Fase I-dosisbepaling en proof-of-concept-studie van Panobinostat met standaarddosis cytarabine en daunorubicine voor onbehandelde acute myeloïde leukemie of gevorderd myelodysplastisch syndroom

In de Verenigde Staten is de incidentie van acute myeloïde leukemie (AML) ongeveer 3,5 gevallen per 100.000 personen per jaar. In 2009 werd bij ongeveer 13.000 mensen de diagnose AML gesteld en 9.000 stierven aan de ziekte, waardoor AML de zesde belangrijkste doodsoorzaak door kanker is. In de afgelopen drie decennia is de AML-overleving verbeterd voor jongere patiënten met 5-jaarsoverlevingspercentages van meer dan 60% voor volwassenen onder de 45 jaar, waarschijnlijk als gevolg van verbeteringen in inductie- en consolidatiechemotherapie, allogene hematopoëtische stamceltransplantatie (HSCT) en ondersteunende zorg. Post-remissietherapie met regimes op basis van hoge doses cytarabine na inductie op basis van cytarabine en anthracycline heeft de ziektevrije en algehele overleving verbeterd ten koste van een hogere behandelingsgerelateerde mortaliteit, waardoor het gebruik ervan bij veel oudere patiënten en patiënten met significante comorbiditeiten wordt beperkt. Hoewel allogene HSCT de zorgstandaard blijft voor patiënten met AML met een laag risico of een recidiverende ziekte, sluiten hoge leeftijd, comorbiditeit en beschikbaarheid van donoren deze optie uit voor een groot aantal patiënten, waardoor verbetering van de verdraagbaarheid en werkzaamheid van inductietherapie een belangrijk doel is.

Meer dan de helft van de nieuw gediagnosticeerde AML-patiënten is ouder dan 65 jaar en een derde is ouder dan 75 jaar. In tegenstelling tot jongere patiënten is de prognose van oudere patiënten met AML nog steeds somber met vijfjaarsoverlevingspercentages van minder dan 10% voor patiënten ouder dan 65 jaar. De afgelopen dertig jaar is inductietherapie met standaarddosis cytarabine met een anthracycline de standaardbehandeling gebleven voor oudere patiënten met AML. Bij ouderen is de volledige respons op inductiechemotherapie met 40 tot 60% lager dan bij jongere patiënten, met een mediane overleving van bijna 12 maanden. Nieuwe strategieën die nieuwe middelen gebruiken om de gevoeligheid van maligne myeloïde voorlopers voor standaard inductiechemotherapie te verhogen, kunnen de volledige respons en terugvalpercentages verbeteren zonder de aan de behandeling gerelateerde mortaliteit te verhogen.

Myelodysplastische syndromen (MDS)

De myelodysplastische syndromen zijn neoplasmata van hematopoëtische voorlopercellen die worden gekenmerkt door ineffectieve hematopoëse en een verhoogd risico op transformatie naar AML. Klinisch ontwikkelen patiënten symptomen die verband houden met cytopenieën, meestal progressieve anemie met of zonder trombocytopenie of neutropenie die geen verband houdt met een gedefinieerde omkeerbare oorzaak zoals voedingstekorten. Histologisch wordt MDS gesuggereerd door de aanwezigheid van dysplasie in >10% van de cellen in een of meer myeloïde lijnen bij beenmergevaluatie. Karakteristieke cytogenetische afwijkingen helpen ook bij het stellen van de diagnose MDS.

De incidentie van MDS in de VS wordt geschat op 3,4 gevallen per 100.000 mensen per jaar, waarbij de incidentie vertienvoudigt bij mensen ouder dan 70 jaar. Risicofactoren voor de ontwikkeling van MDS zijn gevorderde leeftijd, mannelijk geslacht en eerdere blootstelling aan DNA-beschadigende chemotherapie of bestralingstherapie, meestal voor de behandeling van andere maligniteiten. Als groep hebben patiënten met MDS in een gevorderd stadium en patiënten met MDS die zich ontwikkelen tot AML een therapieresistente ziekte met lage responspercentages en een korte responsduur na inductietherapie.

