- 著者: Suzanne L. Topalian, Janis M. Taube, Drew M. Pardoll
- Corresponding author: Suzanne L. Topalian (stopali1@jhmi.edu; Department of Surgery and Bloomberg-Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA)
- 雑誌: Science
- 発行年: 2020
- Epub日: N/A
- Article種別: Review
- PMID: 32001626
背景
PD-1 (programmed cell death-1)/PD-L1 (programmed death-ligand 1)経路を標的とする免疫チェックポイント阻害薬 (ICB、immune checkpoint blockade) は現代腫瘍学を一変させた。FDAは抗PD-1抗体3剤 (nivolumab、pembrolizumab、cemiplimab) および抗PD-L1抗体3剤 (atezolizumab、durvalumab、avelumab) を17がん種の一次・二次以降治療で承認しており、がん種別の客観的奏効率は約15〜65%と幅広い活性を示している (Topalian et al. NEnglJMed 2012)。重篤な有害事象の発生率は10〜20%と比較的低く、進行がんでの有効性・安全性のバランスは良好である。しかし、多くの患者が一次耐性または獲得耐性を示し、膵がん・前立腺がんのように特に抵抗性の強いがん種も存在することが大きな課題であった。
術前 (ネオアジュバント) 化学療法の長年の実績がネオアジュバント免疫療法の着想を支えた。乳がんでは病理学的完全奏効 (pCR、pathologic complete response) が長期の無再発生存 (RFS) およびOS (overall survival) と相関することが大規模プール解析 (Cortazar et al. Lancet 2014) で確立されており、肺がんでも主要病理学的奏効 (MPR、major pathologic response) が生存と相関することが示されていた (Pataer et al. J Thorac Oncol 2012)。PD-1経路以前の時代に、抗CTLA-4 (cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4) 抗体による膀胱がんおよびメラノーマでの初期ネオアジュバント試験 (Carthon et al. 2010、Tarhini et al. 2014) も免疫療法の術前投与の概念的前例を提供していた。
これまでの知識のgap in knowledge: PD-1経路阻害を術前に行うことで、原発腫瘍の豊富な腫瘍抗原を利用した全身T細胞プライミングが術後アジュバント療法を上回り、術後に微小転移巣を免疫学的に排除できるかどうかが不明であった。また、ICBへの病理学的奏効を免疫学的機序に即して標準化・定量化する評価法が手薄であり、免疫性腫瘍退縮の組織学的特徴を系統的に記述した研究も不足していた。
目的
PD-1経路阻害を中心としたネオアジュバント免疫療法について、(1) 免疫学的作用機序と前臨床的根拠、(2) 臨床試験デザインの特殊考慮点、(3) irPRC (immune-related pathologic response criteria) を含む病理学的奏効評価の標準化、および今後の方向性を包括的にレビューする。
結果
前臨床エビデンスと2免疫活性化モデル：マウス乳がんモデル (4T1.2・E0771) での前臨床実験 (Liu et al. Cancer Discov 2016) では、ネオアジュバント免疫療法 (抗PD-1単剤、抗PD-1+抗CD137共刺激抗体、またはTreg細胞除去) はアジュバント免疫療法と投与開始タイミングが同一でも有意に優れた生存改善を示した。ネオアジュバント群では肺転移巣および末梢血中の腫瘍特異的CD8+ T細胞数が増加し、腫瘍細胞が発現する内在性レトロウイルス抗原に対するサイトカイン産生が増強されていた。さらに術前免疫療法開始から手術までの最適間隔が存在し、早すぎても遅すぎても治療効果が減弱することが示され、最適タイミングの体系的探索の重要性が強調された。
