Phase-I-Dosierungsfindung und Proof-of-Concept-Studie von Panobinostat mit Standarddosis Cytarabin und Daunorubicin bei unbehandelter akuter myeloischer Leukämie oder fortgeschrittenem myelodysplastischem Syndrom

In den Vereinigten Staaten beträgt die Inzidenz von akuter myeloischer Leukämie (AML) ungefähr 3,5 Fälle pro 100.000 Personen pro Jahr. Im Jahr 2009 wurde bei etwa 13.000 Menschen AML diagnostiziert und 9.000 starben an der Krankheit, was AML zur sechsthäufigsten Krebstodesursache macht. In den letzten drei Jahrzehnten hat sich das AML-Überleben bei jüngeren Patienten mit 5-Jahres-Überlebensraten von mehr als 60 % bei Erwachsenen unter 45 Jahren verbessert, wahrscheinlich aufgrund von Verbesserungen bei der Induktions- und Konsolidierungschemotherapie, der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation (HSCT) und unterstützende Pflege. Die Postremissionstherapie mit hochdosierten Cytarabin-basierten Regimen nach Cytarabin- und Anthrazyklin-basierter Induktion hat das krankheitsfreie Überleben und das Gesamtüberleben auf Kosten einer erhöhten behandlungsbedingten Mortalität verbessert, was die Anwendung bei vielen älteren Patienten und Patienten mit erheblichen Komorbiditäten einschränkt. Obwohl die allogene HSZT der Behandlungsstandard für Patienten mit AML mit geringem Risiko oder rezidivierter Erkrankung bleibt, schließen fortgeschrittenes Alter, Komorbiditäten und Spenderverfügbarkeit diese Option für eine große Anzahl von Patienten aus, was die Verbesserung der Verträglichkeit und Wirksamkeit der Induktionstherapie zu einem wichtigen Ziel macht.

Über die Hälfte der neu diagnostizierten AML-Patienten sind über 65 Jahre alt, ein Drittel über 75 Jahre. Im Gegensatz zu jüngeren Patienten ist die Prognose älterer Patienten mit AML mit Fünf-Jahres-Überlebensraten von weniger als 10 % für Patienten über 65 Jahren immer noch düster. In den letzten dreißig Jahren ist die Induktionstherapie mit Cytarabin in Standarddosis zusammen mit einem Anthrazyklin der Behandlungsstandard für ältere Patienten mit AML geblieben. Bei älteren Patienten sind die vollständigen Ansprechraten auf die Induktionschemotherapie mit 40 bis 60 % geringer als bei jüngeren Patienten, wobei die mediane Überlebenszeit bei etwa 12 Monaten liegt. Neue Strategien, die neuartige Wirkstoffe verwenden, um die Empfindlichkeit von malignen myeloischen Vorläufern gegenüber einer Standard-Induktionschemotherapie zu erhöhen, können das vollständige Ansprechen und die Rückfallraten verbessern, ohne die behandlungsbedingte Mortalität zu erhöhen.

Myelodysplastische Syndrome (MDS)

Die myelodysplastischen Syndrome sind Neubildungen hämatopoetischer Vorläuferzellen, die durch eine ineffektive Hämatopoese und ein erhöhtes Risiko einer Transformation zu AML gekennzeichnet sind. Klinisch entwickeln Patienten Symptome im Zusammenhang mit Zytopenien, typischerweise progressive Anämie mit oder ohne Thrombozytopenie oder Neutropenie, die nicht mit einer definierten reversiblen Ursache wie Ernährungsmangel in Zusammenhang stehen. Histologisch wird MDS durch das Vorhandensein von Dysplasie in > 10 % der Zellen in einer oder mehreren myeloischen Linien bei der Knochenmarkuntersuchung nahegelegt. Charakteristische zytogenetische Anomalien helfen auch bei der Diagnose von MDS.

Die Inzidenz von MDS in den USA wurde auf 3,4 Fälle pro 100.000 Menschen pro Jahr geschätzt, wobei die Inzidenz bei Menschen über 70 um das Zehnfache zunimmt. Risikofaktoren für die Entwicklung von MDS sind fortgeschrittenes Alter, männliches Geschlecht und frühere Exposition gegenüber DNA-schädigender Chemotherapie oder Strahlentherapie, typischerweise zur Behandlung anderer bösartiger Erkrankungen. Als Gruppe haben Patienten mit fortgeschrittenem MDS und Patienten mit MDS, die zu AML fortschreiten, eine behandlungsresistente Erkrankung mit niedrigen Ansprechraten und kurzer Ansprechdauer nach der Induktionstherapie.

