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

PURPOSE Our previously published findings reported that local consolidative therapy (LCT) with radiotherapy or surgery improved progression-free survival (PFS) and delayed new disease in patients with oligometastatic non–small-cell lung cancer (NSCLC) that did not progress after front-line systemic therapy. Herein, we present the longer-term overall survival (OS) results accompanied by additional secondary end points. PATIENTS AND METHODS This multicenter, randomized, phase II trial enrolled patients with stage IV NSCLC, three or fewer metastases, and no progression at 3 or more months after front-line systemic therapy. Patients were randomly assigned (1:1) to maintenance therapy or observation (MT/O) or to LCT to all active disease sites. The primary end point was PFS; secondary end points were OS, toxicity, and the appearance of new lesions. All analyses were two sided, and P values less than .10 were deemed significant. RESULTS The Data Safety and Monitoring Board recommended early trial closure after 49 patients were randomly assigned because of a significant PFS benefit in the LCT arm. With an updated median follow-up time of 38.8 months (range, 28.3 to 61.4 months), the PFS benefit was durable (median, 14.2 months [95% CI, 7.4 to 23.1 months] with LCT v 4.4 months [95% CI, 2.2 to 8.3 months] with MT/O; P = .022). We also found an OS benefit in the LCT arm (median, 41.2 months [95% CI, 18.9 months to not reached] with LCT v 17.0 months [95% CI, 10.1 to 39.8 months] with MT/O; P = .017). No additional grade 3 or greater toxicities were observed. Survival after progression was longer in the LCT group (37.6 months with LCT v 9.4 months with MT/O; P = .034). Of the 20 patients who experienced progression in the MT/O arm, nine received LCT to all lesions after progression, and the median OS was 17 months (95% CI, 7.8 months to not reached). CONCLUSION In patients with oligometastatic NSCLC that did not progress after front-line systemic therapy, LCT prolonged PFS and OS relative to MT/O.

Background Evidence from retrospective studies suggests that disease progression after first-line chemotherapy for metastatic non-small-cell lung cancer (NSCLC) occurs most often at sites of disease known to exist at baseline. However, the potential effect of aggressive local consolidative therapy for patients with oligometastatic NSCLC is unknown. We aimed to assess the effect of local consolidative therapy on progression-free survival. Methods In this multicentre, randomised, controlled, phase 2 study, eligible patients from three hospitals had histological confirmation of stage IV NSCLC, three or fewer metastatic disease lesions after first-line systemic therapy, an Eastern Cooperative Oncology Group performance status score of 2 or less, had received standard first-line systemic therapy, and had no disease progression before randomisation. First-line therapy was four or more cycles of platinum doublet therapy or 3 or more months of EGFR or ALK inhibitors for patients with EGFR mutations or ALK rearrangements, respectively. Patients were randomly assigned (1:1) to either local consolidative therapy ([chemo]radiotherapy or resection of all lesions) with or without subsequent maintenance treatment or to maintenance treatment alone, which could be observation only. Maintenance treatment was recommended based on a list of approved regimens, and observation was defined as close surveillance without cytotoxic treatment. Randomisation was not masked and was balanced dynamically on five factors: number of metastases, response to initial therapy, CNS metastases, intrathoracic nodal status, and EGFR and ALK status. The primary endpoint was progression-free survival analysed in all patients who were treated and had at least one post-baseline imaging assessment. The study is ongoing but not recruiting participants. This study is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01725165. Findings Between Nov 28, 2012, and Jan 19, 2016, 74 patients were enrolled either during or at the completion of first-line systemic therapy. The study was terminated early after randomisation of 49 patients (25 in the local consolidative therapy group and 24 in the maintenance treatment group) as part of the annual analyses done by the Data Safety Monitoring Committee of all randomised trials at MD Anderson Cancer Center, and before a planned interim analysis of 44 events. At a median follow-up time for all randomised patients of 12·39 months (IQR 5·52–20·30), the median progression-free survival in the local consolidative therapy group was 11·9 months (90% CI 5·7–20·9) versus 3·9 months (2·3–6·6) in the maintenance treatment group (hazard ratio 0·35 [90% CI 0·18–0·66], log-rank p=0·0054). Adverse events were similar between groups, with no grade 4 adverse events or deaths due to treatment. Grade 3 adverse events in the maintenance therapy group were fatigue (n=1) and anaemia (n=1) and in the local consolidative therapy group were oesophagitis (n=2), anaemia (n=1), pneumothorax (n=1), and abdominal pain (n=1, unlikely related). Interpretation Local consolidative therapy with or without maintenance therapy for patients with three or fewer metastases from NSCLC that did not progress after initial systemic therapy improved progression-free survival compared with maintenance therapy alone. These findings suggest that aggressive local therapy should be further explored in phase 3 trials as a standard treatment option in this clinical scenario. Funding MD Anderson Lung Cancer Priority Fund, MD Anderson Cancer Center Moon Shot Initiative, and Cancer Center Support (Core), National Cancer Institute, National Institutes of Health.

