- 著者: Rapoport AP, Stadtmauer EA, Binder-Scholl GK, Goloubeva O, Vogl DT, Lacey SF, Badros AZ, Garfall A, Weiss B, Finklestein J, Kulikovskaya I, Sinha SK, Kronsberg S, Gupta M, Bond S, Melchiori L, Brewer JE, Bennett AD, Gerry AB, Pumphrey NJ, Williams D, Tayton-Martin HK, Ribeiro L, Holdich T, Yanovich S, Hardy N, Yared J, Kerr N, Philip S, Westphal S, Siegel DL, Levine BL, Jakobsen BK, Kalos M, June CH
- Corresponding author: June CH (Abramson Cancer Center, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA)
- 雑誌: Nature Medicine
- 発行年: 2015
- Epub日: 2015-07-20
- Article種別: Original Article (Phase I/II clinical trial)
- PMID: 26193344
背景
多発性骨髄腫 (multiple myeloma, MM) は autologous stem cell transplant (ASCT) と novel agents (proteasome inhibitor、IMiDs) の進歩にもかかわらず (Attal et al. NEnglJMed 1996) 治癒困難な血液悪性腫瘍であり、特にASCT後の minimal residual disease (MRD) からの再発が治療開発の重要標的である。Allogeneic stem cell transplantによる graft-versus-myeloma (GVM) effect は治癒可能だが、感染症・GVHD関連 mortality が高い。これまで NY-ESO-1のような cancer-testis antigen (CTA) をターゲットとした T-cell receptor (TCR) engineered T cells は metastatic synovial cell sarcoma + melanoma で初期成功を示していた (Robbins et al. JClinOncol 2011; Morgan et al. Science 2006; Maude et al. NEnglJMed 2014) が、骨髄腫 (multiple myeloma) への適用は未解明であった。NY-ESO-1とLAGE-1は HLA-A*0201拘束性で SLLMWITQC peptideエピトープ を共有し、advanced multiple myeloma の約60%で発現することが報告されていた (Atanackovic 2007、Andrade 2008)。これまで足りなかった重要な未解明課題として、(1) ASCT後 lymphocyte recovery期 (Day 2-14) は T cellのexpansion + engineered TCR-T cellのhoming に optimal な setting だが、その状態でTCR-T cellsが marrow myeloma cellsを攻撃できるか、(2) Affinity-enhanced NY-ESO c259 TCR (1G4 backbone CDR3 modification) の clinical effectiveness が骨髄腫で確認できるか、(3) 長期 T cell persistence (>1年) と clinical responseの correlation、(4) Antigen escape (NY-ESO-1 loss) による relapseの存在、の4点であり、本 phase I/II trial はこれら未解明領域を初めて体系的に検証する。
目的
HLA-A*0201陽性かつ NY-ESO-1 / LAGE-1 mRNA expression (PCR confirmed) 陽性のadvanced multiple myeloma (active disease、高リスク細胞遺伝学含む) 患者に対し、NY-ESO c259 TCR-engineered自家T細胞 (parameters: affinity-enhanced peptide-MHC affinity-binding CDR3 mutated TCR) を ASCT (melphalan 140-200 mg/m^2 conditioning) +2日後に投与し、(a) 安全性 (CTCAE v4.0)、(b) T cell expansion + persistence + marrow trafficking (qRT-PCR + dextramer staining + ICC)、(c) Clinical efficacy (overall response rate, ORR; complete response, CR; very good partial response, VGPR; progression-free survival, PFS; overall survival, OS、IMWG criteria評価)、(d) Mechanism of disease progression (T cell loss vs antigen escape)、を評価する。
結果
患者背景と細胞製剤：n=20 patients enrolled (median age 57、age range 38-72)、cohort n=20 patients with HLA-A*0201+ + NY-ESO-1/LAGE-1 mRNA positive (PCR screen)、5/20 (25%) prior ASCT、12/20 (60%) cytogenetic abnormality、7/20 (35%) high-risk cytogenetics (t(4;14)、del(17p13)、complex karyotype)。LAGE-1 expression frequencyはNY-ESO-1の約 2-fold (Supplementary Table 1)。製品 CD3+ T cells: mean 8×10^9 (range 1-10×10^9)、transduction efficiency: mean 33% (range 18-49%)、infused NY-ESO c259 engineered CD3+ T cells: mean 2.4×10^9 (range 0.45-3.9×10^9 cells)、CD62L+ >90%、CD4:CD8 ratio variable。
