Fase I Dosefinding og Proof-of-Concept-studie av Panobinostat med standarddose Cytarabin og Daunorubicin for ubehandlet akutt myeloid leukemi eller avansert myelodysplastisk syndrom

I USA er forekomsten av akutt myeloid leukemi (AML) omtrent 3,5 tilfeller per 100 000 personer per år. Omtrent 13 000 mennesker ble diagnostisert med AML i 2009 og 9 000 døde av sykdommen, noe som gjør AML til den sjette ledende årsaken til kreftdød. I løpet av de siste tre tiårene har AML-overlevelsen forbedret seg for yngre pasienter med 5-års overlevelse på over 60 % for voksne under 45 år, sannsynligvis på grunn av forbedringer i induksjons- og konsolideringskjemoterapi, allogen hematopoietisk stamcelletransplantasjon (HSCT) og støttende omsorg. Post-remisjonsterapi med høydose-cytarabinbaserte regimer etter cytarabin- og antracyklinbasert induksjon har forbedret sykdomsfri og total overlevelse på bekostning av økt behandlingsrelatert dødelighet som begrenser bruken hos mange eldre pasienter og de med betydelige komorbiditeter. Selv om allogen HSCT fortsatt er standarden for omsorg for pasienter med lav risiko for AML eller residiverende sykdom, utelukker høy alder, komorbiditeter og donortilgjengelighet dette alternativet for et stort antall pasienter, noe som gjør forbedring i tolerabiliteten og effekten av induksjonsterapi til et viktig mål.

Over halvparten av nydiagnostiserte AML-pasienter er over 65 år med en tredjedel over 75 år. I motsetning til yngre pasienter, er prognosen for eldre pasienter med AML fortsatt dårlig med femårs overlevelsesrater på mindre enn 10 % for pasienter over 65 år. De siste tretti årene har induksjonsterapi med standarddose cytarabin med et antracyklin forblitt standardbehandlingen for eldre pasienter med AML. Hos eldre er fullstendig responsrate på induksjonskjemoterapi lavere enn yngre pasienter med 40 til 60 % med median overlevelse nærmer seg 12 måneder. Nye strategier som bruker nye midler for å øke følsomheten til ondartede myeloide forløpere for standard induksjonskjemoterapi kan forbedre fullstendig respons og tilbakefallsrater uten å øke behandlingsrelatert dødelighet.

Myelodysplastiske syndromer (MDS)

De myelodysplastiske syndromene er neoplasmer av hematopoietiske stamceller preget av ineffektiv hematopoiesis og økt risiko for transformasjon til AML. Klinisk utvikler pasienter symptomer relatert til cytopenier, typisk progressiv anemi med eller uten trombocytopeni eller nøytropeni som ikke er relatert til en definert reversibel årsak som ernæringsmangel. Histologisk antydes MDS av tilstedeværelsen av dysplasi i >10 % av cellene i en eller flere myeloide avstamninger ved benmargsevaluering. Karakteristiske cytogenetiske abnormiteter hjelper også med å stille diagnosen MDS.

Forekomsten av MDS i USA har blitt estimert til 3,4 tilfeller per 100 000 personer per år, og forekomsten øker 10 ganger hos personer over 70 år. Risikofaktorer for utvikling av MDS inkluderer høy alder, mannlig kjønn og tidligere eksponering for DNA-skadelig kjemoterapi eller strålebehandling, typisk for behandling av andre maligne sykdommer. Som gruppe har pasienter med avansert MDS og de med MDS som utvikler seg til AML behandlingsresistent sykdom med lave responsrater og kort responstid etter induksjonsterapi.

International Prognostic Scoring System (IPSS) for primær MDS tildeler fire MDS-risikokategorier (Lav, INT-1, INT-2, Høy) basert på myeloblastprosent i benmarg, spesifikke cytogenetiske abnormiteter og antall cytopenier for å estimere overlevelse og risiko for transformasjon til AML. Pasienter med lav og INT-1 risiko MDS har en median overlevelse på henholdsvis 5,7 og 3,3 år i fravær av terapi. Avanserte MDS-pasienter i IPSS-risikogruppene INT-2 og High farer mye dårligere med median overlevelse på henholdsvis 1,1 og 0,4 år. INT-2 og høyrisiko MDS er også assosiert med en høyere risiko for transformasjon til AML. I tillegg uttrykker hematopoietiske forløpere fra pasienter med avansert MDS oftere multimedikamentresistens (MDR1)-genproduktet P-glykoprotein, noe som muligens forklarer de lave responsratene og den korte varigheten av responsene i denne gruppen etter konvensjonelle induksjonsterapier. En fase III-studie av P-glykoproteinhemmeren valspodar i kombinasjon med mitoksantron, etoposid og cytarabin ved tilbakefall eller refraktær AML og høyrisiko MDS viste ikke forbedrede resultater med P-glykoproteinhemming. Som sådan er nye terapeutiske strategier for å overvinne den iboende motstanden mot kjemoterapi sett ved avansert MDS nødvendig for å forbedre induksjonskjemoterapi som primær terapi og som en bro til allogen hematopoietisk celletransplantasjon.