2つの免疫活性化モデルが提示された (Fig. 1)。第1モデル (腫瘍内in situ活性化): 腫瘍微小環境 (TME、tumor microenvironment) 内でPD-L1/PD-L2を発現するDC (dendritic cell、樹状細胞) がTcf1+抗原経験CD8+ TIL (tumor-infiltrating lymphocyte) と相互作用し、PD-1遮断によって腫瘍特異的細胞傷害性T細胞が再活性化・増殖して微小転移巣へ遊走する。Siddiqui et al. (Immunity 2019) は腫瘍内Tcf1+PD-1+CD8+ T細胞がCPI (checkpoint inhibition) に応答する一次T細胞プールであることを示した。第2モデル (TDLN経由プライミング): CCR7 (C-C chemokine receptor type 7)発現CD103+/CD141+ DCが腫瘍抗原を取り込んでTDLNへ移行し、腫瘍特異的CD8+ T細胞へのクロスプレゼンテーションが PD-1遮断により増強され、活性化T細胞が輸出リンパ管→血流→微小転移巣へ帰還する。FTY720 (S1Pスフィンゴシン1-リン酸受容体阻害薬) によるリンパ節T細胞出口遮断実験では、Fransen et al.が抗PD-1の抗腫瘍効果廃絶を示した一方、他グループはFTY720処置後も腫瘍内T細胞蓄積が阻害されないと報告し結果が矛盾した。この矛盾はFTY720の不完全な遮断効果 (循環T細胞は対照の約20%に減少するが完全ではない) に起因すると考えられ、両モデルは相互排他的ではないと結論された。NSCLC患者でのネオアジュバントニボルマブ療法4週後、腫瘍内のネオ抗原特異的T細胞クローン頻度が約10-fold低下する一方、同一クローンが末梢血で増加しTDLNで最大頻度に達した (Forde et al.)、TDLN経由全身免疫活性化を直接支持する臨床証拠となった。
NSCLCネオアジュバント初前向き試験 (Forde et al.)：高リスク切除可能NSCLC (stage I-IIIA) n=21例へのニボルマブ4週術前投与 (Forde et al. NEnglJMed 2018) はネオアジュバント抗PD-1の初の文献報告であった。術後リスク (5年以内の再発・死亡率50〜80%) を考慮して選択された患者群に対し、CT画像評価での部分奏効 (RECIST 1.1、≥30%縮小) はn=2/21例 (10%) にとどまった。これに対し主要病理学的奏効 (MPR、≤10% 残存生腫瘍) はn=9/20例 (45%) に認められ、画像評価が病理学的奏効を大幅に過小評価することが初めて前向きに示された。この乖離は免疫細胞浸潤と増殖線維化—免疫性腫瘍退縮の組織学的特徴—が放射線学的に腫瘍縮小ではなく停滞として映ることに起因すると解釈された (Fig. 2)。
MPR達成はTMB (tumor mutational burden) および計算予測ネオ抗原量と有意に相関し、進行がんでの応答予測を超えた切除可能設定でのTMBの価値が初めて示唆された。安全性として手術遅延なし、治療関連grade 3 AE (adverse event、有害事象) はn=1例、術中切除不能はn=1例と許容範囲であった。1例の詳細解析では腫瘍内・TDLNのネオ抗原特異的T細胞クローンがニボルマブ治療中に末梢血で拡大し、原発腫瘍・TDLN切除後も数週間にわたって末梢血に持続した。このクローン動態はネオアジュバント免疫療法が全身抗腫瘍免疫を増幅・持続させうるという概念の最初の直接的な臨床証拠となり、術後も免疫記憶が維持されるという前臨床モデルの知見を裏付けた。病理学的奏効と画像奏効の乖離が示されたことで、irPRCという新たな評価体系の必要性が浮上した。
メラノーマ4試験の比較 (Table 1)：2018〜2019年に報告されたメラノーマ4試験は単一がん種としては最大のネオアジュバントICBエビデンスを提供した。
