がん悪液質における全身性炎症機構の解明とエクソソームを標的とした新規治療開発

• Project/Area Number: 22K08747
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55010:General surgery and pediatric surgery-related
• Research Institution: Chiba Cancer Center (Research Institute)
• Principal Investigator: 加野 将之 千葉県がんセンター(研究所), 食道・胃腸外科, 主任医長 (20456023)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 泰典 千葉大学, 医学部附属病院, 助教 (80738831)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: がん悪液質 / エクソソーム / PDL1 / 免疫疲弊 / 白色脂肪細胞 / 全身性炎症

Outline of Research at the Start

本研究では蛍光標識エクソソーム分泌胃癌細胞を作成し使用する。
メトホルミン投与胃癌培養細胞の培養上清よりエクソソームを抽出し標的分子を同定する。これをがん由来エクソソームに導入し創薬エクソソームを作成、がん悪液質マウスモデルならびにPDXモデルにて治療効果を検証する。がん悪液質の病態は白色脂肪細胞の褐色脂肪細胞化であり、褐色脂肪細胞マーカーUncoupling protein 1 (UCP1) 免疫染色 にて評価する。これに加え脂肪・筋組織の形態変化、体重変化、体組成、生存期間、生存率にてがん悪液質を評価する。肉眼および病理組織標本（HE染色、免疫染色）は画像解析にて定量評価、統計解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

がん悪液質はがん末期の難治性の病態であり、がん治療の成績を向上する上で治療開発は極めて重要である。抗糖尿病薬メトホルミンの抗悪液質作用が報告されているが単独の効果は不十分であり、分子経路も解明されていない。申請者らは、メトホルミンのがんに対する抗炎症作用を解明したことから、さらにがん悪液質における抗炎症作用、新しい視点としてエクソソーム動態、シグナル伝達を解析することで、がん悪液質の新規治療標的を明らかにできると考えた。そこで本研究では、メトホルミンがん悪液質治療モデルを用いてエクソソームに着目した分子経路を解析することにより新規治療標的を同定し、さらにエクソソームをDDS（Drug Delivery System）として用いた創薬を行うことを目的とした。
本研究では我々独自の蛍光標識エクソソーム分泌胃癌細胞を作成し使用すること、メトホルミン投与胃癌培養細胞の培養上清よりエクソソームを抽出し標的分子を同定すし、これをがん由来エクソソームに導入し創薬エクソソームを作成、がん悪液質マウスモデルならびにPDXモデルにて治療効果を検証する予定としている。標的分子の同定を令和4年度（初年度）に予定していたが、悪液質モデルマウスの作成は令和5年度に予定していたが、標的分子の同定に先行して同モデルマウスの作成を令和4年度に遂行した。加えて、本年は近年がん治療の主役に躍り出た免疫チェックポイント阻害薬（ICI）の分子標的であるPDL1の血清濃度を検討することでがん悪液質とICIの効果と密接にかかわる免疫疲弊との関連を検討し、文献報告した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