Gitt den relativt lange overlevelsen og den lave progresjonen til AML sett hos pasienter med IPSS lav- og INT-1-risikosykdom, er allogen transplantasjon vanligvis reservert for de som mislykkes med konservativ behandling med erytropoiesestimulerende midler, G-CSF, hypometylerende midler som azacitidin. eller decitabin, lenalidomid eller immunsuppresjonsbehandling. For pasienter 60 år og yngre med avansert MDS (INT-2, høy), er allogen hematopoetisk celletransplantasjon den mest passende behandlingen, da den forlenger forventet levetid. På grunn av høy alder og betydelige komorbiditeter er allogen hematopoetisk transplantasjon ikke en passende behandlingsmodalitet for et stort antall pasienter med avansert MDS. I tillegg er stamcelledonorer ikke tilgjengelig for alle pasienter. For pasienter med avansert MDS er hypometylerende midler eller påmelding til kliniske studier begge passende behandlingsalternativer gitt de dårlige resultatene i denne pasientpopulasjonen. En åpen fase III, randomisert studie av azacitidin versus konvensjonelle behandlingsregimer i avansert MDS viste overlegen total overlevelse for pasienter behandlet med azacitidin (24,5 versus 15,0 måneder, HR 0,58; 95 % KI 0,43-0,77). Selv om decitabin har aktivitet i MDS, har det ikke vist seg å forlenge overlevelsen ved avansert MDS til dags dato. I en fase III-studie som sammenlignet decitabin med støttende behandling, viste decitabin en overlegen responsrate og forsinket tiden til utvikling av AML.

Antracykliner i AML-behandling

Antracyklinkjemoterapimidler (daunorubicin, idarubicin, mitoksantron) er svært aktive i AML og er en viktig del av initial induksjonsterapi hos de som er egnet for intensiv kjemoterapi. Den optimale dosen av antracyklin for å maksimere respons og overlevelse samtidig som sikkerheten bevares, er fortsatt i ferd med å bli bestemt. For daunorubicin viste en randomisert fase III-studie av yngre pasienter i alderen 17 til 60 år med AML at standarddose cytarabin 100 mg/m2 daglig i 7 dager i kombinasjon med daunorubicin 90 mg/m2 daglig i 3 dager var overlegen daunorubicin 45 mg/ m2 daglig i 3 dager med forbedret fullstendig remisjon (70,6 % vs. 57,3 %, p<0,001) og median total overlevelse (23,7 vs. 15,7 måneder, p=0,003). Toksisiteten var ikke signifikant forskjellig mellom de to gruppene. En lignende fase III-studie på AML-pasienter 60 år eller eldre sammenlignet daunorubicin 45 mg/m2 til 90 mg/m2 i 3 dager i kombinasjon med cytarabin 200 mg/m2 daglig i 7 dager. Selv om den fullstendige remisjonsraten var høyere hos pasienter som fikk 90 mg/m2 daunorubicindose (64 % vs 54 %, p=0,002), ble det ikke sett noen forskjell i overlevelse. Spesielt hadde pasienter i alderen 60-65 år som fikk høyere daunorubicindose overlegne fullstendig remisjonsrater, hendelsesfri overlevelse og total overlevelse. Til dags dato er det ikke publisert noen hode-til-hode-sammenligninger av daunorubicin ved 60 mg/m2 versus 90 mg/m2.

