Abstract Cancer immunotherapy generally offers limited clinical benefit without coordinated strategies to mitigate the immunosuppressive nature of the tumor microenvironment. Critical drivers of immune escape in the tumor microenvironment include tumor-associated macrophages and myeloid-derived suppressor cells, which not only mediate immune suppression, but also promote metastatic dissemination and impart resistance to cytotoxic therapies. Thus, strategies to ablate the effects of these myeloid cell populations may offer great therapeutic potential. In this report, we demonstrate in a mouse model of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) that inhibiting signaling by the myeloid growth factor receptor CSF1R can functionally reprogram macrophage responses that enhance antigen presentation and productive antitumor T-cell responses. Investigations of this response revealed that CSF1R blockade also upregulated T-cell checkpoint molecules, including PDL1 and CTLA4, thereby restraining beneficial therapeutic effects. We found that PD1 and CTLA4 antagonists showed limited efficacy as single agents to restrain PDAC growth, but that combining these agents with CSF1R blockade potently elicited tumor regressions, even in larger established tumors. Taken together, our findings provide a rationale to reprogram immunosuppressive myeloid cell populations in the tumor microenvironment under conditions that can significantly empower the therapeutic effects of checkpoint-based immunotherapeutics. Cancer Res; 74(18); 5057–69. ©2014 AACR.

DeNardo and colleagues report that inhibiting focal adhesion kinase in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) in mice reduces fibrosis and improves the efficacy of tumor immunotherapy. These findings suggest an approach to overcome the immunosuppressive tumor microenvironment of PDAC. Single-agent immunotherapy has achieved limited clinical benefit to date in patients with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). This may be a result of the presence of a uniquely immunosuppressive tumor microenvironment (TME). Critical obstacles to immunotherapy in PDAC tumors include a high number of tumor-associated immunosuppressive cells and a uniquely desmoplastic stroma that functions as a barrier to T cell infiltration. We identified hyperactivated focal adhesion kinase (FAK) activity in neoplastic PDAC cells as an important regulator of the fibrotic and immunosuppressive TME. We found that FAK activity was elevated in human PDAC tissues and correlated with high levels of fibrosis and poor CD8+ cytotoxic T cell infiltration. Single-agent FAK inhibition using the selective FAK inhibitor VS-4718 substantially limited tumor progression, resulting in a doubling of survival in the p48-Cre;LSL-KrasG12D;Trp53flox/+ (KPC) mouse model of human PDAC. This delay in tumor progression was associated with markedly reduced tumor fibrosis and decreased numbers of tumor-infiltrating immunosuppressive cells. We also found that FAK inhibition rendered the previously unresponsive KPC mouse model responsive to T cell immunotherapy and PD-1 antagonists. These data suggest that FAK inhibition increases immune surveillance by overcoming the fibrotic and immunosuppressive PDAC TME and renders tumors responsive to immunotherapy.

Summary

Background

 In pancreatic ductal adenocarcinoma, the CCL2–CCR2 chemokine axis is used to recruit tumour-associated macrophages for construction of an immunosuppressive tumour microenvironment. This pathway has prognostic implications in pancreatic cancer, and blockade of CCR2 restores anti-tumour immunity in preclinical models. We aimed to establish the safety, tolerability, and recommended phase 2 oral dose of the CCR2 inhibitor PF-04136309 in combination with FOLFIRINOX chemotherapy (oxaliplatin and irinotecan plus leucovorin and fluorouracil). 

Methods

 We did this open-label, dose-finding, non-randomised, phase 1b study at one centre in the USA. We enrolled treatment-naive patients aged 18 years or older with borderline resectable or locally advanced biopsy-proven pancreatic ductal adenocarcinoma, an Eastern Cooperative Oncology Group performance status of 1 or less, measurable disease as defined by Response Evaluation Criteria in Solid Tumors version 1.1, and normal end-organ function. Patients were allocated to receive either FOLFIRINOX alone (oxaliplatin 85 mg/m², irinotecan 180 mg/m², leucovorin 400 mg/m², and bolus fluorouracil 400 mg/m², followed by 2400 mg/m² 46-h continuous infusion), administered every 2 weeks for a total of six treatment cycles, or in combination with oral PF-04136309, administered at a starting dose of 500 mg twice daily in a standard 3 + 3 dose de-escalation design. Both FOLFIRINOX and PF-04136309 were simultaneously initiated with a total treatment duration of 12 weeks. The primary endpoints were the safety, tolerability, and recommended phase 2 dose of PF-04136309 plus FOLFIRINOX, with an expansion phase planned at the recommended dose. We analysed the primary outcome by intention to treat. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01413022. 

