Napabucasin transforms liver microenvironment and boosts immunotherapy efficacy by converting potential metastases into “hot” tumors

Abstract

Liver metastases often respond poorly to immunotherapy because of a “cold” tumor microenvironment characterized by limited lymphocyte infiltration. Napabucasin, a small-molecule naphthoquinone, has been suggested to modulate the tumor microenvironment. This preclinical study investigates whether Napabucasin enhances immunotherapy efficacy and prevents liver metastasis. Pretreatment with Napabucasin before tumor inoculation significantly reduces liver metastases in mice and increases immune cell infiltration within metastatic lesions. Mechanistically, Napabucasin induces secretion of the chemokine C–C motif ligand 21 (CCL21) from hepatocytes through activation of the transcription factor c-Fos, leading to the recruitment of lymphocytes into the liver. This immunomodulatory effect is cancer cell–independent and liver-specific, with no effect on splenic, lung, or subcutaneous tumors and no CCL21 upregulation in other organs. The recruited T lymphocytes co-express immune activators and immune checkpoint molecules, indicating a phenotype suitable for reactivation by immune checkpoint inhibitors. Clinical transcriptomic data further show that a Napabucasin-associated gene signature correlates with improved immunotherapy responses. Consistently, Napabucasin pretreatment sensitizes liver metastases to anti–PD-1/programmed death-ligand 1 (PD-L1) therapy in mice. Overall, these findings demonstrate that early administration of Napabucasin reprograms the hepatic microenvironment, converts potential liver metastases into immunologically “hot” tumors, and enhances the efficacy of immune checkpoint blockade.

Keywords

colorectal cancer / immunotherapy / liver metastasis / microenvironment / napabucasin

References

[1] K. E. de Visser, J. A. Joyce, Cancer Cell 2023, 41, 374.

[2] P. Kubes, C. Jenne, Annu. Rev. Immunol. 2018, 36, 247.

[3] J. Yu, M. D. Green, S. Li, Y. Sun, S. N. Journey, J. E. Choi, S. M. Rizvi, A. Qin, J. J. Waninger, X. Lang, Z. Chopra, I. El Naqa, J. Zhou, Y. Bian, L. Jiang, A. Tezel, J. Skvarce, R. K. Achar, M. Sitto, B. S. Rosen, F. Su, S. P. Narayanan, X. Cao, S. Wei, W. Szeliga, L. Vatan, C. Mayo, M. A. Morgan, C. A. Schonewolf, K. Cuneo, I. Kryczek, V. T. Ma, C. D. Lao, T. S. Lawrence, N. Ramnath, F. Wen, A. M. Chinnaiyan, M. Cieslik, A. Alva, W. Zou, Nat. Med. 2021, 27, 152.

[4] M. A. Bilen, J. M. Shabto, D. J. Martini, Y. Liu, C. Lewis, H. Collins, M. Akce, H. Kissick, B. C. Carthon, W. L. Shaib, O. B. Alese, C. E. Steuer, C. Wu, D. H. Lawson, R. Kudchadkar, V. A. Master, B. El-Rayes, S. S. Ramalingam, T. K. Owonikoko, R. D. Harvey, BMC Cancer 2019, 19, 857.

[5] P. C. Tumeh, M. D. Hellmann, O. Hamid, K. K. Tsai, K. L. Loo, M. A. Gubens, M. Rosenblum, C. L. Harview, J. M. Taube, N. Handley, N. Khurana, A. Nosrati, M. F. Krummel, A. Tucker, E. V. Sosa, P. J. Sanchez, N. Banayan, J. C. Osorio, D. L. Nguyen-Kim, J. Chang, I. P. Shintaku, P. D. Boasberg, E. J. Taylor, P. N. Munster, A. P. Algazi, B. Chmielowski, R. Dummer, T. R. Grogan, D. Elashoff, J. Hwang, S. M. Goldinger, E. B. Garon, R. H. Pierce, A. Daud, Cancer Immunol. Res. 2017, 5, 417.

