Abstract Cancer therapy is often limited by toxicity from pneumonitis. This often-lethal side effect is known to be impacted by innate immunity, and in particular the pathways regulated by the TRAIL death receptor DR5. We investigated whether DR5 agonists could rescue mice from the lethal effects of radiation. We found that two different agonists, parenteral PEGylated trimeric-TRAIL (TLY012) and oral TRAIL-Inducing Compound #10 (TIC10/ONC201), could achieve this goal. Both compounds could completely protect mice from lethality by reducing pneumonitis, alveolar-wall thickness, and oxygen desaturation. At the molecular level, this protection appeared to be due to the inhibition of CCl22, a macrophage-derived chemokine previously associated with radiation pneumonitis and pulmonary fibrosis. The discovery that short-term treatment with TRAIL pathway agonists effectively rescues animals from high doses of radiation exposure has important translational implications. One Sentence Summary Prevention of lethality, pneumonitis, lung fibrosis and skin dermatitis post-ψ-irradiation by short- term treatment with innate immune TRAIL pathway agonists

e20081 Background: Standard NA immune checkpoint blockade for patients with resectable NSCLC targets PD1 only and must be combined with platinum-based chemotherapy. In a randomized phase 2 NA study, ipi + nivo demonstrated greater immune-mediated efficacy compared to nivo alone with major pathologic response (MPR) 50% vs. 24%, Cascone T, et al. Nat Med. 2021;27(3):504-14). Preclinical and clinical studies have demonstrated that low doses of radiation enhance immune response by multiple mechanisms (dsDNA breaks, induction of STING, transcription of pro-inflammatory proteins, increased expression of neoantigens while sparing effector T cells). An approach incorporating low dose radiation as an immune stimulant potentially may improve immune-mediated efficacy and shorten the duration of NA treatment compared to approaches that use combined cytotoxic chemotherapy. Methods: This single-arm trial tested NA ipi (1 mg/kg d1) + nivo (3mg/kg d1, 15, 29) plus low-dose SBRT delivered as 2 fractions (4Gy x 2) to the gross primary tumor and nodal disease immediately following day 1 infusion and completed by day 3 in patients with medically operable stage IB-III NSCLC Patients went on to surgical resection between days 49 -63. The primary efficacy outcome measure was pathologic response (including MPR, and complete PR (CPR)). Secondary outcome measures included safety, and exploratory biomarkers of immune response in pre- and post-operative blood and tissue. A two-stage design was employed to stop the study for lack of efficacy if fewer than 3 of the first 9 evaluable patients achieved MPR or experienced undue toxicity. Results: Patients were treated on study: 4 men, 5 women, aged 40-71, stage IB (2), IIB (5), IIIA (1), IIIB (1); adenocarcinoma 7 (all EGFR,ALK -), squamous 2; ECOG PS 0-1 (9); all were former smokers. There were no dose limiting toxicities. Study-related toxicities were ≤ grade 2 including rash (2) and abdominal pain (1). There were no study-related surgical complications. One patient (IIIA, T1N2) experienced clinical and radiologic progression during study treatment and was confirmed to have pleural metastases at surgery. Of 7 patients resected to date, there was 1 CPR, 0 further MPR and 1 patient with surgery pending. All resected patients had some treatment effect, 3 were down staged and these elected not to receive adjuvant cytotoxic chemotherapy. The only patient to progress in 8 months med f/u was the patient progressing during NA therapy. Conclusions: Low-dose radiation with concurrent NA ipi + nivo was safe and well tolerated in this small cohort but did not improve MPR compared to historical phase 2 data of ipi + nivo alone. Standard and exploratory biomarkers of immune response will be presented to determine if patient selection played a role in these results. Clinical trial information: NCT04933903 .

Radiotherapy can be limited by pneumonitis which is impacted by innate immunity, including pathways regulated by TRAIL death receptor DR5. We investigated whether DR5 agonists could rescue mice from toxic effects of radiation and found two different agonists, parenteral PEGylated trimeric-TRAIL (TLY012) and oral TRAIL-Inducing Compound (TIC10/ONC201) could reduce pneumonitis, alveolar-wall thickness, and oxygen desaturation. Lung protection extended to late effects of radiation including less fibrosis at 22-weeks in TLY012-rescued survivors versus un-rescued surviving irradiated-mice. Wild-type orthotopic breast tumor-bearing mice receiving 20-Gy thoracic radiation were protected from pneumonitis with disappearance of tumors. At the molecular level, radioprotection appeared due to inhibition of CCL22, a macrophage-derived chemokine previously associated with radiation pneumonitis and pulmonary fibrosis. Treatment with anti-CCL22 reduced lung injury in vivo but less so than TLY012. Pneumonitis severity was worse in female versus male mice, and this was associated with increased expression of X-linked TLR7. Irradiated mice had reduced esophagitis characterized by reduced epithelial disruption and muscularis externa thickness following treatment with ONC201 analogue ONC212. The discovery that short-term treatment with TRAIL pathway agonists effectively rescues animals from pneumonitis, dermatitis and esophagitis following high doses of thoracic radiation exposure has important translational implications.