Results

 Between April 19, 2012, and Nov 12, 2014, we treated 47 patients with FOLFIRINOX alone (n=8) or with FOLFIRINOX plus PF-04136309 (n=39). One patient had a dose-limiting toxic effect in the dose de-escalation group receiving FOLFIRINOX plus PF-04136309 at 500 mg twice daily (n=6); this dose was established as the recommended phase 2 dose. We pooled patients in the expansion-phase group (n=33) with those in the dose de-escalation group that received PF-04136309 at the recommended phase 2 dose for assessment of treatment-related toxicity. Six (75%) of the eight patients receiving FOLFIRINOX alone were assessed for treatment toxicity, after exclusion of two (25%) patients due to insurance coverage issues. The median duration of follow-up for treatment toxicity was 72·0 days (IQR 49·5–89·0) in the FOLFIRINOX alone group and 77·0 days (70·0–90·5) in the FOLFIRINOX plus PF-04136309 group. No treatment-related deaths occurred. Two (5%) patients in the FOLFIRINOX plus PF-04136309 group stopped treatment earlier than planned due to treatment-related toxic effects. Grade 3 or higher adverse events reported in at least 10% of the patients receiving PF-04136309 included neutropenia (n=27), febrile neutropenia (n=7), lymphopenia (n=4), diarrhoea (n=6), and hypokalaemia (n=7). Grade 3 or higher adverse events reported in at least 10% of patients receiving FOLFIRINOX alone were neutropenia (n=6), febrile neutropenia (n=1), anaemia (n=2), lymphopenia (n=1), diarrhoea (n=2), hypoalbuminaemia (n=1), and hypokalaemia (n=3). Therapy was terminated because of treatment-related toxicity in one (17%) of the six patients receiving FOLFIRINOX alone. 16 (49%) of 33 patients receiving FOLFIRINOX plus PF-04136309 who had undergone repeat imaging achieved an objective tumour response, with local tumour control achieved in 32 (97%) patients. In the FOLFIRINOX alone group, none of the five patients with repeat imaging achieved an objective response, although four (80%) of those patients achieved stable disease. 

Interpretation

 CCR2-targeted therapy with PF-04136309 in combination with FOLFIRINOX is safe and tolerable. 

Funding

 Washington University–Pfizer Biomedical Collaborative.

Objective Chemokine pathways are co-opted by pancreatic adenocarcinoma (PDAC) to facilitate myeloid cell recruitment from the bone marrow to establish an immunosuppressive tumour microenvironment (TME). Targeting tumour-associated CXCR2 + neutrophils (TAN) or tumour-associated CCR2 + macrophages (TAM) alone improves antitumour immunity in preclinical models. However, a compensatory influx of an alternative myeloid subset may result in a persistent immunosuppressive TME and promote therapeutic resistance. Here, we show CCR2 and CXCR2 combined blockade reduces total tumour-infiltrating myeloids, promoting a more robust antitumour immune response in PDAC compared with either strategy alone. Methods Blood, bone marrow and tumours were analysed from PDAC patients and controls. Treatment response and correlative studies were performed in mice with established orthotopic PDAC tumours treated with a small molecule CCR2 inhibitor (CCR2i) and CXCR2 inhibitor (CXCR2i), alone and in combination with chemotherapy. Results A systemic increase in CXCR2 + TAN correlates with poor prognosis in PDAC, and patients receiving CCR2i showed increased tumour-infiltrating CXCR2 + TAN following treatment. In an orthotopic PDAC model, CXCR2 blockade prevented neutrophil mobilisation from the circulation and augmented chemotherapeutic efficacy. However, depletion of either CXCR2 + TAN or CCR2 + TAM resulted in a compensatory response of the alternative myeloid subset, recapitulating human disease. This was overcome by combined CCR2i and CXCR2i, which augmented antitumour immunity and improved response to FOLFIRINOX chemotherapy. Conclusion Dual targeting of CCR2 + TAM and CXCR2 + TAN improves antitumour immunity and chemotherapeutic response in PDAC compared with either strategy alone.