Het International Prognostic Scoring System (IPSS) voor primaire MDS wijst vier MDS-risicocategorieën toe (Laag, INT-1, INT-2, Hoog) op basis van het beenmergmyeloblastpercentage, specifieke cytogenetische afwijkingen en het aantal cytopenieën om de overleving en het risico van transformatie naar AML. MDS-patiënten met laag risico en INT-1-risico hebben een mediane overleving van respectievelijk 5,7 en 3,3 jaar bij afwezigheid van therapie. Gevorderde MDS-patiënten in IPSS-risicogroepen INT-2 en High doen het veel minder goed met een mediane overleving van respectievelijk 1,1 en 0,4 jaar. INT-2 en MDS met een hoog risico worden ook in verband gebracht met een hoger risico op transformatie naar AML. Bovendien brengen hematopoëtische voorlopers van patiënten met gevorderde MDS vaker het multidrugresistentie (MDR1) genproduct P-glycoproteïne tot expressie, wat mogelijk de lage responspercentages en korte responsduur in deze groep na conventionele inductietherapieën verklaart. Een fase III-studie van de P-glycoproteïneremmer valspodar in combinatie met mitoxantron, etoposide en cytarabine bij recidiverende of refractaire AML en MDS met een hoog risico liet geen verbeterde resultaten zien met remming van P-glycoproteïne. Als zodanig zijn nieuwe therapeutische strategieën nodig om de intrinsieke weerstand tegen chemotherapie die wordt gezien bij geavanceerde MDS te overwinnen, om inductiechemotherapie als primaire therapie en als brug naar allogene hematopoëtische celtransplantatie te verbeteren.

Gezien de relatief lange overleving en de lage mate van progressie naar AML die worden gezien bij patiënten met IPSS Low en INT-1-risicoziekte, is allogene transplantatie doorgaans gereserveerd voor degenen bij wie conservatieve behandeling met erytropoëse-stimulerende middelen, G-CSF, hypomethylerende middelen zoals azacitidine niet slaagt. of decitabine, lenalidomide of immuunonderdrukkingstherapie. Voor patiënten van 60 jaar en jonger met MDS in een gevorderd stadium (INT-2, High) is allogene hematopoëtische celtransplantatie de meest geschikte therapie, aangezien het de levensverwachting verlengt. Vanwege de hoge leeftijd en significante comorbiditeiten is allogene hematopoëtische transplantatie geen geschikte behandelingsmodaliteit voor een groot aantal patiënten met MDS in een gevorderd stadium. Bovendien zijn stamceldonoren niet voor alle patiënten beschikbaar. Voor patiënten met MDS in een gevorderd stadium zijn hypomethylerende middelen of deelname aan klinische onderzoeken beide geschikte behandelingsopties, gezien de slechte resultaten bij deze patiëntenpopulatie. Een open-label, gerandomiseerde fase III-studie van azacitidine versus conventionele zorgregimes bij MDS in een gevorderd stadium liet een superieure algehele overleving zien voor patiënten die werden behandeld met azacitidine (24,5 versus 15,0 maanden, HR 0,58; 95% BI 0,43-0,77). Hoewel decitabine werkzaam is bij MDS, is tot op heden niet aangetoond dat het de overleving verlengt bij MDS in een gevorderd stadium. In een fase III-studie waarin decitabine werd vergeleken met ondersteunende zorg, vertoonde decitabine een superieur responspercentage en vertraagde het de tijd tot de ontwikkeling van AML.

