Radiation and immune checkpoint inhibition for the treatment of advanced rectal cancer with distant micrometastasis

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K10649
• Research Institution: Jichi Medical University
• Principal Investigator: 堀江 久永 自治医科大学, 医学部, 教授 (20316532)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北山 丈二 自治医科大学, 医学部, 教授 (20251308) ; 鯉沼 広治 自治医科大学, 医学部, 准教授 (20382905) ; 山口 博紀 自治医科大学, 医学部, 教授 (20376445) ; 井上 賢之 自治医科大学, 医学部, 助教 (80375279)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 免疫放射線療法 / abscopal effect / 直腸癌 / 肺転移 / LuM1

Outline of Annual Research Achievements

進行直腸癌に対する術前放射線化学療法は局所制御には有効であるが、遠隔転移には効果がない。近年、固形癌の退縮には宿主免疫が強く関与していることが明らかとなり、放射線に免疫チェックポイント阻害薬を併用することでより強い抗腫瘍効果を得ようとする試みがなされているが、本研究では、この戦略が微小転移に対して有効であるかを、自然肺転移をきたすマウスモデルを用いて検討した。現在までに、局所の放射線に免疫チェックポイント分子PD-1抗体を併用することで、照射した原発腫瘍だけでなく肺転移の数をも抑制する傾向が認められているが、単独では有意差には至っていない。そこで、更なる治療効果の向上を目的として、免疫抑制物質アデノシンの生成阻害、アデノシン受容体の阻害剤の併用を考え、In vivo実験の施行に向けた基礎的検討を施行した。これまでに、
１．In vivo実験に用いているマウス大腸癌細胞LuM1は親株Colon26に比べて、膜型アデノシン産生酵素CD39, CD73の発現が強く、放射線照射によりさらに発現が増強される。
２．マウスの脾細胞のうち、CD39はほとんどのB細胞に強く発現しているのに対し、CD73はT,Bの一部の細胞に発現しており、LuM1皮下腫瘍および所属リンパ節中のリンパ球でその発現が増強している。
３．ヒト大腸癌組織の免疫染色にて、CD73は主に間質細胞に発現が認められ、放射線照射後の組織で特に強く発現している。
以上の所見から、照射腫瘍内ではアデノシン産生が亢進していることが強く示唆された。そこで、LuM1皮下腫瘍を作成し、局所照射とCD73阻害抗体および酵素阻害薬APCPの全身投与を併用し、照射腫瘍および非照射の肺転移巣に及ぼす治療効果を検討中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

マウス大腸癌細胞colon26のサブクローンLuM1を用いて自然肺転移をきたす動物モデルを作成、腫瘍局所に限局した放射線療法を施行し、非照射部の肺転移の成立に対する影響を検討するIn vivoに実験系の確立に成功した。予備実験として、放射線に抗PD-1抗体を併用する事で、肺転移の抑制傾向が認めたことから、この実験系を採用することによってAbsopal effectを評価できることが確認できた。しかし、PD-1抗体単独では有意差に至る効果が得られなかったため、より効果的なabscopal effectを得る目的で、強力な免疫阻害活性を有するアデノシンの産生系に着目した。In vitroの細胞実験とヒトの組織学的検討から、照射腫瘍内ではアデノシン産生が亢進していることを示唆する基礎的知見が得られたため、CD73阻害抗体および阻害薬を併用したIn vivo実験を開始している。

Strategy for Future Research Activity

皮下腫瘍に対する局所照射に抗PD-1抗体を付加することで、非照射部の肺転移の抑制傾向が認められたことは、固形癌の退縮には免疫が寄与していることは間違いなく、照射で一部の癌細胞が障害されれば、いわいる「がん抗原」が多量に放出され、宿主の免疫応答が惹起され、微小転移を制御することが可能であるという作業仮説の正当性を示唆する有望な知見であると考えられる。今後は、同じ実験系にて、放射線＋抗PD-1抗体＋アデノシン阻害という3つの治療を組み合わせることで、In vivoで有効なabscopal effectが誘導されるかどうか？を確認することを第一の目標とする。同時に、それぞれの個体から、皮下腫瘍、所属リンパ節、末梢血、脾臓、肺の各組織内に存在する免疫細胞を採取し、そのフェノタイプ、細胞機能、アデノシンの産生系酵素CD39、CD73の発現状況、放射線による変化などをIn vitroで解析することにより、この治療による局所および全身の免疫能の変化を明らかにし、Abscopal効果の発現するメカニズムを明らかにする。以上の結果から、実臨床への応用を目指して、最も実用性の高いと考えられる治療プロトコールを見出したいと考える。

Research Products

• [Presentation] Local irradiation with systemic anti-PD1 antibody may effectively suppress the micrometastasis in distant organ through the induction of abscopal effects. (2017)
  • Author(s): Hidenori Tsukui, Rihito Kanamaru, Ai Sadatomo, Daishi Naoi, Tetsuichiro Shimizu, Makiko Tahara, Katsusuke Mori, Homare Ito, Mitsuaki Morimoto, Yoshihiko Kono, Yoshiyuki Inoue, Hiroyuki Maruyama, Koji Koinuma, Hisanaga Horie, Yasunaru Sakuma, Yoshinori Hosoya, Naohiro Sata, Joji Kitayama.
  • Organizer: AACR 2017 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 当院における局所進行下部直腸癌に対する術前化学放射線療法の有用性と課題について (2017)
  • Author(s): 森本 光昭,津久井 秀則,熊谷 祐子,佐田 友藍,清水 徹一郎,直井 大志,田原 真紀子,巷野 佳彦,森 和亮,伊藤 誉,井上 賢之,鯉沼 広治,佐久間 康成,細谷 好則,北山 丈二,堀江 久永,Lefor Alan ,佐田 尚宏
  • Organizer: 第117回日本外科学会定期学術集会