Development of immunoprecision medicine for lung cancer using peripheral blood

• Project/Area Number: 23K24341
• Project/Area Number (Other): 22H03080 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53030:Respiratory medicine-related
• Research Institution: Saitama Medical University
• Principal Investigator: 各務 博 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (30418686)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀本 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 招聘研究員 (40238803) ; 解良 恭一 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (40400783)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2026: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2025: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: 抗腫瘍T細胞免疫 / CD4+ T細胞 / Th7R / がん免疫サイクル / scRNAseq / mass cytometry / 免疫プレシジョンメディシン / CD4 T細胞 / PD-1阻害薬 / 抗CTLA-4抗体

Outline of Research at the Start

免疫チェックポイント阻害薬は進行期癌患者に長期生存をもたらしたが、患者毎に異なる免疫状態を鑑みずに治療がなされることで、有害事象リスクや社会的医療費負担が増大している。本研究では、免疫チェックポイント阻害薬のみならず、手術、放射線治療、分子標的治療、細胞障害性抗癌剤治療がT細胞免疫ネットワークに与える効果を明らかとする。軽微侵襲で経時的に得られる血液検体を用いて、個々の症例で時々刻々と変化する免疫状態を正確に評価し、長期生存に必要な免疫状態に至る治療介入を適切に選択する免疫プレシジョン治療アルゴリズムを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

CD62LをダウンレギュレートしたエフェクターCD4+ T細胞クラスターをsingle cell RNA sequencing及びmass cytometry解析することにより、抗PD-1抗体薬治療で奏効した肺癌患者末梢血から、CCR4-CCR6+というケモカインレセプター発現パターンを有する新規クラスターを発見した。IL-7 receptorやTCF7を高発現することから、Th7Rと名付けた。進行期肺癌検証コホートにおいて抗PD-1抗体薬治療の良好な効果予測性能を示し、2022年12月Cancer Research誌に発表した。
また、このTh7Rクラスターについて手術可能早期肺癌コホートを用いて、末梢血、腫瘍所属リンパ節、腫瘍浸潤リンパ球解析を行った。Th7Rは腫瘍浸潤CD4+ T細胞の約1/3を占めていた。これ以外には、Th1が約30-40%、制御性T細胞が15-20%を構成していた。腫瘍所属リンパ節でも、約1/3をTh7Rが占めていたが、腫瘍からより遠隔に存在する縦隔リンパ節ではその割合が有意に少ないことが判明した。手術により肺癌組織と所属リンパ節を喪失した後、末梢血Th7R割合のみが有意に減少した。すなわち、Th7Rはがん免疫サイクル理論で示される通り、腫瘍所属リンパ節で増殖し、末梢血を通って、腫瘍局所に浸潤することで、腫瘍におけるエフェクター型CD4+ T細胞の主な構成成分となっていると考えられた。手術前末梢血Th7Rは、術後無再発生存期間を予測し、Th7R=3.05%を閾値として、P<0.0001, HR 0.100であることが判明した。本研究内容は、現在論文投稿中であり、2023年呼吸器学会で発表する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

進行期肺癌患者末梢血から見出した新規抗腫瘍性Th7Rクラスターの存在を、腫瘍組織、腫瘍所属リンパ節で証明するとともに、その手術後無再発生存期間予測性能を明らかとすることができた。
イピリムマブ＋ニボルマブ治療症例、化学放射線-Durvalumab治療症例、EGFR-TKI治療症例など、肺癌症例の検体集積や解析も順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

イピリムマブ＋ニボルマブ治療症例、化学放射線-Durvalumab治療症例、EGFR-TKI治療症例などの各種肺癌コホートにおける観察研究を継続し、末梢血T細胞クラスター解析を進める。
イピリムマブ＋ニボルマブ治療コホートにおいては、抗CTLA-4抗体治療によるT細胞クラスター変化をscRNAseqを用いて解析する。
Th7Rを分離し、大量細胞からの遺伝子発現解析を行うことで、詳細なcharacterizationを行う。
Th7Rの特異的培養方法を明らかとする。

Research Products

• [Journal Article] Single-Cell Analysis Reveals a CD4+ T-cell Cluster That Correlates with PD-1 Blockade Efficacy (2022)
  • Author(s): Kagamu H, Yamasaki S, Kitano S, Yamaguchi O, Mouri A, Shiono A, Nishihara F, Miura Y, Hashimoto K, Imai H, Kaira K, Kobayashi K, Kanai Y, Shibata T, Horimoto K
  • Journal Title: Cancer Res Volume: 82 Issue: 24 Pages: 4641-4653
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-22-0112
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Systemic CD4 Immunity and PD-L1/PD-1 Blockade Immunotherapy (2022)
  • Author(s): Escors David、Bocanegra Ana、Chocarro Luisa、Blanco Ester、Pieiro-Hermida Sergio、Garnica Maider、Fernandez-Rubio Leticia、Vera Ruth、Arasanz Hugo、Kochan Grazyna、Kagamu Hiroshi
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 21 Pages: 13241-13241
  • DOI: 10.3390/ijms232113241
• [Journal Article] Establishing a whole blood CD4+ T cell immunity measurement to predict response to anti-PD-1 (2022)
  • Author(s): Yamaguchi Ou、Atarashi Kazuyuki、Yoshimura Kenichi、Shiono Ayako、Mouri Atsuhito、Nishihara Fuyumi、Miura Yu、Hashimoto Kosuke、Miyamoto Yoshiaki、Uga Hitoshi、Seki Nobuo、Matsushima Tomoko、Kikukawa Norihiro、Kobayashi Kunihiko、Kaira Kyoichi、Kagamu Hiroshi
  • Journal Title: BMC Cancer Volume: 22 Issue: 1 Pages: 1325-1325
  • DOI: 10.1186/s12885-022-10445-2
• [Presentation] scRNAseqが明らかにする がん免疫サイクルCD4+ T細胞クラスター (2023)
  • Author(s): 各務博、山崎智、柳原章寿、二反田博之、橋本康佑、今井久雄、解良恭一、田口亮、梅崎徹也、坂口浩三、石田博徳、小林国彦、堀本勝久
  • Organizer: 日本呼吸器学会
• [Presentation] Discovery of a new CD4+ T cell cluster that correlates PD-1 blockade efficacy (2022)
  • Author(s): Hiroshi Kagamu, Satoshi Yamasak, Shigehisa Kitano, Ou Yamaguchi, Atsuhito Mouri, Ayako Shiono, Fuyumi Nishihara, Yu Miura, Kosuke Hashimoto, Hisao Imai, Kyoichi Kaira, Kunihiko Kobayashi, Yae Kanai, Tatsuhiro Shibata, and Katsuhisa Horimoto
  • Organizer: European Society of Medical Oncology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Correlation with T-cell immunity and EGFR-TKI treatment in patient harboring EGFR driver mutation (2022)
  • Author(s): Atsuto Mouri, Kyouichi Kaira, Ou Yamaguchi, Ayako Shiono, Yu Miura, Kousuke Hashimoto, Fuyumi Nishihara, Hisao Imai, Kunihiko Kobayashi, Hiroshi Kagamu
  • Organizer: European Society of Medical Oncology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 周術期の末梢血CD4+T細胞免疫評価による非小細胞肺癌術後の無病生存期間の予測 (2022)
  • Author(s): 栁原章寿, 山﨑智, 橋本康佑, 田口亮, 梅咲徹也, 今井久雄, 解良恭一, 二反田博之, 坂口浩三, 石田博徳, 小林国彦, 堀本勝久, 各務博
  • Organizer: 日本肺癌学会