グリオーマ微小環境における三次リンパ組織の誘導と抗グリオーマ免疫における役割

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グリオーマ 三次リンパ組織 免疫療法 腫瘍微小環境 Toll様受容体アゴニスト

膠質腫瘍免疫治療における三次リンパ構造の誘導と抗腫瘍免疫作用

背景紹介

膠質腫瘍（glioma）は高度に悪性の脳腫瘍であり、腫瘍微小環境（glioma microenvironment, GME）におけるリンパ球浸潤が限られていることが特徴で、「免疫砂漠」状態を示します。この特性により、膠質腫瘍はさまざまな免疫療法に対して感受性が低く、治療効果が不十分です。近年、免疫治療は多くの固形腫瘍で顕著な進展を遂げていますが、膠質腫瘍への応用は依然として大きな課題を抱えています。膠芽腫（glioblastoma, GBM）を対象とした免疫治療研究は進められていますが、持続的な臨床的恩恵を得られる患者は20%未満です。そのため、腫瘍浸潤リンパ球（tumor-infiltrating lymphocytes, TILs）をGMEに浸潤させ、GMEを免疫抵抗状態から免疫活性状態に転換する新しい免疫治療戦略が現在の研究の焦点となっています。

三次リンパ構造（tertiary lymphoid structures, TLS）は、腫瘍微小環境で形成される二次リンパ器官に類似した構造で、局所的な免疫反応を促進することができます。TLSの存在は、多くのがんの予後改善と関連しており、特に免疫「冷」腫瘍においてTLSの形成を誘導することは有望な治療戦略と考えられています。しかし、膠質腫瘍微小環境におけるTLSの役割とその誘導メカニズムはまだ明確ではありません。そこで、本研究ではToll様受容体（Toll-like receptor, TLR）アゴニストを用いてTLSの形成を誘導し、抗膠質腫瘍免疫反応を強化する戦略を探求することを目的としています。

論文の出典

本論文は、Shaoping Shen、Yong Cui、Mingxiao Liら複数の著者によって共同で執筆され、主な著者は北京天壇医院神経外科、首都医科大学などの機関に所属しています。論文は2024年8月27日にNeuro-Oncology誌に早期公開され、タイトルは《Toll-like receptor agonists promote the formation of tertiary lymphoid structure and improve anti-glioma immunity》です。

研究のプロセスと結果

1. 研究デザインと実験プロセス

本研究では、頭蓋内注射によるTLRアゴニスト（OK-432）と膠質腫瘍抗原（i.c. αTLR-mix）を用いてGMEにおけるTLSの形成を誘導し、その抗膠質腫瘍免疫メカニズムを探求しました。研究は以下の主要なステップで構成されています。

a) 膠質腫瘍マウスモデルの作成と治療

  • 研究対象：C57BL/6マウスを使用し、GL261およびCT-2A膠質腫瘍細胞を接種して頭蓋内膠質腫瘍モデルを作成。
  • 治療方法：TLRアゴニストと膠質腫瘍抗原を混合し、頭蓋内注射（i.c.）により治療群マウスに投与。対照群にはPBSを注射。
  • 実験デザイン：治療群と対照群のマウスは、治療後7日、14日、21日にMRIスキャンを行い、腫瘍の成長を評価。21日目に脳組織サンプルを収集し、その後の分析を行いました。

b) TLS形成の検出と分析

  • 染色分析：HE染色、免疫組織化学（IHC）、多重蛍光免疫組織化学（mIHC）を用いてTLSの形成とその細胞構成を検出。
  • フローサイトメトリー：脳組織中のB細胞（B220+）、T細胞（CD3+ CD4+およびCD3+ CD8+）の浸潤状況を分析。
  • 単細胞RNAシーケンシング（scRNA-seq）：脳組織と頸部リンパ節（cervical lymph node, CLN）サンプルに対して単細胞RNAシーケンシングを行い、B細胞およびT細胞の状態と分化軌跡を分析。

c) TLS誘導メカニズムの探求

  • 抗体中和実験：TNF-αおよびLTβRの阻害抗体を注射し、これらのシグナル経路がTLS形成に果たす役割を評価。
  • 細胞間相互作用の分析：CellPhoneDBソフトウェアを使用して単細胞RNAシーケンシングデータを解析し、TLS誘導過程における重要な細胞間相互作用を特定。

d) 臨床前研究

  • 臨床試験：「Combined Stereotactic Radiosurgery and Enhanced Immunotherapy for rGBM」という臨床試験において、i.c. αTLR-mix治療の安全性と予備的な有効性を評価。

