Fas I Dos Finding och Proof-of-Concept-studie av Panobinostat med standarddos Cytarabin och Daunorubicin för obehandlad akut myeloisk leukemi eller avancerad myelodysplastiskt syndrom

I USA är förekomsten av akut myeloid leukemi (AML) cirka 3,5 fall per 100 000 personer per år. Cirka 13 000 personer diagnostiserades med AML 2009 och 9 000 dog av sjukdomen, vilket gör AML till den sjätte vanligaste orsaken till cancerdöd. Under de senaste tre decennierna har AML-överlevnaden förbättrats för yngre patienter med en 5-års överlevnadsfrekvens på mer än 60 % för vuxna under 45 år, sannolikt på grund av förbättringar av induktion och konsolidering av kemoterapi, allogen hematopoetisk stamcellstransplantation (HSCT) och stödjande vård. Postremissionsterapi med högdos cytarabinbaserade regimer efter cytarabin- och antracyklinbaserad induktion har förbättrat sjukdomsfri och total överlevnad på bekostnad av ökad behandlingsrelaterad dödlighet, vilket begränsar användningen hos många äldre patienter och de med signifikanta komorbiditeter. Även om allogen HSCT fortfarande är standarden för vård för patienter med låg risk för AML eller återfall av sjukdomar, utesluter hög ålder, komorbiditeter och donatortillgänglighet detta alternativ för ett stort antal patienter, vilket gör förbättring av tolerabiliteten och effekten av induktionsterapi till ett viktigt mål.

Över hälften av nydiagnostiserade AML-patienter är över 65 år och en tredjedel över 75 år. Till skillnad från yngre patienter är prognosen för äldre patienter med AML fortfarande dyster med en femårsöverlevnad på mindre än 10 % för patienter över 65 år. Under de senaste trettio åren har induktionsbehandling med standarddos cytarabin med en antracyklin förblivit standarden för äldre patienter med AML. Hos äldre är fullständig svarsfrekvens på induktionskemoterapi lägre än yngre patienter med 40 till 60 % med medianöverlevnad som närmar sig 12 månader. Nya strategier som använder nya medel för att öka känsligheten hos maligna myeloida prekursorer för standardinduktionskemoterapi kan förbättra fullständig respons och återfallsfrekvens utan att öka den behandlingsrelaterade dödligheten.

Myelodysplastiska syndrom (MDS)

De myelodysplastiska syndromen är neoplasmer av hematopoetiska progenitorceller som kännetecknas av ineffektiv hematopoies och ökad risk för transformation till AML. Kliniskt utvecklar patienter symtom relaterade till cytopenier, vanligtvis progressiv anemi med eller utan trombocytopeni eller neutropeni som inte är relaterad till en definierad reversibel orsak såsom näringsbrist. Histologiskt antyds MDS av närvaron av dysplasi i >10 % av cellerna i en eller flera myeloida härstamningar vid benmärgsutvärdering. Karakteristiska cytogenetiska avvikelser hjälper också till att ställa diagnosen MDS.

Incidensen av MDS i USA har uppskattats till 3,4 fall per 100 000 personer per år, med en 10-faldig incidens hos personer över 70 år. Riskfaktorer för utveckling av MDS inkluderar hög ålder, manligt kön och tidigare exponering för DNA-skadande kemoterapi eller strålbehandling, vanligtvis för behandling av andra maligniteter. Som grupp har patienter med avancerad MDS och de med MDS som utvecklas till AML behandlingsresistent sjukdom med låga svarsfrekvenser och korta svarstider efter induktionsterapi.

International Prognostic Scoring System (IPSS) för primär MDS tilldelar fyra MDS-riskkategorier (låg, INT-1, INT-2, hög) baserat på benmärgsmyeloblastprocent, specifika cytogenetiska avvikelser och antal cytopenier för att uppskatta överlevnad och risk för omvandling till AML. Låg- och INT-1-risk MDS-patienter har en medianöverlevnad på 5,7 respektive 3,3 år i frånvaro av terapi. Avancerade MDS-patienter i IPSS-riskgrupperna INT-2 och High mår mycket sämre med medianöverlevnad på 1,1 respektive 0,4 år. INT-2 och högrisk MDS är också associerat med en högre risk för omvandling till AML. Dessutom uttrycker hematopoetiska prekursorer från patienter med avancerad MDS oftare genprodukten för multiläkemedelsresistens (MDR1) P-glykoprotein, vilket möjligen förklarar de låga svarsfrekvenserna och den korta varaktigheten av svaren i denna grupp efter konventionella induktionsterapier. En fas III-studie av P-glykoproteinhämmaren valspodar i kombination med mitoxantron, etoposid och cytarabin vid återfall eller refraktär AML och högrisk MDS visade inte förbättrade resultat med P-glykoproteinhämning. Som sådan behövs nya terapeutiska strategier för att övervinna den inneboende resistensen mot kemoterapi som ses vid avancerad MDS för att förbättra induktionskemoterapi som primär terapi och som en bro till allogen hematopoetisk celltransplantation.

