Background: Multiple myeloma (MM) is a hematological malignancy characterized by the infiltration of the bone marrow by malignant plasma B cells. Despite the approval of novel agents, MM remains an incurable disease and side effects of treatment seriously impair quality of life. Novel therapeutic approaches are needed comprising long-lasting response and low toxicities. Dendritic cells (DC)-based cancer vaccines are a promising immunotherapeutic strategy able to elicit long-lasting anti-cancer immunity and are well tolerable. DC are the most potent antigen-presenting cells (APC) that coordinate innate and adaptive immune responses and hence play a central role in immunotherapeutic approaches. However, cancer vaccines alone have failed to achieve expectations with respect to clinical outcomes. Bortezomib and carfilzomib are proteasome inhibitors that are approved as powerful anti-tumor agents in MM treatment. Recently, they were further shown to be immunogenic cell death (ICD) inducing drugs capable of inducing a type of immunostimulatory apoptosis. However, studies demonstrate that bortezomib significantly impairs DC phenotype and functions. Carfilzomib, a second-generation proteasome inhibitor with less off-target effects, could be a promising combinatory agent. The efficacy of the vaccine may further be augmented by immune checkpoint inhibition (ICI). Our goal is to investigate the effect of carfilzomib on DC combined with ICI to provide more evidence for the exploration of a combinatory approach in MM treatment. Methods: Effects of carfilzomib and bortezomib on human monocyte-derived DC (moDC) differentiation, phenotype including immune checkpoints, and function were comparatively analyzed by FACS, ELISA, and MLR in vitro. Additionally, the quantity of peripheral blood DC in newly diagnosed carfilzomib-treated MM patients was measured and data was compared to healthy donors. Results: Carfilzomib had only minor effects on DC differentiation, phenotype, and function. The expression of immune checkpoint programmed death ligands 1 (PD-L1) was significantly upregulated under carfilzomib exposure. Carfilzomib-exposure led to reduced T cell proliferation in MLR which could not only be leveled out, but enhanced by the addition of an anti-PD-1 antibody. Analyses of patient samples showed reduced numbers of peripheral blood and bone marrow DC at diagnosis compared to healthy donors. However, numbers recovered under treatment with carfilzomib-containing reg-imens. Conclusions: Carfilzomib represents an appropriate standard of care drug for combinatorial approaches with a DC-based cancer vaccine. The efficacy of the vaccine can possibly be augmented by the combination with approved ICI. Such combinatory ap-proaches have the potential to induce long-term immune responses and disease control without increasing toxicity.
Hintergrund: Das Multiple Myelom (MM) ist eine hämatologische Erkrankung, die durch die Infiltration des Knochenmarks durch maligne Plasma-B-Zellen gekennzeichnet ist. Trotz der Verfügbarkeit neuer Wirkstoffe ist weiterhin keine Heilung möglich. Die Lebensqualität der Patienten wird durch Nebenwirkungen deutlich beeinträchtigt und die Entwicklung von Resistenzen stellte eine weitere Herausforderung dar. Es besteht also ein großer Bedarf an innovativen Therapieansätzen. Auf dendritischen Zellen (DC) basierende Tumorvakzinen sind ein derartiger immuntherapeutischer Ansatz. Sie sind in der Lage, langanhaltende spezifische Immunantworten gegen Tumore zu induzieren und zeichnen sich durch gute Verträglichkeit aus. DC sind die wirksamsten Antigen-präsentierenden Zellen (APC) und spielen bei diesen Ansätzen eine zentrale Rolle. Mit Tumorvakzinen allein konnte bislang keine überzeugende klinische Wirksamkeit erreicht werden. Unser Ziel liegt in der Entwicklung einer Tumorvakzine, die in Kombination mit etablierten Therapien verabreicht wird. Eine mögliche Substanzgruppe sind Proteasominhibitoren (PI), die standardmäßig zur Therapie des MM eingesetzt werden. Kürzlich wurde nachgewiesen, dass PI in der Lage sind einen immunogenen Zelltod (ICD) auszulösen, eine Form des Zelltods, der zur Aktivierung des Immunsystems führt. Derartige Substanzen stellen daher optimale Kombinationspartner für immuntherapeutische Strategien dar. Auf der anderen Seite bergen sie aber das Risiko, über Off-Target Effekte Zellen des Immunsystems zu hemmen. Studien belegen beispielsweise, dass der PI Bortezomib den Phänotyp und die Funktionen der DC erheblich beeinträchtigt. Um zu evaluieren, ob sich der Zweitgenerations-PI Carfilzomib als möglicher Kombinationspartner eignet, wurde in dieser Arbeit dessen Einfluss auf humane DC analysiert. Ferner wurde analysiert, ob sich die durch DC induzierte Immunantwort durch die Hinzunahme sogenannter Checkpointinhibitoren steigern lässt. Methoden: Der Einfluss von Carfilzomib und Bortezomib auf die Differenzierung, den Phänotyp einschließlich der Expression von Checkpointmolekülen, und die Funktion von humanen aus Monozyten-abgeleiteten DC (moDC) wurde in vitro mittels FACS, ELISA und MLR vergleichend analysiert. Zusätzlich wurde die Quantität der DC im peripheren Blut bei neu diagnostizierten sowie mit Carfilzomib behandelten MM-Patienten gemessen und mit gesunden Spendern verglichen. Ergebnisse: Carfilzomib hatte im Gegensatz zu Bortezomib nur geringe Auswirkungen auf die Differenzierung, den Phänotyp und die Funktion humaner moDC. Die Expression des Checkpointmoleküls Programmed-Death-Liganden 1 (PD-L1) war aber unter Carfilzomib-Exposition signifikant hochreguliert. Eine Carfilzomib-Behandlung der DC führte zu einer verringerten T-Zell-Proliferation im MLR, die jedoch durch Zugabe von Anti-PD-1-Antikörpern nicht nur wiederhergestellt, sondern sogar gesteigert werden konnte. Bei neu diagnostizierten MM Patienten zeigte sich eine im Vergleich zu gesunden Spendern reduzierte Anzahl peripherer Blut- und Knochenmarks-DC. Unter der Behandlung mit Carfilzomib-haltigen Therapieregimen kam es aber zur Normalisierung der Frequenzen. Schlussfolgerungen: Carfilzomib stellt ein geeignetes Standardmedikament für kombinatorische Ansätze mit einem DC-basierten Krebsimpfstoff dar. Die Wirksamkeit kann möglicherweise durch den Einsatz zugelassener ICI erhöht werden.
