- 著者: Ye W
- Corresponding author: Weilan Ye, PhD (Molecular Oncology Department, Genentech Inc., South San Francisco, CA, USA)
- 雑誌: Developmental Cell
- 発行年: 2016
- Epub日: N/A
- Article種別: Review
- PMID: 27093081
背景
腫瘍血管新生の概念は1970年代にFolkmanによって提唱された (Folkman, 1971)。彼は、腫瘍が2 mm³を超えて成長するためには血管新生が不可欠であり、新生血管形成を阻害することで腫瘍を休眠状態に維持できると仮説した。この仮説は、がんを「慢性的な無症候性疾患」に変える可能性を示唆した。1980年代にはVEGFAが主要な血管新生促進因子として同定され (Leung et al., 1989; Plouet et al., 1989; Senger et al., 1983)、VEGFA欠損マウスの単一アレル喪失が血管消失と胎生致死を引き起こすことが確認され (Carmeliet et al., 1996; Ferrara et al., 1996)、VEGFAが抗血管新生療法の主要な開発ターゲットとして確立された。
ベバシズマブ（抗VEGFA抗体）は2003年に転移性大腸癌に対するFDA承認を皮切りに、転移性非小細胞肺癌 (NSCLC) や子宮頸癌などへの応用が拡大した (Hurwitz et al., 2004; Sandler et al. NEnglJMed 2006; Tewari et al., 2014)。しかし、前臨床モデルで提唱された「腫瘍休眠維持」仮説と、実際の臨床的有効性（腫瘍縮小ではなく無増悪生存期間 (PFS) 延長が主）の間には大きなギャップが存在した。このギャップは、抗血管新生療法の適切な臨床応用、予測バイオマーカーの開発、および他の治療法との組み合わせ戦略の設計において、重要な課題として残されていた。
抗血管新生療法は、その理論的ポテンシャルにもかかわらず、臨床での効果は「控えめ」であると評価されることが多く、一部の適応症で全生存期間 (OS) をわずかに改善するか、他の癌ではOSを延長せずに病勢進行を遅らせるに留まる。この理論と現実の乖離は、前臨床研究の妥当性に対する精査を促した。VEGFA阻害剤が血管化された進行腫瘍に対してどのように機能するか、そのメカニズムは従来の抗血管新生概念では十分に説明できない点が未解明であった。また、治療効果を予測するバイオマーカーの確立も不十分であり、治療継続の意義や薬剤耐性メカニズムについてもさらなる理解が不足していた。本レビューは、これらの課題を包括的に分析し、将来の治療戦略に資する知見を提供することを目的としている。
目的
本レビューの目的は、抗VEGFA療法の作用機序、前臨床から臨床への翻訳における課題、血管剪定機序、血管正常化仮説、治療継続の意義、予測バイオマーカーの不在、および免疫療法との組み合わせの可能性について包括的に議論することである。特に、Folkmanの原仮説と臨床現実とのギャップを分析し、VEGFA阻害剤が主に腫瘍増殖速度を遅らせることで効果を発揮すること、化学療法との併用における血管正常化仮説の役割、治療継続の重要性、予測バイオマーカー開発の困難性、薬剤耐性の定義、および免疫療法との組み合わせの可能性について、これまでの知見を整理し、将来の方向性を示すことを目指す。
結果
