チェックポイント阻害剤として知られている免疫療法薬は癌の治療に革命をもたらした。最近まで治療不可能と考えられていた悪性腫瘍を持つ多くの患者が長期寛解を経験している。 しかし、多数の患者がこれらの薬には反応せず、特定の癌で他のものより遥かによく効くことに科学者は混乱してきた。
現在、カリフォルニア大学サンフランシスコ校（UCSF）の研究者、およびカリフォルニア大学バークレー校の共同研究者は、なぜ多くの癌がこれらの薬に反応しないのかを説明する驚くべき現象を特定し、病気に対する免疫システムを解き放つ新しい戦略を示唆している。
2019年4月4日にCellのオンラインで発表されたこの論文は、「 エクソソーム PD-L1の抑制による全身性抗腫瘍免疫と記憶の誘導（Suppression of Exosomal PD-L1 Induces Systemic Anti-Tumor Immunity and Memory.）」と題されている。
「黒色腫のような最善のシナリオでは、免疫チェックポイント阻害剤に反応する患者はわずか20〜30％だが、前立腺癌のように他のケースでは1桁の奏効率しかない。それは患者の大多数が反応していないことを意味する。 その理由を知りたかったのだ。」とRobert Blelloch博士（UCSFの泌尿器科教授および新研究の上級著者）は述べた。
悪性組織では、PD-L1と呼ばれるタンパク質が「見えない外套」として機能する。PD-L1をその表面に提示することによって、癌細胞は免疫系による攻撃から身を守る。 最も成功している免疫療法のいくつかは、PD-L1または免疫細胞上に存在するその受容体、PD-1を妨害することによって作用する。
PD-L1とPD-1との間の相互作用が遮断されると、腫瘍は免疫系から隠れるそれらの能力を失いそして抗癌免疫攻撃に対して脆弱になる。 いくつかの腫瘍がこれらの治療に耐性があるかもしれない1つの理由は、それらが既存のチェックポイント阻害剤が作用する場所がないことを意味するPD-L1を生成しないということだ。科学者らは以前に、PD-L1タンパク質が前立腺癌患者の腫瘍細胞に低レベルで存在する、または完全に存在しないことを示し、潜在的に治療に対する耐性を説明していた。
しかし、新しい論文の中で、Blelloch博士のグループは、このパズルに対する非常に異なる答えを提案している：PD-L1はこれらの腫瘍によって大量生産されている、しかしその表面にタンパク質を提示する代わりに癌細胞はPD-L1を含むエクソソームを放出する。
PD-L1が詰まったエクソソームは、がん細胞から発芽し、リンパ系または血流を通ってリンパ節に移動する。リンパ節は、免疫細胞が身体を保護するために活性化される部位だ。 そこでは、PD-L1タンパク質は、免疫細胞を遠隔で武装解除し、それらが腫瘍の位置を突き止めて抗癌攻撃を開始するのを妨げる、遍歴のある分子破壊剤として作用する。
そのため、腫瘍表面での免疫応答を遮断するのではなく、エクソソームPD-L1は免疫細胞がそこに到達する前に免疫細胞を阻害する可能性がある。 また、腫瘍表面に見られるPD-L1とは異なり、エクソソームPD-L1は、理由は不明だが、既存のチェックポイント阻害薬に耐性がある。
「標準モデルでは、PD-L1は腫瘍ニッチに移動する免疫細胞に作用し、そこでそれらはこの免疫抑制タンパク質に遭遇する。」とBlelloch博士は述べている。「我々のデータは、これが多くの免疫療法抵抗性の腫瘍に当てはまらないことを示唆している。 これらの腫瘍は、エクソソームPD-L1をリンパ節に送達することによって免疫系を回避し、そこでそれらは免疫細胞の活性化を遠隔的に阻害する。 これらの発見は教義からの脱却を表している。」
Blelloch博士のグループは、PD-L1提示の標準モデルに欠陥があることを示唆する奇妙なことに気付いた際、エクソソームの探索を決めた。 以前に来た科学者がそうであったように、彼らは抵抗性癌において低レベルのPD-L1タンパク質を見つけた。 しかし、彼らがメッセンジャーRNA（mRNA）、すべてのタンパク質の分子前駆体を見たとき、彼らは奇妙な矛盾を観察した。：彼らが細胞で測定したPD-L1タンパク質の痕跡量に対してはるかに多くのPD-L1 mRNAがあった。
「mRNAレベルとタンパク質レベルの違いを見て、何が起こっているのかを把握したいと思った」とBlelloch博士は述べた。 「我々の実験はまた、タンパク質が実際にはある時点で作られていること、そしてそれが分解されていないことを示した。 それが、私たちがエクソソームを見て、足りないPD-L1を見つけた時だ。」
エクソソームPD-L1は免疫応答を促進し、癌の増殖を促進
エクソソームPD-L1が免疫不可視性の付与に関与していたことを示すために、研究者らはチェックポイント阻害剤に耐性のあるマウス前立腺癌モデルに目を向けた。 彼らがこれらの癌細胞を健康なマウスに移植すると、腫瘍は急速に発芽した。
しかし科学者が遺伝子編集ツールCRISPRを使ってエクソソーム生産に必要な2つの遺伝子を削除したとき、編集された癌細胞は遺伝的に同一のマウスで腫瘍を形成することができなかった。 編集細胞および未編集細胞の両方がPD-L1を産生していたが、PD-L1が遮断された場合、エクソソームを作製できなかった細胞のみが可視で免疫系に対して脆弱であった。
