Development of innovative therapies for oral cancer metastasis targeting the formation of pre-metastasis niches by exosomes

• Project/Area Number: 21K10048
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57060:Surgical dentistry-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 吉田 遼司 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 准教授 (10632458)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 口腔がん / エクソソーム / 腫瘍微小環境 / 前転移ニッチ / プロテオミクス / マイクロRNA

Outline of Research at the Start

口腔扁平上皮癌 (Oral squamous cell carcinoma: OSCC) は口腔癌の80%を占める疾患であり、“転移”は重要な因子の一つである。転移の成立には腫瘍細胞が有する浸潤・転移能のみならず、転移臓器における微小環境調整によって“前転移ニッチ”を形成する能力も重要であることが明らかとなっている。近年、“エクソソーム”が転移臓器の“前転移ニッチ”の形成を制御し、転移の成立に深く関わることが明らかとなってきた。本研究ではエクソソームによる“前転移ニッチ形成”を中心とした転移制御メカニズムを解明し、口腔扁平上皮癌の“転移”制御を目指した、革新的診断法・治療法の確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

2021年度にOSC-19（高転移性口腔癌細胞株）/SAT（低転移性口腔癌細胞株）、転移陽性口腔癌患者由来PDX細胞株/転移陰性OSCC患者由来PDX細胞株の各ペア、更に、当科で保存している非転移例、転移症例の血清サンプルから、転移に特徴的なmiRNA45個のmiRNAの抽出に成功した。その成果を基に2022年度にはヒトサンプルを用いた予備研究で特定の血中miRNAが早期舌癌患者の転移予測の精度向上に寄与できる可能性を見出した。
2023年度は早期の社会実装を目指して臨床的に転移陰性と診断された舌癌患者の保存血清からエクソソームを抽出しmiRNAを測定した。測定結果と対象集団の病理組織学的因子や後発転移との関連について解析し、既存の病理学的因子と血中miRNA発現を組み合わせることで高精度に転移を予測するスコアシステムの構築に成功した。その成果は現在国際学術雑誌に投稿中であり、revision中である。また、その過程で免疫療法を受けた口腔癌患者の予後にPD-L1陽性エクソソームの発現が大きく影響することを見出し、論文報告した。
また、並行して高転移性口腔癌が分泌するエクソソームのプロテオーム解析を実施した。高転移性口腔癌由来エクソソームに特徴的なタンパク質（X）の発現プロファイルが明らかになり、タンパク質Xの発現解析を行った。具体的には、口腔癌患者の血中エクソソームにおけるタンパク質Xの発現をWestern blot法やELISA法で確認し、臨床病理学的特徴や予後との関連性について解析を行った。また、高転移性、低転移性それぞれの口腔癌細胞由来のエクソソームを蛍光標識した後にマウスの舌や腹腔内に投与し、IVIS Imaging Systemを用いて臓器指向性を確認する実験を開始した。投与経路によってエクソソームの分布が異なることを見出しており、前転移ニッチ形成の解明に向けた知見が得られた。
以上のように、高転移性口腔癌の早期診断・病態解明に重要な様々な知見を得ることが出来た。

Research Products

• [Journal Article] Programmed death-ligand 1-expressing extracellular vesicles are a prognostic factor in patients with oral squamous cell carcinoma treated with immune checkpoint inhibitors (2023)
  • Author(s): Seki Yuki、Yamana Keisuke、Yoshida Ryoji、Inoue Junki、Shinohara Kosuke、Oyama Toru、Kubo Ryuta、Nagata Masashi、Kawahara Kenta、Hirayama Masatoshi、Takahashi Nozomu、Nakamoto Masafumi、Hirosue Akiyuki、Kariya Ryusho、Okada Seiji、Nakayama Hideki
  • Journal Title: Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Medicine, and Pathology Volume: in press Issue: 4 Pages: 518-525
  • DOI: 10.1016/j.ajoms.2023.12.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] FOXM1-Mediated Regulation of Reactive Oxygen Species and Radioresistance in Oral Squamous Cell Carcinoma Cells (2023)
  • Author(s): Takeshita Hisashi、Yoshida Ryoji、Inoue Junki、Ishikawa Kohei、Shinohara K、Hirayama M、Oyama T、Kubo R、Yamana K、Nagao Y、Gohara S、Sakata J、Nakashima H、Matsuoka Y、Nakamoto M、Hirayama M、Kawahara K、Takahashi N、Hirosue A、Kuwahara Y、Fukumoto M、Toya R、Murakami R、Nakayama H
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 103 Issue: 5 Pages: 100060-100060
  • DOI: 10.1016/j.labinv.2022.100060
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The antioxidative stress regulator Nrf2 potentiates radioresistance of oral squamous cell carcinoma accompanied with metabolic modulation (2022)
  • Author(s): Matsuoka Yuichiro、Yoshida Ryoji、Kawahara Kenta、Sakata Junki、Arita Hidetaka、Nkashima Hikaru、Takahashi Nozomu、Hirayama Masatoshi、Nagata Masashi、Hirosue Akiyuki、Kuwahara Yoshikazu、Fukumoto Manabu、Toya Ryo、Murakami Ryuji、Nakayama Hideki
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 102 Issue: 8 Pages: 896-907
  • DOI: 10.1038/s41374-022-00776-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An oncolytic virus as a promising candidate for the treatment of radioresistant oral squamous cell carcinoma. (2022)
  • Author(s): Gohara S, Shinohara K, Yoshida R, Kariya R, Tazawa H, Hashimoto M, Inoue J, Kubo R, Nakashima H, Arita H, Kawaguchi S, Yamana K, Nagao Y, Iwamoto A, Sakata J, Matsuoka Y, Takeshita H, Hirayama M, Kawahara K, Nagata M, Hirosue A, Kuwahara Y, Fukumoto M, Okada S, Urata Y, Fujiwara T, and Nakayama H.
  • Journal Title: Molecular Therapy Oncolytics Volume: 27 Pages: 141-156
  • DOI: 10.1016/j.omto.2022.10.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extracellular vesicles derived from radioresistant oral squamous cell carcinoma cells contribute to the acquisition of radioresistance via the miR‐503‐3p‐BAK axis (2021)
  • Author(s): K Yamana,J Inoue,R Yoshida,J Sakata,H Nakashima,H Arita,S Kawaguchi,S Gohara,Y Nagao,H Takeshita,M Maeshiro,R Liu,Y Matsuoka,M Hirayama,K Kawahara,M Nagata,A Hirosue,R Toya,R Murakami,Y Kuwahara,M Fukumoto,H Nakayama
  • Journal Title: Journal of Extracellular Vesicles Volume: 10 Issue: 14
  • DOI: 10.1002/jev2.12169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Investigating the usefulness of the risk score for late metastasis in cT1-2N0 tongue cancer (2023)
  • Author(s): 井上淳貴、吉田遼司、竹下尚志、大山徹、石川紘平、関祐紀、篠原光佑、諸富静香、川原健太、平山真敏、高橋望、中山秀樹
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Development of a prediction system for delayed neck metastases of tongue cancer (2023)
  • Author(s): Junki Inoue, Ryoji Yoshida, Junki Sakata, Kenta Kawahara, Masatoshi Hirayama, Nozomu Takahashi, Hideki Nakayama
  • Organizer: 第47回頭頸部癌学会総会