抗血管新生療法の原概念と臨床現実のギャップ: Folkmanの原仮説は小さな休眠腫瘍を標的とし、腫瘍血管化を予防することで腫瘍を慢性的な無症候性疾患として維持するというものであった (Folkman, 1971)。しかし、FDA承認を受けた全ての臨床試験は、転移性疾患を持つ患者の大型・血管化腫瘍に対するものであり、本来の仮説とは異なる状況であった。ベバシズマブ単剤の客観的奏効率は腎細胞癌で10%に過ぎず (Yang et al., 2003)、64%がstable diseaseを示した。生存改善の実態はPFS延長（腫瘍成長抑制）であり、腫瘍縮小ではない。RECIST基準（30%縮小でPR、20%増大でPD）は化学療法のために設計されており、「成長遅延」という抗血管新生薬の主要作用機序との乖離が臨床評価上の根本的問題を生じさせている。前臨床キセノグラフトモデルでは>60%の腫瘍増殖阻害 (TGI: tumor growth inhibition) が臨床奏効の予測に有用とされるが、全ての前臨床モデルの約20%のみがこの閾値を超えており、多くのキセノグラフトモデルがVEGFA阻害によって腫瘍縮小ではなく増殖遅延を示すという前臨床の実態は、結果的に臨床の実態と整合していた (図2)。
VEGFAシグナルの多機能性と承認された抗血管新生薬の全体像: VEGFA・B・C・Dからなるリガンドファミリーは3種のチロシンキナーゼ受容体 (VEGFR1・VEGFR2・VEGFR3) に結合し、血管透過性・内皮細胞増殖・遊走・生存の調節を通じて血管新生を促進する (図1)。VEGFAの主な機能は①血管新生・リンパ管新生、②造血、③血管透過性亢進、④特定腫瘍細胞の増殖促進である。VEGFR2が血管発達と機能の主要制御因子として機能する。FDA/EMA承認を受けた抗血管新生薬 (2016年時点) としてベバシズマブ (抗VEGFA mAb) ・ラムシルマブ (抗VEGFR2 mAb) ・ジブ-アフリベルセプト (VEGFA・B・PlGF捕捉融合タンパク質) の生物学的製剤と、axitinib・pazopanib・regorafenib・sorafenib・sunitinib・vandetanib・cabozantinib・lenvatinibの多標的チロシンキナーゼ阻害薬 (TKI) が挙げられ、それぞれ特定の固形癌での適応を持つ (表1)。
血管剪定機序：ベバシズマブの主要作用メカニズム: VEGFA阻害の最も顕著な効果は腫瘍微小血管の「剪定 (pruning) 」であり、これが有効性の主要ドライバーと考えられる。この選択性の分子基盤は血管成熟度の差異にある。正常組織の成熟血管は適切な基底膜・内皮細胞間結合・周皮細胞 (mural cell) リクルートメントを有し、VEGFA非依存的な生存維持が可能であるのに対し、腫瘍微小血管の多くは基底膜不完全・周皮細胞との接触が疎・内皮間結合異常という未成熟表現型を持ち、VEGFA依存的な生存に依存している (Benjamin et al., 1999)。この成熟度依存的VEGFA感受性の差異が腫瘍での選択的血管廃絶をもたらす。前臨床モデルと臨床データの比較では、腫瘍増殖の速い前臨床キセノグラフトに対しVEGFA阻害は縮小ではなく増殖率の低下を引き起こすという点で臨床と一致するが、時間スケールの差異 (前臨床の数週間対臨床の数ヶ月) ・複数転移病変の存在・薬剤副作用・患者コンプライアンス等は前臨床モデルでは捉えられない (図2)。
血管正常化仮説：メカニズムと限界: 異常腫瘍血管の剪定後に残存する血管ネットワークが機能的に改善され、腫瘍間質圧低下・灌流改善・化学療法の腫瘍内送達促進という「正常化の窓」が一時的に形成されるという仮説 (Carmeliet and Jain, 2011; Winkler et al., 2004) は、化学療法+抗血管新生療法の組み合わせ有効性の魅力的な説明を提供する。実際、ベバシズマブ追加によって複数の癌種 (大腸癌・NSCLC・乳癌・子宮頸癌等) で化学療法への奏効率が向上した (Hurwitz et al., 2004; Miller et al., 2005; Sandler et al. NEnglJMed 2006; Tewari et al., 2014)。数学的観点からも、ベバシズマブによる腫瘍増殖率定数 (growth rate constant) の減少と化学療法による腫瘍縮小率の増加の組み合わせがPFS延長の数学的基盤として説明できる (Stein et al., 2008; Blagoev et al., 2014)。ただし正常化仮説の直接的臨床証拠は不十分であり、抗血管新生療法が実際に化学療法の腫瘍内送達を増加させることを示した臨床研究は乏しく、逆に化学療法送達の急速な減少を示した報告もある (Van der Veldt et al., 2012)。
