Abstract KRAS is the most common oncogenic driver in lung adenocarcinoma (LUAC). We previously reported that STK11/LKB1 (KL) or TP53 (KP) comutations define distinct subgroups of KRAS-mutant LUAC. Here, we examine the efficacy of PD-1 inhibitors in these subgroups. Objective response rates to PD-1 blockade differed significantly among KL (7.4%), KP (35.7%), and K-only (28.6%) subgroups (P < 0.001) in the Stand Up To Cancer (SU2C) cohort (174 patients) with KRAS-mutant LUAC and in patients treated with nivolumab in the CheckMate-057 phase III trial (0% vs. 57.1% vs. 18.2%; P = 0.047). In the SU2C cohort, KL LUAC exhibited shorter progression-free (P < 0.001) and overall (P = 0.0015) survival compared with KRASMUT;STK11/LKB1WT LUAC. Among 924 LUACs, STK11/LKB1 alterations were the only marker significantly associated with PD-L1 negativity in TMBIntermediate/High LUAC. The impact of STK11/LKB1 alterations on clinical outcomes with PD-1/PD-L1 inhibitors extended to PD-L1–positive non–small cell lung cancer. In Kras-mutant murine LUAC models, Stk11/Lkb1 loss promoted PD-1/PD-L1 inhibitor resistance, suggesting a causal role. Our results identify STK11/LKB1 alterations as a major driver of primary resistance to PD-1 blockade in KRAS-mutant LUAC. Significance: This work identifies STK11/LKB1 alterations as the most prevalent genomic driver of primary resistance to PD-1 axis inhibitors in KRAS-mutant lung adenocarcinoma. Genomic profiling may enhance the predictive utility of PD-L1 expression and tumor mutation burden and facilitate establishment of personalized combination immunotherapy approaches for genomically defined LUAC subsets. Cancer Discov; 8(7); 822–35. ©2018 AACR. See related commentary by Etxeberria et al., p. 794. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 781

Abstract The molecular underpinnings that drive the heterogeneity of KRAS-mutant lung adenocarcinoma are poorly characterized. We performed an integrative analysis of genomic, transcriptomic, and proteomic data from early-stage and chemorefractory lung adenocarcinoma and identified three robust subsets of KRAS-mutant lung adenocarcinoma dominated, respectively, by co-occurring genetic events in STK11/LKB1 (the KL subgroup), TP53 (KP), and CDKN2A/B inactivation coupled with low expression of the NKX2-1 (TTF1) transcription factor (KC). We further revealed biologically and therapeutically relevant differences between the subgroups. KC tumors frequently exhibited mucinous histology and suppressed mTORC1 signaling. KL tumors had high rates of KEAP1 mutational inactivation and expressed lower levels of immune markers, including PD-L1. KP tumors demonstrated higher levels of somatic mutations, inflammatory markers, immune checkpoint effector molecules, and improved relapse-free survival. Differences in drug sensitivity patterns were also observed; notably, KL cells showed increased vulnerability to HSP90-inhibitor therapy. This work provides evidence that co-occurring genomic alterations identify subgroups of KRAS-mutant lung adenocarcinoma with distinct biology and therapeutic vulnerabilities. Significance: Co-occurring genetic alterations in STK11/LKB1, TP53, and CDKN2A/B—the latter coupled with low TTF1 expression—define three major subgroups of KRAS-mutant lung adenocarcinoma with distinct biology, patterns of immune-system engagement, and therapeutic vulnerabilities. Cancer Discov; 5(8); 860–77. ©2015 AACR. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 783

Background Non-small-cell lung cancer (NSCLC) is terminal in most patients with locally advanced stage disease. We aimed to assess the antitumour activity and safety of neoadjuvant chemoimmunotherapy for resectable stage IIIA NSCLC. Methods This was an open-label, multicentre, single-arm phase 2 trial done at 18 hospitals in Spain. Eligible patients were aged 18 years or older with histologically or cytologically documented treatment-naive American Joint Committee on Cancer-defined stage IIIA NSCLC that was deemed locally to be surgically resectable by a multidisciplinary clinical team, and an Eastern Cooperative Oncology Group performance status of 0 or 1. Patients received neoadjuvant treatment with intravenous paclitaxel (200 mg/m2) and carboplatin (area under curve 6; 6 mg/mL per min) plus nivolumab (360 mg) on day 1 of each 21-day cycle, for three cycles before surgical resection, followed by adjuvant intravenous nivolumab monotherapy for 1 year (240 mg every 2 weeks for 4 months, followed by 480 mg every 4 weeks for 8 months). The primary endpoint was progression-free survival at 24 months, assessed in the modified intention-to-treat population, which included all patients who received neoadjuvant treatment, and in the per-protocol population, which included all patients who had tumour resection and received at least one cycle of adjuvant treatment. Safety was assessed in the modified intention-to-treat population. This study is registered with ClinicalTrials.gov, NCT03081689, and is ongoing but no longer recruiting patients. Findings Between April 26, 2017, and Aug 25, 2018, we screened 51 patients for eligibility, of whom 46 patients were enrolled and received neoadjuvant treatment. At the time of data cutoff (Jan 31, 2020), the median duration of follow-up was 24·0 months (IQR 21·4–28·1) and 35 of 41 patients who had tumour resection were progression free. At 24 months, progression-free survival was 77·1% (95% CI 59·9–87·7). 43 (93%) of 46 patients had treatment-related adverse events during neoadjuvant treatment, and 14 (30%) had treatment-related adverse events of grade 3 or worse; however, none of the adverse events were associated with surgery delays or deaths. The most common grade 3 or worse treatment-related adverse events were increased lipase (three [7%]) and febrile neutropenia (three [7%]). Interpretation Our results support the addition of neoadjuvant nivolumab to platinum-based chemotherapy in patients with resectable stage IIIA NSCLC. Neoadjuvant chemoimmunotherapy could change the perception of locally advanced lung cancer as a potentially lethal disease to one that is curable. Funding Bristol-Myers Squibb, Instituto de Salud Carlos III, European Union's Horizon 2020 research and innovation programme.