Med tanke på den relativt långa överlevnaden och låga progressionshastigheten till AML som ses hos patienter med IPSS låg- och INT-1-risksjukdom, är allogen transplantation vanligtvis reserverad för dem som misslyckas med konservativ behandling med erytropoesstimulerande medel, G-CSF, hypometylerande medel som azacitidin eller behandling med decitabin, lenalidomid eller immunsuppression. För patienter 60 år och yngre med avancerad MDS (INT-2, hög) är allogen hematopoetisk celltransplantation den lämpligaste behandlingen eftersom den förlänger den förväntade livslängden. På grund av hög ålder och betydande komorbiditeter är allogen hematopoetisk transplantation inte en lämplig behandlingsmodalitet för ett stort antal patienter med avancerad MDS. Dessutom är stamcellsdonatorer inte tillgängliga för alla patienter. För patienter med avancerad MDS är hypometylerande medel eller inskrivning i kliniska prövningar båda lämpliga behandlingsalternativ med tanke på de dåliga resultaten i denna patientpopulation. En öppen fas III, randomiserad studie av azacitidin kontra konventionella vårdregimer vid avancerad MDS visade överlägsen total överlevnad för patienter behandlade med azacitidin (24,5 mot 15,0 månader, HR 0,58; 95 % CI 0,43-0,77). Även om decitabin har aktivitet vid MDS, har det hittills inte visats förlänga överlevnaden vid avancerad MDS. I en fas III-studie som jämförde decitabin med stödjande vård, visade decitabin en överlägsen svarsfrekvens och fördröjde tiden till utveckling av AML.

Antracykliner i AML-terapi

Antracyklinkemoterapimedel (daunorubicin, idarubicin, mitoxantron) är mycket aktiva vid AML och är en väsentlig del av initial induktionsterapi hos dem som är lämpliga för intensiv kemoterapi. Den optimala dosen av antracyklin för att maximera respons och överlevnad med bibehållen säkerhet håller fortfarande på att fastställas. För daunorubicin visade en randomiserad fas III-studie av yngre patienter i åldrarna 17 till 60 år med AML att standarddos cytarabin 100 mg/m2 dagligen i 7 dagar i kombination med daunorubicin 90 mg/m2 dagligen i 3 dagar var överlägsen daunorubicin 45 mg/ m2 dagligen i 3 dagar med förbättrad total remission (70,6 % mot 57,3 %, p<0,001) och median total överlevnad (23,7 vs. 15,7 månader, p=0,003). Toxiciteten skilde sig inte signifikant mellan de två grupperna. En liknande fas III-studie på AML-patienter 60 år eller äldre jämförde daunorubicin 45 mg/m2 med 90 mg/m2 under 3 dagar i kombination med cytarabin 200 mg/m2 dagligen i 7 dagar. Även om graden av fullständig remission var högre hos patienter som fick 90 mg/m2 daunorubicindos (64 % vs 54 %, p=0,002), sågs ingen skillnad i överlevnad. Patienter i åldern 60-65 år som fick en högre dos av daunorubicin hade överlägsen fullständig remissionsfrekvens, händelsefri överlevnad och total överlevnad. Hittills har inga direkta jämförelser av daunorubicin vid 60 mg/m2 jämfört med 90 mg/m2 publicerats.

