Molecular Cancer Therapeutics

Strong epidemiological data indicate that chemotherapy-induced gut toxicity and pain occur in parallel, indicating common underlying mechanisms. We have recently outlined evidence suggesting that TLR4 signaling may contribute to both side effects. We therefore aimed to determine if genetic deletion of TLR4 improves chemotherapy-induced gut toxicity and pain. Forty-two female wild-type (WT) and 42 Tlr4 null (−/−) BALB/c mice weighing between 18 and 25 g (10–13 weeks) received a single 270 mg/kg (i.p.) dose of irinotecan hydrochloride or vehicle control and were killed at 6, 24, 48, 72, and 96 hours. Bacterial sequencing was conducted on cecal samples of control animals to determine the gut microbiome profile. Gut toxicity was assessed using validated clinical and histopathologic markers, permeability assays, and inflammatory markers. Chemotherapy-induced pain was assessed using the validated rodent facial grimace criteria, as well as immunologic markers of glial activation in the lumbar spinal cord. TLR4 deletion attenuated irinotecan-induced gut toxicity, with improvements in weight loss (P = 0.0003) and diarrhea (P < 0.0001). Crypt apoptosis was significantly decreased in BALB/c-Tlr4−/−billy mice (P < 0.0001), correlating with lower mucosal injury scores (P < 0.005). Intestinal permeability to FITC-dextran (4 kDa) and LPS translocation was greater in WT mice than in BALB/c-Tlr4−/−billy (P = 0.01 and P < 0.0001, respectively). GFAP staining in the lumbar spinal cord, indicative of astrocytic activation, was increased at 6 and 72 hours in WT mice compared with BALB/c-Tlr4−/−billy mice (P = 0.008, P = 0.01). These data indicate that TLR4 is uniquely positioned to mediate irinotecan-induced gut toxicity and pain, highlighting the possibility of a targetable gut/CNS axis for improved toxicity outcomes. Mol Cancer Ther; 15(6); 1376–86. ©2016 AACR.

Radiotherapy is a primary treatment modality for glioblastomas (GBM). Because DNA-PKcs is a critical factor in the repair of radiation-induced double strand breaks (DSB), this study evaluated the potential of VX-984, a new DNA-PKcs inhibitor, to enhance the radiosensitivity of GBM cells. Treatment of the established GBM cell line U251 and the GBM stem-like cell (GSC) line NSC11 with VX-984 under in vitro conditions resulted in a concentration-dependent inhibition of radiation-induced DNA-PKcs phosphorylation. In a similar concentration-dependent manner, VX-984 treatment enhanced the radiosensitivity of each GBM cell line as defined by clonogenic analysis. As determined by γH2AX expression and neutral comet analyses, VX-984 inhibited the repair of radiation-induced DNA double-strand break in U251 and NSC11 GBM cells, suggesting that the VX-984-induced radiosensitization is mediated by an inhibition of DNA repair. Extending these results to an in vivo model, treatment of mice with VX-984 inhibited radiation-induced DNA-PKcs phosphorylation in orthotopic brain tumor xenografts, indicating that this compound crosses the blood–brain tumor barrier at sufficient concentrations. For mice bearing U251 or NSC11 brain tumors, VX-984 treatment alone had no significant effect on overall survival; radiation alone increased survival. The survival of mice receiving the combination protocol was significantly increased as compared with control and as compared with radiation alone. These results indicate that VX-984 enhances the radiosensitivity of brain tumor xenografts and suggest that it may be of benefit in the therapeutic management of GBM. Mol Cancer Ther; 17(6); 1207–16. ©2018 AACR.

The chemical and biological diversity of the marine environment is immeasurable and therefore is an extraordinary resource for the discovery of new anticancer drugs. Recent technological and methodologic advances in structure elucidation, organic synthesis, and biological assay have resulted in the isolation and clinical evaluation of various novel anticancer agents. These compounds range in structural class from simple linear peptides, such as dolastatin 10, to complex macrocyclic polyethers, such as halichondrin B; equally as diverse are the molecular modes of action by which these molecules impart their biological activity. This review highlights several marine natural products and their synthetic derivatives that are currently undergoing clinical evaluation as anticancer drugs.