NCT02519322 (Amaria et al.、n=23例、stage III-IV): ニボルマブ単剤で8〜9週術前投与のORR (objective response rate) 25%、pCR 25%、grade≥3 AE 8%。ニボルマブ+イピリムマブ (抗CTLA-4) 組み合わせではORR 73%、pCR 45%、grade≥3 AE 73%と奏効率は劇的に改善したが、安全性懸念から試験が早期終了された。進行切除不能メラノーマでの同レジメン (Larkin et al. NEnglJMed 2015) の毒性水準を上回る重篤AE頻度が観察され、早期がん患者では免疫系が intact なため同一レジメンの毒性が増強するという仮説が提唱された。
NCT02437279 (Blank et al.、n=20例、stage IIIB/C): ネオアジュバント vs アジュバントの無作為比較で、ニボルマブ+イピリムマブのネオアジュバント群でORR 50%、pCR+MPR+pPR (pathologic partial response) 78%、grade≥3 AE 90%、治療完遂率はわずか10%のみであった。重要な免疫学的発見として、ネオアジュバント群では末梢血中に新規出現したTDLN由来T細胞クローン数がアジュバント群より多く増加した (week 6)。これは前臨床マウスモデルでのネオアジュバント優位性の知見と合致し、原発腫瘍が残存した状態でのICBが全身T細胞動員を増強することの直接的な臨床証拠となった。
NCT02434354 (Huang et al.、n=29例、stage III-IV): ペムブロリズマブ単剤3週術前投与でpCR+MPR 30%、毒性は軽微。ベースライン腫瘍のT細胞密度・IFNγ (インターフェロンγ) 関連遺伝子発現・TCRクロナリティ、week 3の浸潤T細胞増加・exhausted T細胞 (EOMEShigh、Tbetlow 表現型) 増加・増殖Treg減少が奏効と相関するバイオマーカーとして同定された。B細胞受容体経路遺伝子発現と血管新生遺伝子発現高値が長期RFSと相関し、抗腫瘍免疫にB細胞成分が関与している可能性が示唆された。
NCT02977052 (Rozeman et al.、OpACIN-neo、n=86例、stage IIIB/C): 3レジメンの無作為比較で最適レジメンとしてニボルマブ3mg/kg+イピリムマブ1mg/kg×6週術前投与が選択され、ORR 35〜63%、pCR+MPR+pPR 65〜80%、grade≥3 AE 20〜50%と実質的な奏効率を維持しながら毒性の改善を達成した。pCR/MPR達成例に対する手術省略または限定的切除の可能性も検討された (extension cohort 約100例)。全4試験の予備的解析でRFS延長は病理学的奏効と相関する傾向が示され、ネオアジュバントICBにおけるpCR/MPRが長期転帰の早期サロゲートエンドポイントとなる可能性を示唆した。
膀胱がん・膠芽腫への展開：筋層浸潤尿路上皮がん (PURE-01、Necchi et al.): ネオアジュバントペムブロリズマブ単剤で、ベースラインTIL密度とIFNγ関連遺伝子発現がメラノーマ試験と同様のシグネチャーとして奏効と相関した。病理学的奏効とpCRが一次エンドポイントとして評価された。再発性膠芽腫での無作為比較試験 (Cloughesy et al. Nat Med 2019): ネオアジュバントペムブロリズマブ群はアジュバント群と比較してRFSおよびOSが有意に改善した。切除標本ではIFNγ関連遺伝子発現プロファイルとPD-L1発現の増強が認められ、末梢血では腫瘍内T細胞と同一クローンを共有する血中T細胞クローンの拡大が確認された。さらに膠芽腫でのニボルマブ単剤ネオアジュバント試験 (Schalper et al. Nat Med 2019) では、術前未治療患者との比較で腫瘍内ケモカイン遺伝子発現増加・活性化CD8+ T細胞増加・TCR多様性増加が観察された。これらの知見は、ネオアジュバントICBによる局所および全身免疫活性化の概念がメラノーマ・NSCLCを超えた複数がん種で共通して再現されることを示した。免疫遺伝子発現シグネチャー・病理学的奏効・末梢T細胞クローン動態の3つが多がん種に共通するサロゲートバイオマーカー候補として浮上した点は、今後の試験設計に対する重要な示唆を与えた。
