ミルテホシンはT細胞のバイオエネルギー状態を標的として疲弊したT細胞を活性化する

学術的背景

T細胞の疲弊（T cell exhaustion）は、特にがん治療において免疫療法の重要な課題です。T細胞の疲弊は、T細胞が長期間抗原刺激にさらされることで発生し、その機能が徐々に失われる現象です。これは、エフェクター機能の低下、抑制性受容体の発現増加、エピジェネティックな特徴の変化、サイトカイン産生の減少、増殖能力の低下、およびミトコンドリア呼吸と解糖機能の抑制として現れます。この現象は、最初に慢性リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス（LCMV）感染マウスモデルで発見されましたが、後にさまざまな疾患、特に悪性腫瘍において普遍的に見られることがわかりました。疲弊したCD8+ T細胞は、表現型と機能において異質性を持ち、そのうち前駆疲弊型T細胞（progenitor-exhausted T cells）はある程度の増殖能力を保持し、抗PD-1チェックポイント阻害療法に反応しますが、終末疲弊型T細胞（terminally exhausted T cells）は増殖能力を失い、既存の免疫療法に反応しません。

免疫チェックポイント阻害剤（ICBs）やキメラ抗原受容体T細胞（CAR-T）免疫療法は、一部のがん治療において顕著な進展を遂げていますが、T細胞の疲弊はその効果を制限する主要な障害です。したがって、T細胞の疲弊を逆転させる薬剤や戦略を見つけることは、臨床的に重要な意義を持ちます。

論文の出典

本論文は、Xingying Zhang、Chenze Zhang、Shan Luらによって共同執筆され、中国科学院動物研究所、北京中医薬大学、中国人民解放軍総病院などの複数の機関からなる研究チームによって行われました。論文は2024年12月17日に『Cell Reports Medicine』誌に掲載され、タイトルは「Miltefosine reinvigorates exhausted T cells by targeting their bioenergetic state」です。

研究の流れ

1. 機能低下したCAR-T細胞モデルの生成

T細胞の疲弊状態を模倣するため、研究チームは複数回の腫瘍細胞刺激によって機能低下したCAR-T細胞を生成しました。具体的な手順は以下の通りです： - ヒトメソテリン（mesothelin）を発現する肺がん細胞株（NCI-H226-luciferase）とCAR-T細胞（M28Z）を1:1の比率で共培養。 - 複数回の刺激により、CAR-T細胞は徐々に腫瘍殺傷能力を失い、疲弊の特徴を示しました。 - RNAシーケンス（RNA-seq）とフローサイトメトリー分析により、これらのCAR-T細胞の疲弊表現型を検証しました。

2. FDA承認化合物ライブラリのスクリーニング

研究チームは、機能低下したCAR-T細胞モデルに基づくハイスループット薬剤スクリーニングプラットフォームを構築し、1700種類のFDA承認小分子化合物をスクリーニングしました。スクリーニング基準は、CAR-T細胞の腫瘍殺傷能力を強化する能力です。一次スクリーニングと二次検証を経て、最終的にミルテホシン（miltefosine）が候補薬剤として特定されました。

3. ミルテホシンがCAR-T細胞機能に及ぼす影響

ミルテホシンは抗寄生虫薬であり、研究チームはこれが機能低下したCAR-T細胞の腫瘍殺傷能力を著しく向上させることを発見しました。さらに、ミルテホシンはCAR-T細胞の解糖と酸化的リン酸化代謝の欠陥を回復し、その機能を向上させることが示されました。

4. 単細胞RNAシーケンス分析

単細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）により、研究チームはミルテホシン処理後のCAR-T細胞において、エフェクター細胞の割合が著しく増加し、疲弊細胞の割合が減少することを発見しました。これは、ミルテホシンがCAR-T細胞を疲弊状態から機能状態に転換できることを示しています。

5. ミルテホシンの作用メカニズム

ミルテホシンは、CAR-T細胞の解糖とグルコース取り込み能力を強化することで、その代謝機能を回復させます。さらに、ミルテホシンの作用はグルコーストランスポーターGLUT1に依存していることが示されました。薬理学的および遺伝子ノックアウト実験により、研究チームはGLUT1がミルテホシンによるCAR-T細胞機能強化において重要な役割を果たすことを検証しました。

6. 体内実験による検証

異種移植（CDX）および患者由来異種移植（PDX）マウスモデルにおいて、ミルテホシンはCAR-T細胞の抗腫瘍効果を著しく向上させました。特に終末疲弊状態では、ミルテホシンは依然としてCAR-T細胞の活性を向上させましたが、抗PD-1抗体は無効でした。

主な結果

1. 機能低下したCAR-T細胞モデルの生成：複数回の腫瘍細胞刺激により、疲弊の特徴を持つCAR-T細胞を生成し、RNA-seqとフローサイトメトリー分析によりその疲弊表現型を検証しました。
2. ミルテホシンのスクリーニング：ハイスループットスクリーニングにより、ミルテホシンが機能低下したCAR-T細胞の腫瘍殺傷能力を著しく向上させる候補薬剤として特定されました。
3. ミルテホシンによるCAR-T細胞機能の回復：ミルテホシンはCAR-T細胞の解糖と酸化的リン酸化代謝の欠陥を回復し、その機能を向上させました。
4. 単細胞RNAシーケンスによる細胞集団の変化：ミルテホシン処理後のCAR-T細胞では、エフェクター細胞の割合が著しく増加し、疲弊細胞の割合が減少しました。
5. ミルテホシンの作用メカニズム：ミルテホシンはCAR-T細胞の解糖とグルコース取り込み能力を強化し、その代謝機能を回復させ、この作用はGLUT1に依存していました。
6. 体内実験による検証：CDXおよびPDXマウスモデルにおいて、ミルテホシンはCAR-T細胞の抗腫瘍効果を著しく向上させ、特に終末疲弊状態でその効果が確認されました。

結論

本研究では、機能低下したCAR-T細胞モデルを構築し、ミルテホシンをT細胞疲弊を逆転させる候補薬剤として特定しました。ミルテホシンはCAR-T細胞の代謝機能を回復させ、その抗腫瘍効果を著しく向上させました。この発見は、T細胞疲弊を克服し、CAR-T細胞免疫療法の効果を高めるための新しい戦略を提供します。

研究のハイライト

1. 革新的なモデル：研究チームは複数回の腫瘍細胞刺激により、機能低下したCAR-T細胞モデルを生成し、T細胞疲弊の研究に信頼性の高い実験プラットフォームを提供しました。
2. ハイスループットスクリーニング：ハイスループットスクリーニングにより、ミルテホシンがT細胞疲弊を逆転させる候補薬剤として特定され、免疫療法に新しい薬剤選択肢を提供しました。
3. 代謝メカニズムの研究：ミルテホシンはCAR-T細胞の解糖と酸化的リン酸化代謝の欠陥を回復し、T細胞疲弊における代謝調節の重要性を明らかにしました。
4. 体内検証：CDXおよびPDXマウスモデルにおいて、ミルテホシンはCAR-T細胞の抗腫瘍効果を著しく向上させ、特に終末疲弊状態での臨床応用の可能性を示しました。

研究の意義

本研究は、T細胞疲弊のメカニズムを理解するための新しい視点を提供し、T細胞疲弊を逆転させる薬剤の開発に重要な実験的根拠を提供しました。ミルテホシンはFDA承認薬剤であり、臨床応用の可能性が高く、特に固形腫瘍の治療においてCAR-T細胞免疫療法の効果を高めるために使用されることが期待されます。