS metastases, intrathoracic nodal status, and EGFR and ALK status. The primary endpoint was progression-free survival analysed in all patients who were treated and had at least one post-baseline imaging assessment. The study is ongoing but not recruiting participants. This study is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01725165. Findings Between Nov 28, 2012, and Jan 19, 2016, 74 patients were enrolled either during or at the completion of first-line systemic therapy. The study was terminated early after randomisation of 49 patients (25 in the local consolidative therapy group and 24 in the maintenance treatment group) as part of the annual analyses done by the Data Safety Monitoring Committee of all randomised trials at MD Anderson Cancer Center, and before a planned interim analysis of 44 events. At a median follow-up time for all randomised patients of 12·39 months (IQR 5·52–20·30), the median progression-free survival in the local consolidative therapy group was 11·9 months (90% CI 5·7–20·9) versus 3·9 months (2·3–6·6) in the maintenance treatment group (hazard ratio 0·35 [90% CI 0·18–0·66], log-rank p=0·0054). Adverse events were similar between groups, with no grade 4 adverse events or deaths due to treatment. Grade 3 adverse events in the maintenance therapy group were fatigue (n=1) and anaemia (n=1) and in the local consolidative therapy group were oesophagitis (n=2), anaemia (n=1), pneumothorax (n=1), and abdominal pain (n=1, unlikely related). Interpretation Local consolidative therapy with or without maintenance therapy for patients with three or fewer metastases from NSCLC that did not progress after initial systemic therapy improved progression-free survival compared with maintenance therapy alone. These findings suggest that aggressive local therapy should be further explored in phase 3 trials as a standard treatment option in this clinical scenario. Funding MD Anderson Lung Cancer Priority Fund, MD Anderson Cancer Center Moon Shot Initiative, and Cancer Center Support (Core), National Cancer Institute, National Institutes of Health.

Ipilimumab improves clinical outcomes when combined with nivolumab in metastatic non-small cell lung cancer (NSCLC), but its efficacy and impact on the immune microenvironment in operable NSCLC remain unclear. We report the results of the phase 2 randomized NEOSTAR trial (NCT03158129) of neoadjuvant nivolumab or nivolumab + ipilimumab followed by surgery in 44 patients with operable NSCLC, using major pathologic response (MPR) as the primary endpoint. The MPR rate for each treatment arm was tested against historical controls of neoadjuvant chemotherapy. The nivolumab + ipilimumab arm met the prespecified primary endpoint threshold of 6 MPRs in 21 patients, achieving a 38% MPR rate (8/21). We observed a 22% MPR rate (5/23) in the nivolumab arm. In 37 patients resected on trial, nivolumab and nivolumab + ipilimumab produced MPR rates of 24% (5/21) and 50% (8/16), respectively. Compared with nivolumab, nivolumab + ipilimumab resulted in higher pathologic complete response rates (10% versus 38%), less viable tumor (median 50% versus 9%), and greater frequencies of effector, tissue-resident memory and effector memory T cells. Increased abundance of gut Ruminococcus and Akkermansia spp. was associated with MPR to dual therapy. Our data indicate that neoadjuvant nivolumab + ipilimumab-based therapy enhances pathologic responses, tumor immune infiltrates and immunologic memory, and merits further investigation in operable NSCLC. Neoadjuvant treatment with nivolumab plus ipilimumab is well tolerated and demonstrates clinical efficacy in patients with early stage lung cancer.

Immune checkpoint therapy with anti-CTLA-4 and anti-PD-1/PD-L1 has revolutionized the treatment of many solid tumors. However, the clinical efficacy of immune checkpoint therapy is limited to a subset of patients with specific tumor types1,2. Multiple clinical trials with combinatorial immune checkpoint strategies are ongoing; however, the mechanistic rationale for tumor-specific targeting of immune checkpoints is elusive. To garner an insight into tumor-specific immunomodulatory targets, we analyzed 94 patients representing five different cancer types, including those that respond relatively well to immune checkpoint therapy and those that do not, such as glioblastoma multiforme, prostate cancer and colorectal cancer. Through mass cytometry and single-cell RNA sequencing, we identified a unique population of CD73hi macrophages in glioblastoma multiforme that persists after anti-PD-1 treatment. To test if targeting CD73 would be important for a successful combination strategy in glioblastoma multiforme, we performed reverse translational studies using CD73-/- mice. We found that the absence of CD73 improved survival in a murine model of glioblastoma multiforme treated with anti-CTLA-4 and anti-PD-1. Our data identified CD73 as a specific immunotherapeutic target to improve antitumor immune responses to immune checkpoint therapy in glioblastoma multiforme and demonstrate that comprehensive human and reverse translational studies can be used for rational design of combinatorial immune checkpoint strategies.

