- 著者: Douglas B. Johnson, Justin M. Balko, Margaret L. Compton, Spyridon Chalkias, Joshua Gorham, Yaomin Xu, Mellissa Hicks, Igor Puzanov, Matthew R. Alexander, Tyler L. Bloomer, Jason R. Becker, David A. Slosky, Elizabeth J. Phillips, Mark A. Pilkinton, Laura Craig-Owens, Nina Kola, Gregory Plautz, Daniel S. Reshef, Jonathan S. Deutsch, Raquel P. Deering, Benjamin A. Olenchock, Andrew H. Lichtman, Dan M. Roden, Christine E. Seidman, Igor J. Koralnik, Jonathan G. Seidman, Robert D. Hoffman, Janis M. Taube, Luis A. Diaz Jr., Robert A. Anders, Jeffrey A. Sosman, Javid J. Moslehi
- Corresponding author: Javid J. Moslehi (Cardio-oncology Program, Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN, USA)
- 雑誌: New England Journal of Medicine
- 発行年: 2016
- Epub日: 2016-11-03
- Article種別: Case Report
- PMID: 27806233
背景
Ipilimumab (抗CTLA-4抗体) とnivolumab (抗PD-1抗体) の併用療法は、転移性メラノーマ患者において単剤療法を上回る抗腫瘍効果と生存期間の改善を示し、治療選択肢を大きく変革した。しかし、これらの免疫チェックポイント阻害薬 (ICI) は、皮膚炎、内分泌障害、大腸炎、肝炎、肺臓炎といった免疫関連有害事象 (irAE) を引き起こすことが知られており、特に併用療法ではその頻度と重症度が増加することが報告されている (Larkin et al. NEnglJMed 2015; Postow et al. NEnglJMed 2015; Hodi et al. NEnglJMed 2010). 心筋炎は初期の臨床試験では極めて稀なirAEとされ、ipilimumab 10 mg/kgの補助療法で1例が報告された程度であり、その病態生理はほとんど未解明であった。
先行研究では、PD-1が動物実験において心筋の免疫応答に関与し、T細胞介在性心筋炎における炎症抑制と心筋細胞保護に働くことが示唆されている (Nishimura et al. Science 2001)。PD-1欠損マウスでは、cardiac troponin I自己抗体を介した拡張型心筋症が発症することが報告されており、免疫制御の解除による自己免疫性心筋炎のリスクが生物学的に想定されていた。しかし、ヒトにおけるICI関連心筋炎の臨床的特徴、病理学的所見、および免疫学的機序については、詳細な報告が不足しており、特に併用療法における発生頻度や重症度に関する体系的なデータが未確立であった。本報告は、ipilimumabとnivolumabの併用療法後に致死的な劇症型心筋炎を発症した2例のメラノーマ患者を詳細に解析し、臨床経過、病理組織、免疫学的機序、および大規模薬物安全性データベースを用いた疫学的頻度推定を統合した総合解析を提示する。これにより、この稀ではあるが致死的なirAEの病態と臨床的重要性を明らかにすることを目的とした。
目的
本研究の目的は、ipilimumabとnivolumabの併用療法後12〜15日で致死的な劇症型心筋炎を発症したメラノーマ患者2症例について、その病態機序と臨床的重要性を多角的に明らかにすることである。具体的には、以下の点を検証した。
- 臨床経過、画像所見（ECG、心エコー）、および生化学所見（トロポニン、CPK、CK-MBなど）の詳細な記述。
- 剖検組織（心筋、骨格筋、腫瘍）の病理学的および免疫学的特徴の解析。特に、T細胞（CD3, CD4, CD8）およびマクロファージ（CD68）の浸潤パターンとPD-L1発現の評価。
- T細胞受容体（TCR）β鎖CDR3領域の次世代シーケンスによるクローナリティ解析を通じて、心筋、骨格筋、腫瘍組織間に共通するT細胞クローンが存在するかを検証し、共通抗原仮説の裏付けを試みる。