Das International Prognostic Scoring System (IPSS) für primäres MDS ordnet vier MDS-Risikokategorien (Niedrig, INT-1, INT-2, Hoch) basierend auf dem Myeloblastenanteil im Knochenmark, spezifischen zytogenetischen Anomalien und der Anzahl von Zytopenien zu, um das Überleben und das Risiko abzuschätzen Umstellung auf AML. MDS-Patienten mit niedrigem und INT-1-Risiko haben ohne Therapie eine mediane Überlebenszeit von 5,7 bzw. 3,3 Jahren. Fortgeschrittene MDS-Patienten in den IPSS-Risikogruppen INT-2 und Hoch schneiden mit einer medianen Überlebenszeit von 1,1 bzw. 0,4 Jahren deutlich schlechter ab. INT-2 und Hochrisiko-MDS sind auch mit einem höheren Risiko der Transformation zu AML verbunden. Darüber hinaus exprimieren hämatopoetische Vorläufer von Patienten mit fortgeschrittenem MDS häufiger das Multi-Drug-Resistenz (MDR1)-Genprodukt P-Glykoprotein, was möglicherweise die niedrigen Ansprechraten und die kurze Dauer des Ansprechens in dieser Gruppe nach konventionellen Induktionstherapien erklärt. Eine Phase-III-Studie mit dem P-Glykoprotein-Inhibitor Valspodar in Kombination mit Mitoxantron, Etoposid und Cytarabin bei rezidivierter oder refraktärer AML und Hochrisiko-MDS zeigte keine verbesserten Ergebnisse mit P-Glykoprotein-Hemmung. Daher sind neue therapeutische Strategien zur Überwindung der bei fortgeschrittenem MDS beobachteten intrinsischen Resistenz gegen Chemotherapie erforderlich, um die Induktionschemotherapie als Primärtherapie und als Brücke zur allogenen hämatopoetischen Zelltransplantation zu verbessern.

Angesichts des relativ langen Überlebens und der niedrigen Progressionsrate zu AML, die bei Patienten mit IPSS Low- und INT-1-Risikoerkrankungen beobachtet werden, ist eine allogene Transplantation typischerweise denjenigen vorbehalten, bei denen eine konservative Behandlung mit Erythropoese-stimulierenden Wirkstoffen, G-CSF, hypomethylierenden Wirkstoffen wie Azacitidin fehlschlägt oder Decitabin, Lenalidomid oder Immunsuppressionstherapie. Für Patienten im Alter von 60 Jahren und jünger mit fortgeschrittenem MDS (INT-2, hoch) ist die allogene hämatopoetische Zelltransplantation die am besten geeignete Therapie, da sie die Lebenserwartung verlängert. Aufgrund des fortgeschrittenen Alters und erheblicher Komorbiditäten ist die allogene hämatopoetische Transplantation für eine große Anzahl von Patienten mit fortgeschrittenem MDS keine geeignete Behandlungsmethode. Außerdem stehen Stammzellspender nicht für alle Patienten zur Verfügung. Für Patienten mit fortgeschrittenem MDS sind hypomethylierende Wirkstoffe oder die Teilnahme an klinischen Studien angesichts der schlechten Ergebnisse bei dieser Patientenpopulation beides geeignete Behandlungsoptionen. Eine offene, randomisierte Phase-III-Studie mit Azacitidin im Vergleich zu konventionellen Behandlungsschemata bei fortgeschrittenem MDS zeigte ein überlegenes Gesamtüberleben für Patienten, die mit Azacitidin behandelt wurden (24,5 gegenüber 15,0 Monaten, HR 0,58; 95 % KI 0,43–0,77). Obwohl Decitabin bei MDS aktiv ist, wurde bisher nicht gezeigt, dass es das Überleben bei fortgeschrittenem MDS verlängert. In einer Phase-III-Studie, in der Decitabin mit unterstützender Behandlung verglichen wurde, zeigte Decitabin eine überlegene Ansprechrate und verzögerte die Zeit bis zur Entwicklung von AML.