We report the first case series of immune checkpoint inhibitors (ICI)-associated colitis successfully treated with fecal microbiota transplantation, with reconstitution of the gut microbiome and a relative increase in the proportion of regulatory T-cells within the colonic mucosa. These preliminary data provide evidence that modulation of the gut microbiome may abrogate ICI-associated colitis.

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.

We previously demonstrated the association between epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and drug response in lung cancer using an EMT signature derived in cancer cell lines. Given the contribution of tumor microenvironments to EMT, we extended our investigation of EMT to patient tumors from 11 cancer types to develop a pan-cancer EMT signature.Using the pan-cancer EMT signature, we conducted an integrated, global analysis of genomic and proteomic profiles associated with EMT across 1,934 tumors including breast, lung, colon, ovarian, and bladder cancers. Differences in outcome and in vitro drug response corresponding to expression of the pan-cancer EMT signature were also investigated.Compared with the lung cancer EMT signature, the patient-derived, pan-cancer EMT signature encompasses a set of core EMT genes that correlate even more strongly with known EMT markers across diverse tumor types and identifies differences in drug sensitivity and global molecular alterations at the DNA, RNA, and protein levels. Among those changes associated with EMT, pathway analysis revealed a strong correlation between EMT and immune activation. Further supervised analysis demonstrated high expression of immune checkpoints and other druggable immune targets, such as PD1, PD-L1, CTLA4, OX40L, and PD-L2, in tumors with the most mesenchymal EMT scores. Elevated PD-L1 protein expression in mesenchymal tumors was confirmed by IHC in an independent lung cancer cohort.This new signature provides a novel, patient-based, histology-independent tool for the investigation of EMT and offers insights into potential novel therapeutic targets for mesenchymal tumors, independent of cancer type, including immune checkpoints.

Promising results in the treatment of non-small cell lung cancer (NSCLC) have been seen with agents targeting immune checkpoints, such as programmed cell death 1 (PD-1) or programmed death ligand-1 (PD-L1). However, only a select group of patients respond to these interventions. The identification of biomarkers that predict clinical benefit to immune checkpoint blockade is critical to successful clinical translation of these agents.We conducted an integrated analysis of three independent large datasets, including The Cancer Genome Atlas of lung adenocarcinoma and two datasets from MD Anderson Cancer Center (Houston, TX), Profiling of Resistance Patterns and Oncogenic Signaling Pathways in Evaluation of Cancers of the Thorax (named PROSPECT) and Biomarker-Integrated Approaches of Targeted Therapy for Lung Cancer Elimination (named BATTLE-1). Comprehensive analysis of mRNA gene expression, reverse-phase protein array, IHC, and correlation with clinical data were performed.Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is highly associated with an inflammatory tumor microenvironment in lung adenocarcinoma, independent of tumor mutational burden. We found immune activation coexistent with elevation of multiple targetable immune checkpoint molecules, including PD-L1, PD-L2, PD-1, TIM-3, B7-H3, BTLA, and CTLA-4, along with increases in tumor infiltration by CD4(+)Foxp3(+) regulatory T cells in lung adenocarcinomas that displayed an EMT phenotype. Furthermore, we identify B7-H3 as a prognostic marker for NSCLC.The strong association between EMT status and an inflammatory tumor microenvironment with elevation of multiple targetable immune checkpoint molecules warrants further investigation of using EMT as a predictive biomarker for immune checkpoint blockade agents and other immunotherapies in NSCLC and possibly a broad range of other cancers. Clin Cancer Res; 22(14); 3630-42. ©2016 AACRSee related commentary by Datar and Schalper, p. 3422.

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.

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.

Human gliomas are classified using isocitrate dehydrogenase (IDH) status as a prognosticator; however, the influence of genetic differences and treatment effects on ensuing immunity remains unclear.