Les cancers du rein métastatiques résistants aux inhibiteurs de tyrosine kinase peuvent faire l’objet de traitements fondés sur le blocage des points de contrôles immunitaires (ICB). Cependant, les ICB induisent des réponses chez une minorité de patients, et des efforts sont en cours pour identifier les mécanismes à l'origine de la résistance. Les ICB compromettent l'intégrité de la barrière intestinale, affectant ainsi la composition du microbiote, favorisant ainsi soit l'accumulation intestinale, soit la translocation de commensaux immunogènes capables de moduler le tonus immunitaire systémique et de reprogrammer le microenvironnement tumoral. Pour déterminer si des profils microbiens distincts du microbiote intestinal pourraient expliquer la résistance aux ICB, ma thèse a montré que dans une cohorte de 249 patients atteints de cancer traités par ICB que la prescription d’antibiotiques (ATB) a significativement diminué la survie sans progression (PFS) et la survie globale (OS) par rapport aux patients sans ATB. Nous avons confirmé ces données en analysant 121 cencers du rein traités par ICB à Gustave Roussy et 239 cancers du poumon traités par ICB au Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Nous avons validé que la dysbiose liée à l'ATB diminue l'activité des ICB. Par la suite, nous avons analysé de manière prospective les microbiotes fécaux de 100 patients atteints de tumeurs sensibles à l'anti-PD-1 en utilisant la métagénomique (MG). Nous avons démontré que les bactéries intestinales présentes avant le traitement anti-PD-1 étaient systématiquement différentes entre les patients qui ont répondu (R) au traitement et les patients qui n’ont pas (NR). Entre les R, nous avons observé une surreprésentation d’Akkermansia muciniphila. Au sein d'une large cohorte de patients RCC (n = 85) traités avec un anticorps anti-PD-1, nous avons analysé le microbiote fécal de 69 patients. Des empreintes de MG spécifiques étaient liées aux meilleures réponses et à la survie sans progression. A. muciniphila et Bacteroides spp étaient plus abondants chez les R. Pour valider la pertinence de ces constatations, nous avons mis en évidence deux principaux éléments de preuve. Premièrement, nous avons démontré que chez les patients atteints de NSCLC, la présence de lymphocytes T CD4 + et CD8 + à mémoire spécifiques de l’IFNγ + vis-à-vis de A. muciniphila prédit une PFS plus longue. Deuxièmement, une transplantation de microbiote fécal (FMT) a été réalisée à l'aide de selles de patient pour recoloniser des souris axéniques ou traitées par ATB dans deux modèles murins. Les matières fécales de R entrainaient une réponse immunitaire plus forte contre la tumeur par rapport aux matières fécales de NR. Ensuite, une supplémentation orale d'A. muciniphila post-FMT avec des matières fécales de NR restaurait l'efficacité de l'anti- PD-1. Dans ce contexte, les cellules dendritiques sécrétaient plus d'IL-12, augmentant le recrutement de lymphocytes T CCR9 + CXCR3 + CD4 + à partir des ganglions lymphatiques mésentériques jusque dans les lits tumoraux, ainsi qu'une augmentation du rapport CD4 + /Treg dans le lit tumoral de souris co-traitées avec mAb anti-PD-1 et A. muciniphila. Enfin, nous avons montré qu'une supplémentation orale avec Bacteroides (B. salyersiae mais pas B. xylanisolvens) ou A. muciniphila pourrait restaurer l'efficacité des ICB dans un modèle FMT- défavorable/dysbiotique". La découverte de bactéries immunogènes capables de prédire et d'accroître les avantages cliniques de l'ICB contribuera au développement de nouveaux outils de biomarqueurs et d'un futur concept thérapeutique, grâce auxquels le traitement du cancer peut être amélioré par la modulation du microbiote intestinal. / Metastatic RCC resistant to tyrosine kinase inhibitors are amenable to new therapies based on immune checkpoint blockade (ICB). However, ICB induces responses in a sizeable minority of patients and efforts are ongoing in order to identify mechanisms driving resistance. ICB compromise the integrity of the intestinal barrier, hereby affecting the composition of the intestinal microbiome, thereby promoting either the intestinal accumulation or the translocation of immunogenic commensals capable of modulating the systemic immune tone and reprogramming the tumor microenvironment. To address whether distinct microbial patterns of the intestinal microbiome could account for the resistance to ICB in RCC, during my PhD I showed in a cohort of 249 patients with cancers treated with ICB that antibiotic (ATB) prescription in a therapeutic window of -2 months up to +1 month after starting ICB significantly decreased progression-free survival (PFS) and overall survival (OS) compared to patients without ATB. We confirmed this data analyzing 121 RCC treated with ICB at Gustave Roussy and 239 NSCLC treated with ICB at Memorial Sloan Kettering Cancer Center. We validated that ATB-related dysbiosis decreases activity of ICB. More precisely, patients in RCC ATB group treated with ICB had a higher rate of primary progressive disease. Subsequently, we prospectively analyzed the fecal microbiomes of 100 patients with tumours amenable to anti-PD-1 mAb using quantitative