Anthrazykline in der AML-Therapie

Anthrazyklin-Chemotherapeutika (Daunorubicin, Idarubicin, Mitoxantron) sind hochaktiv bei AML und sind ein wesentlicher Bestandteil der initialen Induktionstherapie bei Patienten, die für eine intensive Chemotherapie geeignet sind. Die optimale Anthrazyklin-Dosis zur Maximierung von Ansprechen und Überleben bei gleichzeitiger Wahrung der Sicherheit wird noch ermittelt. Für Daunorubicin zeigte eine randomisierte Phase-III-Studie an jüngeren Patienten im Alter von 17 bis 60 Jahren mit AML, dass die Standarddosis Cytarabin 100 mg/m2 täglich für 7 Tage in Kombination mit Daunorubicin 90 mg/m2 täglich für 3 Tage Daunorubicin 45 mg/d überlegen war. m2 täglich für 3 Tage mit verbesserten vollständigen Remissionsraten (70,6 % vs. 57,3 %, p < 0,001) und medianes Gesamtüberleben (23,7 vs. 15,7 Monate, p = 0,003). Die Toxizität war zwischen den beiden Gruppen nicht signifikant unterschiedlich. Eine ähnliche Phase-III-Studie bei AML-Patienten im Alter von 60 Jahren oder älter verglich Daunorubicin 45 mg/m2 bis 90 mg/m2 für 3 Tage in Kombination mit Cytarabin 200 mg/m2 täglich für 7 Tage. Obwohl die vollständige Remissionsrate bei Patienten höher war, die die 90 mg/m2 Daunorubicin-Dosis erhielten (64 % gegenüber 54 %, p = 0,002), wurde kein Unterschied beim Überleben festgestellt. Bemerkenswerterweise hatten Patienten im Alter von 60-65 Jahren, die eine höhere Daunorubicin-Dosis erhielten, überlegene vollständige Remissionsraten, ereignisfreies Überleben und Gesamtüberleben. Bisher wurden keine Direktvergleiche von Daunorubicin bei 60 mg/m2 versus 90 mg/m2 veröffentlicht.

Histon-Deacetylasen und ihre Inhibitoren bei AML und MDS

HDAC-Inhibitoren haben Aktivität in Monotherapiestudien der Phase I für AML und fortgeschrittenes MDS gezeigt. Eine Phase-I-Studie mit Panobinostat als Monotherapie bei primär AML führte bei 8 von 11 Patienten zu einem vorübergehenden hämatologischen Ansprechen mit einer Verringerung der Anzahl peripherer Blutblasten, was mit der dokumentierten In-vitro-Aktivität des Arzneimittels übereinstimmt. Zu den Haupttoxizitäten gehörten Übelkeit, Durchfall, Hypokaliämie, Anorexie, Thrombozytopenie und reversible QTcF-Verlängerung. Ähnliches Ansprechen mit seltenem vollständigem Ansprechen wurde auch bei den HDAC-Inhibitoren Romidepsin und MGCD0103 bei AML und MDS beobachtet.

Synergie zwischen HDAC-Inhibitoren und Anthrazyklinen

Als Monotherapie haben HDAC-Inhibitoren wahrscheinlich keinen Einfluss auf die Behandlung von AML und fortgeschrittenem MDS, obwohl es eine starke biologische Begründung für die Verwendung dieser Wirkstoffe in Kombinationstherapien gibt. Durch die Hemmung der Deacetylierung von Histonen erzeugen HDAC-Inhibitoren eine offenere Chromatinstruktur, die anfälliger für die DNA-schädigenden Wirkungen von Anthracyclin-Chemotherapeutika ist, in einigen Fällen, wenn sie 48 Stunden nach dem HDAC-Inhibitor verabreicht werden. In vitro potenzieren HDAC-Inhibitoren die zytotoxischen Wirkungen von Anthrazyklinen in Leukämie-Zelllinien. Insbesondere Panobinostat wirkt synergistisch mit dem Anthracyclin Doxorubicin, um DNA-Schäden zu induzieren, die Histonacetylierung zu erhöhen und den programmierten Zelltod in AML-Zelllinien und primären AML-Zellen zu aktivieren. Es wird vorhergesagt, dass die Verabreichung des Anthracyclins Daunorubicin mit Panobinostat in vivo synergistisch ist und das vollständige Ansprechen und die Rückfallraten bei AML verbessern kann.

