ダメージを受けたがん細胞由来分子が免疫応答の抑制によりがんの増殖に寄与していることを発見

2021-07-09 東京大学,日本医療研究開発機構

発表者

半谷　匠(東京大学先端科学技術研究センター　炎症疾患制御分野　特任助教)
柳井　秀元(東京大学先端科学技術研究センター　炎症疾患制御分野　特任准教授)

発表のポイント

がん細胞が死ぬ際に免疫応答を調節する分子が放出されることを見出しました。
がん細胞が死ぬ際に放出する分子が、ある免疫抑制細胞をがん組織に動員し、免疫応答を抑制する環境を形成しやすくすることで腫瘍の増殖を促進していることが分かりました。
本研究は、がんの細胞死には免疫系を調節し、生き残った細胞の生存を助けるという重要な生物学的な意義とともに、死んだがん細胞から放出される分子が、がん治療の標的分子となる可能性があることを示しました。

発表概要

私たちの体を構成する細胞は、ダメージを受けたり、死ぬ際に、細胞内に含まれる様々な分子を放出することがあります。そのような分子の中には、周囲の細胞に異常が起きたことを知らせる“危険シグナル”として作用する分子があると考えられています。特に、免疫システムに働きかけるこのような分子群は、アラーミン(Alarmin)またはDamage-associated molecular patterns(DAMPs)(注1)という名称で呼ばれ、異常事態に対して免疫反応が適切に作用するように調節を行い、炎症反応の惹起や創傷治癒などの生体反応を促進することが分かっています。がんが増殖する際にも多数の細胞死が生じますが、死細胞から放出された分子がどのように免疫反応を調節し、がんの増殖に影響するかはよく分かっていませんでした。

今回、東京大学先端科学技術研究センターの柳井秀元特任准教授、半谷匠特任助教、谷口維紹フェローらのグループは、東京大学大学院医学系研究科の小池和彦教授、森屋恭爾教授、東京大学アイソトープセンターの川村猛准教授、金沢大学がん進展制御研究所の大島正伸教授、大島浩子准教授、および児玉龍彦東京大学名誉教授らとの共同研究により、がん細胞から放出されるDAMPsとして、TCTP(Translationally-Controlled Tumor Protein、注2)を新たに同定しました。TCTPは免疫細胞上の自然免疫受容体であるToll-like receptor-2(TLR2)に作用して、CXCL1などのケモカイン(注3)と呼ばれる細胞走化性因子の産生を促進します。これにより、抗腫瘍免疫応答を強力に抑制するMDSCs(Myeloid-derived suppressor cells、注4)が、がん周囲に引き寄せられ、免疫系によるがん細胞への攻撃を妨害することを明らかにしました。また、TCTPの作用を中和抗体等で阻害すると腫瘍の増殖が抑制されることも分かりました。

本研究は、がん細胞が免疫系からの攻撃を逃れる新たな機構を明らかにしました。今後TCTPを標的とした、がんの革新的な治療法の確立に繋がることが期待されます。

本研究成果は、国際雑誌「Nature Immunology」(2021年7月8日付)に掲載されました。

発表内容

研究の背景

がんは免疫系からの攻撃から逃れるために様々な手段を用いていることが明らかとなりつつあり、免疫チェックポイント阻害療法などの免疫療法が、がんの治療に有用であることも示されています。免疫応答の攻撃からの逃避機構において、MDSCsと呼ばれる骨髄由来の免疫抑制細胞がもたらす腫瘍免疫抑制メカニズムが近年注目されています。MDSCsは、がんや感染症などの際に出現する未熟な骨髄系細胞であり、抗腫瘍免疫応答を担う中心的な細胞であるCD8陽性T細胞の機能を阻害するなどの強力な免疫抑制機能を発揮します。MDSCsは種々のがんにおいて、がんの増殖を促進することが知られていることから、腫瘍内へのMDSCsの流入・機能を阻害することは有望な治療法の開発につながると考えられています。一方、私たちの体を構成する細胞は、ダメージを受けたり、死ぬ際にDAMPsという自己分子群を放出することが知られています。また、老化マウスにおいてDAMPsの血中量が増えてくるというような報告もなされています。これらのDAMPsはToll-like receptor(TLR)(注5)などの自然免疫受容体を介して、サイトカインやケモカインの誘導を行い、免疫反応の調節を行います。DAMPsはダメージを受けた細胞から放出され、炎症反応や創傷治癒などの生体反応を促進することが知られていましたが、免疫の機能低下におけるDAMPsの役割や、がん細胞から放出されるDAMPsによってがんの増殖が制御されているかは多くが未解明のままです。

