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

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.

Although most activating mutations of epidermal growth factor receptor (EGFR)-mutant non-small cell lung cancers (NSCLCs) are sensitive to available EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKIs), a subset with alterations in exon 20 of EGFR and HER2 are intrinsically resistant and lack an effective therapy. We used in silico, in vitro, and in vivo testing to model structural alterations induced by exon 20 mutations and to identify effective inhibitors. 3D modeling indicated alterations restricted the size of the drug-binding pocket, limiting the binding of large, rigid inhibitors. We found that poziotinib, owing to its small size and flexibility, can circumvent these steric changes and is a potent inhibitor of the most common EGFR and HER2 exon 20 mutants. Poziotinib demonstrated greater activity than approved EGFR TKIs in vitro and in patient-derived xenograft models of EGFR or HER2 exon 20 mutant NSCLC and in genetically engineered mouse models of NSCLC. In a phase 2 trial, the first 11 patients with NSCLC with EGFR exon 20 mutations receiving poziotinib had a confirmed objective response rate of 64%. These data identify poziotinib as a potent, clinically active inhibitor of EGFR and HER2 exon 20 mutations and illuminate the molecular features of TKIs that may circumvent steric changes induced by these mutations.

Abstract Although treatment with immune checkpoint inhibitors provides promising benefit for patients with cancer, optimal use is encumbered by high resistance rates and requires a thorough understanding of resistance mechanisms. We observed that tumors treated with PD-1/PD-L1 blocking antibodies develop resistance through the upregulation of CD38, which is induced by all-trans retinoic acid and IFNβ in the tumor microenvironment. In vitro and in vivo studies demonstrate that CD38 inhibits CD8+ T-cell function via adenosine receptor signaling and that CD38 or adenosine receptor blockade are effective strategies to overcome the resistance. Large data sets of human tumors reveal expression of CD38 in a subset of tumors with high levels of basal or treatment-induced T-cell infiltration, where immune checkpoint therapies are thought to be most effective. These findings provide a novel mechanism of acquired resistance to immune checkpoint therapy and an opportunity to expand their efficacy in cancer treatment. Significance: CD38 is a major mechanism of acquired resistance to PD-1/PD-L1 blockade, causing CD8+ T-cell suppression. Coinhibition of CD38 and PD-L1 improves antitumor immune response. Biomarker assessment in patient cohorts suggests that a combination strategy is applicable to a large percentage of patients in whom PD-1/PD-L1 blockade is currently indicated. Cancer Discov; 8(9); 1156–75. ©2018 AACR. See related commentary by Mittal et al., p. 1066. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1047