Because accumulation of potentially toxic malfolded protein may be extensive in immunoglobulin-producing multiple myeloma (MM) cells, we investigated the phenomenon of autophagy in myeloma, a physiologic process that can protect against malfolded protein under some circumstances. Autophagy in MM cell lines that express and secrete immunoglobulin and primary specimens was significantly increased by treatment with the endoplasmic reticulum stress–inducing agent thapsigargin, the mammalian target of rapamycin inhibitor rapamycin, and the proteasome inhibitor bortezomib. Inhibition of basal autophagy in these cell lines and primary cells by use of the inhibitors 3-methyladenine and chloroquine resulted in a cytotoxic effect that was associated with enhanced apoptosis. Use of small interfering RNA to knock down expression of beclin-1, a key protein required for autophagy, also inhibited viable recovery of MM cells. Because the data suggested that autophagy protected MM cell viability, we predicted that autophagy inhibitors would synergize with bortezomib for enhanced antimyeloma effects. However, the combination of these drugs resulted in an antagonistic response. In contrast, the autophagy inhibitor 3-methyladenine did synergize with thapsigargin for an enhanced cytotoxic response. These data suggest that autophagy inhibitors have therapeutic potential in myeloma but caution against combining such drugs with bortezomib. [Mol Cancer Ther 2009;8(7):1974–84]

Lysophosphatidic acid receptors stimulate a Gα12/13/RhoA-dependent gene transcription program involving the serum response factor (SRF) and its coactivator and oncogene, megakaryoblastic leukemia 1 (MKL1). Inhibitors of this pathway could serve as useful biological probes and potential cancer therapeutic agents. Through a transcription-based high-throughput serum response element-luciferase screening assay, we identified two small-molecule inhibitors of this pathway. Mechanistic studies on the more potent CCG-1423 show that it acts downstream of Rho because it blocks SRE.L-driven transcription stimulated by Gα12Q231L, Gα13Q226L, RhoA-G14V, and RhoC-G14V. The ability of CCG-1423 to block transcription activated by MKL1, but not that induced by SRF-VP16 or GAL4-VP16, suggests a mechanism targeting MKL/SRF-dependent transcriptional activation that does not involve alterations in DNA binding. Consistent with its role as a Rho/SRF pathway inhibitor, CCG-1423 displays activity in several in vitro cancer cell functional assays. CCG-1423 potently (<1 μmol/L) inhibits lysophosphatidic acid–induced DNA synthesis in PC-3 prostate cancer cells, and whereas it inhibits the growth of RhoC-overexpressing melanoma lines (A375M2 and SK-Mel-147) at nanomolar concentrations, it is less active on related lines (A375 and SK-Mel-28) that express lower levels of Rho. Similarly, CCG-1423 selectively stimulates apoptosis of the metastasis-prone, RhoC-overexpressing melanoma cell line (A375M2) compared with the parental cell line (A375). CCG-1423 inhibited Rho-dependent invasion by PC-3 prostate cancer cells, whereas it did not affect the Gαi-dependent invasion by the SKOV-3 ovarian cancer cell line. Thus, based on its profile, CCG-1423 is a promising lead compound for the development of novel pharmacologic tools to disrupt transcriptional responses of the Rho pathway in cancer. [Mol Cancer Ther 2007;6(8):2249–60]

The SDF-1 receptor CXCR4 has been associated with early metastasis and poorer prognosis in breast cancers, especially the most aggressive triple-negative subtype. In line with previous reports, we found that tumoral CXCR4 expression in patients with locally advanced breast cancer was associated with increased metastases and rapid tumor progression. Moreover, high CXCR4 expression identified a group of bone marrow–disseminated tumor cells (DTC)-negative patients at high risk for metastasis and death. The protein epitope mimetic (PEM) POL5551, a novel CXCR4 antagonist, inhibited binding of SDF-1 to CXCR4, had no direct effects on tumor cell viability, but reduced migration of breast cancer cells in vitro. In two orthotopic models of triple-negative breast cancer, POL5551 had little inhibitory effect on primary tumor growth, but significantly reduced distant metastasis. When combined with eribulin, a chemotherapeutic microtubule inhibitor, POL5551 additively reduced metastasis and prolonged survival in mice after resection of the primary tumor compared with single-agent eribulin. Hypothesizing that POL5551 may mobilize tumor cells from their microenvironment and sensitize them to chemotherapy, we used a “chemotherapy framing” dosing strategy. When administered shortly before and after eribulin treatment, three doses of POL5551 with eribulin reduced bone and liver tumor burden more effectively than chemotherapy alone. These data suggest that sequenced administration of CXCR4 antagonists with cytotoxic chemotherapy synergize to reduce distant metastases. Mol Cancer Ther; 14(11); 2473–85. ©2015 AACR.