悪液質とは、骨格筋の持続的な減少であり、食欲不振、体重減少、骨格筋の減少を主徴とする。本研究の今年度の目的は、胃がんにおける癌悪液質の解析から、エクソソームを基軸としたメカニズムならびに癌宿主連環への介入に資する知見を得ることとした。悪液質in vitroモデル、モデルマウスの作成を行った。
マウスはBALB/c nu/nu female 8w (日本エスエルシー株式会社)、未分化胃癌細胞株としてMKN45（低分化型腺癌）-GFP、NUGC-4（印環細胞癌）-GFPを用いて、癌細胞のマウスへの投与方法として皮下注、腹腔内投与をおこなった。実験動物用体組成計としてImpediVET （ImpediMed社(米国)）を使用し体内総水分量、細胞外液量、細胞内液量、除脂肪量、脂肪量を評価した。
胃癌細胞腹腔内投与マウスはいずれも腹腔内に播種病変を形成したことが確認された。
胃がん細胞腹腔内投与マウスでは食餌・飲水量の低下は顕著であり、消化管通過障害、機能低下の考慮も必要であると考えられた。NUGC-4腹腔内投与マウスは血性腹水を産生し、この影響により体重減少が少ない傾向で、悪液質の評価としての体重減少の評価が困難であると思われた。ことが条件であると考えられるが、この点ではMKN45皮下腫瘍モデルは体重減少が計測可能で、かつ消化管機能への直接的影響や腹水貯留の影響が少なく悪液質モデルマウスとして最も適切であると結論した。
また、免疫チェックポイント阻害薬（ICI）の分子標的であるPDL1の血清濃度を検討することでがん悪液質とICIの効果と密接にかかわる免疫疲弊との関連を検討し、文献報告した（Matsumoto Y, Kano M, et al. Mol Clin Oncol. 2023 Mar 20;18(5):39.）

Strategy for Future Research Activity

本研究の目的は、悪液質モデルマウスの作成と、分子標的の解明、エクソソームを用いたDDSにより治療開発を行うことである。当初の予定として過去の研究により抗糖尿病薬メトホルミンの抗腫瘍効果と分子標的候補を複数同定していたことから、これらを分子標的候補とし、さらに網羅的解析により分子標的候補を検討することとしていたが、近年がん治療の主役に躍り出た免疫チェックポイント阻害薬（ICI）の主分子標的であるPDL1について、さらに臨床的に評価が簡便な血清中濃度の測定により、がん悪液質との関連を文献報告できたことから、PDL1ならびに免疫疲弊（T cell exhaustion）の関連から分子標的の絞り込みを継続する。モデルマウスは遺伝子組み換えによりGFPが導入された胃がん培養細胞によるモデルが評価も含め完成したため、今後はより臨床に近いPDX (Patient’s derived xenograft)モデルの開発は急務にて進める。胃癌細胞由来エクソソームの抽出はすでに完了しているため、標的分子の導入法を精査し、創薬エクソソームの作成は、予定通り令和5年以降に取り組むこととしている。がん由来エクソソームが全身、有害事象の面では肝腎等の腫瘍臓器、効果の面では骨格筋や脂肪組織が標的になると考えられ、その影響を精査する。がん悪液質患者の癌腫や進行度、余病や骨格筋量等の患者背景、予後等は臨床応用する際の重要な情報となるため、それらの臨床病理学的解析をすすめる。