研究内容

研究グループは、死んだがん細胞から放出されるDAMPsを同定するために、がん細胞に細胞死を誘導し、その死細胞から放出された分子群を含む培養上清液をマウスのマクロファージに作用させました。その結果、この培養上清液によりCXCL1やCXCL2といったケモカインやTNF-aなどのサイトカインの遺伝子発現が誘導されることが分かりました。そこで、上清中に存在するこれらのケモカイン、サイトカイン誘導を行う分子の精製を進めたところ、TCTPを同定することが出来ました。実際TCTPの組み換えタンパクをマクロファージに作用させると、これらのケモカイン、サイトカインが誘導されること、またこれらの遺伝子誘導はTLR2を介して行われることが明らかになりました。

さらに、TCTPを欠損したマウス大腸癌細胞株であるSL4細胞(TCTP KO細胞)を作成し、マウスの皮下に移植すると、TCTPを正常に発現するコントロールの細胞と比較して皮下でのがん増殖が顕著に低下しました。また、腫瘍内のケモカイン濃度を測定すると、TCTP KOの腫瘍内のCXCL1/2産生量に顕著な低下が見られました。これはTCTPが腫瘍内においても、これらのケモカインの誘導を行っていることを示唆しています。

MDSCsは不均一な細胞集団ですが、その亜集団の一つである多形核球系MDSCs(polymorpho nuclear MDSCs:PMN-MDSCs)は主にCXCL1/2に対して遊走活性を示すことが知られています。実際にTCTP KOの腫瘍内ではPMN-MDSCsの割合が顕著に低下しており、また抗腫瘍免疫応答を担う中心的な細胞である、CD8陽性T細胞の数が増加していました。

これらの結果から、TCTPはCXCL1/2などのケモカインの産生を介して、腫瘍中のPMN-MDSCsを増加させてCD8陽性T細胞などの作用を阻害し、腫瘍の増殖を促進させることが分かりました。TCTPがどのようにケモカインを誘導するのか、その機構をさらに検討したところ、PMN-MDSCsとは異なったMDSCsの亜集団の一つである単球系MDSCs(monocytic MDSCs:M-MDSCs)に作用し、CXCL1/2を誘導していることが分かりました(図1)。

図1　本研究の概念図ダメージを受け、死んだがん細胞からTCTPが放出され、M-MDSCs上のTLR2に結合する。これによりM-MDSCsよりCXCL1/2が放出され、PMN-MDSCsが、がん内部にリクルートされる。PMN-MDSCsはCD8陽性T細胞やNK細胞による抗腫瘍免疫反応を阻害し、がんの増殖を促進する。

このように、TCTPは腫瘍内へのPMN-MDSCsのリクルートを増強させ、免疫応答を抑制する環境(免疫微小環境)の形成を促進することが分かりました。興味深いことに、TCTPの作用を抑制する阻害剤や、研究チームが独自に作成した抗TCTP抗体を担がんマウスに投与すると、がんが縮小することが分かりました。また、免疫チェックポイント分子の阻害に使用されるPD-1抗体と組み合わせることによって、腫瘍の増殖がさらに抑制されることも判明しました。

