Angiogenesis depends on cytokines and vascular cell adhesion events. Two cytokine-dependent pathways of angiogenesis were shown to exist and were defined by their dependency on distinct vascular cell integrins. In vivo angiogenesis in corneal or chorioallantoic membrane models induced by basic fibroblast growth factor or by tumor necrosis factor-α depended on α v β 3 , whereas angiogenesis initiated by vascular endothelial growth factor, transforming growth factor-α, or phorbol ester depended on α v β 5 . Antibody to each integrin selectively blocked one of these pathways, and a cyclic peptide antagonist of both integrins blocked angiogenesis stimulated by each cytokine tested. These pathways are further distinguished by their sensitivity to calphostin C, an inhibitor of protein kinase C that blocked angiogenesis potentiated by α v β 5 but not by α v β 3 .

Modulation of PI3Kγ activity regulates macrophage polarization during inflammation and cancer, whilst combining PI3Kγ inhibition with immune checkpoint inhibitors leads to synergistic tumour-inhibitory effects. Macrophages are specialized immune cells that can either stimulate or inhibit inflammation. Here Judith Varner and colleagues provide evidence that the activation state of a single macrophage kinase, the PI 3-kinase γ (PI3Kγ) isoform, can control the switch between immune suppression and immune stimulation in cancer and inflammatory disease. PI3Kγ inhibition abates the immunosuppressive functions of tumour-associated macrophages to promote T-cell cytotoxicity. Combining PI3Kγ inhibition with immune checkpoint blockade leads to additive or synergistic tumour-inhibitory effects. This work suggests that that inhibitory targeting of macrophage signalling pathways may provide a novel approach to improving long-term survival of cancer patients. Macrophages play critical, but opposite, roles in acute and chronic inflammation and cancer1,2,3,4,5. In response to pathogens or injury, inflammatory macrophages express cytokines that stimulate cytotoxic T cells, whereas macrophages in neoplastic and parasitic diseases express anti-inflammatory cytokines that induce immune suppression and may promote resistance to T cell checkpoint inhibitors1,2,3,4,5,6,7. Here we show that macrophage PI 3-kinase γ controls a critical switch between immune stimulation and suppression during inflammation and cancer. PI3Kγ signalling through Akt and mTor inhibits NFκB activation while stimulating C/EBPβ activation, thereby inducing a transcriptional program that promotes immune suppression during inflammation and tumour growth. By contrast, selective inactivation of macrophage PI3Kγ stimulates and prolongs NFκB activation and inhibits C/EBPβ activation, thus promoting an immunostimulatory transcriptional program that restores CD8+ T cell activation and cytotoxicity. PI3Kγ synergizes with checkpoint inhibitor therapy to promote tumour regression and increased survival in mouse models of cancer. In addition, PI3Kγ-directed, anti-inflammatory gene expression can predict survival probability in cancer patients. Our work thus demonstrates that therapeutic targeting of intracellular signalling pathways that regulate the switch between macrophage polarization states can control immune suppression in cancer and other disorders.

Angiogenesis depends on the cooperation of growth factors and cell adhesion events. Although alphav integrins have been shown to play critical roles in angiogenesis, recent studies in alphav-null mice suggest that other adhesion receptors and their ligands also regulate this process. Evidence is now provided that the integrin alpha5beta1 and its ligand fibronectin are coordinately up-regulated on blood vessels in human tumor biopsies and play critical roles in angiogenesis, resulting in tumor growth in vivo. Angiogenesis induced by multiple growth factors in chick embryos was blocked by monoclonal antibodies to the cell-binding domain of fibronectin. Furthermore, application of fibronectin or a proteolytic fragment of fibronectin containing the central cell-binding domain to the chick chorioallantoic membrane enhanced angiogenesis in an integrin alpha5beta1-dependent manner. Importantly, antibody, peptide, and novel nonpeptide antagonists of integrin alpha5beta1 blocked angiogenesis induced by several growth factors but had little effect on angiogenesis induced by vascular endothelial growth factor (VEGF) in both chick embryo and murine models. In fact, these alpha5beta1 antagonists inhibited tumor angiogenesis, thereby causing regression of human tumors in animal models. Thus, fibronectin and integrin alpha5beta1, like integrin alphavbeta3, contribute to an angiogenesis pathway that is distinct from VEGF-mediated angiogenesis, yet important for the growth of tumors.