2. 主な研究結果

a) TLSの形成とリンパ球浸潤

  • TLSの形成：治療群マウスのGMEにおいてTLSの形成が成功し、TLSは主にCD19+ B細胞、CD3+ CD4+/CD8+ T細胞、およびCD11b+骨髄系細胞で構成されていました。
  • リンパ球浸潤の増加：治療群マウスのGMEではB細胞およびT細胞の浸潤が顕著に増加し、特にCD4+ T細胞の浸潤が顕著でした。

b) TLS誘導のメカニズム

  • LTα/β-LTβRシグナル経路の役割：抗体中和実験により、LTα/β-LTβRシグナル経路がTLS誘導において重要な役割を果たすことが明らかになりました。このシグナル経路を阻害すると、TLSの形成が著しく抑制され、腫瘍の成長が加速しました。
  • TH17細胞の役割：単細胞RNAシーケンシングデータから、CD4+ TH17細胞がTLS誘導において「リンパ組織誘導細胞」（lymphoid tissue inducer, LTI）として機能していることが示されました。

c) TLSの抗膠質腫瘍免疫における役割

  • CD4+ T細胞の重要な役割：抗体中和実験により、CD4+ T細胞がTLS形成および抗膠質腫瘍免疫において重要な役割を果たすことが示されました。一方、CD8+ T細胞も抗腫瘍免疫に貢献しますが、B細胞の役割は明らかではありませんでした。
  • B細胞の分化とクローン選択：単細胞RNAシーケンシングおよびBCRシーケンシング分析により、脳組織中のB細胞が初期状態から成熟状態への移行を経ており、クローン選択およびクラススイッチ組換え（class switch recombination, CSR）の特徴を示すことが明らかになりました。

d) 臨床前研究の結果

  • 臨床試験の予備的結果：臨床試験では、i.c. αTLR-mix治療が良好な忍容性を示し、一部の患者では腫瘍体積が縮小し、治療群の無増悪生存期間（PFS）および全生存期間（OS）が有意に延長しました。

3. 研究の結論と意義

本研究は、TLRアゴニストを用いてGMEにおけるTLSの形成を誘導することで、抗膠質腫瘍免疫反応を著しく強化し、免疫微小環境を改善し、腫瘍の成長を抑制できることを示しました。TLSはGMEにおいて抗原提示の場として機能し、局所的な免疫反応の活性化を促進する可能性があります。この発見は、膠質腫瘍の免疫治療に新たな視点と実験的基盤を提供します。

4. 研究のハイライト

  • TLS誘導の新戦略：本研究は初めてTLRアゴニストを用いてGMEにおけるTLSの形成を成功させ、その抗腫瘍免疫メカニズムを明らかにしました。
  • TH17細胞の重要な役割：TH17細胞がTLS誘導において「リンパ組織誘導細胞」として機能することが明らかになり、TLS形成メカニズムの理解に新たな視点を提供しました。
  • 臨床応用の可能性：臨床試験の予備的結果は、i.c. αTLR-mix治療が膠質腫瘍患者において潜在的な応用価値を持つことを示しています。

まとめ

本研究は、体系的な実験デザインと詳細なデータ分析を通じて、TLSが膠質腫瘍免疫治療において重要な役割を果たすことを明らかにし、将来の臨床応用に向けた強力な実験的基盤を提供しました。この研究は、膠質腫瘍の免疫治療に新たな方向性を開拓するだけでなく、他の免疫「冷」腫瘍の治療にも示唆を与えるものです。