[6] S. R. Horn, K. C. Stoltzfus, E. J. Lehrer, L. A. Dawson, L. Tchelebi, N. J. Gusani, N. K. Sharma, H. Chen, D. M. Trifiletti, N. G. Zaorsky, Cancer Epidemiol. 2020, 67, 101760.

[7] Y. Li, H. A. Rogoff, S. Keates, Y. Gao, S. Murikipudi, K. Mikule, D. Leggett, W. Li, A. B. Pardee, C. J. Li, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, 112, 1839.

[8] T. Gao, S. Yuan, S. Liang, X. Huang, J. Liu, P. Gu, S. Fu, N. Zhang, Y. Liu, Adv. Sci. 2024, 11, 2305832.

[9] D. J. Jonker, L. Nott, T. Yoshino, S. Gill, J. Shapiro, A. Ohtsu, J. Zalcberg, M. M. Vickers, A. C. Wei, Y. Gao, N. C. Tebbutt, B. Markman, T. Price, T. Esaki, S. Koski, M. Hitron, W. Li, Y. Li, N. M. Magoski, C. J. Li, J. Simes, D. Tu, C. J. O'Callaghan, Lancet Gastroenterol. Hepatol. 2018, 3, 263.

[10] T. Bekaii-Saab, T. Okusaka, D. Goldstein, D. Y. Oh, M. Ueno, T. Ioka, W. Fang, E. C. Anderson, M. S. Noel, M. Reni, H. J. Choi, J. Goldberg, S. C. Oh, C. P. Li, J. Tabernero, J. Li, E. Foos, C. Oh, E. Van Cutsem, Ann. Oncol. 2021, 32, S1084.

[11] M. A. Shah, T. Yoshino, N. C. Tebbutt, A. Grothey, J. Tabernero, R. H. Xu, A. Cervantes, S. C. Oh, K. Yamaguchi, M. Fakih, A. Falcone, C. Wu, V. K. Chiu, J. Tomasek, J. Bendell, M. Fontaine, M. Hitron, B. Xu, J. Taieb, E. Van Cutsem, Clin. Colorectal Cancer 2023, 22, 100.

[12] M. A. Shah, K. Shitara, F. Lordick, Y. J. Bang, N. C. Tebbutt, J. P. Metges, K. Muro, K. W. Lee, L. Shen, S. Tjulandin, J. L. Hays, N. Starling, R. H. Xu, K. Sturtz, M. Fontaine, C. Oh, E. M. Brooks, B. Xu, W. Li, C. J. Li, L. Borodyansky, E. Van Cutsem, Clin. Cancer Res. 2022, 28, OF1.

[13] A. Kawazoe, Y. Kuboki, E. Shinozaki, H. Hara, T. Nishina, Y. Komatsu, S. Yuki, M. Wakabayashi, S. Nomura, A. Sato, T. Kuwata, M. Kawazu, H. Mano, Y. Togashi, H. Nishikawa, T. Yoshino, Clin. Cancer Res. 2020, 26, 5887.

[14] X. Qiu, J. Zhou, H. Xu, Y. Li, S. Ma, H. Qiao, K. Zeng, Q. Wang, J. Ouyang, Y. Liu, J. Ding, Y. Liu, J. Zhang, M. Shi, Y. Liao, W. Liao, L. Lin, Mol. Ther. 2023, 31, 2662.

[15] J. W. Lee, M. L. Stone, P. M. Porrett, S. K. Thomas, C. A. Komar, J. H. Li, D. Delman, K. Graham, W. L. Gladney, X. Hua, T. A. Black, A. L. Chien, K. S. Majmundar, J. C. Thompson, S. S. Yee, M. H. O'Hara, C. Aggarwal, D. Xin, A. Shaked, M. Gao, D. Liu, M. J. Borad, R. K. Ramanathan, E. L. Carpenter, A. Ji, M. C. de Beer, F. C. de Beer, N. R. Webb, G. L. Beatty, Nature 2019, 567, 249.

[16] Z. Cai, J. Chen, Z. Yu, H. Li, Z. Liu, D. Deng, J. Liu, C. Chen, C. Zhang, Z. Ou, M. Chen, J. Hu, X. Zu, Adv. Sci. 2023, 10, 2207155.