metagenomics (MG) by shotgun sequencing. We demonstrated that gut bacteria present before anti-PD-1 therapy was consistently different between patients who responded (R) to treatment and patients who did not (NR). In R we observed an overrepresentation of un- and classified Firmicutes. The commensal most significantly associated with favorable clinical outcome and PFS was Akkermansia muciniphila. Within a large cohort of RCC patients (n = 85) treated in the NIVOREN study with anti-PD-1 Ab at Gustave Roussy, we analyzed the fecal microbiome of 69 patients. Specific MG-fingerprints were related to best responses and PFS. A. muciniphila and Bacteroides spp were more abundant in R (Derosa et al. ASCO Merit Award 2018). To validate the relevance of these findings, we brought up two major lines of evidence. First, we demonstrated that in NSCLC patients, the presence of specific IFNγ+ memory CD4+ and CD8+ T cells toward A. muciniphila predicted a longer PFS. Secondly, fecal microbiota transplantation (FMT) was performed using patient feces to recolonize germ-free or ATB-treated mice in two tumor models (MCA-205 and RENCA, the renal cell carcinoma model). Feces from R conveyed a stronger immune response against the tumor compared to feces from NR. Next, in MCA-205 model oral supplementation with A. muciniphila post-FMT with NR feces restored the efficacy of PD-1 Abs. In this setting, dendritic cells secreted more IL-12, increasing the recruitment of CCR9+CXCR3+CD4+ T lymphocytes from the mesenteric lymph nodes into tumor beds as well as an increase of CD4+/Treg ratio within the tumor bed of mice co-treated with anti-PD-1 mAb and A. muciniphila. Finally, we showed that oral supplementation with Bacteroides (B. salyersiae but not B. xylanisolvens) or A. muciniphila could restore the efficacy of ICB in "unfavorable/dysbiotic" FMT. The discovery of immunogenic bacteria capable of predicting and increasing clinical benefit of ICB will help for the development of novel biomarker tools and a future therapeutic concept, whereby treatment of cancer can be improved by the modulation of gut microbiome.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22826号 / 医博第4665号 / 新制||医||1047(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 溝脇 尚志, 教授 武田 俊一, 教授 増永 慎一郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

[ES] El cáncer de pulmón no microcítico (CPNM) representa un 80% de los casos de cáncer de pulmón, siendo uno de los tipos de cáncer más frecuentes y mortales. El tratamiento con inmunoterapia ha mejorado significativamente el pronóstico de los pacientes en las últimas décadas. No obstante, no todos los pacientes responden al tratamiento, por lo que se necesitan nuevos biomarcadores para predecir qué pacientes se podrían beneficiar de la inmunoterapia. El principal objetivo de esta tesis es obtener nuevos biomarcadores no invasivos para pacientes de CPNM avanzado tratados con inmunoterapia. Se incluyeron 52 pacientes de CPNM en estadios avanzados tratados con anti-PD1 o anti-PD1 en combinación con quimioterapia (anti-PD1+CT) en primera línea. Se analizaron biomarcadores no invasivos en muestras de sangre periférica, obtenidas antes del tratamiento y en la primera evaluación de respuesta. Los biomarcadores analizados en este estudio fueron: i) parámetros hematológicos e inmunológicos, ii) expresión de genes inmunoreguladores en células mononucleares de sangre periférica (PBMCs), iii) repertorio de TCR-ß y iv) genotipo de HLA. También se analizaron 13 controles sanos, y se observó que los pacientes con CPNM presentaron menores niveles de expresión de genes relacionados con las células T. Además, los pacientes con CPNM tenían menor número de clones de TCR-ß. Se analizó el valor predictivo y pronóstico de los potenciales biomarcadores independientemente en pacientes tratados con anti-PD1 o anti-PD+CT. Se encontraron biomarcadores con valor pronóstico, bien en las muestras basales o en las muestras tomadas en la primera evaluación de respuesta. Al utilizar muestras no invasivas, también se pudo estudiar la dinámica de los biomarcadores a lo largo del tratamiento, observando que algunos cambios ocurrían de manera diferencial en pacientes respondedores o dependiendo del tratamiento. La integración de los datos de las variables analizadas ha resultado en una propuesta de un modelo multivariante capaz de predecir qué pacientes tendrán mejor pronóstico, en el subgrupo de pacientes tratados con anti-PD1. Además, se crearon dos inmunogramas no invasivos incluyendo los ratios de los biomarcadores entre muestras tomadas antes y durante el tratamiento. Estos modelos se realizaron específicamente para cada tipo de tratamiento, y podrían ser útiles para monitorizar la respuesta durante el tratamiento. Este estudio resalta el papel de la biopsia líquida como una herramienta no invasiva para analizar biomarcadores de forma integral que permiten caracterizar y monitorizar el estatus inmune en pacientes con CPNM tratados con inmunoterapia o quimioinmunoterapia. / [CA] El càncer de pulmó no microcític (CPNM) representa un 80% dels casos de càncer de pulmó, i és un dels tipus de càncer més freqüents i mortals. El tractament amb immunoteràpia ha