irPRCの確立と次世代戦略：irPRC (immune-related pathologic response criteria) はNSCLCのネオアジュバント抗PD-1試験 (Cottrell et al. Ann Oncol 2018) で初めて記載され、以降多がん種・複数コンビネーション療法へ拡張された (Stein et al.)。irPRCは%RVT (0〜100%を10%間隔) で全切除標本 (原発巣+TDLN) を定量評価し (Fig. 2C)、従来のpCR二択評価に比べ広いスペクトルの病理学的変化を捉えて全患者の予後層別化を可能にする。腫瘍退縮巣の特徴的な組織像 (Fig. 2A・B): TLS (tertiary lymphoid structure) を中心とするリンパ球・マクロファージ・形質細胞の活性化浸潤、腫瘍細胞の組織化された死、増殖線維化・新生血管形成 (組織修復の痕跡)。TLS形成はB細胞とT細胞の協働抗腫瘍免疫の組織化の場として機能し、ケモカインや合成足場を用いたTLS誘導療法への応用が論じられた。メラノーマ患者での生検ベースirPRC評価 (Stein et al.) が5年OSと相関することが確認され、切除不能例・臓器温存優先例への応用の道が開かれた。
化学療法での歴史的pCR率との比較: 膀胱がん平均pCR 28.6%、乳がん21%、胃・食道がん7%、NSCLC 8%。免疫療法でのpCR/MPR率は少なくとも化学療法に匹敵し、一部がん種では上回る可能性が示唆された。本総説執筆時点で100超のネオアジュバント抗PD-(L)1試験が進行中であり、抗PD-1+抗CTLA-4組み合わせ・TNBC (triple-negative breast cancer、トリプルネガティブ乳がん) へのKEYNOTE-522 (ペムブロリズマブ+多剤化学療法)・NSCLCへのNADIM試験 (ニボルマブ+化学療法) がいずれも有望な初期pCR率を示しているが、RFS・OS評価には長期追跡が必要である。次世代試験では病理学的奏効度に応じた術後観察vs介入の割り当て (乳がんネオアジュバント化学療法の前例と類似) が想定される。高度CT画像解析 (radiomic biomarker) やPETによる免疫細胞・チェックポイント分子・代謝過程の非侵襲的マーカー開発も次世代戦略として注目される。
考察/結論
本総説は、ネオアジュバントICBが術後アジュバント療法と本質的に異なるメカニズムで全身抗腫瘍免疫を誘導するという概念を生物学的・臨床的に裏付けた。コアとなる洞察は、原発腫瘍が残存した状態でPD-1経路を遮断することにより、アジュバント設定に比べて高密度の腫瘍抗原提示機会が生まれ、より多くの腫瘍特異的T細胞クローンを活性化して全身循環へ動員できるという点である。この「先手免疫」戦略により、術後に再発源となる微小転移巣を免疫学的に検出・排除できる可能性が複数がん種で示唆された。
これまでの研究と対照的に、ネオアジュバント設定では画像評価が病理学的奏効を大幅に過小評価することが一貫して示された。既報の進行切除不能がんでの抗PD-1療法 (Tumeh et al. Nature 2014) では奏効評価の主軸が画像であったのと対照的に、ネオアジュバント設定ではirPRCによる%RVT評価—腫瘍床全体 (原発巣+TDLN) を対象とした10%間隔の定量評価—がより精緻に治療効果を反映し、長期RFS・OSとの相関を示した。腫瘍縮小ではなく免疫細胞浸潤と増殖線維化として現れる腫瘍退縮の生物学的特性が評価パラダイムの刷新を必然とした。
新規な貢献として、irPRCという評価体系の確立と腫瘍退縮巣の免疫病理学的記述 (TLS・B細胞成分・増殖線維化) が挙げられる。TLS形成が組織化された抗腫瘍免疫の焦点として機能し、B細胞経路遺伝子発現と長期RFSの相関 (Huang et al. melanoma試験) が観察されたことは、これまで報告されていない側面として抗腫瘍免疫へのB細胞関与の重要性を提起した。irPRCの生検への応用が切除不能例や臓器温存例での予後評価・治療決定に利用できることも本研究で初めて示された点として新規に評価できる。
