- 著者: Steven A. Rosenberg, Nicholas P. Restifo
- Corresponding author: Steven A. Rosenberg (Surgery Branch, National Cancer Institute, NIH, Bethesda, MD, USA); Nicholas P. Restifo (Surgery Branch, National Cancer Institute, NIH, Bethesda, MD, USA)
- 雑誌: Science
- 発行年: 2015
- Epub日: 2015-04-03
- Article種別: Review
- PMID: 25838374
背景
養子細胞療法 (Adoptive Cell Therapy; ACT) は、抗腫瘍活性を持つ免疫細胞を体外で増幅・改変して患者に投与する高度個別化がん免疫療法である。1960年代にT細胞が同種移植拒絶のメディエーターと判明して以来、ACTの概念は着実に進歩を遂げてきた。1976年のインターロイキン-2 (IL-2) の発見は、Tリンパ球を体外で増殖させる手段を提供し、その後のACTの発展に不可欠であった (Morgan et al. 1976)。1985年にはIL-2単剤投与により転移性メラノーマ患者の一部で完全奏効 (CR) が得られることが示され (Rosenberg et al. 1985)、この成功がT細胞と抗原の特定への関心を高めた。1988年には、腫瘍浸潤リンパ球 (TIL) を用いたACTが転移性メラノーマ患者で客観的奏効 (OR) を誘導することが初めて報告された (Rosenberg et al. 1988)。しかし、初期のACTでは奏効期間が短く、投与された細胞の生着も限定的であった。
この課題に対し、2002年に非骨髄破壊的リンパ球除去前処置がTIL移入前の患者に施されることで、がん退縮の増加と移入された抗腫瘍リンパ球による宿主の持続的なオリゴクローナル再増殖が達成されることが示された Dudley et al. Science 2002。これにより、投与された抗腫瘍細胞が輸注後数ヶ月経っても末梢血CD8+ T細胞の最大80%を占めることが可能となった。このリンパ球除去前処置は、内因性Tregや骨髄由来抑制細胞 (MDSC) を減少させ、IL-7/IL-15などのホメオスタティックサイトカインのレベルを劇的に上昇させることで、投与されたT細胞のin vivoでの増殖と生着を大幅に改善する。
また、ACTの適用範囲を広げるため、リンパ球を遺伝子改変して抗腫瘍受容体を発現させる技術が開発された。2006年には、MART-1メラノーマ抗原を認識するT細胞受容体 (TCR) をコードするレトロウイルスを導入した正常循環リンパ球の投与が、ヒトにおいて腫瘍退縮を誘導することが初めて示された Morgan et al. Science 2006。さらに、2010年にはB細胞抗原CD19に対するキメラ抗原受容体 (CAR) を発現するよう遺伝子改変されたリンパ球の投与が、進行B細胞リンパ腫の退縮を媒介することが報告された (Kochenderfer et al. 2010)。これらの自然発生または遺伝子改変された抗腫瘍T細胞を用いた知見は、ヒトがん治療におけるACTの広範な発展の基礎を築いた。
本総説は2015年時点でTIL、CAR-T、TCR遺伝子改変T細胞の3系統すべてでRosenberg/RestifoがNCIにおけるpioneer級成果を提示し、特にメラノーマから共通上皮癌 (胆管癌、子宮頸癌、肉腫など) への適用拡大の展望を論じる。これまでのACT研究は主にメラノーマに焦点を当ててきたが、他の一般的な上皮性癌への適用は未開拓の領域であった。特に、腫瘍特異的な変異抗原 (ネオアンチゲン) の同定とそれらを標的とするT細胞の利用は、ACTの有効性を高める上で重要な要素として浮上してきたが、その詳細なメカニズムや広範な癌種への適用可能性については、依然として多くの知識ギャップが残されている。従来のACTが自己抗原を標的とすることで生じるオンターゲット・オフ腫瘍毒性の課題も未解明のままであり、これを克服する新たなアプローチが不足していた。