治療継続の意義：初期血管剪定後の抗血管新生機序: 最初の血管剪定に続いてVEGFA阻害を継続することは、新たな血管形成 (真の抗血管新生機序) を阻止し治療効果を維持する。前臨床モデルでは継続治療によって低い腫瘍血管密度と腫瘍増殖率が維持され、中止後は血管密度・増殖率の回復が観察された (Bagri et al., 2010; Mabuchi et al., 2008)。臨床では大腸癌 (BRiTE試験、Grothey et al., 2008; ML18147試験、Bennouna et al., 2013) ・腎細胞癌 (Burotto et al., 2014) ・卵巣癌 (ICON7) でのRECIST進行後継続投与のOSベネフィットが示されている。例えば、BRiTE試験では、ベバシズマブ継続群のOS中央値が20.4ヶ月 vs 14.3ヶ月（HR 0.41, 95% CI 0.27-0.62, p<0.001）と報告されている。補助療法設定 (ステージII/III大腸癌、NSABP C-08・AVANT試験) では有意な効果が治療中のみに観察され中止後に急速に消失したことは、Folkmanの原仮説を実現するには半減期が長く・簡便な投与・高い安全性・全潜在的血管新生因子の完全抑制が必要であるという制約を示している。
バイオマーカー開発の困難性: ベバシズマブの奏効予測バイオマーカーは十分に確立されておらず、VEGFA経路成分の遺伝子多型・腫瘍・循環VEGFAレベル・VEGFAアイソフォーム発現・その他血管新生因子の発現・腫瘍灌流・血圧上昇 (代替マーカー) 等の多くの候補が後解析から同定されたが、複数試験での再現が困難であった (Hegde et al., 2013)。この困難性の生物学的根拠として3点が指摘される。第1に、バイオマーカーがしばしば初診時 (アーカイブ組織) から採取されるのに対し、腫瘍血管フェノタイプは疾患進行とともに動的に変化し、さらに同一患者内の異なる転移病変間でも異なる血管フェノタイプを示す (Jubb et al., 2011; Sardari Nia et al., 2007)。第2に、腫瘍細胞のVEGFA依存性は病変間・経時的に変化するため、奏効性は病変・時間依存的な変数となる。第3に、VEGFA阻害薬は治療フェーズに応じて異なるメカニズム (初期：血管剪定、後期：抗血管新生) で作用するため、有用なバイオマーカーは治療フェーズと病期に対応した血管フェノタイプ・腫瘍代謝・分子シグネチャーを全ての対象病変で同時に測定する必要があり、このような要件を満たすイメージング手法の開発と検証が先決課題となる。
抵抗性機序：骨髄由来免疫細胞と腫瘍微小環境: VEGFA阻害に対する固有的・獲得的抵抗性には骨髄由来免疫抑制細胞 (MDSC: myeloid-derived suppressor cells) が重要な役割を果たす。Gr1+CD11b+骨髄細胞またはCD11b+Ly6G+好中球が腫瘍に豊富に存在すると抗VEGFA治療に対する固有的抵抗性が生じ、これらの細胞の枯渇やそれらが産生する血管新生因子 (Bv8等) の阻害によって感受性が回復する (Shojaei et al., 2007a; Shojaei et al., 2007b)。獲得的抵抗性では、VEGFA経路の阻害によって一部の腫瘍でケモカイン・サイトカインプロファイルが変化しTIE2発現単球・M2マクロファージ・N2好中球等の骨髄細胞が腫瘍に蓄積し、これらがVEGF非依存性血管新生を促進することで耐性が生じる。