Histondeacetylaser og deres hemmere i AML og MDS

HDAC-hemmere har vist aktivitet i fase I monoterapistudier for AML og avansert MDS. En fase I-studie av panobinostat som monoterapi i primært AML ga forbigående hematologiske responser med reduksjon i antall perifere blodblast hos 8 av 11 pasienter i samsvar med den dokumenterte in vitro-aktiviteten til legemidlet. Større toksisiteter inkluderte kvalme, diaré, hypokalemi, anoreksi, trombocytopeni og reversibel QTcF-forlengelse. Lignende responser med sjeldne komplette responser er også sett med HDAC-hemmere romidepsin og MGCD0103 i AML og MDS.

Synergi mellom HDAC-hemmere og antracykliner

Som monoterapi er det usannsynlig at HDAC-hemmere vil påvirke behandlingen av AML og avansert MDS, selv om det er en sterk biologisk begrunnelse for bruk av disse midlene i kombinasjonsterapier. Ved å hemme deacetylering av histoner, genererer HDAC-hemmere en mer åpen kromatinstruktur som er mer mottakelig for de DNA-skadelige effektene av antracyklinkjemoterapeutiske midler, i noen tilfeller når de administreres 48 timer etter HDAC-hemmeren. In vitro forsterker HDAC-hemmere de cytotoksiske effektene av antracykliner i leukemicellelinjer. Panobinostat, spesifikt, virker synergistisk med antracyklin doksorubicin for å indusere DNA-skade, øke histonacetylering og aktivere programmert celledød i AML-cellelinjer og primære AML-celler. Administrering av antracyklin daunorubicin med panobinostat er spådd å være synergistisk in vivo og kan forbedre fullstendig respons og tilbakefallsrater for AML.

Riktig sekvensering av HDAC-hemmere med antracykliner vil sannsynligvis være viktig for suksessen til disse kombinasjonene. Forbehandling med HDAC-hemmere før antracyklineksponering kan også gi synergistiske effekter ved å øke kjernefysisk DNA-eksponering for antracyklin. I dyrkede MCF-7 brystkreftceller fører behandling med HDAC-hemmeren vorinostat til kromatindekondensering som er maksimal etter 48 timers behandling med HDAC-hemmer. I dette systemet førte ikke samtidig administrering av vorinostat og epirubicin til økt apoptose, mens 48 timers pre-inkubasjon med vorinostat førte til synergistiske økninger i apoptose assosiert med økt kjernefysisk akkumulering av epirubicin og økt DNA-skade. Ved AML ser det ut til at maksimale epigenetiske effekter også oppstår ca. 48 timer etter eksponering for HDAC-hemmere.

Antikreftaktivitet av DAC-hemmere

Endringer i kromosomstrukturen spiller kritiske roller i kontrollen av gentranskripsjon. Disse epigenetiske endringene inkluderer modifikasjon av histoner og andre proteiner ved acetylering og/eller fosforylering. Normalt er disse modifikasjonene fint balansert og er svært reversible i normalt vev, men de kan være ubalanserte og arvelige i tumorceller. DAC-hemmere øker histonacetylering, og modulerer dermed uttrykket av en undergruppe av gener på en koordinert måte. Flere tumorsuppressorgener assosiert med den ondartede fenotypen undertrykkes av epigenetiske mekanismer i sporadiske kreftformer. Dermed kan terapi med DAC-hemmere endre tumorfenotype og hemme vekst i slike svulster.

Flere kjennetegn på kreft reguleres av acetylering/deacetylering:

• DAC-hemming retter seg mot både histon- og ikke-histonproteiner. Målretting mot acetyleringsstatusen til ikke-histon, kan tumorassosierte proteiner som medierer spredning være den underliggende antitumormekanismen til DAC-hemmere.
• Ikke-histonproteiner regulert av acetylering inkluderer α-tubulin, p53, HIF-1α og HSP90. Disse proteinene er substrater for DAC-er.
• Evnen til et enkelt middel til å målrette mot flere molekylære trekk ved tumorceller kan resultere i god effekt mot en rekke forskjellige tumortyper.
• HSP90 er involvert i proteinstabilitet og nedbrytning; inhiberingen av HSP90 påvirker proteinomsetningen ved sykdommer som multippelt myelom og B-celle maligniteter.
• Acetylert HIF-1α brytes ned og kan ikke lenger fungere som en tumorvekstfaktor. Klasse II DAC-hemmere retter seg mot histon-deacetylase (HDAC eller DAC) 6, noe som resulterer i økt acetylering av HIF-1α og redusert vaskulær endotelial vekstfaktor (VEGF), og dermed hemmer angiogenese.
• Både acetylering og ubiquitylering forekommer ofte på samme lysinrest, men disse prosessene kan ikke skje samtidig. Acetylering gir økt stabilitet, og ubiquitylering fører til proteinnedbrytning. Derfor reduserer DAC-er halveringstiden til et protein ved å eksponere lysinresten for ubiquitylering.