目的
本レビューは、養子細胞療法 (ACT) の主要な3つの様式である腫瘍浸潤リンパ球 (TIL)、キメラ抗原受容体 (CAR)-T細胞、およびT細胞受容体 (TCR) 遺伝子改変T細胞の臨床成績を集大成することを目的とする。具体的には、これらのACT様式がメラノーマ、白血病、リンパ腫、および一部の上皮性癌を含む多様な癌種において劇的な腫瘍退縮を誘導する個別化免疫療法であることを包括的に示す。
さらに、本レビューは、腫瘍特異的変異 (ネオアンチゲン) を標的とする個別化ACTのパラダイムを提示し、その分子的根拠を詳細に解説する。特に、一般的な上皮性癌へのACT適用を拡張するための分子的根拠と、それに伴う技術的課題（T細胞の分化状態の最適化、適切な抗原選択、効率的な遺伝子導入ベクターの開発、および免疫原性変異の網羅的スクリーニング方法）を明確に提示する。これにより、ACTの将来的な改善点と、より広範な癌種への適用可能性を探ることを目指す。本レビューは、ACTの有効性の原理、課題、および将来の方向性について議論し、特に共通上皮性癌へのACTの適用拡大の可能性と、それに伴う分子生物学的および技術的課題に焦点を当てている。
結果
本レビューは、養子細胞療法 (ACT) の主要な3つの様式であるTIL、CAR-T、TCR遺伝子改変T細胞の臨床成績と、その基礎となる科学的原理を包括的に集約している。
TILによる転移性メラノーマACTの有効性: NCI単施設における194例の転移性メラノーマ患者を対象としたTIL療法では、107例 (55%) で客観的奏効 (OR) が認められた。特に、化学療法±全身放射線照射 (TBI) 前処置を受けた93例を対象とした2つの試験では、20例 (22%) が完全奏効 (CR) を達成し、そのうち19例 (20%) は5年から10年以上の長期無再発生存を達成し、治癒した可能性が高いとされた (Table 1)。これらの患者におけるCR率は、従来の治療法と比較して顕著な改善を示している。他の施設でも、Moffitt Cancer Centerで38%のORR、MD Anderson Cancer Centerで48%のORR、Ella Instituteで40%のORRが報告されており (Table 1)、TIL療法の有効性が複数のグループによって確認されている。IL-2既治療患者では63%、抗CTLA-4既治療患者では42%、抗PD-1既治療患者では50%、Braf阻害剤治療後患者では43%のORRが示され、既治療抵抗性の患者においても高い奏効が認められた。脳転移も治療の対象となり得ることが報告されている (Hong et al. 2010)。標準的なリンパ球除去前処置は、シクロホスファミド60 mg/kgを2日間、フルダラビン25 mg/m²を5日間投与し、その後T細胞とIL-2を720,000 IU/kgで耐用量まで投与するプロトコルである (Fig. 2)。CD27陽性細胞の存在、テロメア長、およびIL-15の上昇が奏効の予測マーカー候補として挙げられた。リンパ球除去前処置は、T細胞の生着を10倍以上増加させ、末梢血CD8+ T細胞の大部分を移入細胞が占めることを可能にする。
TILによる上皮性癌への適用拡大とネオアンチゲン標的: TIL療法はメラノーマ以外の固形癌にも適用可能であることが示された。子宮頸癌患者9例中3例 (33%) でORが認められ、これはヒトパピローマウイルス (HPV) 抗原を標的としている可能性が示唆された。特に注目すべきは、2014年にTranらが報告した胆管癌患者の事例である (Tran et al. 2014)。この患者は複数の化学療法後に進行し、エクソームシーケンシングにより26個の非同義変異が同定された。そのうち、ERBB2IP (ERBB2-interacting protein) 変異をHLA-DQβ06拘束性に認識するCD4+ TILが同定され、95%以上のERBB2IP変異反応性TILを選別して投与した結果、肝臓および肺転移が1年以上にわたり持続的に退縮した。