In patients with prostate cancer, the duration of remission after treatment with androgen deprivation therapies (ADTs) varies dramatically. Clinical experience has demonstrated difficulties in predicting individual risk for progression due to chemoresistance. Drug combinations that inhibit androgen biosynthesis (e.g., abiraterone acetate) and androgen signaling (e.g., enzalutamide or apalutamide) have proven so effective that new forms of ADT resistance are emerging. In particular, prostate cancers with a neuroendocrine transcriptional signature, which demonstrate greater plasticity, and potentially, increased predisposition to metastasize, are becoming more prevalent. Notably, these subtypes had in fact been relatively rare before the widespread success of novel ADT regimens. Therefore, better understanding of these resistance mechanisms and potential alternative treatments are necessary to improve progression-free survival for patients treated with ADT. Targeting the bromodomain and extra-terminal (BET) protein family, specifically BRD4, with newer investigational agents may represent one such option. Several families of chromatin modifiers appear to be involved in ADT resistance and targeting these pathways could also offer novel approaches. However, the limited transcriptional and genomic information on ADT resistance mechanisms, and a serious lack of patient diversity in clinical trials, demand profiling of a much broader clinical and demographic range of patients, before robust conclusions can be drawn and a clear direction established.

Immune-based therapies induce durable remissions in subsets of patients across multiple malignancies. However, there is limited efficacy of immunotherapy in metastatic castrate-resistant prostate cancer (mCRPC), manifested by an enrichment of immunosuppressive (M2) tumorassociated macrophages (TAM) in the tumor immune microenvironment (TME). Therefore, therapeutic strategies to overcome TAM-mediated immunosuppression are critically needed in mCRPC. Here we discovered that NLR family pyrin domain containing 3 (NLRP3), an innate immune sensing protein, is highly expressed in TAM from metastatic PC patients treated with standard-of-care androgen deprivation therapy (ADT). Importantly, ex vivo studies revealed that androgen receptor (AR) blockade in TAM upregulates NLRP3 expression, but not inflammasome activity, and concurrent AR blockade/NLRP3 agonist (NLRP3a) treatment promotes cancer cell phagocytosis by immunosuppressive M2 TAM. In contrast, NLRP3a monotherapy was sufficient to enhance phagocytosis of cancer cells in anti-tumor (M1) TAM, which exhibit high de novo NLRP3 expression. Critically, combinatorial treatment with ADT/NLRP3a in a murine model of advanced PC resulted in significant tumor control, with tumor clearance in 55% of mice via TAM phagocytosis. Collectively, our results demonstrate NLRP3 as an AR-regulated macrophage phagocytic checkpoint, inducibly expressed in TAM by ADT and activated by NLRP3a treatment, the combination resulting in TAM-mediated phagocytosis and tumor control.

Abstract PTEN loss-of-function occurs in approximately 50% of mCRPC patients, and is associated with a poor prognosis, therapeutic outcomes and resistance to immune-checkpoint inhibitors. Recent clinical studies demonstrated that dual PI3K/AKT pathway inhibition and androgen axis blockade led to a modest improvement in progression-free survival of PTEN-deficient mCRPC patients, but the mechanistic basis for this limited efficacy is unknown. To elucidate potential resistance mechanism(s), we performed co-clinical trials in a prostate-specific PTEN/p53-deficient genetically-engineered mouse model, and discovered that the recruitment of PD-1-expressing tumor-associated macrophages (TAM) thwarts the phagocytosis-mediated anti-tumor efficacy of androgen deprivation therapy (ADT)/PI3K inhibitor (PI3Ki) combination. Strikingly, we observed a TAM-dependent ∼3-fold enhancement in the overall response rate with the addition of PD-1 antibody (aPD-1) to ADT/PI3Ki combination therapy. Mechanistically, decreased lactate production from PI3Ki-treated tumor cells suppressed histone lactylation (H3K18lac) within TAM, resulting in their phagocytic activation, which was augmented by concurrent ADT/aPD-1 treatment. Consistent with our murine observations, single cell RNA-sequencing analysis of human metastatic PC samples revealed a direct correlation between high glycolytic activity and phagocytosis suppression. Critically, feedback activation of Wnt/β-catenin signaling observed in non-responder mice following ADT/PI3Ki/aPD-1 combination treatment, restored lactate-mediated H3K18lac and suppressed phagocytosis within macrophages. Altogether, these data suggest that reversal of lactate and PD-1-mediated TAM immunosuppression by PI3Ki and aPD-1, respectively, controls tumor growth in combination with ADT, and warrants further clinical investigation in PTEN/p53-deficient mCRPC patients. One Sentence Summary Inhibition of tumor-cell intrinsic lactate production suppresses PTEN/p53-deficient prostate cancer growth via macrophage activation/phagocytosis