- Bristol-Myers Squibb社の安全性データベースを用いて、nivolumab単剤療法とipilimumab+nivolumab併用療法における心筋炎および筋炎の発生率を比較し、本症の薬剤疫学的頻度と致死率を推定する。 これらの解析を通じて、併用ICI療法における心筋炎の早期診断、治療、および予防戦略の確立に資する知見を提供することを目指す。
結果
症例1（65歳女性、転移性メラノーマ）の臨床経過: Nivolumab 1 mg/kgとipilimumab 3 mg/kgの初回投与から12日後に、非定型胸痛、呼吸困難、倦怠感を主訴に入院した。生化学検査では、クレアチンホスホキナーゼ (CPK) が17,720 U/L (基準値 29-168 U/L)、CK-MBが600 ng/mL超 (基準値 <5.99 ng/mL)、トロポニンIが4.7 ng/mLから51.3 ng/mLへと急上昇した。ECGではPR間隔延長から完全房室ブロックへと進行した (Figure 1A)。心エコーでは左室駆出率 (LVEF) 73%と収縮能は保たれていたが、高用量メチルプレドニゾロン (1 mg/kg/日) に抵抗性を示し、多臓器不全と難治性心室頻拍により死亡した (Figure 1B)。
症例2（63歳男性、転移性メラノーマ）の臨床経過: 同様の併用療法初回投与から15日後に、倦怠感と筋痛で入院した。トロポニンIは47 ng/mL、CK-MBは451 ng/mL、CPKは20,270 U/Lと著明な上昇を認めた。ECGでは著明なST下降と新規心室内伝導遅延が認められた。LVEFは50%であった。メチルプレドニゾロン (1 g/日を4日間) およびインフリキシマブ (5 mg/kg) が投与されたが、完全房室ブロックへと進行し、一時的ペースメーカーが留置された。その後、心停止に至り、支持療法が中止された。
病理組織所見: 両症例の剖検では、心筋、心房室結節、洞結節、および骨格筋にT細胞 (CD3陽性、CD4陽性/CD8陽性混在) とマクロファージ (CD68陽性) の著明な浸潤が認められた (Figure 1C, 1D, 1E)。好酸球性肉芽腫や巨細胞は認められず、平滑筋は温存されていた (Figure 1F)。腫瘍組織の治療後解析では、治療前と比較して著明な免疫細胞浸潤の増加が確認された（特に症例1）。症例2では、横紋筋特異的抗原であるデスミンやトロポニンが腫瘍組織に高発現していた。
TCRクローナリティ解析: 両症例において、心筋、骨格筋、腫瘍の各組織に共通する高頻度TCRクローンが検出された (Figure 2)。症例1では、治療後の腫瘍組織で共有クローンが顕著に拡大していた。症例2では、心筋で最も高頻度なTCRクローンが骨格筋にも高頻度に存在し、治療後の腫瘍組織でも拡大が認められた。これらの結果は、心筋、骨格筋、腫瘍間に共通する抗原（shared epitope）に対するT細胞反応が病態に関与している可能性を示唆する。
ウイルスおよびHLA解析: 症例1の心筋組織からHSV-1配列が、症例2の心筋組織からEBV配列が検出されたが、これらがアクティブな感染を証明するものではなく、心筋炎の直接的な原因であるかは不明であった。両症例が共有した唯一のHLAアレルはHLA-DQB1*03:01であったが、これは白人の最大30%が保有する高頻度アレルであり、疾患特異的な関連性は不明である。
PD-L1発現: 損傷した心筋細胞膜および浸潤したCD8陽性T細胞、組織球においてPD-L1の発現上昇が認められた。これは非疾患平滑筋の10倍以上、罹患骨格筋の5倍の発現量であった。この心筋におけるPD-L1の上方制御は、マウスT細胞介在性心筋炎モデルで報告されるサイトカイン誘導性心保護機構と一致しており、ICIによるPD-1/PD-L1軸の遮断がこの内因性保護機構を破綻させた可能性が示唆された。
薬物安全性データベースでの疫学: Bristol-Myers Squibb社の安全性データベース（20,594例）の解析では、合計18例 (0.09%) で心筋炎が報告された。併用療法群 (n=2974) では8例 (0.27%) に心筋炎を認め、nivolumab単剤療法群 (n=17,620) の10例 (0.06%) と比較して有意に高率であった (p<0.001) (Table 1)。致死例も併用群で5例、単剤群で1例と、併用療法群で多発した。Grade 3-4の筋炎も併用群で0.24% (単剤群0.15%) と高頻度であった。心筋炎の診断は、併用療法初回投与後中央値17日 (範囲 13-64日) と早期に発生していた。
考察/結論
本報告は、ipilimumabとnivolumabの併用療法による劇症型心筋炎が、単剤療法と比較して約5倍の頻度（0.27% vs 0.06%）で発生し、致死率が極めて高い（8例中5例が死亡）という臨床疫学的事実を初めて体系的に示した画期的なケースシリーズである。本研究で報告された2症例は、いずれも併用療法導入後12〜15日という早期に発症し、非特異的症状（胸痛、倦怠感、筋痛）を呈し、高用量グルココルチコイドおよびインフリキシマブに抵抗性の急速な心伝導系破綻という共通の経過を辿った。このことから、臨床医はICI導入早期でのベースラインECGおよびトロポニン測定、さらに治療開始後1〜3週間の週1回トロポニン追跡という簡便なモニタリング戦略を考慮すべきであることが強調される。