Đặc điểm không đồng nhất của khối u là một thách thức lớn trong điều trị ung thư, đặc biệt là do sự tồn tại của nhiều phân nhóm khác nhau có tính chất giống tế bào gốc hoặc tế bào tiền thân. Trong các khối u hắc tố ở chuột, cả hai phân nhóm khối u CD34+p75− (CD34+) và CD34−p75− (CD34−) đều được xác định là các tế bào lan truyền khối u hắc tố (MPC) có một số đặc điểm chính đó. Tuy nhiên, hai phân nhóm này khác nhau về tiềm năng gây u, khả năng tái tạo đặc tính không đồng nhất và khả năng chống hóa trị. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chứng minh rằng các phân nhóm CD34+ và CD34− mang đột biến BRAFV600E có độ nhạy khác nhau đối với sự ức chế BRAF chọn lọc. Thông qua việc tăng cường biểu hiện KDM5B, các tế bào hắc tố chuyển sang trạng thái CD34− có khả năng dung nạp thuốc cao hơn khi tiếp xúc với thuốc ức chế BRAF hoặc điều trị kết hợp thuốc ức chế BRAF và MEK. Việc mất hoặc ức chế KDM5B chuyển các tế bào hắc tố về trạng thái CD34+ nhạy cảm hơn với thuốc ức chế BRAF. Những kết quả này cho thấy rằng KDM5B là một yếu tố điều tiết di truyền quan trọng, quản lý sự chuyển tiếp giữa các phân nhóm MPC quan trọng với độ nhạy thuốc khác nhau. Nghiên cứu này cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tiếp tục nâng cao hiểu biết của chúng ta về tính không đồng nhất trong khối u và cuối cùng phát triển các liệu pháp mới bằng cách thay đổi các đặc tính không đồng nhất của u hắc tố.

Các phương pháp điều trị hiện tại cho ung thư tuyến tiền liệt giai đoạn muộn, kháng hormone hầu như không hiệu quả, dẫn đến tỷ lệ tử vong và bệnh tật cao ở bệnh nhân. Để đáp ứng nhu cầu y tế chưa được thỏa mãn này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp phân tích biểu hiện gen toàn cầu để xác định các mục tiêu kháng thể-drug conjugate (ADC) tiềm năng mới cho thấy biểu hiện cụ thể cho ung thư tuyến tiền liệt cao nhất. TMEFF2, một gen mã hóa một protein màng tế bào có hai miền giống follistatin và một miền giống yếu tố tăng trưởng biểu bì, có sự phân bố mô bình thường hạn chế và được biểu hiện quá mức trong ung thư tuyến tiền liệt. Phân tích miễn dịch hóa học sử dụng một kháng thể đơn dòng (mAb) đặc hiệu với TMEFF2 của người cho thấy protein biểu hiện đáng kể ở 74% các khối u tuyến tiền liệt nguyên phát và 42% các tổn thương di căn từ các hạch bạch huyết và xương, đại diện cho bệnh kháng hormone và hormone-naïve. Để đánh giá các mAb anti-TMEFF2 như là các ADC tiềm năng, một mAb đã được liên hợp với tác nhân độc tế bào auristatin E thông qua một liên kết valine-citrulline nhạy cảm với cathepsin B. ADC này, Pr1-vcMMAE, được sử dụng để điều trị chuột male thiếu hụt miễn dịch ghép tế bào mang ung thư tuyến tiền liệt LNCaP và CWR22 biểu hiện TMEFF2. Liều lượng từ 3 đến 10 mg/kg của ADC đặc hiệu này đã dẫn đến ức chế tăng trưởng khối u đáng kể và kéo dài, trong khi một ADC kiểm soát đồng dạng không có tác động đáng kể. Efficacy và tính đặc hiệu tương tự cũng được thể hiện với huPr1-vcMMAE, một ADC anti-TMEFF2 được nhân hóa. Không có độc tính rõ ràng nào được quan sát trong vivo với cả hai ADC chuột hoặc người, mặc dù có sự phản ứng chéo đáng kể của mAb anti-TMEFF2 với protein TMEFF2 của chuột, điều này cho thấy độc tính tối thiểu đối với các mô cơ thể khác. Những dữ liệu này hỗ trợ việc đánh giá thêm và thử nghiệm lâm sàng của huPr1-vcMMAE như một liệu pháp mới cho điều trị ung thư tuyến tiền liệt di căn và kháng hormone.