PTEN loss-of-function/PI3K pathway hyperactivation occurs in ∼50% of metastatic, castrate-resistant prostate cancer patients, resulting in poor therapeutic outcomes and resistance to immune checkpoint inhibitors across multiple malignancies. Our prior studies in prostate-specific PTEN/p53-deleted genetically engineered mice (Pb-Cre;PTEN fl/fl Trp53 fl/fl GEM) with aggressive-variant prostate cancer (AVPC) demonstrated feedback Wnt/β-catenin signaling activation in 40% mice resistant to androgen deprivation therapy (ADT)/PI3K inhibitor (PI3Ki)/PD-1 antibody (aPD-1) combination, resulting in restoration of lactate cross-talk between tumor-cells and tumor-associated macrophages (TAM), histone lactylation (H3K18lac) and phagocytic suppression within TAM. Here, we targeted immunometabolic mechanism(s) of resistance to ADT/PI3Ki/aPD-1 combination, with the goal of durable tumor control in PTEN/p53-deficient PC.Pb-Cre;PTEN fl/fl Trp53 fl/fl GEM were treated with either ADT (degarelix), PI3Ki (copanlisib), aPD-1, MEK inhibitor (trametinib) or Porcupine inhibitor (LGK 974) as single agents or their combinations. MRI was used to monitor tumor kinetics and immune/proteomic profiling/ ex vivo co-culture mechanistic studies were performed on prostate tumors or established GEM-derived cell lines.We tested whether Wnt/β-catenin pathway inhibition with LGK 974 addition to degarelix/copanlisib/aPD-1 therapy enhances tumor control in GEM, and observed de novo resistance due to feedback activation of MEK signaling. Based on our observation that degarelix/aPD-1 treatment resulted in partial inhibition of MEK signaling, we substituted trametinib for degarelix/aPD-1 treatment, and observed a durable tumor growth control of PI3Ki/MEKi/PORCNi in 100% mice via H3K18lac suppression and complete TAM activation within TME.Abrogation of lactate-mediated cross-talk between cancer cells and TAM results in durable ADT-independent tumor control in PTEN/p53-deficient AVPC, and warrants further investigation in clinical trials.PTEN loss-of-function occurs in ∼50% of mCRPC patients, and associated with poor prognosis, and immune checkpoint inhibitor resistance across multiple malignancies. Our prior studies have demonstrated that ADT/PI3Ki/PD-1 triplet combination therapy controls PTEN/p53-deficient PC in 60% of mice via enhancement of TAM phagocytosis. Here, we discovered that resistance to ADT/PI3K/PD-1 therapy occurred via restoration of lactate production via feedback Wnt/MEK signaling following treatment with PI3Ki, resulting in inhibition of TAM phagocytosis. Critically, co-targeting of PI3K/MEK/Wnt signaling pathways using an intermittent dosing schedule of corresponding targeted agents resulted in complete tumor control and significantly prolonged survival without significant long-term toxicity. Collectively, our findings provide "proof-of-concept" that targeting lactate as a macrophage phagocytic checkpoint controls growth of murine PTEN/p53-deficient PC and warrant further investigation in AVPC clinical trials.