この成果は、一般的な上皮性癌においてもACTが有効である可能性を強力に示唆するものである。メラノーマ患者のエクソームシーケンシングにより、21人の患者から合計45個の変異反応性TILが同定されたが、これらの変異は他の患者と共有されることはなかった (完全な個別化)。タンデムミニジーンエレクトロポレーション法 (Fig. 3) は、患者のすべてのクラスI/II MHC分子に提示される変異を網羅的にスクリーニングする手法として提示された。この手法では、各変異アミノ酸を挟む10〜12個の正常残基をコードするミニジーンが構築され、これらが連結されたタンデムミニジーンが発現プラスミドにクローニングされ、RNAとして患者の自己抗原提示細胞 (APC) にエレクトロポレーションされる。これにより、すべてのMHCコンテキストで処理・提示可能な変異ペプチドが提示され、患者のTILとの共培養により腫瘍認識に関与するミニジーンが同定される。抗PD-1抗体療法が、高変異負荷癌 (メラノーマ、肺癌、膀胱癌) で高い奏効を示す事実も、ネオアンチゲン標的が免疫療法の効果の核心であることを示唆している Topalian et al. NEnglJMed 2012。
CD19 CAR-T細胞による血液悪性腫瘍ACTの成功: CD19を標的とするCAR-T細胞療法は、血液悪性腫瘍において劇的な成功を収めている (Table 1)。リンパ腫患者1例で100%のCRが報告され (Kochenderfer et al. 2010)、慢性リンパ性白血病 (CLL) 患者3例で100%のCR (Kalos et al. 2011)、急性リンパ性白血病 (ALL) 患者5例で100%のCR (Brentjens et al. 2013) が報告された。2014年には、Maude et al. NEnglJMed 2014 がALL患者30例で90%のCRを報告し、Lee et al. Lancet 2015 はALL患者21例で67%のORR (用量漸増試験)、Davila et al. SciTranslMed 2014 はALL患者16例で88%のCRを報告した。また、Kochenderferらは非ホジキンリンパ腫 (NHL) 患者15例で80%のORRを報告し、びまん性大細胞型B細胞リンパ腫 (DLBCL) 患者7例中4例でCRが認められた (Kochenderfer et al. 2015)。これらのCAR-T細胞は、多くの場合4-1BBまたはCD28共刺激ドメインを含み、レトロウイルスまたはレンチウイルスを用いて導入された。CAR-T細胞療法は、CD19を標的とすることでB細胞の欠損を引き起こすが、これは免疫グロブリン補充療法で管理可能である。しかし、サイトカイン放出症候群や神経毒性といった重篤な合併症も報告されており、これらの管理が重要である。
TCR遺伝子改変T細胞による固形腫瘍ACT: TCR遺伝子改変T細胞療法も固形腫瘍で有効性を示している (Table 1)。MART-1 TCR (2006年 Morgan、2011年 Johnson改良) を用いたメラノーマ治療では45%のORRが認められたが、メラノサイトに対するオンターゲット・オフ腫瘍毒性 (眼毒性、耳毒性) が問題となった。NY-ESO-1 TCR (2011年 Robbins) は、滑膜肉腫患者6例中4例 (67%) でORを達成し、メラノーマ患者でも有効性が示された (Robbins et al. 2011)。神経芽腫では、GD2 CARをEBV反応性細胞に導入することで、11例中3例 (27%) でCRが認められた (Louis et al. 2011)。しかし、高親和性TCRを用いる際には、MAGE-A3を標的としたTCRが心筋のチチンを認識し、致死的な心原性ショックを引き起こした事例 (Linette et al. 2013) や、ERBB2特異的CAR-T細胞が肺上皮の低レベルERBB2を認識し、急性肺毒性による死亡を引き起こした事例 (Morgan et al. 2010) など、予期せぬオフターゲット毒性も報告されており、TCR/CARの選択と設計の重要性が強調されている。
