2017 Fiscal Year Research-status Report
Metformin-induced oxidative stress response mediates anti-tumor immunity
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17K19598
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
鵜殿 平一郎 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (50260659)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | CD8T細胞 / 腫瘍微小環境 / 活性酸素 / 解糖系 / ペントースリン酸経路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は,マウス同系のシステムでMetの自由飲水のみで一旦生着した固形腫瘍の完全退縮をみる一方,T細胞欠損マウス（SCID）では効果は消失することを見出した。腫瘍内浸潤CD8T細胞（CD8TIL）はそれまではセントラル・メモリー（TCM）優位であったものがエフェクター・メモリー（TEM）優位に変化し,TEMはサイトカイン多機能性を有していた。CD8TILはアポトーシスに陥ることなく存在し、疲弊から完全に脱却していた。TEMはデオキシグルコース（NBDG）を活発に取り込むことより,解糖系の亢進が考えられた。
抗PD-1抗体によってもT細胞の解糖系が上昇する。我々はMetと抗PD-1抗体の併用は単独使用の場合と比べ明らかに腫瘍退縮効果が高いことを観察した。Metと抗PD-1抗体の使用はCD8TILのGlut-1の発現を同レベルに上昇させるが,併用しても特段にGlut1発現が上昇しない。この事実は解糖系亢進に加えて両者の相乗効果を生み出す未確認のメカニズムが存在することを示唆している。
癌微小環境では極端な低グルコースのためエフェクターCD8T細胞は糖を利用できない。さらに免疫チェックポイントによる負のシグナルが加わり,その代謝は酸化的リン酸化に大きく傾いている。この状態は免疫疲弊をもたらす。Metはミトコンドリア呼吸鎖のComplex Iを抑制する結果,電子e-はマトリックスに逆流し酸素と結合してH2O2 (ROS)ができる。ROSは蓄積すると有害なためCD8T細胞は急遽Glut-1を発現し解糖系を駆動させ,我々の予備的実験結果によればペントースリン酸経路を起動しNADPHによってROSを消去すると考えられる。一連の抗酸化ストレス応答はMetによる抗腫瘍効果を説明できる可能性があり,ROS起点の新しい免疫監視機構を検証する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CD8TILのROS-代謝-T細胞機能解析
腫瘍浸潤CD8T細胞(CD8TIL)をex vivoでそのまま染色してもGlut-1発現やROSの蓄積を検出することは難しいが,我々はある手法を用いそれを可能にした(特許申請中)。Metないし抗PD-1抗体投与群ではコントロール群と比較してGlut-1が優位に上昇することを見出し, 同時にROSの産生も同様の手法で検出できることを確認した。 即ち,解糖系とROS産生をフローサイトメーターによる2次元展開にてリアルタイムに解析する手法を確立した。解糖系から分岐するペントースリン酸経路ではリボース(核酸合成に必要)産生とNADPH産生が主に行われる。NADPH依存性に過酸化水素H2O2(ROS)は消去される。我々の手法により、ROSの蓄積・消去と連動するGlut-1発現の関係性が再現性をもって解析可能になった。さらにペントースリン酸経路への分岐に関わる酵素G6PDH,抗酸化ストレス応答の起点となるNrf2,さらにNrf2により発現が上昇するHO-1の阻害剤,抗酸化剤の還元型グルタチオン,またAMPK阻害剤等を組み合わせることにより,抗酸化ストレス応答とROSおよび解糖系との関係が明らかにした。サイトカイン多機能性のモニタリングも併用し,ROS-代謝-T細胞機能連関の解析に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
CD8TILのROS消去機構とT細胞機能解析 PreliminaryのCD8TIL解析結果では,コントロール担癌(MethA)マウスのCD8TILでは,ROSの蓄積はみられるがGlut1の発現はない。Met投与または抗PD-1抗体投与によりROSとGlut1の両方が発現してくるが,発現パター ンは明らかに異なる。MetではGlut1の発現が高い程逆にROSの蓄積が少なくなるが,抗PD-1抗体の場合はGlut1の 発現が高い程ROSの蓄積は多い。この結果は,Metの場合は解糖系亢進と同時にROSを消去するための抗酸化ストレス応答が発動している可能性があり,抗PD-1抗体の場合は作動しておらずROSは蓄積し続ける可能性が考えられる。ROS蓄積は早晩, 細胞に障害が起こる可能性がある。Metと抗PD-1抗体の併用は,単剤に比べて優れた抗腫瘍効果をもたらすが,これは抗PD-1抗体によるTCRシグナル復活とそれに伴う解糖系促進効果,これに加えてMetによるROS消去機構が加わることが一つのメカニズムである可能性がある。上記CD8TILの解析手法を用い、 Nrf2,HO-1,G6PDH,AMPK等に対する阻害剤およびグルタチオンを加えた場合のROSとGlut1の発現パターン解析を行う。Metの場合の予備実験ではグルタチオン添加でROSおよびGlut1の発現は全て消失した。つまりROS依存性にGlut1が発現上昇すると考えられる。また,MetではGlut-1(+)ROS(-)の集団に非常に高いHO-1の発現が観察されたことより,やはり抗酸化ストレス応答の関与が強く示唆される。これをMet,抗PD-1抗体投与群で比較検討を行い両者の解糖系亢進に至る経路の差異を明確にする。
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[Journal Article] Mapping the Interactome of a Major Mammalian Endoplasmic Reticulum Heat Shock Protein 90.2017
Author(s)
Hong F, Mohammad Rachidi S, Lundgren D, Han D, Huang X, Zhao H, Kimura Y, Hirano H, Ohara O, Udono H, Meng S, Liu B, Li Z.
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Journal Title
PLoS One
Volume: 12(1)
Pages: e0169260
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Attenuation of CD4+CD25+regulatory T cells in the tumor microenvironment by metformin, a type 2 diabetes drug.2017
Author(s)
Kunisada Y, Eikawa S, Tomonobu N, Domae S, Uehara T, Hori S, Furusawa Y, Hase K, Sasaki A, Udono H.
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Journal Title
EBioMedicine
Volume: 25
Pages: 154-164
DOI
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