Die richtige Sequenzierung von HDAC-Inhibitoren mit Anthrazyklinen wird wahrscheinlich für den Erfolg dieser Kombinationen wichtig sein. Eine Vorbehandlung mit HDAC-Inhibitoren vor einer Anthracyclin-Exposition kann ebenfalls synergistische Wirkungen haben, indem die nukleäre DNA-Exposition gegenüber Anthracyclin erhöht wird. In kultivierten MCF-7-Brustkrebszellen führt die Behandlung mit dem HDAC-Inhibitor Vorinostat zu einer Chromatin-Dekondensation, die nach 48 Stunden HDAC-Inhibitor-Behandlung maximal ist. In diesem System führte die gleichzeitige Verabreichung von Vorinostat und Epirubicin nicht zu einer erhöhten Apoptose, wohingegen eine 48-stündige Vorinkubation mit Vorinostat zu einer synergistischen Zunahme der Apoptose führte, die mit einer erhöhten nukleären Akkumulation von Epirubicin und einer erhöhten DNA-Schädigung einherging. Bei AML scheinen die maximalen epigenetischen Wirkungen ebenfalls etwa 48 Stunden nach der HDAC-Inhibitor-Exposition aufzutreten.

Antikrebsaktivität von DAC-Inhibitoren

Veränderungen in der Chromosomenstruktur spielen eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Gentranskription. Diese epigenetischen Veränderungen umfassen die Modifikation von Histonen und anderen Proteinen durch Acetylierung und/oder Phosphorylierung. Normalerweise sind diese Modifikationen fein ausbalanciert und in normalen Geweben hochgradig reversibel, aber sie können in Tumorzellen unausgeglichen und vererbbar sein. DAC-Inhibitoren erhöhen die Histonacetylierung und modulieren dadurch die Expression einer Untergruppe von Genen auf koordinierte Weise. Mehrere Tumorsuppressorgene, die mit dem malignen Phänotyp assoziiert sind, werden durch epigenetische Mechanismen bei sporadischen Krebserkrankungen unterdrückt. Somit kann eine Therapie mit DAC-Inhibitoren den Tumorphänotyp verändern und das Wachstum in solchen Tumoren hemmen.

Mehrere Kennzeichen von Krebs werden durch Acetylierung/Deacetylierung reguliert:

• Die DAC-Hemmung zielt sowohl auf Histon- als auch Nichthistonproteine ​​ab. Der zugrunde liegende Antitumormechanismus von DAC-Inhibitoren könnte die Ausrichtung auf den Acetylierungsstatus von tumorassoziierten Nichthistonproteinen sein, die die Proliferation vermitteln.
• Nicht-Histon-Proteine, die durch Acetylierung reguliert werden, schließen α-Tubulin, p53, HIF-1α und HSP90 ein. Diese Proteine ​​sind Substrate von DACs.
• Die Fähigkeit eines einzelnen Mittels, auf mehrere molekulare Merkmale von Tumorzellen abzuzielen, kann zu einer guten Wirksamkeit gegen eine Reihe unterschiedlicher Tumortypen führen.
• HSP90 ist an Proteinstabilität und -abbau beteiligt; Die Hemmung von HSP90 beeinflusst den Proteinumsatz bei Krankheiten wie dem multiplen Myelom und bösartigen B-Zell-Erkrankungen.
• Acetyliertes HIF-1α wird abgebaut und kann nicht mehr als Tumorwachstumsfaktor wirken. Klasse-II-DAC-Inhibitoren zielen auf die Histon-Deacetylase (HDAC oder DAC) 6 ab, was zu einer erhöhten Acetylierung von HIF-1α und einem verringerten vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF) führt, wodurch die Angiogenese gehemmt wird.
• Sowohl die Acetylierung als auch die Ubiquitylierung treten häufig am selben Lysinrest auf, aber diese Prozesse können nicht gleichzeitig ablaufen. Acetylierung ermöglicht eine erhöhte Stabilität und Ubiquitinierung führt zu Proteinabbau. Daher verkürzen DACs die Halbwertszeit eines Proteins, indem sie den Lysinrest der Ubiquitylierung aussetzen.

Panobinostat (LBH589)

Panobinostat (LBH589) ist ein Deacetylase-Inhibitor (DACi), der zu einer strukturell neuartigen Klasse von Verbindungen der Zimthydroxamsäure gehört. Es ist ein potenter Pan-DAC-Inhibitor der Klasse I/II (Pan-DACi), der in vorklinischen Modellen und bei Krebspatienten Antitumoraktivität gezeigt hat. Deacetylasen (DAC) greifen Lysingruppen auf Chromatin und Transkriptionsfaktoren sowie verschiedene Nicht-Histon-Proteine ​​wie p53, Tubulin, HSP90 und Rb an. Panobinostat ist als Kapsel zum Einnehmen und als Lösung zur intravenösen (i.v.) Injektion formuliert. Sowohl die orale als auch die i.v. Formulierungen werden derzeit in laufenden Phase-I- und Phase-II-Studien bei fortgeschrittenen soliden Tumoren und hämatologischen Malignomen untersucht.

