Immunogenomic characterization of HCC and etiology-dependent response to immunotherapies

Abstract

[eng] INTRODUCTION: Liver cancer is a devastating disease and represents the seventh most common cancer worldwide and the third leading cause of cancer-related death globally. Hepatocellular carcinoma accounts for 90% of all primary liver cancer cases and it is a heterogeneous disease with various etiological factors. It is estimated that around 50- 60% of HCC patients will be exposed to systemic therapies in their lifespan, particularly in advanced stages of the disease. Molecular profiling of HCC, with genome-wide analysis, DNA methylation and mRNA expression profiles analysis, has significantly contributed to the understanding on the molecular pathogenesis of this disease. In recent years, the immune classification of HCC allowed the identification of 25% of patients who belonged to the immune class. That subset of patients was characterized by a high immune infiltration and molecular features resembling melanoma patients responding to ICIs. However, the immune traits of the remaining 75% of patients who did not belong to the immune class, were poorly characterized.

It should be further noted that several things must be considered regarding patient management and treatment allocation. Currently, they are based on BCLC classification, that includes prognostic variables related to tumor status, liver function and health performance status along with treatment-dependent variables obtained from cohort studies and randomized trials. In this regard, the only biomarker- guided therapy for HCC is ramucirumab, which is used as second-line therapy in those patients presenting α-fetoprotein levels ≥400ng/ml [105]. Furthermore, etiology is not considered relevant when deciding the best treatment option for the patient with advanced HCC. Additionally, 25% of all HCCs present with potentially actionable mutations, which are yet to be translated into the clinical practice. At present, the combination of atezolizumab/bevacizumab has recently become the new standard of care in first line, since it was the first regimen to improve OS compared with sorafenib.

This combination therapy showed the highest rate of objective response (~30%) when compared to all other HCC available therapies (ORR for nivolumab was 15-20%, and ORR for sorafenib was ~10%). This gives a total of ~70% of patients that, for different reasons (primary or adaptive resistance) will be refractory to the currently available therapies. There is, therefore, a critical need to identify mechanisms predisposing patients to present resistance to immunotherapies, therapeutic strategies to overcome such resistance, and to find biomarkers that could be able to predict response/resistance to immunotherapies.

HYPOTHESIS: Considering all this, the hypotheses of this thesis are that:

1. Performing a comprehensive understanding of the immunomolecular and genomic features of HCC tumors could potentially lead to the discovery of effective biomarkers of response to immune-based therapies and identify novel targets leading to the design of rationale therapeutic strategies.

2. Comparing the clinical responses of NASH and non-NASH related HCC patients to ICIs would lead to identify the role of the etiology in these types of treatments. AIMS: Considering the background and hypotheses exposed above, the specific aims of this doctoral thesis were the following:

The main aims of the current doctoral were:

1. Establish an immunogenomic classification of HCC, by integrating features of tumor microenvironment and tumor molecular traits, capable of identifying different mechanisms governing immune response and mechanisms of immune exclusion and desertification.

2. To specifically assess the effects of immunotherapies and the mechanisms of response to anti-PD1 treatments in the emerging HCC risk factor, NASH.