Abstract Pancreas ductal adenocarcinoma (PDAC) has one of the worst 5-year survival rates of all solid tumors, and thus new treatment strategies are urgently needed. Here, we report that targeting Bruton tyrosine kinase (BTK), a key B-cell and macrophage kinase, restores T cell–dependent antitumor immune responses, thereby inhibiting PDAC growth and improving responsiveness to standard-of-care chemotherapy. We report that PDAC tumor growth depends on cross-talk between B cells and FcRγ+ tumor–associated macrophages, resulting in TH2-type macrophage programming via BTK activation in a PI3Kγ-dependent manner. Treatment of PDAC-bearing mice with the BTK inhibitor PCI32765 (ibrutinib) or by PI3Kγ inhibition reprogrammed macrophages toward a TH1 phenotype that fostered CD8+ T-cell cytotoxicity, and suppressed PDAC growth, indicating that BTK signaling mediates PDAC immunosuppression. These data indicate that pharmacologic inhibition of BTK in PDAC can reactivate adaptive immune responses, presenting a new therapeutic modality for this devastating tumor type. Significance: We report that BTK regulates B-cell and macrophage-mediated T-cell suppression in pancreas adenocarcinomas. Inhibition of BTK with the FDA-approved inhibitor ibrutinib restores T cell–dependent antitumor immune responses to inhibit PDAC growth and improves responsiveness to chemotherapy, presenting a new therapeutic modality for pancreas cancer. Cancer Discov; 6(3); 270–85. ©2015 AACR. See related commentary by Roghanian et al., p. 230. See related article by Pylayeva-Gupta et al., p. 247. See related article by Lee et al., p. 256. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 217

Tumor inflammation promotes angiogenesis, immunosuppression, and tumor growth, but the mechanisms controlling inflammatory cell recruitment to tumors are not well understood. We found that a range of chemoattractants activating G protein-coupled receptors (GPCRs), receptor tyrosine kinases (RTKs) and Toll-like/IL-1 receptors (TLR/IL1Rs) unexpectedly initiate tumor inflammation by activating the PI3-kinase isoform p110γ in Gr1+CD11b+ myeloid cells. Whereas GPCRs activate p110γ in a Ras/p101-dependent manner, RTKs and TLR/IL1Rs directly activate p110γ in a Ras/p87-dependent manner. Once activated, p110γ promotes inside-out activation of a single integrin, α4β1, causing myeloid cell invasion into tumors. Pharmacological or genetic blockade of p110γ suppressed inflammation, growth, and metastasis of implanted and spontaneous tumors, revealing an important therapeutic target in oncology.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a devastating disease with a low 5-year survival rate, yet new immunotherapeutic modalities may offer hope for this and other intractable cancers. Here, we report that inhibitory targeting of PI3Kγ, a key macrophage lipid kinase, stimulates antitumor immune responses, leading to improved survival and responsiveness to standard-of-care chemotherapy in animal models of PDAC. PI3Kγ selectively drives immunosuppressive transcriptional programming in macrophages that inhibits adaptive immune responses and promotes tumor cell invasion and desmoplasia in PDAC. Blockade of PI3Kγ in PDAC-bearing mice reprograms tumor-associated macrophages to stimulate CD8(+) T-cell-mediated tumor suppression and to inhibit tumor cell invasion, metastasis, and desmoplasia. These data indicate the central role that macrophage PI3Kγ plays in PDAC progression and demonstrate that pharmacologic inhibition of PI3Kγ represents a new therapeutic modality for this devastating tumor type.We report here that PI3Kγ regulates macrophage transcriptional programming, leading to T-cell suppression, desmoplasia, and metastasis in pancreas adenocarcinoma. Genetic or pharmacologic inhibition of PI3Kγ restores antitumor immune responses and improves responsiveness to standard-of-care chemotherapy. PI3Kγ represents a new therapeutic immune target for pancreas cancer. Cancer Discov; 6(8); 870-85. ©2016 AACR.This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 803.