ABSTRACT Little is known of the geospatial architecture of individual cell populations in lung adenocarcinoma (LUAD) evolution. Here, we perform single-cell RNA sequencing of 186,916 cells from 5 early-stage LUADs and 14 multi-region normal lung tissues of defined spatial proximities from the tumors. We show that cellular lineages, states, and transcriptomic features geospatially evolve across normal regions to LUADs. LUADs also exhibit pronounced intratumor cell heterogeneity within single sites and transcriptional lineage-plasticity programs. T regulatory cell phenotypes are increased in normal tissues with proximity to LUAD, in contrast to diminished signatures and fractions of cytotoxic CD8+ T cells, antigen-presenting macrophages and inflammatory dendritic cells. We further find that the LUAD ligand-receptor interactome harbors increased expression of epithelial CD24 which mediates pro-tumor phenotypes. These data provide a spatial atlas of LUAD evolution, and a resource for identification of targets for its treatment. Statement of significance The geospatial ecosystem of the peripheral lung and early-stage LUAD is not known. Our multi-region single-cell sequencing analyses unravel cell populations, states, and phenotypes in the spatial and ecological evolution of LUAD from the lung that comprise high-potential targets for early interception.

Abstract Understanding cellular processes underlying early lung adenocarcinoma (LUAD) development is needed to devise intervention strategies 1 . Here, we studied 246,102 single epithelial cells from 16 early-stage LUADs and 47 matched normal lung samples. Epithelial cells comprised diverse normal alveolar and airway lineages as well as cancer cell populations. Diversity among cancer cells was strongly linked to LUAD patient-specific oncogenic drivers. KRAS -mutant cancer cells were unique in their transcriptional features, strikingly reduced differentiation, low levels of DNA copy number changes, and increased variability amongst the cells themselves. The local niche of LUADs, relative to that of normal lungs, was enriched with intermediary cells in lung alveolar differentiation with potential to transition to KRAS -mutant cancer cells. A subset of alveolar intermediate cells with elevated KRT8 expression ( KRT8 + alveolar cells; KACs) showed increased plasticity, and their gene expression profiles were enriched in lung precancer and LUAD and signified poor survival. Murine KACs were evident in lungs of tobacco carcinogen-exposed mice that develop KRAS -mutant LUADs but not in the saline-treated control group. While murine KACs emerged prior to tumor onset, they persisted for months after carcinogen cessation, acquired driver Kras mutations and, like their human counterparts, were poorly differentiated and harbored KRAS- specific transcriptional programs. This study provides new insights into early LUAD development and identifies potential targets for treatment.

8638 Background: Pulmonary sarcomatoid carcinoma (PSC) is a rare subtype of poorly differentiated non-small cell lung cancer (NSCLC) with poor prognosis. Outcomes to immune checkpoint inhibitors (ICIs) in patients with PSC have been incompletely examined, nor have they been compared to other NSCLC histologies. Methods: This retrospective study included two cohorts from MDACC and DFCI with metastatic NSCLC treated with ICI alone or with chemotherapy. Patients were categorized by histology as PSC, lung adenocarcinoma (LUAD), and lung squamous cell carcinoma (LUSC). We compared clinical and demographic characteristics between groups. Clinical progression-free survival (PFS), overall survival (OS), and best of response (BOR) were evaluated. BOR was further divided into responders (including partial and complete response) and non-responders (including stable and progressive disease). Results: A total of 1,515 patients from MDACC were included: 65 (4.3%) PSC, 1,138 (75.1%) LUAD, and 312 (20.6%) LUSC. PSC patients were more likely to be older and present with metastatic disease at diagnosis. PD-L1 expression was higher in PSC, with 71.7% having PD-L1 ≥50%. 19 out of 50 PSC patients (38%) treated with ICIs were responders, compared to 26.4% in LUAD and 21.8% in LUSC. In ICI-treated patients, median PFS (p=0.033) was 5.83 months (95%CI:2.9-22.67) in PSC, 7.5 (95%CI:6.97-8.17) in LUAD, and 6.13 (95%CI:5.23-7.23) in LUSC; median OS (p<0.001) was 33.4 (months, 95%CI:15.4-NA) in PSC, 27.6 (95%CI:25.3-30.3) in LUAD, and 18.2 (95%CI:14.6-21.9) in LUSC. Subgroup analysis showed no significant difference among histologies for patients with PD-L1 high expression in either PFS (p=0.16) or OS (p=0.23). In PSC patients, chemotherapy treatment alone had worse outcomes than treatment with ICIs; when added to ICIs, however, there was no difference between ICI-mono and ICI-chemotherapy. The DFCI cohort included 1,405 patients treated with ICI-mono or ICI-chemotherapy: 41 (2.9%) PSC, 1,296 (92.2%) LUAD, and 68 (4.8%) LUSC. As above, PSC patients had higher PD-L1 expression (65.9% PD-L1≥50%) and higher response rate (45.6%). In PSC patients, median PFS was 5.4 (months, 95%CI:3.5-14.37) and median OS was 11.7 (months, 95%CI:7.7-35.9), without significant difference compared to LUAD and LUSC. Across cohorts, PSC tumors were enriched for KRAS, MET, and TP53 mutations. There was no significant difference across histologies in tumor mutational burden or tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) in the DFCI cohort, where this data was available. Conclusions: PSC is associated with higher PD-L1 expression and higher proportion of responders when treated with immunotherapy, with similar PFS and OS compared to LUAD and LUSC. Further investigation of the immune profile in PSC is needed to explore predictive factors of immunotherapy to optimize patient selection in clinical practice.