VEGFA阻害誘導性低酸素による浸潤・転移促進については前臨床研究での証拠が相矛盾し (Ebos et al., 2009; Paez-Ribes et al., 2009 vs. Chung et al., 2012; Singh et al., 2012)、臨床データではベバシズマブ中止後の疾患加速化はほとんど確認されておらず、大規模臨床データセット解析 (Blagoev et al., 2013; Miles et al., 2011) でも抗血管新生療法中止後の腫瘍増殖加速は認められなかった。
免疫療法との組み合わせ可能性：免疫微小環境への影響: VEGFA阻害は免疫細胞の腫瘍浸潤を複数の機序で促進する。VEGFR1とVEGFR2を発現するDCに対し、VEGFR1活性化がDC成熟と機能を抑制し、VEGFR2シグナルが抗原提示活性を阻害するため (Gabrilovich et al., 1996; Mimura et al., 2007)、VEGFA阻害によってDC分化と活性が改善される (Gabrilovich et al., 1999)。臨床では、ベバシズマブ投与と循環DCの適度な増加・recall抗原に対するアロ刺激能の向上との関連が報告されている (Osada et al., 2008)。VEGFA・PGE2・IL-10がFas-リガンドを腫瘍内皮に誘導しエフェクターT細胞を選択的に殺傷してTregを温存するという免疫抑制メカニズムを、VEGFA阻害が干渉することでT細胞の腫瘍内浸潤が増加する (Motz et al., 2014; Shrimali et al. CancerRes 2010)。前臨床では抗VEGFA療法がCD8+T細胞の腫瘍浸潤を増加させ、骨髄由来免疫抑制細胞 (MDSC) を減少させることが示されており (Manning et al., 2007; Du Four et al., 2015)、これはPD-1/PD-L1阻害薬との相加・相乗効果の理論的根拠となる。Angiopoietin-TIE2・Notch-DLL4経路等の他の血管新生経路も免疫機能を調節することが明らかになっており、血管新生と腫瘍免疫学の交叉点が集中的な研究分野として浮上した。
複数血管新生経路の同時阻害戦略: Angiopoietin-TIE2経路 (trebananib等) とNotch-DLL4経路 (demcizumab等) の阻害薬が開発され、VEGFA阻害薬との組み合わせが臨床試験で検討されている。これらの複数血管新生経路の同時阻害では、治療窓の同定 (安全性・有効性バランス) ・各経路をいつ阻害するかのタイミング最適化・リガンド-受容体の文脈依存的活動 (Angiopoietin-2のTIE2に対するアゴニスト/アンタゴニスト二面性等) の解明が複合的な課題として指摘された。
考察/結論
本Perspectiveは、ベバシズマブに代表される抗血管新生療法が前臨床の「腫瘍休眠」仮説とは異なるメカニズム（成長抑制・血管剪定・増殖速度低下）で機能することを整理し、臨床開発の複雑性を論じた重要な参照論文である。
先行研究との違い: 本研究は、Folkmanの初期の抗血管新生仮説が、進行した血管化腫瘍に対する臨床応用において、腫瘍の完全な休眠ではなく、主に腫瘍増殖速度の低下とPFS延長という形で発現することを示した点で、従来の理解を深めた。これは、抗血管新生療法が単なる血管形成阻害に留まらず、既存血管の剪定や血管正常化、さらには免疫微小環境への影響といった多面的な作用を持つことを強調する点で、これまでの研究とは異なる視点を提供している。
