メバロン酸キナーゼは腫瘍細胞内のインターフェロン応答を損なうことで微小衛星不安定性大腸癌の抗腫瘍免疫を抑制する

学術的背景

免疫チェックポイント阻害療法（Immune Checkpoint Blockade, ICB）、特に抗PD-1モノクローナル抗体は、微小衛星不安定性大腸癌（Microsatellite Instability Colorectal Cancer, MSI CRC）の治療に承認されています。しかし、臨床研究によると、約半数のMSI CRC患者は単剤または併用免疫療法に対して限定的な効果しか示しません。腫瘍細胞内のインターフェロン応答（Interferon Response）は、抗腫瘍免疫抵抗性および免疫療法の効果に重要な役割を果たしています。インターフェロンγ（IFN-γ）は、JAK1およびSTAT1シグナル経路を活性化し、TH1型サイトカイン（CXCL9やCXCL10など）の発現を促進し、抗腫瘍免疫細胞を誘導し、その細胞毒性を増強します。しかし、腫瘍細胞内のIFN-γ受容体の欠失やJAK1/STAT1の変異は、T細胞を介した免疫応答を抑制し、免疫逃避を引き起こします。

コレステロール代謝は、腫瘍免疫逃避において重要な役割を果たしています。コレステロールは、腫瘍細胞の急速な増殖にエネルギーを供給するだけでなく、癌遺伝子（MYCなど）の活性化やT細胞の枯渇を誘導することで免疫逃避を促進します。しかし、コレステロール代謝がMSI CRCにおける腫瘍細胞内のインターフェロン応答に影響を与えるかどうかは不明です。本研究は、メバロン酸キナーゼ（Mevalonate Kinase, MVK）がコレステロール代謝と腫瘍細胞内のインターフェロン応答の間でどのような役割を果たすかを探り、MSI CRCの免疫療法における潜在的な応用価値を評価することを目的としています。

論文の出典

本論文は、Yuanyu Liao、Rui Yang、Bojun Wangらによって執筆され、著者らはハルビン医科大学附属腫瘍病院、黒竜江省腫瘍免疫学重点実験室、黒竜江省大腸癌臨床研究センターなどの機関に所属しています。論文は2024年に『Oncogene』誌に掲載され、DOIはhttps://doi.org/10.1038/s41388-024-03255-2です。

研究の流れと結果

1. MVKはMSI CRCにおける腫瘍細胞内のインターフェロン応答を抑制する

コレステロールがMSI CRC細胞内の腫瘍細胞内インターフェロン応答に与える影響を検証するため、研究チームはLXRs阻害剤とインスリンを用いてコレステロール合成を促進し、qRT-PCR実験によりコレステロールが腫瘍細胞のインターフェロン応答を抑制することを証明しました。その後、siRNAライブラリスクリーニングおよび遺伝子セットエンリッチメント分析（GSEA）により、MVKがコレステロール合成経路においてインターフェロンシグナル経路と最も強く関連する重要な酵素であることが明らかになりました。HCT116細胞株では、MVKの発現を阻害することでCXCL9およびCXCL10の発現が著しく増加しました。さらに、MSI CRC腫瘍組織において、MVKの発現が高いほどCXCL9、CXCL10の発現が低く、CD8+ T細胞の浸潤が減少していることが確認されました。

2. MVKは腫瘍細胞内のインターフェロン応答を介してMSI CRCの成長に影響を与える

in vitro実験では、MVK遺伝子ノックアウトがMSI CRC細胞の増殖および移動に有意な影響を与えないことが示されました。しかし、免疫正常なマウスの皮下移植腫瘍モデルでは、MVKノックアウトにより腫瘍の成長が著しく抑制され、腫瘍内のCD8+ T細胞の浸潤およびCXCL9、CXCL10の発現が増加しました。一方、免疫不全のヌードマウスモデルでは、MVKノックアウトが腫瘍成長に影響を与えなかったことから、MVKによるMSI CRCの抑制は完全な免疫システムに依存していることが示されました。

