NKG2A blockade as a potential strategy to improve NK cell-mediated ADCC in HER2+ breast cancer

Abstract

Several studies support the contribution of antibody-dependent NK cell cytotoxicity (ADCC) to the clinical efficacy of anti-HER2 therapeutic antibodies in HER2-positive breast cancer. Novel anti-HER2 antibody drug conjugates (ADCs) might also act, in part, via NK cells, but this has not been properly addressed. However, not all patients respond to treatment or eventually relapse and there is a need to develop novel strategies to enhance the activity of anti-HER2 therapies. Currently, several biologics targeting NK cell inhibitory receptors (e.g., NKG2A, KIR, TIGIT) are in clinical development and could be used in combinatorial strategies. We hypothesized that the blockade of CD94/NKG2A, an inhibitory receptor specific for HLA-E, could enhance the clinical activity of anti-HER2 antibodies. Our results showed that CD94/NKG2A was one of the major functional checkpoints expressed by breast tumor-associated NK cells as well as by most NK cell products obtained upon in vitro expansion. Gene expression profiling of HER2-positive breast tumors disclosed the correlation between NK cells, KLRC1 (encoding for NKG2A) and HLA-E with differential overall survival to trastuzumab, pointing to the possibility of enhancing the efficacy of HER2 therapeutic antibodies by blocking the NKG2A-HLA-E axis. Mechanistic studies in in vitro and in vivo preclinical models showed that soluble factors secreted along anti-HER2 antibody-dependent NK-mediated ADCC promoted and adaptive response in bystander breast cancer cells including the up-regulation of HLA-I, HLA-E and PD-L1, which could reduce subsequent NK cell activity. Certainly, the blockade of NKG2A enhanced anti-HER2 antibody-dependent NK cell cytotoxicity against breast tumor spheroids and boosted the anti-tumor efficacy of anti-HER2 antibodies and NK cell infusions in a humanized in vivo model of HER2+ breast cancer. Of note, the increase in cytotoxicity associated to NKG2A blockade was significantly higher when using NK cells from HLA-B-21M/M as compared to HLA-B-21T/T individuals, pointing to the putative interest of HLA-B-21M/T genotype as a predictive biomarker for the clinical activity of NKG2A blocking agents. Finally, the blockade of CD94/NKG2A-HLA-E axis also enhanced the anti-tumor activity of the recently approved anti-HER2 antibody-drug conjugates, trastuzumab-emtansine (T-DM1) and trastuzumab-deruxtecan (T-DXd), despite their limited capacity to trigger NK cell-mediated ADCC. Our study provides the conceptual and mechanistic evidence supporting further development of molecular tools interfering with CD94/NKG2A-HLA-E axis to enhance NK cell anti-tumor immunity. These strategies might prevent clinical resistance to anti-HER2 antibodies and HER2-targeted ADC, and might also improve the efficacy of adoptive NK cell transfer therapies.

Diferentes estudios respaldan la contribución de la citotoxicidad de las células NK dependiente de anticuerpo en la eficacia clínica de los anticuerpos terapéuticos anti-HER2 para el cáncer de mama HER2+. Los nuevos anticuerpos anti-HER2 conjugados a fármacos también podrían actuar, al menos en parte, a través de las NK, aunque no se ha profundizado debidamente de momento. No obstante, no todos los pacientes responden al tratamiento, o acaban recayendo, por lo que es necesario desarrollar estrategias novedosas para potenciar la actividad de las terapias anti-HER2. Actualmente, existen diversas terapias biológicas dirigidas a receptores inhibidores de células NK (p. ej., NKG2A, TIGIT, KIR), que se encuentran en desarrollo clínico y podrían ser implementadas en estrategias combinatorias. La expresión de CD94/NKG2A, el receptor inhibidor específico para HLA-E, ha sido detectada en un alto porcentaje de las células NK asociadas a tumor de mama y en la mayoría de células NK expandidas in vitro. El perfil de expresión génica de los tumores de mama HER2+ ha mostrado una correlación positiva entre células NK y la expresión de KLRC1 (que codifica para NKG2A) y HLA-E, mostrando diferencias en la supervivencia global de pacientes tratados con trastuzumab. Estos datos apuntan a la posibilidad de mejorar la eficacia de anticuerpos terapéuticos anti-HER2 mediante el bloqueo del eje NKG2A-HLA-E. Los estudios mecanísticos en modelos preclínicos in vitro e in vivo han mostrado que los factores solubles secretados mediante la activación de las células NK dependiente de anticuerpo promovieron la respuesta adaptativa en células de cáncer de mama próximas induciendo en ellas HLA-I, HLA-E y PD-L1, lo que podría reducir la actividad NK. Como consecuencia, el bloqueo de NKG2A mejoró la citotoxicidad de las células NK dependiente de anticuerpos anti-HER2 frente a esferoides de cáncer de mama y potenció la eficacia anti-tumoral de la co-infusión de células NK y anticuerpos anti-HER2 en el modelo in vivo humanizado de cáncer de mama HER2+. El incremento en la citotoxicidad asociado al bloqueo de NKG2A fue significativamente superior al usar células NK de donantes HLA-B-21M/M en lugar de HLA-B-21T/T, lo que apunta al genotipo HLA-B-21M/T como biomarcador predictivo de actividad clínica de los anticuerpos bloqueantes de NKG2A. Por último, el bloqueo del eje de CD94/NKG2A-HLA-E también mejoró la actividad antitumoral de los recién aprobados anticuerpos anti-HER2 conjugados a fármaco, trastuzumab-emtansina y trastuzumab-deruxtecan, a pesar de su menor capacidad de inducir la citotoxicidad de las células NK dependiente de anticuerpo. Nuestro estudio proporciona evidencia conceptual y mecanística para el desarrollo de herramientas moleculares que interfieran con el eje de CD94/NKG2A-HLA-E para mejorar la inmunidad antitumoral de las células NK en cáncer de mama HER2+. Estas estrategias podrían prevenir la resistencia clínica a anticuerpos y anticuerpos conjugados a fármacos anti-HER2, y también podrían mejorar la eficacia de terapias de transferencia adoptiva basadas en células NK.