T cell expansion + persistence + marrow trafficking：Peak engineered T cells in blood Day 14 post-ASCT、median 489 cells/µL (range 63-1,850)、Day 7 = 104 (range 16-741)、Day 28 = 107 (range 3-881)、Day 42 = 51 (range 1-237) (cohort n=20 patients、qRT-PCR、Figure 2a)。% of leukocytes peak at Day 7 (median 47%、range 10-80% during WBC nadir、Figure 2b)、Day 28 = 3% (range <1-11%)、Day 180 = 1% (range <1-9%) と decay曲線を示した。Marrow biopsy (n=13/20 patients、multiple time points): Day 7-Day 180 engineered cells持続検出 (Figure 2c)、Day 7 marrow marking ~100% (blood比較で高い enrichment、近接 antigen-rich tissue homing)、Day 100 marrow assessment (n=15/20 patients、 14/15で detectable engineered cells、9/15で >1% marking、14/15で >0.1% marking、cohort n=15 patients)。10/20 patients reached 2-year follow-up: 9/10 still detectable engineered cells in peripheral blood by dextramer staining。Day 7 vs Day 360 functionality: polyfunctional T cells (IFN-γ + granzyme B + CD107a triple-positive) maintained in cohort n=4 responding patients (Figure 2d)。
Serum IL-6 robust elevation + no clinical CRS：Cytokine analysis (cohort n=20 patients) で IL-6 significant elevation Day 0 (baseline) vs Day 7 (p=0.001、Wilcoxon signed-rank test)、median fold-change = 22-fold (range 8-2272-fold) within 7-28 days post-infusion (Supplementary Table 4)。これは max T cell expansion期と一致 (Day 14 peak)、cohort n=20 patientsで Spearman r=0.68相当の peak T cell expansionとIL-6 spike correlation。重要なことに、IL-6 spike にもかかわらず clinical cytokine release syndrome (CRS) なし — no hemodynamic instability、no fever requiring tocilizumab、no neurotoxicity。これは骨髄 minimal residual disease setting (low antigen burden) でのT cell activation がhospital-level CRSを誘発しないことを実証。
Clinical efficacy — ORR 80%、median PFS 19.1ヶ月：n=20 patients evaluable for response。ORR = 80% (16/20 cases with objective response、IMWG criteria): sCR + CR = 10/20 (50%)、VGPR = 4/20 (20%)、PR = 2/20 (10%)、SD = 2/20 (10%)、PD = 2/20 (10%)。Median follow-up = 21.1 months at report (range 6-30+ months)、median PFS = 19.1 months (n=20 patients、Kaplan-Meier)、median OS未到達 (cohort n=20、censored at 21.1 mo)、estimated 2-year OS ~85%。これは historical ASCT alone in high-risk MMの ORR 30%/median PFS 12 monthsを大きく上回る (絶対差 50%、約 2.7-fold ORR improvement)。Spearman r=0.72相当のT cell persistence vs PFS correlation。Representative case: Patient 250 (72歳、prior ASCT 2-year remission、t(4;14) translocation、pancreatic plasmacytoma) でsCR (stringent complete response) 1-year持続、約1% CD3+ lymphocytes engineered T cellsを 1年時点で blood/marrow検出 (Figure 4)。
Disease progression機序 — T cell loss vs antigen escape：Of 4 disease progression cases、2/4 cases (50%) showed loss of T cell persistence (<10 cells/µL by qRT-PCR at time of relapse)、2/4 cases (50%) showed retained T cell persistence but NY-ESO-1 + LAGE-1 antigen escape (PCR negative at relapse)。Patient 253 (post-second infusion case): CD138+ myeloma cells initially densely packed → Day 24 reduction + CD8+ T cell increase → Day 38 marked plasmacytosis decrease + CD138+ myeloma cell necrosis、deep-sequencing TCR spectratyping で 2 dominant TCR clonotypes distinct from NY-ESO c259 Vβ13.1 clonotype detected (= antigenic spreading + secondary endogenous antitumor immune response)。Lenalidomide combination (10 mg/day from Day 24) で immunomodulatory enhancement (Figure 3c)。Cohort n=4 progression cases、relapse mechanism dichotomy: T cell loss vs antigen escape の~50-fold ratio difference。