Anthracyclines bij AML-therapie

Anthracycline-chemotherapiemiddelen (daunorubicine, idarubicine, mitoxantron) zijn zeer actief bij AML en vormen een essentieel onderdeel van de initiële inductietherapie bij diegenen die geschikt zijn voor intensieve chemotherapie. De optimale dosis anthracycline om de respons en overleving te maximaliseren met behoud van veiligheid wordt nog bepaald. Voor daunorubicine toonde een gerandomiseerde fase III-studie bij jongere patiënten van 17 tot 60 jaar met AML aan dat de standaarddosis cytarabine 100 mg/m2 per dag gedurende 7 dagen in combinatie met daunorubicine 90 mg/m2 per dag gedurende 3 dagen superieur was aan daunorubicine 45 mg/m2 per dag. m2 dagelijks gedurende 3 dagen met verbeterde percentages volledige remissie (70,6% vs. 57,3%, p<0,001) en mediane totale overleving (23,7 vs. 15,7 maanden, p=0,003). Toxiciteit was niet significant verschillend tussen de twee groepen. Een vergelijkbaar fase III-onderzoek bij AML-patiënten van 60 jaar of ouder vergeleek daunorubicine 45 mg/m2 met 90 mg/m2 gedurende 3 dagen in combinatie met cytarabine 200 mg/m2 dagelijks gedurende 7 dagen. Hoewel het percentage volledige remissie hoger was bij patiënten die de dosis daunorubicine van 90 mg/m2 kregen (64% versus 54%, p=0,002), werd er geen verschil gezien in overleving. Met name patiënten in de leeftijd van 60-65 jaar die een hogere dosis daunorubicine kregen, hadden superieure percentages volledige remissie, gebeurtenisvrije overleving en algehele overleving. Tot op heden zijn er geen rechtstreekse vergelijkingen van daunorubicine bij 60 mg/m2 versus 90 mg/m2 gepubliceerd.

Histondeacetylasen en hun remmers in AML en MDS

HDAC-remmers hebben activiteit getoond in Fase I monotherapie-onderzoeken voor AML en geavanceerde MDS. Een fase I-onderzoek met panobinostat als monotherapie bij voornamelijk AML leverde voorbijgaande hematologische reacties op met een verlaging van het aantal perifere bloedblasten bij 8 van de 11 patiënten, consistent met de gedocumenteerde in vitro activiteit van het geneesmiddel. Belangrijke toxiciteiten waren misselijkheid, diarree, hypokaliëmie, anorexia, trombocytopenie en reversibele QTcF-verlenging. Soortgelijke reacties met zeldzame volledige reacties zijn ook gezien met de HDAC-remmers romidepsin en MGCD0103 in AML en MDS.

Synergie tussen HDAC-remmers en antracyclines

Als monotherapie is het onwaarschijnlijk dat HDAC-remmers invloed hebben op de behandeling van AML en geavanceerde MDS, hoewel er een sterke biologische reden is voor het gebruik van deze middelen in combinatietherapieën. Door deacetylering van histonen te remmen, genereren HDAC-remmers een meer open chromatinestructuur die gevoeliger is voor de DNA-beschadigende effecten van anthracycline-chemotherapeutica, in sommige gevallen wanneer ze 48 uur na de HDAC-remmer worden toegediend. In vitro versterken HDAC-remmers de cytotoxische effecten van antracyclines in leukemiecellijnen. Panobinostat werkt specifiek synergetisch met de anthracycline doxorubicine om DNA-schade te induceren, histonacetylering te verhogen en geprogrammeerde celdood in AML-cellijnen en primaire AML-cellen te activeren. Er wordt voorspeld dat de toediening van de anthracycline daunorubicine met panobinostat in vivo synergistisch is en de volledige respons en terugvalpercentages voor AML kan verbeteren.