3. MVKはMSI CRC腫瘍内の細胞傷害性T細胞（CTL）を著しく変化させる

質量サイトメトリー分析により、MVKノックアウトにより腫瘍浸潤リンパ球中のCD8+ T細胞の数が著しく増加し、これらの細胞中のエフェクター分子（IFN-γやGZMBなど）の発現が上昇することが明らかになりました。さらに、抗CD8a抗体を用いてCD8+ T細胞を枯渇させた後、MVKノックアウト群の腫瘍成長が回復したことから、MVKがCD8+ T細胞を介して腫瘍成長を抑制することが確認されました。

4. MVKはSTAT1のリン酸化を妨げることでインターフェロン応答を抑制する

免疫共沈降（Co-IP）実験により、MVKがSTAT1の転写活性化ドメイン（TAD）と相互作用し、STAT1の核移行を著しく抑制することでインターフェロンシグナルカスケードを弱めることが明らかになりました。さらに、MVKノックアウトによりSTAT1とJAK1の結合が著しく増強され、STAT1のリン酸化レベルが上昇しました。クロマチン免疫沈降（ChIP）実験により、MVKノックアウトによりSTAT1とCXCL9プロモーターの結合が増強されることも確認されました。

5. MVKの再発現はインターフェロン応答を再抑制する

MVKノックアウト細胞にMVKを再発現させたところ、MVKの再発現によりIFN-γ刺激下でのSTAT1リン酸化レベルが著しく低下し、CXCL9およびCXCL10の発現が減少しました。in vivo実験でも、MVKの再発現により腫瘍成長が回復し、腫瘍微小環境中のCD3+およびCD8+ T細胞の数が減少しました。

6. MVKの抑制はMSI CRC免疫療法の効果を高める

マウスの皮下移植腫瘍モデルにおいて、MVKノックアウトにより抗PD-1モノクローナル抗体の治療効果が著しく増強されました。さらに、アトルバスタチン（Atorvastatin）がMVKの発現を抑制し、抗PD-1治療の効果を著しく増強することが明らかになりました。

7. MVKの発現はMSI CRC患者の免疫療法反応に影響を与える

ヒト化PBMC-PDXモデルを構築し、MVK発現が低い腫瘍が抗PD-1治療に対してより良い反応を示すことが確認されました。さらに、臨床コホート分析により、MVK発現が低いMSI CRC患者は抗PD-1治療に対してより良い反応を示し、腫瘍微小環境中のCTL細胞およびTH1型サイトカインの割合が著しく増加していることが明らかになりました。

結論と意義

本研究は、MVKがコレステロール代謝と腫瘍細胞内のインターフェロン応答の間で重要な役割を果たすことを初めて明らかにしました。MVKはSTAT1のTADドメインと相互作用し、STAT1の核移行を抑制することでインターフェロンシグナル経路を弱め、MSI CRCがICB治療に抵抗性を示す原因となっています。研究結果は、MVKを標的とすることがMSI CRC患者のICB治療効果を高める有望な戦略であることを示唆しています。さらに、アトルバスタチンなどのスタチン系薬剤がMVK発現を抑制することで抗PD-1治療の効果を増強する可能性があります。

研究のハイライト

1. 重要な発見：MVKはSTAT1の核移行を抑制することで腫瘍細胞のインターフェロン応答を弱め、MSI CRCがICB治療に抵抗性を示す原因となっています。
2. 革新性：本研究は、MVKがコレステロール代謝と腫瘍細胞内のインターフェロン応答の間で重要な役割を果たすことを初めて明らかにし、MVKを標的とすることでICB治療効果を高める新たな戦略を提案しました。
3. 臨床応用の価値：研究結果は、MVKがMSI CRC患者の免疫治療反応を予測するバイオマーカーとなる可能性を示しており、アトルバスタチンなどのスタチン系薬剤が抗PD-1治療の効果を増強する可能性があります。

その他の価値ある情報

本研究では、MVKの発現レベルがさまざまな癌種における腫瘍細胞内のインターフェロン応答と負の相関を示すことも明らかになりました。これは、MVKが他の癌種における免疫逃避にも重要な役割を果たす可能性を示唆しています。今後の研究では、MVKが他の癌種においてどのようなメカニズムで作用するか、および免疫療法における応用可能性をさらに探求することが期待されます。