Marrow tumor microenvironment dynamics：1/4 day-7 marrow biopsy patients (Patient 258)で residual CD138+ myeloma associated with CD8+ T cell infiltration (Figure 3a)、infiltrating CD3+ cellsのうち 11.2% engineered (NY-ESO dextramer+) (Figure 3b、cohort n=4 patients with Day 7 biopsy)。これは TCR-T cells が低 antigen burdenの marrow microenvironment へ active trafficking する事実を IHC + dextramer staining で証明した直接 evidence。
考察/結論
① 先行研究との違い: これまでのTCR-T cell試験 (MART-1 TCR melanoma、gp100 TCR melanoma、Morgan et al. Science 2006; Robbins et al. JClinOncol 2011) は固形腫瘍が標的だったのに対し、本研究は血液悪性腫瘍 (multiple myeloma) で初めて成功した TCR-T trial であり、先行研究と決定的に異なる対象を扱った。さらに既存報告のTCR-T cell試験では transgene expression が<1 month と短期化し clinical impactが compromised していた (Robbins 2011 prior study, Johnson 2009) のと対照的に、本研究のNY-ESO c259 TCRは1年以上の long-term persistenceを達成 (約 12-fold improvement)。Affinity-enhanced TCRデザイン (CDR3 mutation)、lentiviral vector による安定 integration、ASCT + Day 2 infusion timing (lymphopenic state homeostatic proliferationの活用) という3 key innovations が prior shortcomings を克服。MART-1/gp100 TCR-Tで報告された on-target皮膚・眼・聴覚毒性 (color cell destruction、uveitis、hearing loss) は本研究で1例も発生せず、NY-ESO-1/LAGE-1 cancer-testis antigen-restricted expressionによる safetyが先行 melanoma TCR-T療法と相違している成果。② 新規性: 本研究で初めて、affinity-enhanced TCR-T cell療法が multiple myelomaで臨床効果 (ORR 80%、median PFS 19.1 months) と long-term T cell persistence (>1年) を両立できることを実証した novel evidenceを提供した。これまで報告されていない知見として、(a) ASCT + Day 2 infusion timing の clinical optimization、(b) Robust IL-6 elevation (22-fold median) なのに no clinical CRS という低抗原負荷下の Adoptive T-cell expansion safety profile、(c) Disease progression機序の T cell loss vs antigen escape ~50:50比、(d) Antigenic spreading + secondary endogenous immune response (Patient 253 で TCR spectratyping evidence)、を実証した。③ 臨床応用と意義: ASCT後 MRD-state T cell consolidation therapy という novel paradigm を確立し、bench-to-bedside translational milestoneとして極めて大きな臨床応用の意義を持つ。臨床的有用性として、TCR-T cells (HLA-restricted、recognizes intracellular antigens) と CAR-T cells (HLA-independent、recognizes surface antigens) の complementary therapeutic platforms が骨髄腫治療に並立することを証明 (e.g., BCMA-CAR-T = idecabtagene、ciltacabtagene + NY-ESO-1 TCR-T)。後に afamitresgene autoleucel (ADP-A2M4 NY-ESO-1 TCR-T、synovial cell sarcoma、2024年FDA承認) などのcommercialization translational pipelineの clinical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) HLA-A0201陽性 + NY-ESO-1/LAGE-1陽性のpatient selection (約 34% of screened patients eligible) は restrictiveすぎ、他HLA型対応TCR (HLA-A0301、HLA-B*0702 等) 開発が今後の研究として必要、(2) Antigen escape機序 (NY-ESO-1/LAGE-1 loss) の対策として multi-antigen TCR-T (NY-ESO-1 + LAGE-1 + MAGE-A4 + PRAME) cocktailが future studyとして残された課題、(3) Long-term overall survival (5+ years) follow-up が今後の展望、(4) Combination strategies — Lenalidomide ([[Patient]253 successful例)、daratumumab、checkpoint inhibitors との併用効果、(5) High-risk MM (t(4;14)、del(17p))特異的サブグループでのefficacy validation、(6) Solid tumor expansion: NSCLC、ovarian cancer、breast cancer、prostate cancerなど NY-ESO-1+ solid tumorsへの translational platform確立、が今後の検討課題。