Mechanism of predicting the effects of immune checkpoint inhibitors based on the diversity of cancer-associated fibroblasts

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03528
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 安藤 雄一 名古屋大学, 医学部附属病院, 教授 (10360083)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 榎本 篤 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (20432255)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: がん関連繊維芽細胞 / 腫瘍免疫応答 / 免疫チェックポイント阻害薬

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、（１）肺がん以外の悪性腫瘍における、免疫チェックポイント阻害薬(ＩＣＩ)治療による腫瘍縮小割合から評価した治療効果（奏効率）とＭｅｆｌｉｎ陽性がん関連線維芽細胞(ＣＡＦ)との関連を明らかにすること、および（２）ＩＣＩの治療効果をＭｅｆｌｉｎ陽性ＣＡＦが分子レベルでどのように制御するか（分子メカニズム）を、マウス実験系とヒト病理検体を用いた実験系で明らかにすることである。なお、昨年度までに得られていた研究結果として、肺がんにおけるＩＣＩの治療効果とＭｅｆｌｉｎ陽性ＣＡＦとの関連を論文報告した。
【目的1】ＩＣＩの奏効率とＭｅｆｌｉｎ陽性CAFとの関連の検討
ICI単剤療法の適応となる各種がん症例、具体的には腎細胞がん及び尿路上皮がんについては症例集積中である。
【目的2】Ｍｅｆｌｉｎ陽性ＣＡＦがICI奏効率を制御する分子メカニズムの解明
昨年度までに、Ｍｅｆｌｉｎ系譜細胞特異的に補体Ｃ３をノックアウトしたマウス（Ｍｅｆｌｉｎ系譜細胞特異的補体Ｃ３ノックアウトマウス）にMC-38細胞株を移植し、抗ＰＤ－１抗体で治療したうえでＩＣＩに対する反応性を定量的に評価した。その結果、Ｍｅｆｌｉｎ系譜細胞特異的補体Ｃ３ノックアウトマウスにおいてＩＣＩの効果が減弱していることを確認した。さらに、補体Ｃ３の阻害剤併用下でも同様にＩＣＩの効果が減弱することも確認した。浸潤する免疫細胞を解析した結果、Ｍｅｆｌｉｎ系譜細胞特異的補体Ｃ３ノックアウトマウスでＣＤ11b陽性細胞数の増加を確認した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

昨年度までの研究成果は以下のとおりである。
【目的1】の奏効率とＭｅｆｌｉｎ陽性ＣＡＦとの関連の検討
肺がん患者におけるＩＣＩ治療後の奏効率と予後との関連を示した研究結果、免疫学分野でよく用いられる大腸癌細胞株MC-38・乳がん細胞株EO771を用いて野生型及びＭｅｆｌｉｎ欠損マウスの移植実験を行った研究結果、肺がん組織における腫瘍浸潤リンパ球の多重蛍光免疫組織化学解析の結果、MC-38移植モデルにおけるフローサイトメトリーによる解析結果、ＣＡＦ特異的Ｍｅｆｌｉｎ強制発現マウスにおいてICIの効果が増強されたという研究結果を統合して論文報告した。腎細胞癌・尿路上皮がんにおいても、Ｍｅｆｌｉｎ陽性ＣＡＦが多いとＩＣＩの奏効率が高いことを見出しており、現在症例集積中である。
【目的2】Ｍｅｆｌｉｎ陽性CAFがICI奏効率を制御する分子メカニズムの解明
Meflin系譜細胞特異的補体Ｃ３ノックアウトマウスを用いた移植実験で、Ｍｅｆｌｉｎ系譜細胞特異的に補体Ｃ３がノックアウトされるとＩＣＩの効果が減弱することが判明した。また、同組織における免疫組織化学染色による解析の結果、ＣＤ11b陽性細胞が多いことも判明した。さらに、補体Ｃ３の阻害剤あるいはＣＤ11bを減少させる方向に作用する薬剤２種を用いて、野生型およびＭｅｆｌｉｎ欠損マウスへの移植モデルを用いた実験を行い、それぞれＩＣＩ効果の減弱および効果の増強を観察した。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、前述した目的を達成するために以下の研究を計画している。
【目的1】免疫チェックポイント阻害剤(ＩＣＩ)の奏効率とＭｅｆｌｉｎ陽性がん関連線維芽細胞(ＣＡＦ)との関連の検討
腎細胞がん、尿路上皮がんの手術・生検組織を使用して、Ｍｅｆｌｉｎの発現をin situ hybridization(ISH)を引き続き検証する。Ｍｅｆｌｉｎの発現を上昇させる薬剤を用いて、ＩＣＩの反応性が向上するかについて、マウス実験系を用いて検証する。採取された腫瘍組織の組織型(ＨＥ染色)、浸潤している腫瘍浸潤免疫細胞のプロファイルの詳細は研究分担者らの協力のもと検証する。
【目的2】Meflin陽性ＣＡＦがＩＣＩ奏効率を制御する分子メカニズムの解明
Ｍｅｆｌｉｎ系譜細胞特異的補体C3ノックアウトマウス由来の線維芽細胞と対照群マウス由来線維芽細胞を用いて、腹腔あるいは腫瘍由来ＣＤ11b陽性の移動がどのように変化するかをin vitroで検証する。さらに補体Ｃ３あるいはその代謝産物のリコンビナントタンパク質を用いて、その現象が再現できるかを確認する。

Research Products

• [Journal Article] Meflin-positive cancer-associated fibroblasts enhance tumor response to immune checkpoint blockade (2022)
  • Author(s): Yuki Miyai, Daisuke Sugiyama, Tetsunari Hase, Naoya Asai, Tetsuro Taki, Kazuki Nishida, Takayuki Fukui, Toyofumi Fengshi Chen-Yoshikawa, Hiroki Kobayashi, Shinji Mii, Yukihiro Shiraki, Yoshinori Hasegawa, Hiroyoshi Nishikawa, Yuichi Ando, Masahide Takahashi, Atsushi Enomoto.
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 5 Pages: e202101230
  • DOI: 10.26508/lsa.202101230
  • Peer Reviewed / Open Access