学術的背景

結膜黒色腫（Conjunctival Melanoma, COM）は、まれではあるが潜在的に致命的な眼のがんであり、特に転移が起こると治療選択肢が非常に限られています。現在、原発性結膜黒色腫の治療手段は比較的有効ですが、転移が起こると患者の生存率は著しく低下し、大多数の患者の生存期間は10年未満です。そのため、結膜黒色腫がどのように原発部位から拡散して転移を形成するかを深く理解することは、新しい治療戦略を開発する上で極めて重要です。

これまでの研究では、原発性結膜黒色腫が血管内皮増殖因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）を発現し、腫瘍促進型のM2型マクロファージをリクルートする可能性が示されています。しかし、適切なモデルが不足しているため、血管新生（Angiogenesis）が結膜黒色腫の転移拡散において果たす具体的な役割はまだ明らかになっていません。血管新生は、腫瘍の成長、拡散、転移を支配する主要なプロセスであり、通常、腫瘍転移の前兆と見なされています。ほとんどの固形腫瘍は、十分な酸素や栄養素を供給し、廃棄物を処理するために血管系を必要とするため、腫瘍細胞の増殖を維持するために血管新生プロセスが不可欠です。

さらに、腫瘍微小環境中の免疫細胞、特にマクロファージは、血管新生を調節する重要な源であると考えられています。腫瘍中のマクロファージは腫瘍関連マクロファージ（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）と呼ばれ、通常M1とM2の2つのサブタイプに分類されます。M1型マクロファージは抗腫瘍または炎症促進作用を持ち、M2型マクロファージは腫瘍促進または抗炎症作用を持つと考えられています。M2型マクロファージは、VEGF、TGF-βなどの血管新生促進因子を分泌することで腫瘍血管新生に関与しています。

M2型マクロファージは、ぶどう膜および皮膚黒色腫において腫瘍血管新生の増加と関連していますが、結膜黒色腫におけるその役割はまだ議論の余地があります。一部の研究では、マクロファージの存在と結膜黒色腫の予後との間に相関がないことが示されていますが、他の研究では炎症細胞の欠如と不良な予後との関連が報告されています。

論文の出典

この論文は、オランダのライデン大学（Leiden University）のJie Yin、Gabriel Forn-Cuní、Akshaya Mahalakshmi Surendran、Bruno Lopes-Bastos、Niki Pouliopoulou、Martine J. Jager、Sylvia E. Le Dévédec、Quanchi Chen、B. Ewa Snaar-Jagalskaによって共同執筆されました。論文は2024年6月6日に《Angiogenesis》誌にオンライン掲載され、DOIは10.1007/s10456-024-09930-yです。

研究のプロセスと結果

研究のプロセス

1. 細胞培養と処理
   研究では、2つの結膜黒色腫細胞株（CRMM1とCRMM2）および2つの乳がん細胞株（4T1と67NR）を使用しました。これらの細胞は特定の培地で培養され、レンチウイルスを用いて遠赤色蛍光で標識され、ゼブラフィッシュモデルでの追跡が可能になりました。

2. ゼブラフィッシュモデルと移植
   研究では、血管とマクロファージが蛍光標識されたトランスジェニックゼブラフィッシュ胚を使用しました。結膜黒色腫細胞はゼブラフィッシュの卵黄周囲腔（Perivitelline Space, PVS）に注入され、共焦点顕微鏡を用いて血管新生とマクロファージのリクルートメントの動的プロセスを観察しました。

3. マクロファージの除去と解糖系の抑制
   マクロファージが血管新生に果たす役割を研究するために、研究ではNSFBニトロレダクターゼ（NTR）/メトロニダゾール（MTZ）システムを使用してゼブラフィッシュ胚中のマクロファージを除去しました。さらに、2-デオキシ-D-グルコース（2DG）とGSK2837808Aを用いて解糖系を抑制し、血管新生への影響を観察しました。

4. 乳酸測定とマクロファージの極性化
   研究では、乳酸測定キットを使用して細胞培養上清中の乳酸レベルを測定し、qPCRを用いてマクロファージの極性化マーカーと血管新生促進因子の発現を分析しました。

主な結果

1. 結膜黒色腫細胞が血管新生とマクロファージのリクルートメントを誘導
   研究では、結膜黒色腫細胞がゼブラフィッシュモデルで強い血管新生反応を誘導し、多数のマクロファージをリクルートすることが明らかになりました。タイムラプスイメージングにより、マクロファージが注入後2時間以内に迅速に移植細胞の位置に集まり、24時間以内にがん細胞と共局在することが観察されました。

2. 血管新生反応はマクロファージに依存
   マクロファージを化学的に除去することで、結膜黒色腫細胞が誘導する血管新生反応が著しく弱まることがわかりました。これは、マクロファージが結膜黒色腫細胞が誘導する血管新生において重要な役割を果たしていることを示しています。

3. 乳酸が駆動するマクロファージの極性化と血管新生
   研究では、結膜黒色腫細胞が解糖系を通じて乳酸を生成し、乳酸がマクロファージをリクルートしてM2型に極性化することが明らかになりました。これらのM2型マクロファージは、腫瘍微小環境でVEGF、TGF-β、IL-10などの血管新生促進因子を分泌し、血管新生を誘導します。

4. 解糖系の抑制が血管新生を弱める
   解糖系を抑制することで、結膜黒色腫細胞が分泌する乳酸レベルが著しく低下し、マクロファージのリクルートメントと極性化も抑制され、最終的に血管新生反応が弱まることがわかりました。

結論と意義

この研究は、結膜黒色腫細胞が解糖系を通じて乳酸を生成し、マクロファージをリクルートして極性化し、血管新生を駆動するメカニズムを明らかにしました。この発見は、結膜黒色腫の転移拡散の理解に新たな視点を提供し、解糖系とマクロファージ極性化を標的とした治療戦略の開発に理論的基盤を提供します。

研究のハイライト

1. 新しいゼブラフィッシュモデル：研究では、トランスジェニックゼブラフィッシュモデルを使用し、蛍光標識された血管とマクロファージを用いて、腫瘍細胞、マクロファージ、血管新生の間の動的相互作用をリアルタイムで観察しました。
2. 乳酸が駆動するマクロファージの極性化：研究では、乳酸がマクロファージのリクルートメントと極性化の重要なシグナル分子として機能することを初めてゼブラフィッシュモデルで実証し、腫瘍血管新生におけるその重要な役割を明らかにしました。
3. 解糖系抑制の潜在的な治療価値：研究では、解糖系を抑制することで結膜黒色腫細胞が誘導する血管新生が著しく弱まることが示され、新しい治療戦略の開発に実験的根拠を提供しました。

その他の価値ある情報

研究では、結膜黒色腫細胞がゼブラフィッシュ移植モデルで高い解糖系特性を維持し、乳酸分泌レベルが高度に転移性の乳がん細胞株4T1と同等であることも明らかになりました。この発見は、乳酸が腫瘍微小環境において重要な役割を果たすことをさらに支持しています。

まとめ

この研究は、ゼブラフィッシュモデルを用いて、結膜黒色腫細胞が解糖系を通じて乳酸を生成し、マクロファージをリクルートして極性化し、血管新生を駆動するメカニズムを深く探求しました。この発見は、結膜黒色腫の転移拡散メカニズムの理解を深めるだけでなく、新しい治療戦略の開発に重要な実験的根拠を提供します。