Research Products

• [Journal Article] Soluble PDL1 reflects cachexia status in patients with gastric cancer and is an independent prognostic marker for relapse free survival after radical surgery. (2023)
  • Author(s): Matsumoto Y, Sasaki T, Kano M, Shiraishi T, Suito H, Murakami K, Toyozumi T, Otsuka R, Kinoshita K, Iida S, Morishita H, Nishioka Y, Hayano K, Kurata Y, Hayashi H, Matsubara H.
  • Journal Title: Mol Clin Oncol. Volume: 18(5) Issue: 5 Pages: 39-39
  • DOI: 10.3892/mco.2023.2635
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prognostic Impact of Hepatic Steatosis Evaluated by CT on Immunotherapy for Gastric Cancer: Associations with Sarcopenia, Systemic Inflammation, and Hormones. (2023)
  • Author(s): Hayano K, Ohira G, Kano M, Suito H, Matsumoto Y, Kurata Y, Otsuka R, Isozaki T, Toyozumi T, Murakami K, Uesato M, Matsubara H.
  • Journal Title: Oncology Volume: 101(3) Issue: 3 Pages: 185-192
  • DOI: 10.1159/000528005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Use of Deep Learning-Based Computer Diagnostic Algorithm for Detection of Lymph Node Metastases of Gastric Adenocarcinoma (2022)
  • Author(s): Matsushima Jun、Sato Tamotsu、Ohnishi Takashi、Yoshimura Yuichiro、Mizutani Hiroyuki、Koto Shinichiro、Ikeda Jun-ichiro、Kano Masayuki、Matsubara Hisahiro、Hayashi Hideki
  • Journal Title: International Journal of Surgical Pathology Volume: - Issue: 6 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1177/10668969221113475
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HIF-1α stimulates the progression of oesophageal squamous cell carcinoma by activating the Wnt/β-catenin signalling pathway. (2022)
  • Author(s): Tang K, Toyozumi T, Murakami K, Sakata H, Kano M, Endo S, Matsumoto Y, Suito H, Takahashi M, Sekino N, Otsuka R, Kinoshita K, Hirasawa S, Hu J, Uesato M, Hayano K, Matsubara H.
  • Journal Title: Br J Cancer. Volume: 127(3) Issue: 3 Pages: 474-487
  • DOI: 10.1038/s41416-022-01825-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SIRT1 Expression Is a Promising Prognostic Biomarker in Esophageal Squamous Cell Carcinoma: A Systematic Review and Meta-analysis. (2022)
  • Author(s): Otsuka R, Sakata H, Murakami K, Kano M, Endo S, Toyozumi T, Matsumoto Y, Suito H, Takahashi M, Sekino N, Hirasawa S, Kinoshita K, Sasaki T, Matsubara H.
  • Journal Title: Cancer Diagn Progn. Volume: 2 Issue: 2 Pages: 126-133
  • DOI: 10.21873/cdp.10086
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biased expression of mutant alleles in cancer-related genes in esophageal squamous cell carcinoma. (2022)
  • Author(s): akahashi M, Hosomichi K, Nakaoka H, Sakata H, Uesato N, Murakami K, Kano M, Toyozumi T, Matsumoto Y, Isozaki T, Sekino N, Otsuka R, Inoue I, Matsubara H.
  • Journal Title: Esophagus Volume: 19(2) Issue: 2 Pages: 294-302
  • DOI: 10.1007/s10388-021-00900-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Metformin-Induced Heat Shock Protein Family A Member 6 Is a Promising Biomarker of Esophageal Squamous Cell Carcinoma (2022)