The novel coronavirus SARS-CoV-2 was identified as the causative agent of the ongoing pandemic COVID 19. COVID-19-associated deaths are mainly attributed to severe pneumonia and respiratory failure. Recent work demonstrated that SARS-CoV-2 binds to angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) in the lung. To better understand ACE2 abundance and expression patterns in the lung we interrogated our in-house single-cell RNA-sequencing dataset containing 70,085 EPCAM+ lung epithelial cells from paired normal and lung adenocarcinoma tissues. Transcriptomic analysis revealed a diverse repertoire of airway lineages that included alveolar type I and II, bronchioalveolar, club/secretory, quiescent and proliferating basal, ciliated and malignant cells as well as rare populations such as ionocytes. While the fraction of lung epithelial cells expressing ACE2 was low (1.7% overall), alveolar type II (AT2, 2.2% ACE2 +) cells exhibited highest levels of ACE2 expression among all cell subsets. Further analysis of the AT2 compartment (n = 27,235 cells) revealed a number of genes co-expressed with ACE2 that are important for lung pathobiology including those associated with chronic obstructive pulmonary disease (COPD; HHIP ), pneumonia and infection ( FGG and C4BPA ) as well as malarial/bacterial ( CD36 ) and viral ( DMBT1 ) scavenging which, for the most part, were increased in smoker versus light or non-smoker cells. Notably, DMBT1 was highly expressed in AT2 cells relative to other lung epithelial subsets and its expression positively correlated with ACE2 . We describe a population of ACE2 -positive AT2 cells that co-express pathogen (including viral) receptors (e.g. DMBT1 ) with crucial roles in host defense thus comprising plausible phenotypic targets for treatment of COVID-19.### Competing Interest StatementAES is an employee of Johnson and Johnson and has shares in Veracyte. HK receives funding to MD Anderson Cancer Center from Johnson and Johnson. TC has received speaker’s fees from the Society for Immunotherapy of Cancer and Bristol-Myers Squibb; receives consulting/advisory role fees from MedImmune, Bristol-Myers Squibb and EMD Serono, and research funding to MD Anderson Cancer Center from Boehringer Ingelheim, MedImmune and Bristol-Myers Squibb outside the scope of this work. All other authors declare no competing interests.

Abstract Histology plays an essential role in therapeutic decision-making for lung cancer patients. However, the molecular determinants of lung cancer histology are largely unknown. We conducted whole-exome sequencing(WES) and microarray profiling on 19 micro-dissected tumor regions of different histologic subtypes from 9 patients with lung cancers of mixed histology. A median of 68.9% of point mutations and 83% of copy number aberrations were shared between different histologic components within the same tumors. Furthermore, different histologic components within the tumors demonstrated similar subclonal architecture. On the other hand, transcriptomic profiling revealed shared pathways between the same histologic subtypes from different patients, which was supported by the analyses of the transcriptomic data from 141 cell lines and 343 lung cancers of different histologic subtypes. These data suggest that histology of lung cancers may be determined at the transcriptomic level rather than the genomic level.