Cancers are composed of populations of cells with distinct molecular and phenotypic features, a phenomenon termed intratumor heterogeneity (ITH). ITH in lung cancers has not been well studied. We applied multiregion whole-exome sequencing (WES) on 11 localized lung adenocarcinomas. All tumors showed clear evidence of ITH. On average, 76% of all mutations and 20 out of 21 known cancer gene mutations were identified in all regions of individual tumors, which suggested that single-region sequencing may be adequate to identify the majority of known cancer gene mutations in localized lung adenocarcinomas. With a median follow-up of 21 months after surgery, three patients have relapsed, and all three patients had significantly larger fractions of subclonal mutations in their primary tumors than patients without relapse. These data indicate that a larger subclonal mutation fraction may be associated with increased likelihood of postsurgical relapse in patients with localized lung adenocarcinomas.

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

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.

Abstract Purpose: Osimertinib was initially approved for T790M-positive non–small cell lung cancer (NSCLC) and, more recently, for first-line treatment of EGFR-mutant NSCLC. However, resistance mechanisms to osimertinib have been incompletely described. Experimental Design: Using cohorts from The University of Texas MD Anderson Lung Cancer Moonshot GEMINI and Moffitt Cancer Center lung cancer databases, we collected clinical data for patients treated with osimertinib. Molecular profiling analysis was performed at the time of progression in a subset of the patients. Results: In the 118 patients treated with osimertinib, 42 had molecular profiling at progression. T790M was preserved in 21 (50%) patients and lost in 21 (50%). EGFR C797 and L792 (26%) mutations were the most common resistance mechanism and were observed exclusively in T790M-preserved cases. MET amplification was the second most common alteration (14%). Recurrent alterations were observed in 22 genes/pathways, including PIK3CA, FGFR, and RET. Preclinical studies confirmed MET, PIK3CA, and epithelial-to-mesenchymal transition as potential resistance drivers. Alterations of cell-cycle genes were associated with shorter median progression-free survival (PFS, 4.4 vs. 8.8 months, P = 0.01). In 76 patients with progression, osimertinib was continued in 47 cases with a median second PFS (PFS2) of 12.6 months; 21 patients received local consolidation radiation with a median PFS of 15.5 months. Continuation of osimertinib beyond progression was associated with a longer overall survival compared with discontinuation (11.2 vs. 6.1 months, P = 0.02). Conclusions: Osimertinib resistance is associated with diverse, predominantly EGFR-independent genomic alterations. Continuation of osimertinib after progression, alone or in conjunction with radiotherapy, may provide prolonged clinical benefit in selected patients. See related commentary by Devarakonda and Govindan, p. 6112.

There is a critical need to improve our understanding of the pathogenesis of melanoma brain metastases (MBM). Thus, we performed RNA sequencing on 88 resected MBMs and 42 patient-matched extracranial metastases; tumors with sufficient tissue also underwent whole-exome sequencing, T-cell receptor sequencing, and IHC. MBMs demonstrated heterogeneity of immune infiltrates that correlated with prior radiation and post-craniotomy survival. Comparison with patient-matched extracranial metastases identified significant immunosuppression and enrichment of oxidative phosphorylation (OXPHOS) in MBMs. Gene-expression analysis of intracranial and subcutaneous xenografts, and a spontaneous MBM model, confirmed increased OXPHOS gene expression in MBMs, which was also detected by direct metabolite profiling and [U-13C]-glucose tracing in vivo. IACS-010759, an OXPHOS inhibitor currently in early-phase clinical trials, improved survival of mice bearing MAPK inhibitor-resistant intracranial melanoma xenografts and inhibited MBM formation in the spontaneous MBM model. The results provide new insights into the pathogenesis and therapeutic resistance of MBMs. SIGNIFICANCE: Improving our understanding of the pathogenesis of MBMs will facilitate the rational development and prioritization of new therapeutic strategies. This study reports the most comprehensive molecular profiling of patient-matched MBMs and extracranial metastases to date. The data provide new insights into MBM biology and therapeutic resistance.See related commentary by Egelston and Margolin, p. 581.This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 565.

Epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations typically occur in exons 18-21 and are established driver mutations in non-small cell lung cancer (NSCLC)1-3. Targeted therapies are approved for patients with 'classical' mutations and a small number of other mutations4-6. However, effective therapies have not been identified for additional EGFR mutations. Furthermore, the frequency and effects of atypical EGFR mutations on drug sensitivity are unknown1,3,7-10. Here we characterize the mutational landscape in 16,715 patients with EGFR-mutant NSCLC, and establish the structure-function relationship of EGFR mutations on drug sensitivity. We found that EGFR mutations can be separated into four distinct subgroups on the basis of sensitivity and structural changes that retrospectively predict patient outcomes following treatment with EGFR inhibitors better than traditional exon-based groups. Together, these data delineate a structure-based approach for defining functional groups of EGFR mutations that can effectively guide treatment and clinical trial choices for patients with EGFR-mutant NSCLC and suggest that a structure-function-based approach may improve the prediction of drug sensitivity to targeted therapies in oncogenes with diverse mutations.