- 著者: Robbins PF, Morgan RA, Feldman SA, Yang JC, Sherry RM, Dudley ME, Wunderlich JR, Nahvi AV, Helman LJ, Mackall CL, Kammula US, Hughes MS, Restifo NP, Raffeld M, Lee CR, Levy CL, Li YF, El-Gamil M, Schwarz SL, Laurencot C, Rosenberg SA
- Corresponding author: Robbins PF (National Cancer Institute, Surgery Branch, NIH, Bethesda, MD)
- 雑誌: Journal of Clinical Oncology
- 発行年: 2011
- Epub日: 2011-01-31
- Article種別: Original Article (Phase I clinical trial、first-in-human NY-ESO-1 TCR)
- PMID: 21282551
背景
養子T細胞療法による固形腫瘍治療は、転移性メラノーマに対する自家tumor-infiltrating lymphocyte (TIL) 療法でobjective response rate (ORR) 49-72%という (Dudley et al. JClinOncol 2008) 顕著な臨床効果を示してきたが、TILの樹立は腫瘍切除検体の約50%でしか成功せず (Tran et al. JImmunother 2008)、他の腫瘍型 (sarcoma、epithelial cancer等) ではTIL樹立が困難であった。遺伝子工学的にtumor-associated antigen特異的T細胞受容体 (T-cell receptor, TCR) を導入したT細胞は、MART-1 melanocyte differentiation antigen標的TCR療法で ORR=30% を達成した (Morgan et al. Science 2006; Johnson et al. Blood 2009) が、on-target毒性 (melanocyte destruction) のリスクと適応の melanoma限定が課題であった。Cancer/testis (CT) antigenのうちNY-ESO-1は (a) synovial cell sarcoma (滑膜肉腫) の約80%、(b) メラノーマの約25%、(c) 乳癌・卵巣癌・前立腺癌・肺癌など epithelial cancerの15-50% に発現する一方で、(d) 正常成人組織では精巣 (MHC class I陰性のため攻撃されない) にのみ発現するため、安全な immunotherapy標的として理想的である。これまで足りなかった重要な未解明課題は、(1) NY-ESO-1標的TCR (1G4α95:LY) が melanoma以外の固形腫瘍 (synovial cell sarcoma等) で初めて clinically active になり得るか、(2) high-affinity TCR transferでも on-target toxicity (testis) を回避できるか、(3) TCR-transduced T cells の in vivo persistence と clinical response の関連、の3点であり、本trialはこれらギャップを first-in-human studyで体系的に検証する。
目的
転移性メラノーマ (HLA-A0201陽性、NY-ESO-1強発現、prior IL-2療法後再発) および転移性synovial cell sarcoma (同上、prior chemotherapy 後再発) 患者に対し、NY-ESO-1:157-165 (SLLMWITQC) ペプチド/HLA-A0201拘束性の高親和性1G4α95:LY TCR遺伝子導入自家T細胞を adoptive transfer し、(a) 安全性 (on-target toxicity、preparative regimen toxicity)、(b) Objective response rate (RECIST準拠)、(c) in vivo T cell persistenceと clinical response correlation、を評価する。
結果
奏効率 — メラノーマORR=45% (5/11例)、滑膜肉腫ORR=67% (4/6例)、非メラノーマ固形腫瘍治療の初の成功：n=17 patients (Melanoma n=11 + Synovial cell sarcoma n=6) に1G4α95:LY TCR-transduced T cells (median 5×10^10 cells、range 1.6-130×10^9) + IL-2 (median 6 doses) を投与 (Table 1)。メラノーマ群 (n=11 patients): ORR = 45% (5/11例 with objective response)、内訳: complete response (CR) 2例 (患者4: CR 22+ months ongoing、患者5: CR 20+ months ongoing)、partial response (PR) 3例 (患者1: PR 8 mo、患者6: PR 3 mo、患者11: PR 9+ mo)、progressive disease (PD) 6例 (患者2/3/7/8/9/10)。CR 2例 vs PR 3例で約2-fold期間差、cohort n=11 patients。滑膜肉腫群 (n=6 patients): ORR = 67% (4/6 cases with objective response、PR 4例、PD 2例)、PRは患者12 (10 mo)、患者13 (18 mo、第二輸注により延長)、患者14 (5 mo)、患者16 (8 mo)。Median age はmelanoma 47歳 (range 30-61)、sarcoma 33歳 (range 19-47)。Synovial cell sarcoma ORR 67% vs melanoma ORR 45% (絶対差 22%、cohort n=17 patients)、これは非メラノーマ固形腫瘍に対するTCR養子T細胞療法の初の成功と位置づけられる。
輸注産物の特性とNY-ESO-1高機能性：CD8+ T cells中NY-ESO-1テトラマー陽性率の中央値=78% (range 63-87%、n=17 products)、CD4+中央値=65% (range 57-79%)、CD3+ T細胞中Vβ13.1 antibody陽性率の中央値=92% (range 85-96%)。IFN-γ ELISPOT測定では infused T cells (n=5) が NY-ESO-1+/HLA-A*0201+ target 624 melに対して9,400-20,600 ELISPOTs/10^5 T cells、peptide-pulsed targets (n=4) では20,300-30,700 ELISPOTs/10^5 T cellsと極めて高い活性を示した。IFN-γ濃度測定 (cell line 624 mel vs 526 mel) では responder患者でIFN-γ 5,371-28,907 pg/mL (NY-ESO-1+) vs <30 pg/mL (NY-ESO-1-)、約9-fold-1,000-fold以上の selectivity (cell line 526 mel control、cohort n=17 patient products、Table 1)。Peptide titration実験で0.01-0.1 nmol/L NY-ESO-1 peptideまで認識する高親和性 (16/16 samples tested) を確認した。
