Glioblastoma is highly enriched with macrophages, and osteopontin (OPN) expression levels correlate with glioma grade and the degree of macrophage infiltration; thus, we studied whether OPN plays a crucial role in immune modulation. Quantitative PCR, immunoblotting, and ELISA were used to determine OPN expression. Knockdown of OPN was achieved using complementary siRNA, shRNA, and CRISPR/Cas9 techniques, followed by a series of in vitro functional migration and immunological assays. OPN gene-deficient mice were used to examine the roles of non-tumor-derived OPN on survival of mice harboring intracranial gliomas. Patients with mesenchymal glioblastoma multiforme (GBM) show high OPN expression, a negative survival prognosticator. OPN is a potent chemokine for macrophages, and its blockade significantly impaired the ability of glioma cells to recruit macrophages. Integrin αvβ5 (ITGαvβ5) is highly expressed on glioblastoma-infiltrating macrophages and constitutes a major OPN receptor. OPN maintains the M2 macrophage gene signature and phenotype. Both tumor-derived and host-derived OPN were critical for glioma development. OPN deficiency in either innate immune or glioma cells resulted in a marked reduction in M2 macrophages and elevated T cell effector activity infiltrating the glioma. Furthermore, OPN deficiency in the glioma cells sensitized them to direct CD8+ T cell cytotoxicity. Systemic administration in mice of 4-1BB-OPN bispecific aptamers was efficacious, increasing median survival time by 68% (P < 0.05). OPN is thus an important chemokine for recruiting macrophages to glioblastoma, mediates crosstalk between tumor cells and the innate immune system, and has the potential to be exploited as a therapeutic target.

Exosomes can mediate a dynamic method of communication between malignancies, including those sequestered in the central nervous system and the immune system. We sought to determine whether exosomes from glioblastoma (GBM)-derived stem cells (GSCs) can induce immunosuppression. We report that GSC-derived exosomes (GDEs) have a predilection for monocytes, the precursor to macrophages. The GDEs traverse the monocyte cytoplasm, cause a reorganization of the actin cytoskeleton, and skew monocytes toward the immune suppresive M2 phenotype, including programmed death-ligand 1 (PD-L1) expression. Mass spectrometry analysis demonstrated that the GDEs contain a variety of components, including members of the signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) pathway that functionally mediate this immune suppressive switch. Western blot analysis revealed that upregulation of PD-L1 in GSC exosome-treated monocytes and GBM-patient-infiltrating CD14+ cells predominantly correlates with increased phosphorylation of STAT3, and in some cases, with phosphorylated p70S6 kinase and Erk1/2. Cumulatively, these data indicate that GDEs are secreted GBM-released factors that are potent modulators of the GBM-associated immunosuppressive microenvironment.

STING agonists can reprogram the tumor microenvironment to induce immunological clearance within the central nervous system. Using multiplexed sequential immunofluorescence (SeqIF) and the Ivy Glioblastoma Atlas, STING expression was found in myeloid populations and in the perivascular space. The STING agonist 8803 increased median survival in multiple preclinical models of glioblastoma, including QPP8, an immune checkpoint blockade-resistant model, where 100% of mice were cured. Ex vivo flow cytometry profiling during the therapeutic window demonstrated increases in myeloid tumor trafficking and activation, alongside enhancement of CD8+ T cell and NK effector responses. Treatment with 8803 reprogrammed microglia to express costimulatory CD80/CD86 and iNOS, while decreasing immunosuppressive CD206 and arginase. In humanized mice, where tumor cell STING is epigenetically silenced, 8803 therapeutic activity was maintained, further attesting to myeloid dependency and reprogramming. Although the combination with a STAT3 inhibitor did not further enhance STING agonist activity, the addition of anti-PD-1 antibodies to 8803 treatment enhanced survival in an immune checkpoint blockade-responsive glioma model. In summary, 8803 as a monotherapy demonstrates marked in vivo therapeutic activity, meriting consideration for clinical translation.