Die Hemmung von DAC bietet einen neuen Ansatz für die Krebsbehandlung. Histone sind Teil der Kernproteine ​​von Nukleosomen, und die Acetylierung und Deacetylierung dieser Proteine ​​spielt eine Rolle bei der Regulation der Genexpression. Hochgeladene deacetylierte Histone binden fest an das Phosphatrückgrat der DNA und hemmen die Transkription, vermutlich indem sie den Zugang von Transkriptionsfaktoren und RNA-Polymerasen zur DNA einschränken. Acetylierung neutralisiert die Ladung von Histonen und erzeugt eine offenere DNA-Konformation. Diese Konformation ermöglicht Transkriptionsfaktoren und dem zugehörigen Transkriptionsapparat den Zugang zur DNA, wodurch die Expression der entsprechenden Gene gefördert wird. Die gegensätzlichen Aktivitäten von zwei Gruppen von Enzymen, Histonacetyltransferase (HAT) und DAC, steuern das Ausmaß der Acetylierung. In normalen Zellen existiert ein Gleichgewicht zwischen HAT- und DAC-Aktivität, das zu zellspezifischen Mustern der Genexpression führt. Eine Störung des Gleichgewichts führt zu Veränderungen in der Genexpression.

Mehrere Beweislinien deuten darauf hin, dass eine abweichende Rekrutierung von DAC und die daraus resultierende Modifikation der Chromatinstruktur eine Rolle bei der Veränderung der in transformierten Zellen beobachteten Genexpression spielen könnten. Zum Beispiel ist das Silencing von Tumorsuppressorgenen auf Chromatinebene in menschlichen Tumoren üblich, und es wurde gezeigt, dass DAC-Komplexe entscheidend für die Aktivität der AML-spezifischen Fusionsproteine ​​PLZF-RAR-α, PML-RAR-α und sind AML1/ETO. Es wurde gezeigt, dass DAC-Inhibitoren (DACi) in kultivierten Tumorzellen Differenzierung, Zellzyklusarrest oder Apoptose induzieren und das Wachstum von Tumoren in Tiermodellen hemmen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass DACi die Expression von p21 induziert, einem Schlüsselmediator des Zellzyklusarrests in der G1-Phase und der Zelldifferenzierung.

Tumorwachstumshemmung und Apoptose als Reaktion auf die DACi-Behandlung können auch durch Änderungen in der Acetylierung von Nicht-Histon-Proteinen (z. B. HSP90, p53, HIF-1α, α-Tubulin) vermittelt werden. Beispielsweise wurde gezeigt, dass das Chaperonprotein HSP90 in mit DACi behandelten Zellen acetyliert wird. Die Acetylierung von HSP90 hemmt seine Fähigkeit, neu synthetisierte Client-Proteine ​​zu binden, wodurch die ordnungsgemäße Faltung und Funktion des Client-Proteins verhindert wird. Fehlt die HSP90-Funktion, werden fehlgefaltete Proteine ​​im Proteasom abgebaut. Viele Proteine, die eine HSP90-Assoziation erfordern, sind entscheidend für das Wachstum von Krebszellen, einschließlich ErbB1, ErbB2, AKT, Raf, KDR und BCR-ABL. Die Acetylierung von HSP90 in mit DACi behandelten Zellen hemmt die Chaperonfunktion von HSP90, was zum Abbau der Client-Proteine ​​und schließlich zum Zelltod führt.

Der potenzielle klinische Nutzen der Verwendung von DACi in der Krebstherapie wurde zuerst durch die Aktivität von DACi, Natriumphenylbutyrat, gegen akute Promyelozytenleukämie (APL) nahegelegt. Eine jugendliche Patientin mit rezidivierendem APL, die nicht mehr auf reine Trans-Retinsäure (ATRA) ansprach, erreichte eine vollständige klinische Remission nach Behandlung mit einer Kombination aus ATRA und dem DACi-Natriumphenylbutyrat.