臨床応用の観点から、メラノーマ・NSCLC・膠芽腫・膀胱がんでの初期試験の成功は、ネオアジュバントICBが切除可能がんの治療戦略として実臨床へ移行する潜在性を示している。特に、病理学的奏効に基づく術後介入の最適化—pCR/MPR達成例での手術省略や術後補助療法省略—という新たな治療パラダイムが議論されており、乳がんのネオアジュバント化学療法後の残存病変へのT-DM1投与という前例に類似した精緻な介入設計が期待される。臨床的意義として、ネオアジュバント術後組織が豊富な研究材料を提供し、抗PD-1療法の奏効・耐性メカニズム解明とco-target同定の研究プラットフォームとなる点も本レビューが強調した核心的価値である。
残された課題として、メラノーマでの組み合わせ療法 (nivolumab+ipilimumab) のgrade≥3 AE 73〜90%という重篤毒性は現状のネオアジュバント設定への安易な適用を困難にしており、毒性管理の改善が急務である。OpACIN-neoで特定された最適レジメン (nivolumab 3mg/kg+ipilimumab 1mg/kg) でもgrade≥3 AE 20〜50%が残存しており、更なる検討が必要である。また病理学的奏効と長期生存の相関はいずれも小規模探索試験のデータであり、今後の研究として大規模無作為化試験での検証が不可欠である。limitation として、現行の病理学的奏効基準 (%RVT閾値) はがん種間・試験間で統一されておらず、有効な横断比較には均一な評価法の普及が前提となる。future research として、腫瘍内療法 (腫瘍溶解ウイルス・IFN経路アゴニスト)・がんワクチン・キナーゼ阻害薬との組み合わせ探索、非侵襲的バイオマーカー (循環腫瘍DNA・血中T細胞クローン解析・radiomic CT・免疫特異的PET) の実装、および術後補助療法の最適タイミングと期間の確立が次世代試験の優先課題である。
方法
PubMed/MEDLINEデータベースを用いて、ネオアジュバント抗PD-(L)1療法に関する前臨床研究・Phase 1b/2臨床試験・バイオマーカー研究・病理学的奏効評価研究を系統的にレビューした。臨床試験の生存解析データはKaplan-Meier法およびlog-rank検定に基づく報告値を参照した。主要対象臨床試験としてメラノーマ4試験 (NCT02519322、NCT02437279、NCT02434354、NCT02977052)、NSCLC (NCT02013219、Forde et al.)、筋層浸潤尿路上皮がん (PURE-01、NCT02736266)、再発性膠芽腫 (Cloughesy et al.、Schalper et al.) を含めた。放射線学的奏効はRECIST 1.1基準 (Response Evaluation Criteria in Solid Tumors) により評価された。病理学的奏効は pCR (0% RVT (residual viable tumor))、MPR (≤10% RVT) を主要基準とし、新たに開発されたirPRC (immune-related pathologic response criteria) が%RVTを0〜100%の10%間隔で全切除標本 (原発巣+TDLN (tumor-draining lymph node)) を定量評価する方法として適用された。irPRCの算出式: %RVT = (RVT面積)/(腫瘍床面積) × 100、腫瘍床 = RVT+腫瘍関連間質+壊死+退縮巣。前臨床エビデンスはマウス乳がんモデル (4T1.2・E0771系統) でのネオアジュバント vs アジュバント比較実験 (Liu et al. Cancer Discov 2016) に基づいた。TLS (tertiary lymphoid structure、三次リンパ構造) の組織学的評価およびTCR (T cell receptor) シーケンシングを用いたT細胞クローン動態解析も参照された。