In vivo T細胞persistenceと免疫学的応答：post-infusion ~1ヶ月の PBMC解析 (Table 3、cohort n=17 patients)で、14/17例のCD8+ T細胞集団中2-60%がNY-ESO-1テトラマー陽性 (significant T cell persistence)。患者6・10・17のみpost-infusion CD8+でtetramer staining <1% (engraftment failure)。IFN-γ ELISPOTでは13/17例がNY-ESO-1 peptide-pulsed targetに対して >1,000 ELISPOTs/10^5 PBMCs、pretreatmentで >10 ELISPOTs/10^5は16/17例で<10 (pretreatment baseline、約100-fold増強)。Significant correlation解析: NY-ESO-1 tetramer staining と Vβ13.1 expression: Spearman r=0.91 (r^2=0.82、p<0.001)、NY-ESO-1 peptide-reactive IFN-γ ELISPOTs と tetramer expression: Spearman r=0.85 (r^2=0.72、p<0.001)、ELISPOTs と Vβ13.1: Pearson r=0.84 (r^2=0.70、p<0.001) (Figure 3A-C、n=17 patients)。一方、T cell persistence と clinical responseには no significant correlation (responders vs nonresponders間)。
血清抗NY-ESO-1抗体と臨床応答の解析：pretreatment serum NY-ESO-1抗体titerはmelanoma 11例中6例 (55%)、synovial cell sarcoma 6例中1例 (17%) で検出可能 (n=17 patients、Figure 2)。Mann-Whitney U test (nonparametric) で responders (n=9) vs nonresponders (n=8) 間で no significant association (p=0.70、cohort n=17 patients)、antibody titerはclinical response予測因子としては機能しなかった。
安全性 — On-target toxicity 0例：全n=17 patientsで、TCR-transduced T cells投与に attributable な severe adverse events は0例。Cyclophosphamide + fludarabine preparative regimenによる transient neutropenia / thrombocytopenia と high-dose IL-2 関連の transient toxicities (hypotension、edema、constitutional symptoms) のみ観察され、全例が treatment completion後に回復。特に MART-1 / gp100 TCR先行試験で報告された on-target皮膚毒性 (melanocyte destruction)、眼毒性 (uveitis)、聴覚毒性 (hearing loss) は1例も発生せず、これはNY-ESO-1の testis-restricted expression (MHC class I陰性) によると考察された。No infusion-related反応も無し。
考察/結論
① 先行研究との違い: これまでのTCR adoptive transfer試験で標的とされてきたのはmelanocyte differentiation antigen (MART-1: ORR 30%、gp100: ORR 19%、Morgan 2006、Johnson 2009 Johnson et al. Blood 2009) のみで、これらは melanoma限定のターゲット であり、かつ on-target皮膚・眼毒性が問題となっていたのに対し、本研究はcancer/testis antigen (NY-ESO-1) を採用した点で先行研究と決定的に異なる。既存報告のMART-1 TCRは ORR 30%だった (Morgan et al. Science 2006) のに対し、本研究のメラノーマORR=45%は約 1.5-fold improvement、滑膜肉腫ORR=67%はさらに約 2.2-fold improvementを示し、これまでの melanoma vaccine試験 (NY-ESO-1 peptide / recombinant viral vaccine / NY-ESO-1 protein 等、いずれもadvanced disease に対し no clinical benefit) と相違する成果である。さらに synovial cell sarcomaに対しては、これまでの非メラノーマ固形腫瘍 へのTCR adoptive transferが renal cancer (n=3、no response) と ovarian cancer (n=8、no response) のCAR T cell試験 (Kershaw et al. ClinCancerRes 2006) で失敗していたのと対照的に、初の成功を達成した。② 新規性: 本研究で初めて、CT antigen特異的TCR遺伝子導入T細胞による非メラノーマ固形腫瘍 (synovial cell sarcoma、ORR=67%) の successful adoptive immunotherapy が世界で実証され novel landmark evidenceとなった。これまで報告されていない知見として、(a) high-affinity 1G4α95:LY TCR (CDR3 modificationで CD4+/CD8+両者で enhanced recognition) の臨床応用、(b) NY-ESO-1 testis-restricted expressionによる on-target toxicity完全回避、(c) tetramer + ELISPOT + Vβ13.1の3 indicator間の高相関 (r^2 0.70-0.82) によるquantitative T cell engineering platform確立、を実証した。③ 臨床応用と意義: CT antigen targeting TCR T cell療法のbench-to-bedside translational pivotal evidence。