先行研究との違い: これまでのICI関連irAEに関する報告では、心筋炎は極めて稀な事象とされ、その病態生理はほとんど未解明であった。本研究は、大規模安全性データベースの解析を通じて、併用ICI療法における心筋炎の発生頻度が単剤療法と比較して有意に高いことを初めて定量的に示した点で、これまでの報告と対照的である。また、心筋、骨格筋、腫瘍組織に共通するT細胞クローンを同定したことは、従来の自己抗体介在性心筋炎モデル（例：PD-1欠損マウスにおける抗トロポニンI抗体による心筋症）とは異なるT細胞駆動型の病態を示唆する点で新規性がある。
新規性: 本研究で初めて、致死的なICI関連心筋炎において、心筋、骨格筋、腫瘍組織間で共通の高頻度TCRクローンが検出されたことを示した。この所見は、横紋筋と腫瘍が共有するエピトープ（デスミン、トロポニンなどの筋特異抗原が腫瘍にも発現する可能性）に対するT細胞反応が病態の中心にある可能性を新規に示唆する。損傷心筋におけるPD-L1の上方制御は、マウス心筋炎モデルで報告されるサイトカイン誘導性心保護機構と整合し、PD-1/PD-L1軸の遮断が内因性心筋自己免疫保護を解除する機序を支持する。
臨床応用: 本知見は、併用ICI療法導入時の心毒性管理プロトコルの確立が急務であることを示唆する。具体的には、ベースラインECG、トロポニン測定、および治療開始後早期の定期的なモニタリングが臨床現場での早期発見に不可欠となる。早期発見時の高用量ステロイドに加えて、インフリキシマブや抗胸腺細胞グロブリン (ATG) などの免疫抑制強化戦略の検証が今後の臨床的有用性を高める上で重要である。また、心筋炎発症リスクバイオマーカー（TCR多様性、自己抗体プロファイル、心筋PD-L1発現など）の同定は、個別化医療への臨床応用につながる可能性がある。
残された課題: 今後の検討課題として、心筋、骨格筋、腫瘍間で共通認識される具体的な抗原（エピトープ）の同定が残されている。TCRクローナリティ解析は共通抗原の存在を示唆するものの、同一TCRが相同性の高い腫瘍抗原と筋抗原を交差認識している可能性や、独立したTCRが異なる抗原を標的としている可能性も排除できない。また、ウイルス感染の関与については、本研究ではアクティブ感染の証明に至らなかったため、さらなる詳細な検討が必要である。HLA-DQB1*03:01アレルが疾患感受性に関与するかどうかも、より大規模なコホートでの検証が今後の課題である。本報告は、ICI時代の心毒性管理を根本から変える概念的基盤を提供したが、これらの残された課題の解決が、より安全で効果的なICI療法の実現に不可欠である。
方法
本研究では、ipilimumab (3 mg/kg) とnivolumab (1 mg/kg) の併用療法を受けた転移性メラノーマ患者2例（65歳女性、63歳男性）の臨床データおよび剖検検体を詳細に解析した。臨床データには、心電図 (ECG)、心エコー検査 (echocardiography)、心筋逸脱酵素（トロポニンI、CPK、CK-MB）などが含まれる。
剖検検体については、組織学的にヘマトキシリン・エオシン (H&E) 染色を実施し、免疫蛍光染色によりT細胞マーカー (CD3, CD4, CD8)、B細胞マーカー (CD20)、マクロファージマーカー (CD68)、およびPD-L1 (CD274) の発現を評価した。リンパ球浸潤のクローナリティを評価するため、ImmunoSeqを用いた次世代シーケンスによりTCR β鎖CDR3領域のシーケンス解析を実施した。これにより、心筋、骨格筋、腫瘍組織におけるTCRクローン分布、クローナリティ、および多様性を分析した。さらに、罹患組織の全トランスクリプトーム解析を行い、炎症性T細胞サイトカインの発現や筋特異的転写産物の有無を評価した。
ウイルス感染の可能性を検討するため、心筋および血清検体から472種類のDNA/RNAウイルスゲノムを検出するdeep-sequencing target-enrichment systemを用いたウイルススクリーニングを実施した。また、HLAタイピング（HLA-ABC、DR、DQ、DPの4桁分解能）をIllumina MiSeqを用いて行い、患者間のHLAアレル共有の有無を調査した。
薬剤疫学的解析として、Bristol-Myers Squibb社の企業安全性データベース（2016年4月時点、20,594例）を調査し、nivolumab単剤療法群とipilimumab+nivolumab併用療法群における心筋炎および筋炎の発生率を比較した。統計解析にはFisher’s exact testが用いられ、TCRクローン比較におけるp値はStorey法による偽発見率調整を行った。