T細胞の分化状態と生着: リンパ球除去前処置は、内因性Tregや骨髄由来抑制細胞 (MDSC) を減少させ、IL-7/IL-15などのホメオスタティックサイトカインのレベルを劇的に上昇させる。これにより、投与されたT細胞はin vivoで1000倍以上に増殖し、生着が大幅に改善される (Fig. 2)。マウスモデルの研究では、ナイーブT細胞やセントラルメモリーT細胞 (TSCM/TCM) のような未分化なT細胞が、エフェクターメモリーT細胞よりも持続性と抗腫瘍活性に優れることが示されている (Gattinoni et al. 2005)。CD8+ T細胞の分化状態は、その増殖能力と持続性とは逆相関することが示されており、より若いT細胞が臨床効果と統計的に正の相関を示すことが示唆された (Rosenberg et al. 2011)。これらの知見は、ACTにおけるT細胞の製造プロセスにおいて、より未分化なT細胞サブセットを維持することの重要性を示唆している。
考察/結論
本レビューは、養子細胞療法 (ACT) 分野におけるRosenberg研究室の数十年にわたる蓄積を俯瞰し、TIL、CAR-T、TCR遺伝子改変T細胞の3系統すべてで歴史的な成果を示した記念碑的総説である。
先行研究との違い: これまでのACT研究が主に共通自己抗原を標的としていたのに対し、本研究はネオアンチゲン/変異反応性T細胞の概念を提示することで、「ACTの標的は患者固有の変異である」というパラダイムを確立した点で大きく異なる。特に、メラノーマにおけるTILの長期的な治癒ポテンシャル (22%のCRが5-10年持続) を明確に実証したことは、これまでの報告と比較してACTの治療効果の持続性に関する理解を深めた。
新規性: 本研究で初めて、胆管癌患者におけるERBB2IPネオアンチゲン反応性TILによる劇的な腫瘍退縮の事例を提示し、一般的な上皮性癌へのACTの適用可能性を新規に証明した。この発見は、低変異負荷の癌においても個別化ACTが有効であることを示唆する画期的なものであった。また、MHC拘束性によらずネオアンチゲンを網羅的にスクリーニングできるタンデムミニジーンエレクトロポレーション法 (Fig. 3) の技術的提示も新規性が高い。CAR-T細胞療法におけるCLL/ALL/リンパ腫での90%前後の高いCR率の集約は、血液悪性腫瘍におけるACTの有効性を強く裏付けるものであり、本レビューによってその全体像が初めて包括的に示された。
臨床応用: 本知見は、個別化されたがん免疫療法の臨床応用に直結する。特に、ネオアンチゲンを標的とするACTの概念は、その後のネオアンチゲンワクチン (Ott et al. 2017、Sahin et al. 2017)、個別化TCR療法、および選別されたTIL製品 (lifileucelの承認、2024年FDA) の発展へ直結する基盤となった。CD19 CAR-T細胞療法は、tisagenlecleucel、axicabtagene ciloleucel、brexucabtageneなどの製品として既に承認され、血液悪性腫瘍の標準治療の一部となっている。また、afamitresgene autoleucel (MAGE-A4 TCR) が滑膜肉腫で2024年にFDA承認されるなど、本論文で展望された多くの臨床応用が実現されてきた。
残された課題: 今後の検討課題として、固形癌におけるTIL/TCR療法の持続的奏効率の向上が残されている。オンターゲット・オフ腫瘍毒性 (例: MART-1/gp100高親和性TCRによる致命的な眼・耳毒性、Morgan et al. MolTher 2010) の回避、腫瘍微小環境 (TME) によるT細胞疲弊・排除の克服、サイトカイン放出症候群や神経毒性 (CAR-T) の管理、製造のスケールアップ (TIL製造に6週間、カスタムネオアンチゲン同定に数ヶ月)、同種異系「off-the-shelf」CAR-Tの開発、CD4+ヘルパーT細胞の役割解明、抗原エスケープ変異への対応、およびTME修飾戦略 (抗VEGF、抗PD-1、CXCR4阻害剤併用) が挙げられる。本総説はACTを「リビングトリートメント」と定義し、その生物学的特殊性を強調しており、これらの残された課題を解決するための基礎的な枠組みを提供している。本総説はACTの「現代教科書」として10年以上にわたり引用され続ける基盤的文献である。