Panobinostat (LBH589)

Panobinostat (LBH589) er en deacetylasehemmer (DACi) som tilhører en strukturelt ny kanelhydroksamsyreklasse av forbindelser. Det er en potent klasse I/II pan-DAC-hemmer (pan-DACi) som har vist antitumoraktivitet i prekliniske modeller og kreftpasienter. Deacetylaser (DAC) retter seg mot lysingrupper på kromatin- og transkripsjonsfaktorer og ulike ikke-histonproteiner som p53, tubulin, HSP90 og Rb. Panobinostat er formulert som en oral kapsel og en oppløsning for intravenøs (i.v.) injeksjon. Både den muntlige og i.v. formuleringer blir for tiden undersøkt i pågående fase I- og fase II-studier i avanserte solide svulster og hematologiske maligniteter.

Hemming av DAC gir en ny tilnærming for kreftbehandling. Histoner er en del av kjerneproteinene til nukleosomer, og acetylering og deacetylering av disse proteinene spiller en rolle i reguleringen av genuttrykk. Høyt ladede deacetylerte histoner binder seg tett til fosfatryggraden i DNA, og hemmer transkripsjon, antagelig, ved å begrense tilgangen til transkripsjonsfaktorer og RNA-polymeraser til DNA. Acetylering nøytraliserer ladningen av histoner og genererer en mer åpen DNA-konformasjon. Denne konformasjonen gir transkripsjonsfaktorer og tilhørende transkripsjonsapparat tilgang til DNA, og fremmer ekspresjon av de tilsvarende genene. De motsatte aktivitetene til to grupper av enzymer, histonacetyltransferase (HAT) og DAC kontrollerer mengden av acetylering. I normale celler eksisterer det en balanse mellom HAT- og DAC-aktivitet som fører til cellespesifikke mønstre av genuttrykk. Forstyrrelse av balansen gir endringer i genuttrykk.

Flere bevis antyder at avvikende rekruttering av DAC og den resulterende modifikasjonen av kromatinstrukturen kan spille en rolle i å endre genuttrykket sett i transformerte celler. For eksempel er demping av tumorsuppressorgener på nivået av kromatin vanlig i humane svulster, og DAC-komplekser har vist seg å være avgjørende for aktiviteten til de AML-spesifikke fusjonsproteinene PLZF-RAR-α, PML-RAR-α, og AML1/ETO. DAC-hemmere (DACi) har vist seg å indusere differensiering, cellesyklusstans eller apoptose i dyrkede tumorceller, og å hemme veksten av svulster i dyremodeller. I tillegg har DACi vist seg å indusere ekspresjon av p21, en nøkkelmediator for cellesyklusstans i G1-fase og cellulær differensiering.

Tumorvekstinhibering og apoptose som respons på DACi-behandling kan også medieres gjennom endringer i acetylering av ikke-histonproteiner (f.eks. HSP90, p53, HIF-1α, α-tubulin). For eksempel har chaperoneproteinet HSP90 vist seg å være acetylert i celler behandlet med DACi. Acetylering av HSP90 hemmer dens evne til å binde nylig syntetiserte klientproteiner, og forhindrer dermed korrekt klientproteinfolding og funksjon. I fravær av HSP90-funksjon er feilfoldede proteiner målrettet for nedbrytning i proteasomet. Mange proteiner som krever HSP90-assosiasjon er kritiske for kreftcellevekst, inkludert ErbB1, ErbB2, AKT, Raf, KDR og BCR-ABL. Acetylering av HSP90 i celler behandlet med DACi hemmer chaperonefunksjonen til HSP90, noe som fører til nedbrytning av klientproteinene og eventuell celledød.

Den potensielle kliniske nytten av bruk av DACi i kreftbehandling ble først antydet av aktiviteten til DACi, natriumfenylbutyrat, mot akutt promyelocytisk leukemi (APL). En ung kvinnelig pasient med residiverende APL, som ikke lenger responderte på all trans-retinsyre (ATRA) alene, oppnådde en fullstendig klinisk remisjon etter behandling med en kombinasjon av ATRA og DACi natriumfenylbutyrat.