FAPI Molekulare Bildgebung zur Diagnose des ungünstigen Darmkrebs-Subtyps CMS4 (FoCus)

CRC ist die dritthäufigste Krebsart weltweit und verursacht in den Niederlanden jährlich etwa 14.000 Neudiagnosen und etwa 5.000 Todesfälle (1,9 Millionen bzw. 935.000 auf globaler Ebene). CRC ist eine heterogene Erkrankung im Hinblick auf Prognose, Therapieansprechen und die zugrunde liegende Tumorbiologie. Eine groß angelegte Transkriptionsanalyse von primären CRC-Tumoren hat das Vorhandensein von vier unterschiedlichen molekularen Konsens-Subtypen (CMSs) ergeben, was derzeit das robusteste molekulare Klassifizierungssystem für CRC darstellt. Dieses Klassifizierungssystem zeigt wichtige Zusammenhänge mit klinischen Variablen wie der Lage des Primärtumors, dem histopathologischen Grad und der Prognose. CMS4 macht ca. 25 % aller CRC-Patienten im Frühstadium aus und kommt in fortgeschrittenen Krankheitsstadien häufiger vor (ca. 40 % im Stadium IV). Darüber hinaus zeichnet sich der CMS4-Subtyp durch eine schlechte Prognose aus (z. B. (HR) von ~1,75 im Vergleich zu den anderen Subtypen), insbesondere bei frühem CRC, und profitieren möglicherweise weniger von (häufig auf Oxaliplatin basierenden) systemischen Standardbehandlungsschemata. Interessanterweise scheint CMS4 CRC stärker von Chemotherapien auf Irinotecan-Basis zu profitieren. Dies ist relevant, da bei Metastasen häufig Oxaliplatin und kein Irinotecan-basiertes Therapieschema die erste Wahl für die systemische Erstlinientherapie ist. Darüber hinaus können Tumorzellen nach Exposition gegenüber einer (Fluoropyrimidin-basierten) Chemotherapie einen CMS4-Phänotyp annehmen, was zur Therapieresistenz beitragen könnte. Bisher stehen keine wirksamen CMS4-zielgerichteten Therapien für den klinischen Einsatz zur Verfügung, obwohl dies ein aktives Forschungsgebiet ist. Beispielsweise wurde kürzlich bei primärem Dickdarmkrebs gezeigt, dass Imatinib als CMS-schaltendes Medikament (CMS4 zu CMS2) von Nutzen sein könnte, das durch Genexpressionsänderungen gekennzeichnet ist, die mit einer verbesserten Überlebensrate einhergehen. Darüber hinaus untersucht die MoTriColor-Studie einen TGF-β-Rezeptor-Inhibitor (Galunisertib) in Kombination mit Capecitabin bei Patienten mit fortgeschrittenem chemotherapieresistentem Darmkrebs mit einer aktivierten Signatur des transformierenden Wachstumsfaktors Beta (TGF-β), die typischerweise im CRC-Subtyp CMS4 aktiviert wird (NCT04031872). Schließlich könnten, wie bereits erwähnt, CRC-Patienten mit einer hohen CMS4-Belastung stärker von einer Irinotecan-basierten Behandlung profitieren als von einer Oxaliplatin-basierten Behandlung.

Die in CMS4-Tumoren hochregulierten genetischen Signaturen sind Gene, die mit der TGF-β-Signalübertragung, dem Übergang vom Epithel zum Mesenchym und der Stromainvasion zusammenhängen, zu denen CAFs beitragen. Im letzten Jahrzehnt wurde der Einfluss des Tumorstromas auf die Tumorbiologie ausführlich untersucht. Die prominenteste Zelle im Tumorstroma ist das CAF. Einer der Zelloberflächenmarker, der CAFs von normalen Fibroblasten unterscheidet, ist FAP.

FAP wird während der Embryogenese und Wundheilung exprimiert. Auf gesunden erwachsenen Geweben findet nahezu keine FAP-Expression statt. Allerdings wird FAP auf CAFs im Tumorstroma vieler verschiedener solider Tumoren überexprimiert. Es ermöglicht die Migration von Tumorzellen durch Umbau der extrazellulären Matrix und wurde als proangiogen und immunsuppressiv in der Tumormikroumgebung beschrieben. Eine hohe FAP-Expression ist bei vielen Epithelkrebsarten, einschließlich CRC, mit einem schlechteren Gesamtüberleben verbunden. Eine hohe FAP-Expression, basierend auf der IHC von primären CRC-Tumorproben, ist mit einem schlechten Überleben verbunden (HR: 1,72, 95 %-KI: 1,58–9,48). p = 0,009).

