IL-15-driven NK cells mediate anti-tumor immunity, but how IL-15 is negatively regulated remains unclear. Huntington and colleagues find that CIS, a member of the suppressor of cytokine signaling family, suppresses the response to IL-15 and, as a result, CIS-deficient mice are more resistant to cancer metastasis. The detection of aberrant cells by natural killer (NK) cells is controlled by the integration of signals from activating and inhibitory ligands and from cytokines such as IL-15. We identified cytokine-inducible SH2-containing protein (CIS, encoded by Cish) as a critical negative regulator of IL-15 signaling in NK cells. Cish was rapidly induced in response to IL-15, and deletion of Cish rendered NK cells hypersensitive to IL-15, as evidenced by enhanced proliferation, survival, IFN-γ production and cytotoxicity toward tumors. This was associated with increased JAK-STAT signaling in NK cells in which Cish was deleted. Correspondingly, CIS interacted with the tyrosine kinase JAK1, inhibiting its enzymatic activity and targeting JAK for proteasomal degradation. Cish−/− mice were resistant to melanoma, prostate and breast cancer metastasis in vivo, and this was intrinsic to NK cell activity. Our data uncover a potent intracellular checkpoint in NK cell–mediated tumor immunity and suggest possibilities for new cancer immunotherapies directed at blocking CIS function.

Extracellular adenosine is a key immunosuppressive metabolite that restricts activation of cytotoxic lymphocytes and impairs antitumor immune responses. Here, we show that engagement of A2A adenosine receptor (A2AR) acts as a checkpoint that limits the maturation of natural killer (NK) cells. Both global and NK-cell-specific conditional deletion of A2AR enhanced proportions of terminally mature NK cells at homeostasis, following reconstitution, and in the tumor microenvironment. Notably, A2AR-deficient, terminally mature NK cells retained proliferative capacity and exhibited heightened reconstitution in competitive transfer assays. Moreover, targeting A2AR specifically on NK cells also improved tumor control and delayed tumor initiation. Taken together, our results establish A2AR-mediated adenosine signaling as an intrinsic negative regulator of NK-cell maturation and antitumor immune responses. On the basis of these findings, we propose that administering A2AR antagonists concurrently with NK cell-based therapies may heighten therapeutic benefits by augmenting NK cell-mediated antitumor immunity.Significance: Ablating adenosine signaling is found to promote natural killer cell maturation and antitumor immunity and reduce tumor growth. Cancer Res; 78(4); 1003-16. ©2017 AACR.

Adenosine targeting is an attractive new approach to cancer treatment, but no clinical study has yet examined adenosine inhibition in oncology despite the safe clinical profile of adenosine A2A receptor inhibitors (A2ARi) in Parkinson disease. Metastasis is the main cause of cancer-related deaths worldwide, and therefore we have studied experimental and spontaneous mouse models of melanoma and breast cancer metastasis to demonstrate the efficacy and mechanism of a combination of A2ARi in combination with anti-PD-1 monoclonal antibody (mAb). This combination significantly reduces metastatic burden and prolongs the life of mice compared with either monotherapy alone. Importantly, the combination was only effective when the tumor expressed high levels of CD73, suggesting a tumor biomarker that at a minimum could be used to stratify patients that might receive this combination. The mechanism of the combination therapy was critically dependent on NK cells and IFNγ, and to a lesser extent, CD8(+) T cells and the effector molecule, perforin. Overall, these results provide a strong rationale to use A2ARi with anti-PD-1 mAb for the treatment of minimal residual and metastatic disease.

CD96 has recently been shown as a negative regulator of mouse natural killer (NK)-cell activity, with Cd96(-/-)mice displaying hyperresponsive NK cells upon immune challenge. In this study, we have demonstrated that blocking CD96 with a monoclonal antibody inhibited experimental metastases in three different tumor models. The antimetastatic activity of anti-CD96 was dependent on NK cells, CD226 (DNAM-1), and IFNγ, but independent of activating Fc receptors. Anti-CD96 was more effective in combination with anti-CTLA-4, anti-PD-1, or doxorubicin chemotherapy. Blocking CD96 in Tigit(-/-)mice significantly reduced experimental and spontaneous metastases compared with its activity in wild-type mice. Co-blockade of CD96 and PD-1 potently inhibited lung metastases, with the combination increasing local NK-cell IFNγ production and infiltration. Overall, these data demonstrate that blocking CD96 is a new and complementary immunotherapeutic strategy to reduce tumor metastases.This article illustrates the antimetastatic activity and mechanism of action of an anti-CD96 antibody that inhibits the CD96-CD155 interaction and stimulates NK-cell function. Targeting host CD96 is shown to complement surgery and conventional immune checkpoint blockade.