新規性: 本レビューは、RECIST基準と抗血管新生薬の作用機序のミスマッチ（腫瘍縮小ではなく成長遅延が主効果）を明確に指摘し、この評価基準の限界を浮き彫りにした。また、バイオマーカー開発の失敗の生物学的根拠（血管フェノタイプの動的・病変間変動）を詳細に分析し、真の予測バイオマーカーの要件を提示したことは新規性が高い。さらに、進行後継続投与の意義（抗血管新生機序の維持）や、免疫療法との組み合わせの理論的根拠（DC成熟促進・CD8+T細胞浸潤増加・MDSC減少）を包括的に整理したことは、これまで報告されていない知見の統合であり、今後の治療戦略に大きな影響を与えた。
臨床応用: 本知見は、抗血管新生療法の臨床応用に直結する。特に、IMpower150試験（NSCLC）でアテゾリズマブ+ベバシズマブ+化学療法が承認されたことは、本レビューが指摘した抗VEGF→免疫微小環境改善という概念の臨床的実現であり、抗血管新生療法が免疫療法時代においても重要な役割を持つことを実証した。また、治療継続の重要性や、血管正常化を介した化学療法との相乗効果の可能性は、臨床現場での治療戦略の最適化に貢献する。
残された課題: 今後の検討課題として、真の予測バイオマーカーの同定が依然として残されている。本論文が2016年時点で指摘したバイオマーカー問題（VEGFAシグナル経路多型・循環VEGFA・腫瘍灌流等の候補バイオマーカーの再現性欠如）は今日に至るまで未解決のままである。また、抗血管新生療法が腫瘍の浸潤・転移を促進する可能性に関する議論はcontroversialであり、大規模な臨床データセットを用いたさらなる検証が必要である。複数血管新生経路の同時阻害戦略における最適な治療窓の同定や、各経路をいつ阻害するかのタイミング最適化も今後の研究方向性として重要である。
方法
本論文はPerspective/Review Articleであり、特定の実験的手法や患者コホートを用いた研究ではないため、該当する「方法」セクションは存在しない。既存の科学文献、前臨床研究、および臨床試験の結果を統合的に分析し、抗血管新生療法の概念、作用機序、臨床応用における課題、および将来の方向性について考察した。具体的には、VEGF経路阻害剤の作用メカニズム、血管剪定効果、血管正常化仮説、治療継続の意義、バイオマーカー開発の困難性、薬剤耐性メカニズム、および免疫療法との組み合わせの可能性に関する主要な研究成果をレビューした。
文献検索は、PubMed、Embase、Web of Scienceなどの主要な医学データベースを用いて実施されたと考えられる。検索キーワードには、VEGF、VEGFR、抗血管新生療法、ベバシズマブ、血管正常化、薬剤耐性、バイオマーカー、免疫療法などが含まれた。Folkmanの初期の概念提唱から、VEGFAの同定、ベバシズマブの臨床承認に至るまでの歴史的経緯と、その後の臨床試験データ、および前臨床モデルにおける作用機序の解明に関する論文が分析対象となった。レビューの対象期間は、血管新生研究の初期から本論文発表時点（2016年）までを網羅している。
臨床試験の評価基準としては、Eisenhauer et al. EurJCancer 2009ガイドラインが参照され、抗血管新生薬の作用機序との乖離が議論された。バイオマーカー開発の課題については、VEGFA経路成分の遺伝子多型、腫瘍および循環VEGFAレベル、VEGFAアイソフォームの発現、その他の血管新生因子の発現、腫瘍灌流状態、血圧上昇などの候補が検討されたが、複数試験での再現性の困難性が指摘された。抵抗性機序については、骨髄由来免疫抑制細胞 (MDSC) の役割や、VEGFA阻害による腫瘍微小環境の変化が分析された。免疫療法との組み合わせについては、VEGFA阻害が免疫細胞の腫瘍浸潤を促進するメカニズム（樹状細胞 (DC) の成熟・機能改善、T細胞の腫瘍内浸潤増加、MDSC減少など）が議論された。本レビューでは、GRADE (Grading of Recommendations Assessment, Development and Evaluation) システムのようなエビデンスレベルの評価は行われていないが、各知見の科学的根拠の強さについて論じられている。