NY-ESO-1は breast cancer (~30%)、ovarian cancer (~30%)、lung cancer (~30%)、prostate cancer (~25%) など widely-expressed solid tumorsへの臨床的意義が極めて大きい。臨床的有用性として後の commercial product (afami-cel = afamitresgene autoleucel、tabelecleucel 等) の規制承認の臨床応用への直接的橋渡しを果たした。④ 残された課題と今後の検討: limitationとして、(1) n=17 patientsは ORR推定に統計的有意性は不十分、randomized phase II trialでの validation が今後の研究として必要、(2) clinical responseと T cell persistenceの correlation不在 (Tetramer/ELISPOTでquantify) は future studyとして persistence-independent mechanisms (e.g., regulatory T cell elimination、antigen spreading) の解明が残された課題、(3) non-responder患者 (~50%) の機序 (HLA class I loss、TIL exclusion、TME suppression) の解明が今後の展望、(4) IL-12 cotransduction、CD4+ Treg elimination、recombinant NY-ESO-1 vaccinationによる response enhancement strategiesが今後の検討、(5) cancer/testis antigen MAGE-A3、CTAG2、PRAME等への TCR engineering platform expansionが必要。これらlimitationにもかかわらず、本研究はTCR-based gene therapyの非メラノーマ固形腫瘍に対する臨床的有効性を世界で初めて示した重要な adoptive immunotherapy clinical milestone evidence である。
方法
試験設計: 単施設phase I clinical trial (NCI 08-C-0121、Surgery Branch of NCI、NIH、Bethesda, MD)。IRB / Institutional Biosafety Committee / Office of Biotechnology Activities / FDA approved。対象: ≥18歳、標準治療不応性の転移性メラノーマ (HLA-A0201陽性、prior IL-2療法再発、n=11 patients) または転移性synovial cell sarcoma (multi-chemotherapy再発、n=6 patients)。Eligibility criteria: anti-NY-ESO-1モノクローナル抗体E978 (Invitrogen) によるimmunohistochemistry染色で2-4+ かつ ≥50% positiveの強発現 (cell line marker)。TCR construct: NY-ESO-1:157-165 peptide (SLLMWITQC)/HLA-A0201拘束性の1G4 TCR α鎖CDR3に2 amino acid substitutionを導入した1G4α95:LY (CD4+/CD8+ T cell両者で enhanced recognition)、MSGV1 retroviral vector backbone (clinical-grade GMP vector、Indiana University National Gene Vector Laboratory製造)。Target cell line: HLA-A0201+/NY-ESO-1+ tumor cell line 624 mel (cell line)、HLA-A0201+/NY-ESO-1- control cell line 526 mel (cell line) を target cellsとして使用。Patient-derived T cell productはex vivo culture でmedian 5×10^10 cells/patient まで expand。T細胞製造: 患者pheresis sample → soluble anti-CD3 antibody (OKT3、Ortho-Biotech、50 ng/mL) + recombinant IL-2 (300 IU/mL) で刺激 → 1G4α95:LY retroviral supernatantで transduction (retronectin-mediated、Takara Bio提供) → ex vivo expansion → median 5×10^10 cells/patient投与 (range 1.6-130×10^9)。前処置化学療法: cyclophosphamide (60 mg/kg/day × 2 days) + fludarabine (25 mg/m^2/day × 5 days) の non-myeloablative lymphodepleting regimen。T細胞輸注: 化学療法直後にTCR-transduced T cells single bolus IV infusion + 高用量bolus IL-2 (720,000 IU/kg/dose、to tolerance、median 6 doses range 1-10)。Monitoring: pre-infusion + post-infusion (~1ヶ月後) PBMCに対する flow cytometry (FACSCanto II + FlowJo) で NY-ESO-1 tetramer / anti-Vβ13.1 antibody (BeckmanCoulter、1G4α95:LY TCR β chain認識) staining、IFN-γ ELISPOT (peptide-pulsed targets + tumor cell lines 624 mel [HLA-A0201+ NY-ESO-1+] vs 526 mel [HLA-A0201+ NY-ESO-1-])、serum anti-NY-ESO-1抗体titer (ELISA)。Response evaluation: RECIST準拠 (Response Evaluation Criteria in Solid Tumors)、CT imagingでpretreatment vs post-treatment比較。統計: response duration measurement、anti-NY-ESO-1 antibody titer vs response はMann-Whitney U test (nonparametric)、tetramer staining vs ELISPOT response は linear regression with r^2 + P value。p<0.05を有意とした。