[17] T. Nathanson, A. Ahuja, A. Rubinsteyn, B. A. Aksoy, M. D. Hellmann, D. Miao, E. Van Allen, T. Merghoub, J. D. Wolchok, A. Snyder, J. Hammerbacher, Cancer Immunol. Res. 2017, 5, 84.

[18] A. Kawazoe, Y. Kuboki, H. Bando, S. Fukuoka, T. Kojima, Y. Naito, S. Iino, Y. Yodo, T. Doi, K. Shitara, T. Yoshino, Cancer Chemother. Pharmacol. 2020, 85, 855.

[19] T. Larson, W. F. Ortuzar, T. S. Bekaii-Saab, C. Becerra, K. K. Ciombor, J. M. Hubbard, W. J. Edenfield, S. H. Shao, A. Grothey, L. Borodyansky, B. Xu, W. Li, Y. Z. Li, C. Li, W. Khan, J. Clin. Oncol. 2017, 35, 2.

[20] J. C. Bendell, J. M. Hubbard, B. H. O'Neil, D. J. Jonker, A. Starodub, J. D. Peyton, H. C. Pitot, T. R. Halfdanarson, B. R. Nadeau, J. D. Zubkus, B. Adesunloye, W. J. Edenfield, Y. Li, W. Li, A. Grothey, L. Borodyansky, C. Li, J. Clin. Oncol. 2017, 35, 3529.

[21] T. Bekaii-Saab, T. Okusaka, D. Goldstein, D. Y. Oh, M. Ueno, T. Ioka, W. Fang, E. C. Anderson, M. S. Noel, M. Reni, H. J. Choi, J. S. Goldberg, S. C. Oh, C. P. Li, J. Tabernero, J. Li, E. Foos, C. Oh, E. Van Cutsem, eClinicalMedicine 2023, 58, 101897.

[22] K. W. Christopherson, 2nd, A. F. Hood, J. B. Travers, H. Ramsey, R. A. Hromas, Blood 2003, 101, 801.

[23] J. C. Lo, R. K. Chin, Y. Lee, H. S. Kang, Y. Wang, J. V. Weinstock, T. Banks, C. F. Ware, G. Franzoso, Y. X. Fu, J. Clin. Investig. 2003, 112, 1495.

[24] B. L. Voth, P. E. Pelargos, N. E. Barnette, N. S. Bhatt, C. H. J. Chen, C. Lagman, L. K. Chung, T. Nguyen, J. P. Sheppard, P. Romiyo, S. Mareninov, V. A. Kickhoefer, W. H. Yong, L. H. Rome, I. Yang, J. Neuro Oncol. 2020, 147, 599.

[25] R. Salehi-Rad, R. J. Lim, Y. Du, L. M. Tran, R. Li, S. L. Ong, Z. Ling Huang, C. Dumitras, T. Zhang, S. J. Park, W. Crosson, B. Kahangi, J. Abascal, C. Seet, M. Oh, M. Shabihkhani, M. Paul, K. Krysan, A. E. Lisberg, E. B. Garon, B. Liu, S. M. Dubinett, J. Immunother. Cancer 2023, 11, e006896.

[26] K. Li, T. Li, Z. Feng, M. Huang, L. Wei, Z. Yan, M. Long, Q. Hu, J. Wang, S. Liu, D. C. Sgroi, S. Demehri, Sci. Adv. 2021, 7, eabd8936.

[27] J. M. Lee, M. H. Lee, E. Garon, J. W. Goldman, R. Salehi-Rad, F. E. Baratelli, D. Schaue, G. Wang, F. Rosen, J. Yanagawa, T. C. Walser, Y. Lin, S. J. Park, S. Adams, F. M. Marincola, P. C. Tumeh, F. Abtin, R. Suh, K. L. Reckamp, G. Lee, W. D. Wallace, S. Lee, G. Zeng, D. A. Elashoff, S. Sharma, S. M. Dubinett, Clin. Cancer Res. 2017, 23, 4556.