社会的意義・今後の展望

近年、特にがん治療において、免疫チェックポイント阻害療法などの免疫系を制御することによる治療法の開発が注目されています。本研究においてTCTPがDAMPsとして作用し、腫瘍中の免疫環境形成に大きな役割を果たしていることを突き止めました。TCTPの作用を阻害することで免疫微小環境形成を調節し、がんの増殖を抑制することが示されたことから、より強力なTCTP阻害剤、およびそれらと他の免疫療法との併用療法を開発していくことにより、革新的ながん治療法への応用に繋がることが期待されます。また、新たなDAMPが同定されたことにより、個体の老化による免疫の機能低下におけるDAMPの役割について、解明が進むと期待されます。

本研究は、日本医療研究開発機構(AMED)の革新的先端研究開発支援事業(PRIME)「全ライフコースを対象とした個体の機能低下機構の解明」研究開発領域および日本学術振興会科学事業「基盤研究S(15H05787)」、「基盤研究A(20H00504)」、「若手研究(18K15179)」の支援を受けて実施しました。

発表雑誌

雑誌名: 「Nature Immunology」
論文タイトル: Orchestration of myeloid-derived suppressor cells in the tumor microenvironment by ubiquitous cellular protein TCTP released by tumor cells
著者: Sho Hangai, Takeshi Kawamura, Yoshitaka Kimura, Ching-Yun Chang, Sana Hibino, Daisuke Yamamoto, Yousuke Nakai, Ryosuke Tateishi, Masanobu Oshima, Hiroko Oshima, Tatsuhiko Kodama, Kyoji Moriya, Kazuhiko Koike, Hideyuki Yanai*, Tadatsugu Taniguchi*
DOI番号: 10.1038/s41590-021-00967-5

用語解説

(注1)DAMPs: 細胞がダメージを受けたり、死ぬ際に放出される細胞内分子のうち、特に免疫システムに働きかけるこのような分子群をDamage-associated molecular patterns(DAMPs)またはAlarminと呼びます。代表的なDAMPsとして、クロマチン結合タンパクであるヒストンやhigh-mobility group box 1(HMGB1)、ATPなどが知られています。
(注2)TCTP: TPT1遺伝子にコードされるタンパクで、HRF、fortilinなどとも呼ばれます。正常細胞、組織に普遍的に発現し細胞死の制御などの機能を発揮するとされてきました。大腸癌など、種々のがんで発現が上昇していると報告されていましたが、その詳細な機能はよく分かっていませんでした。
(注3)ケモカイン: 主に免疫細胞から分泌され、細胞間の情報伝達を担う低分子タンパク質をサイトカインと呼びますが、このうち細胞遊走活性を特徴とするものを特にケモカインと呼びます。多数のケモカインが同定されており、それぞれ産生される細胞および標的となる細胞が異なります。これにより、各々のケモカインは状況に応じて様々な細胞の局在を制御することが知られています。
(注4)MDSCs: Myeloid-derived suppressor cells(MDSCs)は、がんや慢性感染症などの際に出現する未熟な骨髄系細胞集団です。MDSCsはがん細胞の排除に重要な、CD8陽性T細胞などの働きを強力に抑制し、がんの進展を促進することが知られています。MDSCsの主要な亜集団として、好中球に形態・機能的に類似した多形核球系MDSCs(polymorpho nuclear MDSCs; PMN-MDSCs)および単球に類似した単球系MDSCs(monocytic MDSC; M-MDSCs)が知られています。
(注5)TLR: 病原体の構成成分をパターンとして認識して免疫応答を調節する受容体は、パターン認識受容体と呼ばれます。Toll-like receptor(TLR)は代表的なパターン認識受容体であり、ヒトでは10種類、マウスでは12種類のTLRが同定されています。TLRファミリーは1回膜貫通型の受容体で、細胞内ドメインがアダプター分子と相互作用することでシグナル伝達が起こり、サイトカイン、ケモカイン遺伝子の発現が誘導されます。