免疫療法が駆動するグリオブラストーマの間質腫瘍細胞の状態遷移と腫瘍微小環境の免疫反応

序論

グリオブラストーマは非常に悪性度の高い脳腫瘍で、現在のところ根治療法はありません。他の癌腫ではある程度の治療効果が得られているものの、グリオブラストーマ患者における反応は限られています。単一細胞レベルで免疫療法が腫瘍細胞と腫瘍微小環境に及ぼす影響を詳細に研究することで、治療耐性のメカニズムを理解し、新たな治療戦略を設計することができます。

論文の出典

本研究は、ヨアヒム・ヴァイセンフェルト(Joachim Weischenfeldt)らによって行われました。彼らはデンマーク・コペンハーゲン大学附属病院およびバイオテクノロジー研究革新センター、デンマーク総合がんセンター脳腫瘍センターなどに所属しています。この研究結果は、NeuroOncologyジャーナルのオンライン版プレプリントとして発表されました。

研究方法と結果

研究対象と作業フロー

研究対象はnivolumab(PD-1阻害剤)免疫チェックポイント阻害剤の臨床試験に参加した8人のグリオブラストーマ患者です。研究者らは、これらの患者の初回手術時と免疫療法開始1週間前の再発時における腫瘍生検サンプルを収集しました。

a) 各時点の腫瘍サンプルに対して、単一細胞RNAシーケンシング(scRNA-seq)を行いました。細胞型と状態の同定には、公開されたマーカー遺伝子、copyKATソフトウェアを用いた細胞コピー数解析、および単一細胞データから推定された細胞状態が利用されました。

b) 腫瘍細胞の転写状態解析では、グリオブラストーマの3つのサブタイプ、4つの単一細胞レベルの細胞状態、パンゲノムステータス署名の3つの細胞状態マーカーが使用されました。Streamソフトウェアを使って擬似時間解析を行い、細胞の発生経路をトレースしました。

c) 腫瘍微小環境細胞については、本研究室の単一細胞データを他の公開データセットと統合し、単核細胞とT細胞のサブタイプを分類しました。CellChatソフトウェアを使って細胞間相互作用を評価しました。

d) 単一細胞データに基づく発見から、研究チームは298例のグリオブラストーマの大規模外部データセットで「潜在的免疫」シグネチャーを同定し、臨床アウトカムとの関連を調べました。最後に、機械学習を用いてこの署名を予測するランダムフォレストモデルを構築しました。

主な発見事項

1. 免疫療法後、一部の患者の腫瘍細胞が間質様(mesenchymal-like)細胞状態に移行し、より侵襲的な表現型を示しました。擬似時間解析から、これらの間質様細胞は他の種類の腫瘍幹細胞に由来し、免疫療法後に富化される可能性が示唆されました。

2. 免疫療法後、一部の患者の腫瘍微小環境では腫瘍関連マクロファージ(TAM)と増殖性T細胞が富化し、T細胞の枯渇マーカーも上方調節されていました。

3. 298例のグリオブラストーマサンプルのうち、18%が「潜在的免疫」サブグループに分類されました。このグループは間質様腫瘍細胞状態、免疫経路の活性化、TAMと増殖/枯渇性T細胞浸潤などを特徴としていました。このサブグループの患者は免疫チェックポイント阻害剤治療後、全生存期間が短縮する傾向がありました。

4. 研究者らはランダムフォレスト分類器を構築し、腫瘍の転写プロファイルからこの「潜在的免疫」サブグループを識別できるようになりました。これにより、臨床現場で患者を層別化し、治療選択を支援することができます。

研究の価値

本研究では、グリオブラストーマにおける免疫療法後の細胞動態変化を包括的に明らかにしました。一部の患者では間質様腫瘍細胞への転換、TAMおよびT細胞の活性化/増殖/枯渇といった特徴が見られ、この亜群では免疫療法に対する耐性が生じる可能性が示唆されました。「潜在的免疫」分子シグネチャーが確立され、患者層別化に役立ち、間質様細胞を標的とした新たな補助療法の適応が期待できます。本研究は、免疫療法がグリオブラストーマに及ぼす作用機序を解明し、治療効果向上のための新たな分子標的を提示しています。