Adoptive T cell therapy (ACT) produces durable responses in some cancer patients; however, most tumors are refractory to ACT and the molecular mechanisms underlying resistance are unclear. Using two independent approaches, we identified tumor glycolysis as a pathway associated with immune resistance in melanoma. Glycolysis-related genes were upregulated in melanoma and lung cancer patient samples poorly infiltrated by T cells. Overexpression of glycolysis-related molecules impaired T cell killing of tumor cells, whereas inhibition of glycolysis enhanced T cell-mediated antitumor immunity in vitro and in vivo. Moreover, glycolysis-related gene expression was higher in melanoma tissues from ACT-refractory patients, and tumor cells derived from these patients exhibited higher glycolytic activity. We identified reduced levels of IRF1 and CXCL10 immunostimulatory molecules in highly glycolytic melanoma cells. Our findings demonstrate that tumor glycolysis is associated with the efficacy of ACT and identify the glycolysis pathway as a candidate target for combinatorial therapeutic intervention.

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.

Abstract Although treatment with immune checkpoint inhibitors provides promising benefit for patients with cancer, optimal use is encumbered by high resistance rates and requires a thorough understanding of resistance mechanisms. We observed that tumors treated with PD-1/PD-L1 blocking antibodies develop resistance through the upregulation of CD38, which is induced by all-trans retinoic acid and IFNβ in the tumor microenvironment. In vitro and in vivo studies demonstrate that CD38 inhibits CD8+ T-cell function via adenosine receptor signaling and that CD38 or adenosine receptor blockade are effective strategies to overcome the resistance. Large data sets of human tumors reveal expression of CD38 in a subset of tumors with high levels of basal or treatment-induced T-cell infiltration, where immune checkpoint therapies are thought to be most effective. These findings provide a novel mechanism of acquired resistance to immune checkpoint therapy and an opportunity to expand their efficacy in cancer treatment. Significance: CD38 is a major mechanism of acquired resistance to PD-1/PD-L1 blockade, causing CD8+ T-cell suppression. Coinhibition of CD38 and PD-L1 improves antitumor immune response. Biomarker assessment in patient cohorts suggests that a combination strategy is applicable to a large percentage of patients in whom PD-1/PD-L1 blockade is currently indicated. Cancer Discov; 8(9); 1156–75. ©2018 AACR. See related commentary by Mittal et al., p. 1066. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1047

Tumour cells, with stem-like properties, are highly aggressive and often show drug resistance. Here, we reveal that integrin αvβ3 serves as a marker of breast, lung and pancreatic carcinomas with stem-like properties that are highly resistant to receptor tyrosine kinase inhibitors such as erlotinib. This was observed in vitro and in mice bearing patient-derived tumour xenografts or in clinical specimens from lung cancer patients who had progressed on erlotinib. Mechanistically, αvβ3, in the unliganded state, recruits KRAS and RalB to the tumour cell plasma membrane, leading to the activation of TBK1 and NF-κB. In fact, αvβ3 expression and the resulting KRAS–RalB–NF-κB pathway were both necessary and sufficient for tumour initiation, anchorage independence, self-renewal and erlotinib resistance. Pharmacological targeting of this pathway with bortezomib reversed both tumour stemness and erlotinib resistance. These findings not only identify αvβ3 as a marker/driver of carcinoma stemness but also reveal a therapeutic strategy to sensitize such tumours to RTK inhibition. Cheresh and colleagues delineate a pathway that regulates tumour cell stemness and resistance to therapy. They find that the unliganded integrin αvβ3 is able to promote cancer cell self-renewal, tumour initiation and resistance to EGFR inhibitors by binding KRAS and RalB to activate the NF-κB pathway.

Abstract Purpose: The epidermal growth factor receptor (EGFR) tyrosine kinase inhibitors (TKI) gefitinib and erlotinib benefit some non–small cell lung cancer (NSCLC) patients, but most do not respond (primary resistance) and those who initially respond eventually progress (acquired resistance). EGFR TKI resistance is not completely understood and has been associated with certain EGFR and K-RAS mutations and MET amplification. Experimental Design: We hypothesized that dual inhibition of the vascular endothelial growth factor (VEGF) and EGFR pathways may overcome primary and acquired resistance. We investigated the VEGF receptor/EGFR TKI vandetanib, and the combination of bevacizumab and erlotinib in vivo using xenograft models of EGFR TKI sensitivity, primary resistance, and three models of acquired resistance, including models with mutated K-RAS and secondary EGFR T790M mutation. Results: Vandetanib, gefitinib, and erlotinib had similar profiles of in vitro activity and caused sustained tumor regressions in vivo in the sensitive HCC827 model. In all four resistant models, vandetanib and bevacizumab/erlotinib were significantly more effective than erlotinib or gefitinib alone. Erlotinib resistance was associated with a rise in both host and tumor-derived VEGF but not EGFR secondary mutations in the KRAS mutant-bearing A549 xenografts. Dual inhibition reduced tumor endothelial proliferation compared with VEGF or EGFR blockade alone, suggesting that the enhanced activity of dual inhibition is due at least in part to antiendothelial effects. Conclusion: These studies suggest that erlotinib resistance may be associated with a rise in both tumor cell and host stromal VEGF and that combined blockade of the VEGFR and EGFR pathways can abrogate primary or acquired resistance to EGFR TKIs. This approach merits further evaluation in NSCLC patients.