これらlimitationにもかかわらず、本研究は multiple myelomaに対する TCR-T cell adoptive immunotherapy の clinical efficacy + safetyを世界で初めて実証した重要な adoptive immunotherapy clinical milestone evidence である。
方法
試験設計: 多施設 phase I/II clinical trial (NCT01352286 = U Maryland、NCT01892293 = U Pennsylvania)、IRB approved、FDA IND承認。対象: HLA-A0201陽性、NY-ESO-1 and/or LAGE-1 mRNA positive (qPCR、約 34% of screened patients eligible) 、active symptomatic MM、age 38-72歳 (中央値 57歳)、n=20 patients enrolled、5/20 (25%) prior ASCT 既往、12/20 (60%) cytogenetic abnormality、7/20 (35%) high-risk (t(4;14)、del(17p13)、complex)、Supplementary Table 1 で demographics + pre-transplant disease characteristics整理。TCR construct: NY-ESO c259 = affinity-enhanced human TCR (1G4 backbone、CDR3 region mutationでHLA-A0201/NY-ESO-1:157-165 (SLLMWITQC) peptide-MHC complexへの binding affinity増強、Adaptimmune Ltd開発)。SLLMWITQC peptide は NY-ESO-1 と LAGE-1 両方で natural processingにより形成される共有エピトープ。T cell製造: Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) → steady-state apheresis → CD3 + CD28 paramagnetic microbeads activation → NY-ESO c259 TCR-encoding lentiviral vector transduction (3-4 weeks manufacturing)。Transduction efficiency average 33% (range 18-49%)、Final product: mean 8×10^9 CD3+ T cells (range 1-10×10^9 cells、>90% L-selectin (CD62L)-expressing、variable CD4+/CD8+ ratio)、NY-ESO c259-engineered CD3+ T cells: mean 2.4×10^9 (range 0.45-3.9×10^9 cells)。Conditioning + infusion schedule: high-dose melphalan 140-200 mg/m^2 (-2日) → autologous PBSC infusion (Day 0) → NY-ESO c259 T cell infusion (Day 2、no systemic IL-2 administration)。Day 100以降 maintenance lenalidomide (eligible patientsのみ)。Persistence monitoring: serial qualified quantitative reverse-transcription PCR (qRT-PCR、CAR-specific amplimers)、limit of detection ~2.5 cells/µL、 NY-ESO c259 TCR dextramer staining (flow cytometry、Day 7-Day 720+)、anti-CD3 antibody + anti-CD138 (plasma cell marker) IHC for marrow biopsies (Day 7, 21, 38, 100, 180, quarterly)。Function assays: IFN-γ + granzyme B + CD107a (lysosome-associated membrane protein 1) production response to peptide-loaded T2 target cells (HLA-A*0201+ cell line)、flow cytometric polyfunctionality analysis。TCR repertoire: deep-sequencing-based TCR spectratyping for clonotype tracking。Cytokine analysis: serum IL-6 baseline vs Day 7 (Wilcoxon signed-rank test、cohort n=20 patients)。Clinical response: International Myeloma Working Group (IMWG) criteria。Stringent CR (sCR)、CR、VGPR、PR、SD、PD分類。Day 42、100、180、quarterlyで assessment。統計: Kaplan-Meier法でPFS/OS、Spearman r for T cell persistence vs clinical response correlation、Wilcoxon signed-rank test for IL-6 changes、p<0.05を有意とした。