Histondeacetylaser och deras hämmare vid AML och MDS

HDAC-hämmare har visat aktivitet i fas I monoterapistudier för AML och avancerad MDS. En fas I-studie av panobinostat som monoterapi i främst AML gav övergående hematologiska svar med minskning av antalet perifera blodblaster hos 8 av 11 patienter i överensstämmelse med läkemedlets dokumenterade in vitro-aktivitet. Viktiga toxiciteter inkluderade illamående, diarré, hypokalemi, anorexi, trombocytopeni och reversibel QTcF-förlängning. Liknande svar med sällsynta fullständiga svar har också setts med HDAC-hämmarna romidepsin och MGCD0103 vid AML och MDS.

Synergi mellan HDAC-hämmare och antracykliner

Som monoterapi är det osannolikt att HDAC-hämmare påverkar behandlingen av AML och avancerad MDS även om det finns ett starkt biologiskt skäl för användning av dessa medel i kombinationsterapier. Genom att hämma deacetylering av histoner, genererar HDAC-hämmare en öppnare kromatinstruktur som är mer mottaglig för de DNA-skadande effekterna av antracyklin-kemoterapeutiska medel, i vissa fall när de administreras 48 timmar efter HDAC-hämmaren. In vitro förstärker HDAC-hämmare de cytotoxiska effekterna av antracykliner i leukemicellinjer. Panobinostat, specifikt, verkar synergistiskt med antracyklin doxorubicin för att inducera DNA-skada, öka histonacetylering och aktivera programmerad celldöd i AML-cellinjer och primära AML-celler. Administrering av antracyklin daunorubicin med panobinostat förutspås vara synergistisk in vivo och kan förbättra fullständig respons och återfallsfrekvenser för AML.

Korrekt sekvensering av HDAC-hämmare med antracykliner kommer sannolikt att vara viktig för framgången för dessa kombinationer. Förbehandling med HDAC-hämmare före antracyklinexponering kan ge synergistiska effekter också genom att öka nukleärt DNA-exponering för antracyklin. I odlade MCF-7 bröstcancerceller leder behandling med HDAC-hämmaren vorinostat till kromatindekondensation som är maximal efter 48 timmars behandling med HDAC-hämmare. I detta system ledde inte samtidig administrering av vorinostat och epirubicin till ökad apoptos medan 48 timmar före inkubation med vorinostat ledde till synergistiska ökningar av apoptos associerad med ökad nukleär ackumulering av epirubicin och ökad DNA-skada. Vid AML tycks maximala epigenetiska effekter också inträffa cirka 48 timmar efter exponering för HDAC-hämmare.

Anticanceraktivitet av DAC-hämmare

Förändringar i kromosomstrukturen spelar en avgörande roll i kontrollen av gentranskription. Dessa epigenetiska förändringar inkluderar modifiering av histoner och andra proteiner genom acetylering och/eller fosforylering. Normalt är dessa modifieringar fint balanserade och är mycket reversibla i normala vävnader, men de kan vara obalanserade och ärftliga i tumörceller. DAC-hämmare ökar histonacetyleringen och modulerar därigenom uttrycket av en undergrupp av gener på ett koordinerat sätt. Flera tumörsuppressorgener associerade med den maligna fenotypen undertrycks av epigenetiska mekanismer i sporadiska cancerformer. Sålunda kan terapi med DAC-hämmare förändra tumörfenotypen och hämma tillväxten i sådana tumörer.

Flera kännetecken för cancer regleras av acetylering/deacetylering:

• DAC-hämning riktar sig mot både histon- och icke-histonproteiner. Inriktning på acetyleringsstatusen för icke-histon, kan tumörassocierade proteiner som förmedlar proliferation vara den underliggande antitumörmekanismen för DAC-hämmare.
• Icke-histonproteiner som regleras av acetylering inkluderar α-tubulin, p53, HIF-1α och HSP90. Dessa proteiner är substrat för DAC.
• Förmågan hos ett enda medel att rikta in sig på flera molekylära egenskaper hos tumörceller kan resultera i god effekt mot en rad olika tumörtyper.
• HSP90 är involverat i proteinstabilitet och nedbrytning; hämningen av HSP90 påverkar proteinomsättningen vid sjukdomar som multipelt myelom och B-cellsmaligniteter.
• Acetylerad HIF-1α bryts ned och kan inte längre fungera som en tumörtillväxtfaktor. Klass II DAC-hämmare riktar sig mot histon-deacetylas (HDAC eller DAC) 6, vilket resulterar i ökad acetylering av HIF-1α och minskad vaskulär endotelial tillväxtfaktor (VEGF), och därigenom hämmar angiogenes.
• Både acetylering och ubiquitylering sker ofta på samma lysinrest, men dessa processer kan inte ske samtidigt. Acetylering möjliggör ökad stabilitet och ubiquitylering leder till proteinnedbrytning. Därför minskar DACs halveringstiden för ett protein genom att exponera lysinresten för ubiquitylering.