LBA8007 Background: In CheckMate 77T, perioperative NIVO showed statistically significant EFS improvement vs neoadjuvant (neoadj) chemo followed by adjuvant (adj) placebo (PBO) in pts with stage (stg) II or III resectable NSCLC. We report clinical outcomes by baseline (BL) stg III N2 status, a subgroup with poor historical 5 y survival (26%–36%; Goldstraw J Thorac Oncol 2016). Methods: Adults with resectable stg IIA–IIIB (N2; AJCC v8) NSCLC were randomized to neoadj NIVO 360 mg Q3W + chemo (4 cycles [cyc]) followed by adj NIVO 480 mg Q4W (13 cyc) or neoadj PBO Q3W + chemo (4 cyc) followed by adj PBO Q4W (13 cyc). Primary endpoint: EFS per BICR. Exploratory analysis: efficacy and safety in pts with BL clinical stg III N2 or non N2 disease (dz). Results: BL characteristics were generally similar between pts with stg III N2 (NIVO, 91; PBO, 90) and non N2 dz (55; 57), and between treatment (tx) arms, except a higher percent of pts with N2 dz had NSQ histology and ECOG PS 0 (both arms). Pts with N2 dz had improved EFS with NIVO vs PBO (HR 0.46; 1 y EFS 70% vs 45%) and higher pCR (22.0% vs 5.6%; median f/u 25.4 mo; Table). Pts with non N2 also had EFS benefit with NIVO vs PBO (HR 0.60; 1 y EFS 74% vs 62%) and higher pCR (25.5% vs 5.3%; Table). Surgical feasibility was similar between pts with N2 and non N2 dz and numerically higher with NIVO vs PBO. Of pts with N2 dz, 77% (NIVO) vs 73% (PBO) had definitive surgery (pneumonectomy 1% vs 14%; R0 resection 86% vs 86%); of pts with non N2 dz, 82% vs 79% had definitive surgery (pneumonectomy 13% vs 9%; R0 resection 84% vs 87%). Tumor downstaging postsurgery was seen in most pts with stg III dz and was deeper with NIVO vs PBO: 61% vs 50% (N2; 33% vs 14% to ypT0), 87% vs 76% (non N2; 27% vs 11% to ypT0). Of all pts with stg III dz, nodal downstaging postsurgery was 52% (NIVO) vs 45% (PBO); 46% vs 36% to ypN0. Grade 3–4 TRAEs occurred in 34% (NIVO) and 26% (PBO) of pts with N2; 29% and 21% of pts with non N2 dz. Conclusions: In this exploratory analysis, perioperative NIVO showed clinical benefit vs PBO in pts with stg III NSCLC, regardless of N2 status. Over half of pts with stg III dz had nodal downstaging with NIVO; majority downstaged to ypN0. This first comprehensive analysis by nodal status among pts with stg III dz from a global phase 3 study of perioperative immunotherapy further supports perioperative NIVO as a tx option for pts with resectable NSCLC. Clinical trial information: NCT04025879 . [Table: see text]

Advances in the multidisciplinary care of early stage resectable NSCLC (rNSCLC) are emerging at an unprecedented pace. Numerous phase 3 trials produced results that have transformed patient outcomes for the better, yet these findings also require important modifications to the patient treatment journey trajectory and reorganization of care pathways. Perhaps, most notably, the need for multispecialty collaboration for this patient population has never been greater. These rapid advances have inevitably left us with important gaps in knowledge for which definitive answers will only become available in several years. To this end, the International Association for the Study of Lung Cancer commissioned a diverse multidisciplinary international expert panel to evaluate the current landscape and provide diagnostic, staging, and therapeutic recommendations for patients with rNSCLC, with particular emphasis on patients with American Joint Committee on Cancer-Union for International Cancer Control TNM eighth edition stages II and III disease. Using a team-based approach, we generated 19 recommendations, of which all but one achieved greater than 85% consensus among panel members. A public voting process was initiated, which successfully validated and provided qualitative nuance to our recommendations. Highlights include the following: (1) the critical importance of a multidisciplinary approach to the evaluation of patients with rNSCLC driven by shared clinical decision-making of a multispecialty team of expert providers; (2) biomarker testing for rNSCLC; (3) a preference for neoadjuvant chemoimmunotherapy for stage III rNSCLC; (4) equipoise regarding the optimal management of patients with stage II between upfront surgery followed by adjuvant therapy and neoadjuvant or perioperative strategies; and (5) the robust preference for adjuvant targeted therapy for patients with rNSCLC and sensitizing EGFR and ALK tumor alterations. Our primary goals were to provide practical recommendations sensitive to the global differences in biology and resources for patients with rNSCLC and to provide expert consensus guidance tailored to the individualized patient needs, goals, and preferences in their cancer care journey as these are areas where physicians must make daily clinical decisions in the absence of definitive data. These recommendations will continue to evolve as the treatment landscape for rNSCLC expands and more knowledge is acquired on the best therapeutic approach in specific patient and disease subgroups.

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.

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.