[28] R. Bitsch, A. Kurzay, F. Ozbay Kurt, C. De La Torre, S. Lasser, A. Lepper, A. Siebenmorgen, V. Muller, P. Altevogt, J. Utikal, V. Umansky, J. Immunother. Cancer 2022, 10, e004384.

[29] L. Wang, S. Bi, Z. Li, A. Liao, Y. Li, L. Yang, X. Zhou, Y. Gao, X. Liu, Y. Zou, X. Zhang, J. Shi, S. Yu, Z. Yu, J. Guo, Biomaterials 2025, 313, 122766.

[30] K. Ganesh, Z. K. Stadler, A. Cercek, R. B. Mendelsohn, J. Shia, N. H. Segal, L. A. Diaz, Jr., Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2019, 16, 361.

[31] S. Fukuoka, H. Hara, N. Takahashi, T. Kojima, A. Kawazoe, M. Asayama, T. Yoshii, D. Kotani, H. Tamura, Y. Mikamoto, N. Hirano, M. Wakabayashi, S. Nomura, A. Sato, T. Kuwata, Y. Togashi, H. Nishikawa, K. Shitara, J. Clin. Oncol. 2020, 38, 2053.

[32] C. Wang, J. Sandhu, C. Ouyang, J. Ye, P. P. Lee, M. Fakih, JAMA Netw. Open 2021, 4, e2118416.

[33] G. Lalazar, D. Requena, L. Ramos-Espiritu, D. Ng, P. D. Bhola, Y. P. de Jong, R. Wang, N. J. C. Narayan, B. Shebl, S. Levin, E. Michailidis, M. Kabbani, K. O. A. Vercauteren, A. M. Hurley, B. A. Farber, W. J. Hammond, J. A. Saltsman, 3rd, E. M. Weinberg, J. F. Glickman, B. A. Lyons, J. Ellison, E. Schadde, M. Hertl, J. L. Leiting, M. J. Truty, R. L. Smoot, F. Tierney, T. Kato, H. G. Wendel, M. P. LaQuaglia, C. M. Rice, A. Letai, P. Coffino, M. S. Torbenson, M. V. Ortiz, S. M. Simon, Cancer Discov. 2021, 11, 2544.

[34] F. E. M. Froeling, M. M. Swamynathan, A. Deschenes, I. I. C. Chio, E. Brosnan, M. A. Yao, P. Alagesan, M. Lucito, J. Li, A. Y. Chang, L. C. Trotman, P. Belleau, Y. Park, H. A. Rogoff, J. D. Watson, D. A. Tuveson, Clin. Cancer Res. 2019, 25, 7162.

[35] L. Xie, F. Shi, Y. Li, W. Li, X. Yu, L. Zhao, M. Zhou, J. Hu, X. Luo, M. Tang, J. Fan, J. Zhou, Q. Gao, W. Wu, X. Zhang, W. Liao, A. M. Bode, Y. Cao, Signal Transduct. Target. Ther. 2020, 5, 56.

[36] M. I. Love, W. Huber, S. Anders, Genome Biol. 2014, 15, 550.

[37] S. Xu, E. Hu, Y. Cai, Z. Xie, X. Luo, L. Zhan, W. Tang, Q. Wang, B. Liu, R. Wang, W. Xie, T. Wu, L. Xie, G. Yu, Nat. Protoc. 2024, 19, 3292.

[38] K. Yoshihara, M. Shahmoradgoli, E. Martinez, R. Vegesna, H. Kim, W. Torres-Garcia, V. Trevino, H. Shen, P. W. Laird, D. A. Levine, S. L. Carter, G. Getz, K. Stemke-Hale, G. B. Mills, R. G. Verhaak, Nat. Commun. 2013, 4, 2612.