Chuỗi receptor α interleukin-4 (IL-4Rα) được biểu hiện cao trên bề mặt của nhiều khối u rắn ở người. Chúng tôi đã thiết kế một peptide lai mới được gọi là peptide ly giải IL-4Rα nhằm mục tiêu vào chuỗi IL-4Rα. Peptide ly giải IL-4Rα chứa một phần mục tiêu để liên kết với IL-4Rα và một peptide ly giải độc tế bào có khả năng chọn lọc tiêu diệt tế bào ung thư. Hoạt tính chống ung thư của peptide ly giải IL-4Rα đã được đánh giá cả trong ống nghiệm và trong cơ thể. Kết quả cho thấy peptide ly giải IL-4Rα có hoạt tính gây độc ở các dòng tế bào ung thư biểu hiện IL-4Rα, được xác định qua PCR thời gian thực định lượng. Tỷ lệ IC50 của peptide ly giải so với peptide ly giải IL-4Rα tương quan tốt với mức độ biểu hiện IL-4Rα trên tế bào ung thư (r = 0.80). Thêm vào đó, peptide ly giải IL-4Rα được quản lý qua đường tiêm nội u hoặc tĩnh mạch đã làm giảm đáng kể sự phát triển của khối u trong mô hình xenograft ung thư tụy người (BXPC-3) ở chuột. Những kết quả này chỉ ra rằng peptide ly giải IL-4Rα tạo ra trong nghiên cứu này có tiềm năng chống ung thư mạnh mẽ và chọn lọc đối với các khối u rắn dương tính với IL-4Rα. Mol Cancer Ther; 11(1); 235–43. ©2011 AACR.

Các khối u sử dụng indoleamine 2,3-dioxygenase-1 (IDO1) như một cơ chế chính để tạo ra môi trường viêm ức chế miễn dịch. Biểu hiện của IDO1 được tăng cường trong nhiều loại ung thư và được coi là một cơ chế kháng trị đối với liệu pháp chặn điểm miễn dịch. IDO1 được kích thích để đáp ứng với các kích thích viêm như IFNγ và thúc đẩy sự dung nạp miễn dịch bằng cách làm cạn kiệt tryptophan và sản xuất các sản phẩm phân hủy tryptophan, bao gồm kynurenine, trong môi trường vi mô của khối u. Điều này dẫn đến sự không hoạt động của tế bào T hiệu quả và tăng cường chức năng Treg thông qua việc tăng cường biểu hiện FoxP3. Là một mắt xích cho sự kích thích các cơ chế ức chế miễn dịch chính, IDO1 đại diện cho một mục tiêu miễn dịch quan trọng trong ung thư học. Ở đây, chúng tôi báo cáo việc xác định và phân loại inhibitor IDO1 chọn lọc mới, có khả năng hấp thụ qua đường miệng, EOS200271/PF-06840003. Nó đã đảo ngược tình trạng không hoạt động của tế bào T gây ra bởi IDO1 trong ống nghiệm. Ở những con chuột mang khối u syngeneic, PF-06840003 đã làm giảm nồng độ kynurenine trong khối u hơn 80% và ức chế sự phát triển của khối u cả trong liệu pháp đơn và, với hiệu quả tăng lên, trong sự kết hợp với các kháng thể chặn ligand điểm miễn dịch PD-L1. Chúng tôi chứng minh rằng liệu pháp chống–PD-L1 dẫn đến sự gia tăng hoạt động chuyển hóa IDO1, từ đó cung cấp cơ sở lý thuyết bổ sung cho việc kết hợp chặn PD-(L)1 với ức chế IDO1 trong các liệu pháp miễn dịch ung thư. Dựa trên các dữ liệu tiền lâm sàng này và các đặc tính dược động học dự đoán cho con người thuận lợi của PF-06840003, một nghiên cứu lâm sàng giai đoạn I mở, đa trung tâm (NCT02764151) đã được khởi động.