シングルセル解析を用いた頭頸部癌新規バイオマーカーとオーダーメイド医療の開発

• Project/Area Number: 20K18243
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56050:Otorhinolaryngology-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 高橋 秀行 群馬大学, 大学院医学系研究科, 講師 (70770460)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: シングルセル / 免疫チェックポイント阻害薬 / T細胞 / PD-1 / TIM-3 / 腫瘍微小環境 / バイオマーカー / オーダーメイド医療 / がん微小環境 / シングルセル解析 / 頭頸部癌

Outline of Research at the Start

本研究では、頭頸部癌患者の癌微小環境および全身で生じている免疫系の変化を、シングルセル解析技術を用いて個々の細胞ごとに、かつ網羅的に解析することで、従来の手法では発見出来なかった細胞集団や新たな免疫系マーカーを同定することである。さらに、施行が容易な従来型の手法を用いて、結果の再現性や臨床的に意義について、より多くの症例で検証してゆく。本研究によって得られる知見は、より効果的な免疫チェックポイント阻害薬を選択するための新しい診断システムの確立や、新たな治療標的分子の同定に繋がると考えられる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、近年登場したシングルセル解析技術を用いて、頭頸部癌患者の癌微小環境および全身で生じている免疫系の変化を個々の細胞ごとに、かつ網羅的に解析し、従来の手法では発見出来なかった新たな細胞集団や新たな免疫系マーカーの同定を目指した。方法としてmass cytometryやflow cytometryを用い、患者末梢血中のリンパ球をプロファイリングし、そのサブセットや免疫チェックポイント関連分子の発現について網羅的に解析した。
免疫チェックポイント阻害薬である抗PD-1抗体薬の投与前後における末梢血中リンパ球の変化に関する解析では、治療奏効群と無効群との間に、治療開始前の末梢血リンパ球プロファイルの差異を認めなかったが、治療前後の比較では、奏効群ではエフェクターT細胞の割合が治療後に増加していた一方で、無効群では治療前後で有意な変化を認めなかった。T細胞におけるPD-1の発現は、奏効群・無効群ともに治療前後で著明に減少していた。一方で、CD8＋T細胞におけるTIM-3の発現は、奏効群では変化がなかったが、無効群では増加していた。
Tissue-resident memory T cell（TRM）に関する解析では、The Cancer Genome Atlasデータベースを用い、腫瘍組織におけるTRM様遺伝子発現を元に520例の頭頸部癌患者を層別化し、TRMに富む患者は全生存率が高く、免疫刺激性のpathwayが亢進していることを明らかにした。さらに60例の患者末梢血を上述のシングルセル解析技術を用いて解析し、末梢血中におけるTRM様細胞の存在を同定した。
こうした結果は、頭頸部癌患者、特に免疫チェックポイント阻害薬で治療を行う患者における新規バイオマーカーの開発に繋がるものと期待される。

Research Products

• [Journal Article] Dynamic alterations of circulating T lymphocytes and the clinical response in patients with head and neck squamous cell carcinoma treated with nivolumab (2021)
  • Author(s): Tada Hiroe、Takahashi Hideyuki、Yamada Kanae、Masuda Kei、Nagata Yurino、Uchida Miho、Shino Masato、Ida Shota、Mito Ikko、Matsuyama Toshiyuki、Oyama Tetsunari、Tatematsu Ken-Ichiro、Sezutsu Hideki、Takeda Shigeki、Chikamatsu Kazuaki
  • Journal Title: Cancer Immunology, Immunotherapy Volume: - Issue: 4 Pages: 851-863
  • DOI: 10.1007/s00262-021-03042-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tissue-resident memory T cells correlate with the inflammatory tumor microenvironment and improved prognosis in head and neck squamous cell carcinoma (2021)
  • Author(s): Ida Shota、Takahashi Hideyuki、Kawabata-Iwakawa Reika、Mito Ikko、Tada Hiroe、Chikamatsu Kazuaki
  • Journal Title: Oral Oncology Volume: 122 Pages: 105508-105508
  • DOI: 10.1016/j.oraloncology.2021.105508
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] AKT3 is a key regulator of head and neck squamous cell carcinoma. Takahashi H, Rokudai S, Kawabata-Iwakawa R, Sakakura K, Oyama T, Nishiyama M, Chikamatsu K. (2021)
  • Author(s): Takahashi H, Rokudai S, Kawabata-Iwakawa R, Sakakura K, Oyama T, Nishiyama M, Chikamatsu K.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: - Issue: 6 Pages: 2325-2334
  • DOI: 10.1111/cas.14911
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] AKT3 is a novel regulator of cancer-associated fibroblasts in head and neck squamous cell carcinoma (2021)
  • Author(s): Takahashi H, Rokudai S, Kawabata-Iwakawa R, Sakakura K, Oyama T, Nishiyama M, Chikamatsu K.
  • Journal Title: Cancers Volume: 13(6) Issue: 6 Pages: 1233-1233
  • DOI: 10.3390/cancers13061233
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] TCGAデータベースを用いた頭頸部癌における解糖系遺伝子発現の網羅的解析 (2021)
  • Author(s): 高橋秀行、井田翔太、御任一光、多田紘恵、松山敏之、近松一朗
  • Organizer: 日本耳鼻咽喉科学会
• [Presentation] シングルセル解析を用いた免疫細胞の網羅的プロファイリングと次世代免疫療法の開発 (2021)
  • Author(s): 高橋秀行
  • Organizer: 日本頭頸部癌学会
  • Invited
• [Remarks] 群馬大学大学院医学系研究科耳鼻咽喉科頭頸部外科学ー業績
  • URL: https://jibika.med.gunma-u.ac.jp/?page_id=1924