[39] G. T. Consortium, J. Thomas, M. Salvatore, R. Phillips, E. Lo, S. Shad, R. Hasz, G. Walters, F. Garcia, N. Young, B. Foster, M. Moser, E. Karasik, B. Gillard, K. Ramsey, S. Sullivan, J. Bridge, H. Magazine, J. Syron, J. Fleming, L. Siminoff, H. Traino, M. Mosavel, L. Barker, S. Jewell, D. Rohrer, D. Maxim, D. Filkins, P. Harbach, E. Cortadillo, B. Berghuis, L. Turner, E. Hudson, K. Feenstra, L. Sobin, J. Robb, P. Branton, G. Korzeniewski, C. Shive, D. Tabor, L. Qi, K. Groch, S. Nampally, S. Buia, A. Zimmerman, A. Smith, R. Burges, K. Robinson, K. Valentino, D. Bradbury, M. Cosentino, N. Diaz-Mayoral, M. Kennedy, T. Engel, P. Williams, K. Erickson, K. Ardlie, W. Winckler, G. Getz, D. DeLuca, D. MacArthur, M. Kellis, A. Thomson, T. Young, E. Gelfand, M. Donovan, Y. Meng, G. Grant, D. Mash, Y. Marcus, M. Basile, J. Liu, J. Zhu, Z. Tu, N. J. Cox, D. L. Nicolae, E. R. Gamazon, H. K. Im, A. Konkashbaev, J. Pritchard, M. Stevens, T. Flutre, X. Wen, E. T. Dermitzakis, T. Lappalainen, R. Guigo, J. Monlong, M. Sammeth, D. Koller, A. Battle, S. Mostafavi, M. McCarthy, M. Rivas, J. Maller, I. Rusyn, A. Nobel, F. Wright, A. Shabalin, M. Feolo, N. Sharopova, A. Sturcke, J. Paschal, J. M. Anderson, E. L. Wilder, L. K. Derr, E. D. Green, J. P. Struewing, G. Temple, S. Volpi, J. T. Boyer, E. J. Thomson, M. S. Guyer, C. Ng, A. Abdallah, D. Colantuoni, T. R. Insel, S. E. Koester, A. R. Little, P. K. Bender, T. Lehner, Y. Yao, C. C. Compton, J. B. Vaught, S. Sawyer, N. C. Lockhart, J. Demchok, H. F. Moore, Nat. Genet. 2013, 45, 580.

[40] D. S. Chen, I. Mellman, Immunity 2013, 39, 1.

[41] A. M. Newman, C. L. Liu, M. R. Green, A. J. Gentles, W. Feng, Y. Xu, C. D. Hoang, M. Diehn, A. A. Alizadeh, Nat. Methods 2015, 12, 453.

[42] B. Gyorffy, Innov. 2024, 5, 100625.

[43] S. A. Kovacs, J. T. Fekete, B. Gyorffy, Acta Pharmacol. Sin. 2023, 44, 1879.

[44] C. Gallois, M. Landi, J. Taieb, M. Sroussi, B. Saberzadeh-Ardestani, A. Cazelles, S. Lonardi, F. Bergamo, R. Intini, G. Maddalena, F. Pietrantonio, F. Corti, M. Ambrosini, A. Martinetti, M. M. Germani, C. Boccaccio, G. Vetere, S. Mouillet-Richard, A. de Reynies, F. A. Sinicrope, C. Cremolini, P. Laurent-Puig, Clin. Cancer Res. 2023, 29, 3771.

[45] B. C. Miller, D. R. Sen, R. Al Abosy, K. Bi, Y. V. Virkud, M. W. LaFleur, K. B. Yates, A. Lako, K. Felt, G. S. Naik, M. Manos, E. Gjini, J. R. Kuchroo, J. J. Ishizuka, J. L. Collier, G. K. Griffin, S. Maleri, D. E. Comstock, S. A. Weiss, F. D. Brown, A. Panda, M. D. Zimmer, R. T. Manguso, F. S. Hodi, S. J. Rodig, A. H. Sharpe, W. N. Haining, Nat. Immunol. 2019, 20, 326.

[46] E. J. Wherry, M. Kurachi, Nat. Rev. Immunol. 2015, 15, 486.

[47] P. Charoentong, F. Finotello, M. Angelova, C. Mayer, M. Efremova, D. Rieder, H. Hackl, Z. Trajanoski, Cell Rep. 2017, 18, 248.

RIGHTS & PERMISSIONS

2026 The Author(s). Interdisciplinary Medicine published by Wiley-VCH GmbH on behalf of Nanfang Hospital, Southern Medical University.