Checkpoint inhibitors have demonstrated efficacy in patients with recurrent or metastatic head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). However, the majority of patients do not benefit from these agents. To improve the efficacy of checkpoint inhibitors, intratumoral (i.t.) injection with innate immune activators, TLR7 and TLR9 agonists, were tested along with programmed death-1 receptor (PD-1) blockade. The combination therapy suppressed tumor growth at the primary injected and distant sites in human papillomavirus-negative (HPV-negative) SCC7 and MOC1, and HPV-positive MEER syngeneic mouse models. Abscopal effects and suppression of secondary challenged tumor suggest that local treatment with TLR agonists in combination with anti-PD-1 provided systemic adaptive immunity. I.t. treatment with a TLR7 agonist increased the ratio of M1 to M2 tumor-associated macrophages (TAMs) and promoted the infiltration of tumor-specific IFNγ-producing CD8+ T cells. Anti-PD-1 treatment increased T cell receptor (TCR) clonality of CD8+ T cells in tumors and spleens of treated mice. Collectively, these experiments demonstrate that combination therapy with i.t. delivery of TLR agonists and PD-1 blockade activates TAMs and induces tumor-specific adaptive immune responses, leading to suppression of primary tumor growth and prevention of metastasis in HNSCC models.

Myeloid cells are recruited to damaged tissues where they can resolve infections and tumor growth or stimulate wound healing and tumor progression. Recruitment of these cells is regulated by integrins, a family of adhesion receptors that includes integrin CD11b. Here we report that, unexpectedly, integrin CD11b does not regulate myeloid cell recruitment to tumors but instead controls myeloid cell polarization and tumor growth. CD11b activation promotes pro-inflammatory macrophage polarization by stimulating expression of microRNA Let7a. In contrast, inhibition of CD11b prevents Let7a expression and induces cMyc expression, leading to immune suppressive macrophage polarization, vascular maturation, and accelerated tumor growth. Pharmacological activation of CD11b with a small molecule agonist, Leukadherin 1 (LA1), promotes pro-inflammatory macrophage polarization and suppresses tumor growth in animal models of murine and human cancer. These studies identify CD11b as negative regulator of immune suppression and a target for cancer immune therapy.

Unleashing antitumor T cell activity by checkpoint inhibitor immunotherapy is effective in cancer patients, but clinical responses are limited. Cytokine signaling through the Janus kinase (JAK)-signal transducer and activator of transcription (STAT) pathway correlates with checkpoint immunotherapy resistance. We report a phase I clinical trial of the JAK inhibitor ruxolitinib with anti-PD-1 antibody nivolumab in Hodgkin lymphoma patients relapsed or refractory following checkpoint inhibitor immunotherapy. The combination yielded a best overall response rate of 53% (10/19). Ruxolitinib significantly reduced neutrophil-to-lymphocyte ratios and percentages of myeloid suppressor cells but increased numbers of cytokine-producing T cells. Ruxolitinib rescued the function of exhausted T cells and enhanced the efficacy of immune checkpoint blockade in preclinical solid tumor and lymphoma models. This synergy was characterized by a switch from suppressive to immunostimulatory myeloid cells, which enhanced T cell division.

Abstract Unleashing anti-tumor T cell activity by checkpoint inhibition is effective in many cancer patients but clinical response rates remain limited. Myeloid derived suppressor cells erode antitumor lymphocyte numbers and function, and correlate with resistance to checkpoint inhibitors. By screening small molecule libraries, we identified JAK inhibitors’ ability to rescue T cell function. Despite its documented immune suppressive properties, the prototypical JAK inhibitor ruxolitinib enhanced the efficacy of immune checkpoint blockade in cancer. This effect correlated with loss of suppressive gene expression, and acquisition of immunostimulatory molecular markers and T cell stimulatory activity in myeloid cells. In preclinical models, ruxolitinib significantly improved the function and increased the total numbers of activated tumor-infiltrating NK and CD4 T cells compared to checkpoint blockade alone and the efficacy was conditional on granulocytic cells. In addition to myeloid reprogramming in the tumor, ruxolitinib blunts G-CSF signaling in the bone marrow to prevent expression of suppressive and chemotaxis genes in neutrophils. In a clinical trial of Hodgkin lymphoma patients resistant to checkpoint inhibitors, treatment with ruxolitinib significantly reduced neutrophil-to-lymphocyte ratios and levels of suppressive markers in myeloid cells but increased numbers of cytokine-producing T cells. These results support the therapeutic potential of JAK inhibition in combination with checkpoint inhibitors in cancer and highlight the potential of reshaped myeloid immunity to improve immunotherapy. One sentence summary: Ruxolitinib reshapes myeloid immunity to synergize with checkpoint inhibitors