millorat significativament el pronòstic dels pacients en les últimes dècades. Malgrat això, no tots el pacients responen, per la qual cosa es necessiten nous biomarcadors per predir què pacients es beneficiaran del tractament amb immunoteràpia. El principal objectiu d'aquesta tesi és obtindre nous biomarcadors no invasius per a pacients de CPNM avançat tractats amb immunoteràpia. Es van incloure 52 pacients de CPNM en estadis avançats tractats amb anti-PD1 o anti-PD1 en combinació amb quimioteràpia (anti-PD1+CT) en primera línia. Es van analitzar biomarcadors no invasius a partir de mostres de sang perifèrica, que es van obtindre abans del tractament i en la primera avaluació de resposta. Els potencials biomarcadors analitzats en aquest estudi van ser: i) paràmetres hematològics i immunològics, ii) expressió de gens immunoreguladors en cèl·lules mononuclears de sang perifèrica (PBMCs), iii) repertori de TCR-ß i iv) genotip d'HLA. També es van analitzar 13 controls sans, i es va observar que els pacients amb CPNM presentaven menors nivells d'expressió de gens relacionats amb les cèl·lules T. A més, els pacients amb CPNM tenien menor riquesa de repertori de TCR-ß. S'han analitzat el valor predictiu i pronòstic dels potencials biomarcadors independentment en pacients tractats amb anti-PD1 o anti-PD1+CT. S'han trobat biomarcadors amb valor pronòstic, bé en les mostres basals o en les mostres preses en la primera avaluació de resposta. Com s'han utilitzat mostres no invasives, també s'ha pogut analitzar la dinàmica dels biomarcadores al llarg del tractament, i s'han observat canvis específics de pacients responedors o del tipus de tractament. La integració de les variables analitzades ha resultat en una proposta d'un model multivariant capaç de predir quins pacients amb CPNM tindran millor pronòstic, en el subgrup de pacients tractats amb anti-PD1. També s'han fet dos immunograms no invasius incloent els ràtios dels biomarcadors entre mostres preses abans i durant el tractament. Aquests models son específics per a cada tipus de tractament, i podrien ser útils per a monitorar la resposta durant el tractament. Aquest estudi ressalta el paper de la biòpsia líquida com una eina no invasiva per a analitzar biomarcadors de forma integral que permeten caracteritzar i monitorar l'estatus immune en pacients amb CPNM tractats amb immunoteràpia o quimioimmunoteràpia. / [EN] Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC) represents 80% of lung cancer cases, being one of the most frequent and death causing cancers. Recently developed treatments with immunotherapy have improved patient prognosis. However, a significant number of patients do not respond to treatment, thus there is an urgent need for biomarkers to predict which patients will benefit from immunotherapy. The main objective of this thesis was to obtain novel non-invasive biomarkers for advanced-stage NSCLC patients treated with immunotherapy. This study included 52 advanced-stage NSCLC patients treated with Anti-PD1 or Anti-PD1 in combination with chemotherapy (Anti-PD1+CT) in the first line setting. Non-invasive biomarkers were analysed using peripheral blood samples, which were obtained before first cycle and at first response assessment. The potential biomarkers analysed in this study were: i) haematological and immunological parameters, ii) immune-related gene expression analysed on Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMCs), iii) TCR-ß repertoire, and iv) HLA genotype. 13 healthy subjects were also included in this study. NSCLC patients presented lower T cell related gene expression levels than controls. Furthermore, cancer patients had a lower number of unique TCR-ß clones. We have assessed the predictive and prognostic value of the analysed variables independently on patients treated with anti-PD1 or anti-PD1+CT. We found prognostic biomarkers that could be useful to identify patients who benefit from treatment. Since we used non-invasive samples, we also observed differences in immune-related biomarkers at first response assessment in patients responding to treatment. In addition, biomarker dynamics were useful to identify changes occurring throughout treatment. The integration of data from the analysed variables has resulted in a proposal of a multivariate model capable of predicting patients with improved outcomes to treatment with anti PD1 therapy. Moreover, we have developed two non-invasive inmunograms including the ratios of on- and pre-treatment samples, which could be useful to monitor patients throughout treatment. Altogether, this study highlights the role of non-invasive biomarkers to characterize and monitor immune status in NSCLC patients treated with immunotherapy or chemoimmunotherapy. / This Thesis was supported by the following grants: Fundación Científica Asociación Española Contra el Cáncer. PRDVA18015MORE; Centro de Investigación Biomédica en Red Cáncer. Project B16/12/00350 e Instituto de Salud Carlos III: PI18/00266 / Moreno Manuel, A. (2024). Non-Invasive Immunogram. A Multidimensional Approach to Characterize and Monitor Immune Status in Non-Small Cell Lung Cancer [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204490