Een goede sequentiebepaling van HDAC-remmers met anthracyclines zal waarschijnlijk belangrijk zijn voor het succes van deze combinaties. Voorbehandeling met HDAC-remmers voorafgaand aan blootstelling aan anthracycline kan ook synergetische effecten opleveren door de blootstelling van nucleair DNA aan anthracycline te verhogen. In gekweekte MCF-7-borstkankercellen leidt behandeling met de HDAC-remmer vorinostat tot chromatine-decondensatie die maximaal is na 48 uur behandeling met HDAC-remmers. In dit systeem leidde gelijktijdige toediening van vorinostat en epirubicine niet tot verhoogde apoptose, terwijl 48 uur pre-incubatie met vorinostat leidde tot synergetische toename van apoptose geassocieerd met verhoogde nucleaire accumulatie van epirubicine en verhoogde DNA-schade. Bij AML lijken maximale epigenetische effecten ook ongeveer 48 uur na blootstelling aan HDAC-remmers op te treden.

Antikankeractiviteit van DAC-remmers

Veranderingen in de chromosoomstructuur spelen een cruciale rol bij de controle van gentranscriptie. Deze epigenetische veranderingen omvatten modificatie van histonen en andere eiwitten door acetylering en/of fosforylering. Normaal gesproken zijn deze modificaties fijn uitgebalanceerd en zeer omkeerbaar in normale weefsels, maar ze kunnen onevenwichtig en overerfbaar zijn in tumorcellen. DAC-remmers verhogen histonacetylering, waardoor de expressie van een subset van genen op een gecoördineerde manier wordt gemoduleerd. Verschillende tumorsuppressorgenen geassocieerd met het kwaadaardige fenotype worden onderdrukt door epigenetische mechanismen bij sporadische kankers. Aldus kan therapie met DAC-remmers het tumorfenotype veranderen en de groei in dergelijke tumoren remmen.

Meerdere kenmerken van kanker worden gereguleerd door acetylering/deacetylering:

• DAC-remming is gericht op zowel histon- als niet-histon-eiwitten. Gericht op de acetylatiestatus van niet-histon, kunnen tumor-geassocieerde eiwitten die proliferatie mediëren het onderliggende antitumormechanisme van DAC-remmers zijn.
• Nonhistone-eiwitten gereguleerd door acetylering omvatten α-tubuline, p53, HIF-1α en HSP90. Deze eiwitten zijn substraten van DAC's.
• Het vermogen van een enkel middel om zich op meerdere moleculaire kenmerken van tumorcellen te richten, kan resulteren in een goede werkzaamheid tegen een reeks verschillende tumortypen.
• HSP90 is betrokken bij eiwitstabiliteit en -afbraak; de remming van HSP90 beïnvloedt de eiwitomzet bij ziekten zoals multipel myeloom en B-cel maligniteiten.
• Geacetyleerd HIF-1α wordt afgebroken en kan niet langer fungeren als tumorgroeifactor. Klasse II DAC-remmers richten zich op histondeacetylase (HDAC of DAC) 6, resulterend in verhoogde acetylering van HIF-1α en verlaagde vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF), waardoor angiogenese wordt geremd.
• Zowel acetylering als ubiquitylering vinden vaak plaats op hetzelfde lysineresidu, maar deze processen kunnen niet tegelijkertijd plaatsvinden. Acetylering zorgt voor verhoogde stabiliteit en alomtegenwoordigheid leidt tot eiwitafbraak. Daarom verminderen DAC's de halfwaardetijd van een eiwit door het lysineresidu bloot te stellen voor alomtegenwoordigheid.

Panobinostaat (LBH589)

Panobinostat (LBH589) is een deacetylaseremmer (DACi) die behoort tot een structureel nieuwe kaneelhydroxaminezuurklasse van verbindingen. Het is een krachtige klasse I/II pan-DAC-remmer (pan-DACi) die antitumoractiviteit heeft aangetoond in preklinische modellen en kankerpatiënten. Deacetylasen (DAC) richten zich op lysinegroepen op chromatine en transcriptiefactoren en verschillende niet-histone-eiwitten zoals p53, tubuline, HSP90 en Rb. Panobinostat is geformuleerd als een orale capsule en een oplossing voor intraveneuze (i.v.) injectie. Zowel de orale als de i.v. formuleringen worden momenteel onderzocht in lopende Fase I- en Fase II-onderzoeken bij gevorderde solide tumoren en hematologische maligniteiten.