Im Jahr 2018 wurden die ersten klinischen Daten eines neuen Radiotracers veröffentlicht, der auf FAP abzielt. Dieser Radiotracer, [68Ga]-FAPI, basiert auf einem kleinen Chinolin-FAP-Inhibitor: FAPI. In den letzten fünf Jahren wurden FAPI-Bildgebungsdaten von über 3000 Krebspatienten mit vielen verschiedenen Krebsarten veröffentlicht. Außerdem wurde in mehreren Veröffentlichungen über FAP-gerichtete Radioliganden berichtet, die als letzte Auswegtherapie mit Yttrium-90, Lutetium-177 ([177Lu]) oder Samarium-153 eingesetzt wurden, wobei einige Patienten über mehrere Monate hinweg eine stabile Erkrankung zeigten. Eine erste Phase-I-Studie zur Untersuchung von [177Lu]-DOTA-FAPI rekrutiert derzeit (NCT04849247). Darüber hinaus hat eine andere Gruppe kürzlich mehrere erste Studien am Menschen mit [177Lu]-radioaktiv markierten FAP-Inhibitoren durchgeführt, die das Potenzial der theranostischen Therapie mit FAPI-Verbindungen weiter unter Beweis stellen.

Obwohl es noch wenige Daten gibt, haben drei Studien die Tumor-FAPI-Aufnahme mit der FAP-Expression durch IHC in Verbindung gebracht und alle zeigten eine signifikante positive Korrelation (r = 0,43–0,94). Eine Studie verglich diese Korrelation zwischen Geweben, die durch Resektion oder Biopsie gewonnen wurden, und stellte fest, dass die Korrelation nach der Resektion stärker war. Dies zeigt, dass die Probenahmemethode aufgrund der heterogenen Expression von FAP innerhalb eines Tumors wichtig ist.

Eine niedrige Hintergrundaktivität und eine hohe Tumoraufnahme von FAPI führen zu einer außergewöhnlich klaren Tumorabgrenzung, weshalb die [68Ga]-FAPI-PET 2019 von der Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging zum Bild des Jahres gekürt wurde. Bisher wurden [68Ga]-FAPI-PET-Daten von 68 Patienten mit (metastasiertem) CRC veröffentlicht. Die Aufnahmewerte waren bei primärem und metastasiertem CRC hoch, mit einer sehr geringen Hintergrundaufnahme, auch in der normalen Leber (siehe auch Abschnitt 4.1b für weitere Informationen). Darüber hinaus gibt es große Unterschiede in der FAPI-Aufnahme bei CRC (z. B. SUVmax-Standardabweichung von 3,6 über CRC-Lebermetastasen hinweg), was darauf hinweist, dass Variationen der FAP-Expression sichtbar gemacht werden können.

Die Entwicklung CMS4-zielgerichteter Therapiestrategien für diesen ungünstigen CRC-Subtyp erfordert einen robusten und klinisch anwendbaren diagnostischen Test zur umfassenden quantitativen Beurteilung des CMS4-Status aller Läsionen – primär und metastasiert – bei einzelnen Krebspatienten. Ein 273-Gen-Klassifikator basierend auf der RNA-Sequenzierung von Tumorbiopsien ist der aktuelle Referenzstandard zur Diagnose von CMS4, es wurden jedoch auch alternative Tests entwickelt. Alle diese Tests erfordern Tumorproben und die Interpretation ist aufgrund der Heterogenität des CMS-Status innerhalb und zwischen Läsionen kompliziert. Mithilfe eines dieser Tests stellten wir beispielsweise fest, dass 55 % der 20 untersuchten primären CRC-Tumoren sowohl CMS4-positive als auch -negative Tumorregionen aufwiesen und der CMS4-Status zwischen primären und metastasierten Tumorstellen innerhalb desselben Patienten erheblich variieren kann. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass Multiregion-Tumorbiopsien während der Koloskopie zur prospektiven Auswahl von CMS4-CRC-Patienten zur Untersuchung des Potenzials von Imatinib als CMS4-spezifische Behandlung in einer präoperativen Proof-of-Concept-Fensterstudie erneut einen ausgedehnten intratumoralen Tumor bestätigten CMS4-Heterogenität.

Über diese räumliche CMS4-Heterogenität hinaus kann CMS4 auch eine zeitliche Heterogenität während der Chemotherapie aufweisen, wie wir bei 129 primären CRCs und paarigen Lebermetastasen gezeigt haben, bei denen neoadjuvante Chemotherapie ein unabhängiger Risikofaktor für den CMS4-Subtyp war. Eine Beobachtung, die wir durch experimentelle Arbeiten an von Patienten stammenden CRC-Organoiden bestätigen konnten: Die Exposition solcher Organoide gegenüber sechs kurzen Zyklen 5-Fluorouracil in vitro induzierte eine mesenchymal-ähnliche (CMS4) Gensignatur. Diese Signatur hing mit einer schlechten Prognose bei einer großen Gruppe von CRC-Patienten mit öffentlich verfügbaren Genexpressionsdaten zusammen.