「この発見の重要性はすぐに明らかになった」と、この新しい研究の筆頭著者であるMauro Poggio博士は述べている。「現在診療所では、エクソソームPD-L1の破壊力を相殺することができる薬物は入手できないので、エクソソームPD-L1の生物学を理解することは、患者に対する新しい治療アプローチにつながる可能性がある初めの第一歩だ。」
補足実験では、同じCRISPR編集癌細胞を健康なマウスに移植し、その直後にPD-L1を含むエクソソームを注射した。 エクソソームを産生することができないCRISPR編集癌細胞は免疫系の犠牲になったはずである。 その代わりに、注入されたエクソソームは癌に代わって免疫応答を中和することができ、それによってエクソソーム欠損癌細胞が腫瘍を形成することが可能になった。
エクソソームPD-L1が免疫系にどのように干渉しているかを解明するために、研究者らは、CRISPR編集または純粋な癌細胞を受けたマウスのリンパ節を検査した。 編集された細胞を受けたマウスは、免疫細胞増殖の増加を示し、そしてそれらのリンパ節、免疫系の中心的な指令ハブにおいてより多数の活性化免疫細胞を有した。
別のマウスモデル - 免疫療法に部分的にしか反応しない結腸直腸癌 - において、研究者らは2つの異なるPD-L1プールを同定した。1つは腫瘍細胞の表面にあり、PD-L1阻害剤に感受性である。 彼らがエクソソーム形成を予防することとPD-L1阻害剤を投与することの両方を含む併用療法で癌を治療したとき、マウスはどちらかのアプローチだけで治療されたものより長く生存した。
「２つの非常に異なる癌モデルからのこれらのデータは、現在チェックポイント阻害剤単独による治療に耐性のある大部分の患者において耐性を克服することができる新規な治療アプローチとして、単独でまたは現在のチェックポイント阻害剤と組み合わせて、エクソソーム中のPD-L1の放出を抑制することを示唆している。」 とBlelloch博士は述べた。
エクソソーム欠損腫瘍細胞は免疫抵抗性に対して「ワクチン」として作用することができる
新しい論文からの驚くべき結果において、研究者らは、通常免疫攻撃に抵抗する腫瘍を標的とする抗癌免疫応答を誘導するためにCRISPR編集、エクソソーム欠損癌細胞を使用できることを見出した。
研究者らは、最初にエクソソームを産生できないCRISPR編集癌細胞を正常マウスに移植し、90日間待った。 それから、彼らは未編集の、そしておそらく免疫回避の癌細胞を同じマウスに移植した。 免疫系をCRISPRで編集したエクソソーム欠損癌細胞にさらした後、未編集の細胞はもはや見えなくなった。免疫系は前の免疫回避癌細胞を標的とし、それらが増殖するのを妨げる活発な反応を引き起こした。
「免疫系は、エクソソームPD-L1を産生することができない癌細胞にさらされた後に抗腫瘍記憶を発達させる。 免疫系が記憶を発達させると、それはもはやこの型のPD-L1に敏感ではなく、したがってエクソソームPD-L1産生癌細胞も標的とする。」とBlelloch博士は述べた。
未編集およびCRISPRで編集されたエクソソーム欠損癌細胞の両方が同じマウスの反対側に同時に移植されたとき、別の驚くべき結果が達成された。 同時に導入されたにもかかわらず、CRISPR編集細胞は優勢であることが証明された - それらは免疫系を活性化することができ、それは反対側で成長している未編集の、おそらく免疫抵抗性腫瘍を破壊する攻撃を開始した。
これらの結果は、エクソソーム中のPD-L1の放出の一時的な阻害でさえも、腫瘍増殖の長期間にわたる全身的な抑制をもたらし得ることを示唆している。 さらに、彼らは、免疫システムを活性化し、それを攻撃して免疫抵抗性の癌にするために、患者の癌細胞を編集し再導入することができる、新しい種類の免疫療法の可能性を示唆している。
エクソソームでのPD-L1の放出を抑制すること、またはBlelloch博士のチームによって考案された「腫瘍細胞ワクチン」の導入は、腫瘍が今日の治療選択肢に反応しない患者にいつか希望を与えるかもしれない。
「癌におけるPD-L1の機能については、さらに多くのことが明らかにされる必要がある」とPoggio博士は述べた。 「ブロックされた場合、現在治療に対応していない多くの攻撃的な腫瘍を抑制する可能性がある新しいメカニズムの可能性がある。」
この研究は、国立衛生研究所共通基金細胞外RNAコンソーシアム、George and Judy Marcusイノベーション基金、およびNIHのトレーニング助成金によってサポートされた。
BioQuick News:Immunotherapy-Resistant Tumors Export PD-L1-Packed Exosomes That Travel to Lymph Nodes to Remotely Inhibit Immune Cell Activation; Understanding Biology of Exosomal PD-L1 May Be First Step Toward Novel Therapies