Panobinostat (LBH589)

Panobinostat (LBH589) är en deacetylashämmare (DACi) som tillhör en strukturellt ny kanelhydroxamsyraklass av föreningar. Det är en potent klass I/II pan-DAC-hämmare (pan-DACi) som har visat antitumöraktivitet i prekliniska modeller och cancerpatienter. Deacetylaser (DAC) riktar sig mot lysingrupper på kromatin- och transkriptionsfaktorer och olika icke-histonproteiner såsom p53, tubulin, HSP90 och Rb. Panobinostat är formulerat som en oral kapsel och en lösning för intravenös (i.v.) injektion. Både den muntliga och i.v. formuleringar undersöks för närvarande i pågående fas I- och fas II-studier i avancerade solida tumörer och hematologiska maligniteter.

Hämning av DAC ger ett nytt tillvägagångssätt för cancerbehandling. Histoner är en del av kärnproteinerna i nukleosomer, och acetylering och deacetylering av dessa proteiner spelar en roll i regleringen av genuttryck. Högladdade deacetylerade histoner binder tätt till fosfatryggraden i DNA, vilket hämmar transkription, förmodligen genom att begränsa tillgången för transkriptionsfaktorer och RNA-polymeraser till DNA. Acetylering neutraliserar laddningen av histoner och genererar en mer öppen DNA-konformation. Denna konformation tillåter transkriptionsfaktorer och tillhörande transkriptionsapparat tillgång till DNA, vilket främjar uttryck av motsvarande gener. De motsatta aktiviteterna hos två grupper av enzymer, histonacetyltransferas (HAT) och DAC styr mängden acetylering. I normala celler finns en balans mellan HAT- och DAC-aktivitet som leder till cellspecifika genuttrycksmönster. Störning av balansen ger förändringar i genuttryck.

Flera bevis tyder på att avvikande rekrytering av DAC och den resulterande modifieringen av kromatinstrukturen kan spela en roll för att förändra genuttrycket som ses i transformerade celler. Till exempel är tystnad av tumörsuppressorgener på nivån av kromatin vanligt i humana tumörer och DAC-komplex har visat sig vara avgörande för aktiviteten av de AML-specifika fusionsproteinerna PLZF-RAR-α, PML-RAR-α, och AML1/ETO. DAC-hämmare (DACi) har visat sig inducera differentiering, cellcykelstopp eller apoptos i odlade tumörceller och hämma tillväxten av tumörer i djurmodeller. Dessutom har DACi visat sig inducera uttryck av p21, en nyckelmediator för cellcykelstopp i G1-fas och cellulär differentiering.

Tumörtillväxthämning och apoptos som svar på DACi-behandling kan också medieras genom förändringar i acetylering av icke-histonproteiner (t.ex. HSP90, p53, HIF-1α, α-tubulin). Till exempel har chaperonproteinet HSP90 visat sig acetyleras i celler behandlade med DACi. Acetylering av HSP90 hämmar dess förmåga att binda nysyntetiserade klientproteiner, vilket förhindrar korrekt klientproteinveckning och funktion. I frånvaro av HSP90-funktion riktas felveckade proteiner för nedbrytning i proteasomen. Många proteiner som kräver HSP90-association är avgörande för cancercelltillväxt, inklusive ErbB1, ErbB2, AKT, Raf, KDR och BCR-ABL. Acetylering av HSP90 i celler behandlade med DACi hämmar chaperonfunktionen hos HSP90, vilket leder till nedbrytning av klientproteinerna och eventuell celldöd.

Den potentiella kliniska nyttan av användningen av DACi i cancerterapi antyddes först av aktiviteten hos DACi, natriumfenylbutyrat, mot akut promyelocytisk leukemi (APL). En tonåring kvinnlig patient med återfall av APL, som inte längre svarade på enbart transretinsyra (ATRA), uppnådde en fullständig klinisk remission efter behandling med en kombination av ATRA och DACi natriumfenylbutyrat.