Umfangreiche Gewebebiopsieprotokolle könnten dieses Problem der CMS-Heterogenität angehen, um eine genaue CMS4-Diagnose zu ermöglichen, stellen jedoch im klinischen Alltag eine Herausforderung dar und belasten die Patienten. Eine vielversprechende Alternative für einen CMS4-Diagnosetest wäre die Verwendung eines Radiotracers, der die quantitative Beurteilung von CMS4 in vivo durch molekulare Ganzkörperbildgebung ermöglicht. Diese Bildgebungsmodalität eignet sich besonders zur Beurteilung von Biomarkern mit heterogener Expression: für diagnostische Zwecke, als Begleitdiagnostik für (zielgerichtete) Therapien oder als Teil einer „theranostischen“ Strategie, bei der auf die Patientenauswahl mithilfe des diagnostischen Radiotracers eine Behandlung mit demselben folgt Tracer, der mit einer therapeutischen Verbindung markiert ist. FAP ist ein hervorragender Kandidat für das molekulare Bildgebungsziel für CMS4, da es stark auf CAFs exprimiert wird, die in diesem CRC-Subtyp reichlich vorhanden sind. Tatsächlich fanden wir heraus, dass die in Tumorbiopsien gemessene FAP-Genexpression – als einzelner Marker – CMS4 genau von anderen CRC-Subtypen unterscheidet (AUROC: 0,91; 95 %-KI: 0,90–0,93). Darüber hinaus zeigte eine erneute Analyse der veröffentlichten Daten eine deutliche Heterogenität der [68Ga]-FAPI-Aufnahme innerhalb und zwischen 15 CRC-Patienten und Tumorstellen, was den potenziellen Wert dieses Tracers für die Diagnose von CMS4-CRC bestätigt.

In der FoCus-Studie gehen wir den nächsten Schritt, indem wir die in vivo bewertete FAP-Proteinexpression durch [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT mit dem CMS4-Status in Beziehung setzen. Wir haben bereits Erfahrungen mit der [68Ga]-FAPI-46-Bildgebung gesammelt, indem wir sie im April 2021 als erste Gruppe in Zusammenarbeit mit SOFIE iTheranostics (dem weltweiten Lizenzinhaber von FAPI-Tracern) in den Niederlanden klinisch eingeführt haben. Bis September 2023 haben wir 20 Krebspatienten mit einem diagnostischen Dilemma fotografiert, wobei der Scan insgesamt einen sinnvollen Beitrag geleistet hat. Bei keinem der Patienten traten Nebenwirkungen auf und das Tumor-zu-Hintergrund-Verhältnis war – wie aus der Literatur zu erwarten war – ausgezeichnet. Die Fluorid-18 ([18F])-Bildgebung ist Gallium-68 ([68Ga]) hinsichtlich Bildqualität, Kontrast, Harmonisierung und Zugänglichkeit für den Routinegebrauch überlegen. Aus diesen Gründen werden wir für FoCus mit [18F]-ALF-FAPI-74 vorankommen, hergestellt von Cyclotron Noordwest BV in Zusammenarbeit mit SOFIE iTheranostics.

Wir werden den Zusammenhang zwischen [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT und dem CMS4-Status auf Tumorläsionsebene insbesondere bei Patienten untersuchen, die für eine CRC-Lebermetastatektomie in Frage kommen, da 1) CMS4 bei Erkrankungen im Stadium IV häufiger auftritt und sich dadurch statistisch verbessert Effizienz im Vergleich zu niedrigeren CRC-Stufen; 2) Patienten haben häufig mehrere Lebermetastasen und bei gleichzeitiger Erkrankung auch einen Primärtumor, der chirurgisch entfernt wird, was die effektive Stichprobengröße auf Läsionsebene weiter verbessert und auch die Bewertung der Heterogenität innerhalb des Patienten ermöglicht. Diese Patientengruppe ist daher ideal für einen Proof-of-Concept. Die Ergebnisse bezüglich des diagnostischen Werts der [18F]-ALF-FAPI-74-PET/CT für den CMS4-Status auf Läsionsebene, die von dieser bestimmten CRC-Patientenuntergruppe erhalten wurden, können sich jedoch auf andere CRC-Erkrankungsstadien und -Manifestationen verallgemeinern und sind daher klinisch relevant für diese.

Wenn FoCus zeigt, dass [18F]-ALF-FAPI-74 PET/CT tatsächlich ein robuster diagnostischer Test zur Beurteilung der CMS4-Belastung bei Patienten mit metastasiertem Darmkrebs ist, können wir uns seine spätere Anwendung als integraler Biomarker für die Patientenauswahl vorstellen – ohne dass umfangreiche Gewebeproben erforderlich sind - in klinischen Studien zur Entwicklung und Bewertung CMS4-subtypspezifischer Behandlungsstrategien für (metastasiertes) CRC. Dazu gehören theranostische Strategien, bei denen FAPI selbst als Targeting-Einheit für therapeutische Verbindungen dient. Diese Bemühungen könnten letztendlich zu verbesserten personalisierten CMS4-Behandlungsstrategien, Patientenergebnissen und Lebensqualität von CRC-Patienten führen.