[spa] INTRODUCCIÓN: El cáncer de hígado es una enfermedad devastadora y representa el sexto cáncer más común en todo el mundo y la tercera causa principal de muerte relacionada con el cáncer a nivel mundial. El carcinoma hepatocelular (CHC) representa el 90% de todos los casos de cáncer primario de hígado. Se estima que alrededor del 50-60 % de los pacientes con CHC estarán expuestos a tratamientos sistémicos a lo largo de su vida, especialmente en estadios avanzados de la enfermedad. La comprensión completa de la diversidad del CHC para desarrollar terapias dirigidas requerirá desentrañar los eventos moleculares que subyacen al proceso. En este sentido, el perfil molecular del CHC, con análisis de genoma completo, metilación de ADN y análisis de perfiles de expresión de ARN mensajero, ha contribuido significativamente a la comprensión de la patogénesis molecular de esta enfermedad. En los últimos años, la clasificación inmunológica del CHC ha permitido identificar los tumores de la clase inmune, un subtipo de tumores con una prevalencia del 25% caracterizado por una alta infiltración inmunológica y características moleculares que se asemejan a los pacientes con melanoma que responden a las terapias inmunes. Sin embargo, los rasgos inmunológicos del 75% restante de los pacientes que no pertenecían a esta clase inmune, estaban mal caracterizados. Por otro lado, hasta el momento, ningún estudio había demostrado que la etiología fuera relevante a la hora de decidir la mejor opción de tratamiento para el paciente con CHC. Sin embargo, la enfermedad del hígado graso no alcohólico (EHGNA), tiene una prevalencia poblacional de ~25% globalmente[5]. Su manifestación más severa, la esteatohepatitis no alcohólica (EHNA), tiene una prevalencia variable entre el 5-20% globalmente y constituye un serio problema de salud pública[6,7]. Su incidencia está aumentando juntamente con el aumento de la obesidad/diabetes/síndrome metabólico. El riesgo inherente de progresión a cirrosis y CHC ha sido extensamente demostrado. El CHC que se desarrolla como consecuencia de la EHNA tiene características moleculares e inmunitarias únicas en comparación con otras etiologías. Además, las comorbilidades asociadas con EHNA pueden impedir la implementación de terapias potencialmente curativas en una mayor proporción de pacientes en comparación con CHC relacionado con otras etiologías. Actualmente, el manejo de los pacientes con CHC y la asignación de estos a las distintas opciones terapéuticas, se basa en la clasificación BCLC (Barcelona Clinic Liver Cancer), propuesta en 1998, que se revisa y actualiza regularmente, e incluye variables pronósticas relacionadas con el estado del tumor, la función hepática y el estado funcional de la salud, junto con variables dependientes del tratamiento obtenidas de estudios de cohortes y ensayos aleatorizados. Los únicos tratamientos que han demostrado ser efectivos en pacientes en estadios avanzados son las terapias moleculares tipo TKI (inhibidores de la tirosina-quinasa, sorafenib y análogos) o basadas en inmunoterapia (inhibidores de punto de control inmunitario tipo anti-PD1 y análogos). En la actualidad, la combinación de atezolizumab/bevacizumab se ha convertido en el nuevo estándar de atención en primera línea, ya que fue el primer régimen que mejoró la supervivencia global en comparación con sorafenib. Esta terapia combinada mostró la tasa más alta de respuesta objetiva (~30%) en comparación con todas las demás terapias disponibles para el CHC. Aún así, ~70% de pacientes presentan estabilidad o progresión a las terapias actualmente disponibles. Existe, por tanto, una necesidad crítica de identificar los mecanismos que predisponen a los pacientes a presentar resistencia a las inmunoterapias, incluyendo la etiología del CHC, las estrategias terapéuticas, incluyendo estratificación de pacientes, para superar dicha resistencia y encontrar biomarcadores que puedan predecir la respuesta/resistencia a las inmunoterapias. HIPÓTESIS: Las hipótesis de esta tesis son las siguientes: - La comprensión de las características inmuno-moleculares y genómicas de los CHCs contribuirá a desarrollar nuevos y mejores estrategias terapéuticas y potencialmente conducirá descubrimiento de biomarcadores efectivos de respuesta a las terapias inmunológicas. - El estudio de los mecanismos de respuesta a inmunoterapias específicamente en tumores de etiología EHNA permitirá diseñar estrategias específicas de tratamiento en estos pacientes. OBJETIVOS: Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente, los objetivos específicos de esta tesis doctoral son los siguientes: - Establecer una clasificación inmunogenómica de CHC, mediante la integración de características del microambiente tumoral y rasgos moleculares del tumor, capaz de identificar diferentes mecanismos que gobiernan la respuesta inmune y mecanismos de exclusión inmune y desertificación. - Evaluar específicamente los efectos de las inmunoterapias en el factor de riesgo emergente de CHC, EHNA, que podría ser determinante para la toma de decisiones clínicas en esta patología.