Soutenance de thèse de PHILIPPE ROCHIGNEUX

Contexte : Les inhibiteurs de point de contrôle immunitaire (ICI) ont révolutionné le traitement du cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC). Cependant, en dehors du niveau d'expression tumoral de PD-L1, les biomarqueurs validés pour l'efficacité de l'ICI font toujours défaut. Cela nous a conduit à : 1) explorer le système immunitaire des patients atteints de CPNPC traités par pembrolizumab dans KEYNOTE-001 en utilisant la cytométrie de masse (CyTOF); 2) évaluer la valeur prédictive de checkpoints solubles (sIC) dans 2 cohortes indépendantes de patients atteints de CPNPC avancé traités par ICI (Université de Rennes, Marseille IPC). Méthodes : 1) Du CyTOF a été réalisé sur des cellules mononucléées du sang périphérique en pré-traitement. Nous avons utilisé un panel de 31 anticorps définissant des populations de cellules myéloïdes, cellules lymphoïdes, des molécules de co-stimulation, de co-inhibition et de cytotoxicité. Deux stratégies parallèles ont été utilisées pour détecter les populations immunitaires différant entre les survivants à long terme (> médiane) et les survivants à court terme (< médiane): i) algorithme d'apprentissage automatique (Citrus); ii) gating manuel combiné avec l'analyse de groupe, les random forest et la régression logistique. 2) Des dosages immuno-enzymatiques (ELISA) ont été réalisés dans le plasma en pré-traitement pour les formes solubles de PD-1, PD-L1, BTN3 global, BTLA, BTN3-A1 et BTN2A1. Les concentrations de sIC ont été liées aux données cliniques à l'aide des courbes de Kaplan-Meier, test du log-rank et modèles de Cox. Résultats : 1) Parmi les 38 patients analysés en CyTOF, 27 patients avaient suffisamment de cellules viables pour l'analyse. Les fréquences baseline des monocytes classiques, des cellules NK, des cellules ICOS+ CD4+ T étaient significativement augmentées chez les patients répondeurs et avec une survie au-dessus de la médiane. Un score périphérique immunitaire de base (BIPS) combinant monocytes classiques, cellules NK et CD4 ICOS+ (1 point par population cellulaire au-dessus du seuil) était associé à une amélioration de l'ORR (BIPS 2-3: PR = 7/7), de la PFS (BIPS médian 2-3: 148/128 jours; BIPS médian 0-1: 41/35 jours) et de l’OS (BIPS médian 2-3: 538/425 jours; BIPS médian 0-1: 47/73 jours). Dans le modèle de Cox, le score périphérique immunitaire de baseline était associé à une amélioration de l’OS en analyse multivariée (HR=0,32, IC à 95%=0,15-0,69, p=0,003). 2) Chez les patients traités par ICI, dans la cohorte pilote (n=15) et de confirmation (n=42), une concentration plasmatique élevée de BTN2A1 soluble était significativement associée à une amélioration de l’OS (cohorte de confirmation avec un seuil de BTN2A1 de 3,55 ng / ml: HR=0,30, IC à 95%=0,12-0,74, p=0,0057, OS médiane dans BTN2A1low =7,6 mois et OS médiane dans BTN2A1hi =19,5 mois), contrairement au bras chimiothérapie (n=33), où sBTN2A1 soluble n’était pas associée à l’OS. Conclusion : 1) En baseline, les monocytes classiques, les cellules NK et les CD4+ ICOS+ sont prédicteurs de l'efficacité du pembrolizumab. L’immunomonitoring de ces populations est réalisable en routine clinique avec un seul panel de cytométrie. 2) La concentration de BTN2A1 soluble est un biomarqueur prédictif de l'efficacité des ICI chez les patients atteints de CPNPC avancé. Une cohorte de validation prospective est en cours.

Background: Immune Checkpoint Inhibitors (ICI) revolutionized the treatment of non-small cell lung cancer (NSCLC). However, outside of tumoral PD-L1 expression level, validated biomarkers for ICI efficacy remain lacking. This led us : 1) to explore the immune landscape of NSCLC patients treated with pembrolizumab on the KEYNOTE-001 study using high-dimensional mass cytometry (CyTOF); 2) to evaluate the predictive value of soluble immune checkpoints (sIC) in 2 independent cohorts of advanced NSCLC patients treated with ICI (Rennes University, Marseille IPC). Methods: 1) CyTOF was performed on baseline peripheral blood mononuclear cells. We used a panel of 31 antibodies defining populations of myeloid cells, lymphoid cells, selected co-stimulatory, co-inhibitory molecules and cytotoxicity molecules. Two parallel strategies were used to detect immune populations differing between long-term survivors (over the median) and short-term survivors (under the median): i) machine-learning algorithm (Citrus); ii) manual gating combined with between group analysis, random forest, and logistic regression. 2) Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) were performed in baseline plasma samples for soluble forms of PD-1, PD-L1, global BTN3, BTLA, BTN3-A1 and BTN2A1. Concentrations of sIC were linked to clinical data using Kaplan-Meier, log-rank and Cox proportional-hazards models. Results: 1) Among the 38 patients analyzed via CyTOF, 27 patients had enough viable cells for analysis. The baseline frequencies of classical monocytes, NK cells, ICOS+ CD4+ T cells were significantly increased in patients with favorable outcomes (objective response and survival over the median). A baseline immune peripheral score (BIPS) combining classical monocytes, NK cells, ICOS+ CD4+ T cells (1 point per cell population over the cut-off) was associated with improved ORR (BIPS 2-3: PR=7/7), PFS (median BIPS 2-3: 148/128 days; median BIPS 0-1:41/35 days) and OS (median BIPS 2-3: 538/425 days; median BIPS 0-1: 47/73 days). In Cox's proportional hazards model, the baseline immune peripheral score was associated with improved OS in multivariate analysis (HR=0.32, 95%CI=0.15–0.69, p=0.003). 2) In patients treated with ICI, in the pilot (n=15) and confirmation cohort (n=42), a high plasmatic concentration of soluble BTN2A1 was significantly associated with an improved overall survival (confirmation cohort with a BTN2A1 cut-point of 3.55 ng/ml: HR=0.30, 95%CI=0.12-0.74, p=0.0057, median OS in BTN2A1low=7.6 months and median OS in BTN2A1hi=19.5 months). On the contrary, in patients treated with chemotherapy (n=33), soluble BTN2A1 concentration was not associated with OS. Conclusion: 1) Baseline frequency of classical monocytes, NK cells and ICOS+ CD4+ T cells are predictors of pembrolizumab efficacy. Immune monitoring of these populations is feasible in routine clinic using a single cost-effective cytometry panel. 2) Soluble BTN2A1 concentration is a predictive biomarker of ICI efficacy in advanced NSCLC patients. A larger prospective validation cohort is currently ongoing.