Remming van DAC biedt een nieuwe benadering voor de behandeling van kanker. Histonen maken deel uit van de kerneiwitten van nucleosomen en acetylering en deacetylering van deze eiwitten spelen een rol bij de regulatie van genexpressie. Sterk geladen gedeacetyleerde histonen binden stevig aan de fosfaatruggengraat van DNA, waardoor transcriptie wordt geremd, vermoedelijk door de toegang van transcriptiefactoren en RNA-polymerasen tot DNA te beperken. Acetylering neutraliseert de lading van histonen en genereert een meer open DNA-conformatie. Deze conformatie geeft transcriptiefactoren en bijbehorende transcriptieapparatuur toegang tot het DNA, waardoor de expressie van de overeenkomstige genen wordt bevorderd. De tegengestelde activiteiten van twee groepen enzymen, histonacetyltransferase (HAT) en DAC regelen de hoeveelheid acetylering. In normale cellen bestaat er een balans tussen HAT- en DAC-activiteit die leidt tot celspecifieke patronen van genexpressie. Verstoring van de balans veroorzaakt veranderingen in genexpressie.

Verschillende bewijslijnen suggereren dat afwijkende rekrutering van DAC en de resulterende wijziging van de chromatinestructuur een rol kunnen spelen bij het veranderen van de genexpressie die wordt waargenomen in getransformeerde cellen. Het uitschakelen van tumorsuppressorgenen op het niveau van chromatine is bijvoorbeeld gebruikelijk in menselijke tumoren en het is aangetoond dat DAC-complexen cruciaal zijn voor de activiteit van de AML-specifieke fusie-eiwitten PLZF-RAR-α, PML-RAR-α en AML1/ETO. Van DAC-remmers (DACi) is aangetoond dat ze differentiatie, stopzetting van de celcyclus of apoptose in gekweekte tumorcellen induceren en de groei van tumoren in diermodellen remmen. Bovendien is aangetoond dat DACi de expressie van p21 induceert, een belangrijke bemiddelaar van het stoppen van de celcyclus in de G1-fase en cellulaire differentiatie.

Tumorgroeiremming en apoptose als reactie op DACi-behandeling kunnen ook worden gemedieerd door veranderingen in de acetylering van niet-histoneiwitten (bijv. HSP90, p53, HIF-1α, α-tubuline). Van het chaperonne-eiwit HSP90 is bijvoorbeeld aangetoond dat het wordt geacetyleerd in cellen die zijn behandeld met DACi. Acetylering van HSP90 remt het vermogen om nieuw gesynthetiseerde client-eiwitten te binden, waardoor een goede client-eiwitvouwing en -functie wordt voorkomen. Bij afwezigheid van de HSP90-functie zijn verkeerd gevouwen eiwitten het doelwit voor afbraak in het proteasoom. Veel eiwitten die HSP90-associatie vereisen, zijn van cruciaal belang voor de groei van kankercellen, waaronder ErbB1, ErbB2, AKT, Raf, KDR en BCR-ABL. Acetylering van HSP90 in cellen die met DACi zijn behandeld, remt de chaperonnefunctie van HSP90, wat leidt tot afbraak van de client-eiwitten en uiteindelijk tot celdood.

Het potentiële klinische nut van het gebruik van DACi bij kankertherapie werd voor het eerst gesuggereerd door de activiteit van de DACi, natriumfenylbutyraat, tegen acute promyelocytaire leukemie (APL). Een vrouwelijke adolescente patiënt met recidiverende APL, die niet langer alleen op alle trans-retinoïnezuur (ATRA) reageerde, bereikte een volledige klinische remissie na behandeling met een combinatie van ATRA en het DACi-natriumfenylbutyraat.