  • Author(s): Nobufumi Sekino、Sohei Kobayashi、Hisahiro Matsubara
  • Journal Title: Oncology Volume: 100 Issue: 5 Pages: 267-277
  • DOI: 10.1159/000522446
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 胃癌免疫療法におけるサルコペニアの重要性 (2022)
  • Author(s): 早野 康一, 加野 将之, 松本 泰典, 藏田 能裕, 大塚 亮太, 中野 明, 豊住 武司, 村上 健太郎, 上里 昌也, 大平 学, 有松 夏子, 松原 久裕
  • Organizer: 第60回日本癌治療学会学術集会
• [Presentation] 食道癌ゲノム診断と治療の現状 当科における食道癌パネル検査の実際と課題 (2022)
  • Author(s): 松本 泰典, 村上 健太郎, 豊住 武司,加野 将之, 龍崎 貴寛, 大塚 亮太, 鎌田 敏希, 高橋 理彦, 上里 昌也, 松原 久裕
  • Organizer: 第76回日本食道学会学術集会
• [Presentation] 精神的素因を有する病的肥満症手術症例の検討 (2022)
  • Author(s): 松本 泰典, 加野 将之, 水藤 広, 林 秀樹, 蔵田 能裕, 早野 康一, 上里 昌也, 豊住 武司, 村上 健太郎, 松原 久裕
  • Organizer: 第77会日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 食道癌治療効果予測マーカーとしての腸内細菌叢の有用性 (2022)
  • Author(s): 佐々木 拓馬, 松本 泰典, 坂田 治人, 村上 健太郎, 加野 将之,遠藤 悟史, 豊住 武司, 大塚 亮太, 木下 和也, 松原 久裕
  • Organizer: 第78会日本消化器外科学会総会
• [Presentation] StageIV胃がんに対する手術治療 (2022)
  • Author(s): 加野 将之, 松本 泰典, 水藤 広, 蔵田 能裕, 豊住 武司, 上里 昌也, 早野 康一, 大平 学, 林 秀樹, 松原 久裕
  • Organizer: 第78会日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 病的肥満症に対する手術後に妊娠が成立した1例 (2022)
  • Author(s): 西岡 祐里, 松本 泰典, 加野 将之, 水藤 広, 林 秀樹, 藏田 能裕, 早野 康一, 松原 久裕
  • Organizer: 第78会日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 当科における再発食道癌に対する治療成績の解析 (2022)
  • Author(s): 村上 健太郎, 豊住 武司, 上里 昌也, 早野 康一,加野 将之, 松本 泰典, 水藤 広, 藏田 能裕, 松原 久裕
  • Organizer: 第78会日本消化器外科学会総会
• [Presentation] ミスマッチ修復遺伝子MLH1欠損型胃癌の臨床・病理学的検討 (2022)
  • Author(s): 関野 伸史, 加野 将之, 早野 康一, 松本 泰典, 林 秀樹,水藤 広, 藏田 能裕, 大平 学, 豊住 武司, 松原 久裕
  • Organizer: 第78会日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 免疫チェックポイント阻害薬による胃癌治療における悪液質の重要性 (2022)
  • Author(s): 早野 康一, 加野 将之, 水藤 広, 松本 泰典, 藏田 能裕, 豊住 武司, 村上 健太郎, 上里 昌也, 大平 学, 松原 久裕
  • Organizer: 第78会日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 進行直腸癌に対する術前化学放射線療法におけるメトホルミンの効果 (2022)
  • Author(s): 大平 学, 丸山 通広, 遠藤 悟史, 今西 俊介, 栃木 透, 丸山 哲郎, 加野 将之, 関野 伸史, 松原 久裕
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 食道扁平上皮癌における術前化学療法の効果予測式の作成 (2022)
  • Author(s): 関野 伸史, 村上 健太郎, 上里 昌也, 豊住 武司, 磯崎 哲朗, 坂田 治人, 早野 康一,加野 将之, 松本 泰典, 高橋 理彦, 水藤 広,藏田 能裕, 林 秀樹, 松原 久裕
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 腫瘍内CD8陽性T細胞浸潤は食道扁平上皮癌の予後を予測する (2022)
  • Author(s): 豊住 武司, 胡 , 村上 健太郎, 上里 昌也, 浦濱 竜馬, 早野 康一,加野 将之, 水藤 広, 松本 泰典, 藏田 能裕, 坂田 治人, 高橋 理彦, 林 秀樹, 松原 久裕
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 噴門側胃切除ダブルトラクト再建における工夫とPMIによる検討 (2022)
  • Author(s): 藏田 能裕, 早野 康一, 平田 篤史,加野 将之,松本 泰典, 水藤 広, 上里 昌也, 村上 健太郎, 豊住 武司, 林 秀樹, 松原 久裕
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 腹腔鏡下スリーブ状胃切除術(LSG)における肝酵素と脂肪肝の影響と変化 (2022)
  • Author(s): 松本 泰典,加野 将之,林 秀樹, 水藤 広, 早野 康一, 坂田 治人, 上里 昌也, 村上 健太郎, 豊住 武司, 磯崎 哲朗, 蔵田 能裕, 松原 久裕
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 経口摂取不能上部消化管癌に対し外科医は何ができるのか? 経口摂取不能な高度進行4型胃癌に対する経鼻経管SOX療法の成績 (2022)
  • Author(s): 早野 康一, 加野 将之, 水藤 広,松本 泰典, 藏田 能裕, 豊住 武司, 磯崎 哲朗, 村上 健太郎, 上里 昌也, 大平 学, 松原 久裕
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会