方法
本論文はレビュー論文であるため、特定の実験方法論は含まれない。しかし、本レビューの構成と内容は、長年にわたるACT分野における広範な文献調査と、著者らがNCI (National Cancer Institute) で実施してきた臨床試験および基礎研究の成果に基づいている。文献検索は、ACT、腫瘍浸潤リンパ球 (TIL)、キメラ抗原受容体 (CAR)-T細胞、T細胞受容体 (TCR) 遺伝子改変T細胞、ネオアンチゲン、メラノーマ、リンパ球除去前処置などのキーワードを用いて、主要な医学データベース (例: PubMed、Web of Science) で実施されたと推察される。検索期間はACTの歴史的発展を網羅するため、1960年代から本レビューの出版年である2015年までを対象とした。
レビューの主要な焦点は、以下のACT様式に関する臨床成績と基礎科学的知見の統合である。
- 腫瘍浸潤リンパ球 (TIL) 療法: メラノーマ患者におけるTIL療法の臨床成績、リンパ球除去前処置の重要性、およびTILの抗腫瘍活性を媒介する抗原の特定（特に変異抗原の役割）に関する研究が分析された。リンパ球除去前処置のプロトコルとして、シクロホスファミド60 mg/kgを2日間、フルダラビン25 mg/m²を5日間投与し、その後T細胞とIL-2を720,000 IU/kgで耐用量まで投与する標準的なプロトコルが詳細に記述されている。
- CAR-T細胞療法: CD19を標的とするCAR-T細胞療法が、慢性リンパ性白血病 (CLL) や急性リンパ性白血病 (ALL) などの血液悪性腫瘍で示した高い奏効に関するデータが収集・評価された。CARの構造（共刺激ドメインの選択など）と、サイトカイン放出症候群などの毒性管理についても考察された。
- TCR遺伝子改変T細胞療法: MART-1やNY-ESO-1などの腫瘍関連抗原を標的とするTCR遺伝子改変T細胞療法の臨床成績、およびオンターゲット・オフ腫瘍毒性の問題が検討された。特に、高親和性TCRによる眼毒性や耳毒性などの副作用が詳細に分析された。
- ネオアンチゲン標的ACT: 全エクソームシーケンシング (WES) を用いた腫瘍特異的変異の同定、およびそれらの変異がTILの主要な標的である可能性に関する最新の知見が統合された。特に、タンデムミニジーンエレクトロポレーション法 (Fig. 3) を用いたネオアンチゲンスクリーニング技術が詳細に解説された。この方法では、各変異アミノ酸を挟む10〜12個の正常残基をコードするミニジーンが構築され、これらが連結されたタンデムミニジーンが発現プラスミドにクローニングされ、RNAとして患者の自己抗原提示細胞 (APC) にエレクトロポレーションされる。これにより、すべてのMHCコンテキストで処理・提示可能な変異ペプチドが提示され、患者のTILとの共培養により腫瘍認識に関与するミニジーンが同定される。
- T細胞の分化状態と生着: 投与されるT細胞の分化状態（ナイーブ、セントラルメモリー、エフェクターメモリー）が、生着と抗腫瘍効果に与える影響に関するマウスモデルおよびヒト研究のデータが分析された。より未分化なT細胞（ナイーブT細胞やセントラルメモリーT細胞）が、より持続的で強力な抗腫瘍活性を示すことが強調された。
本レビューは、これらの情報を統合し、ACTの有効性の原理、課題、および将来の方向性について議論する。特に、共通上皮性癌へのACTの適用拡大の可能性と、それに伴う分子生物学的および技術的課題に焦点を当てている。統計手法については、個々の臨床試験の結果を引用する形であり、本レビュー自体で新たな統計解析は実施されていない。