乳がん肺転移における間質線維芽細胞の役割メカニズム研究

背景紹介

乳がんは世界中の女性において最も一般的ながんの一つであり、転移は乳がん患者の死亡の主な原因となっています。肺は乳がんの最も一般的な転移部位の一つですが、その転移メカニズムはまだ完全には解明されていません。腫瘍転移のプロセスは、腫瘍細胞自体の特性だけでなく、その周囲の微小環境とも密接に関連しています。近年、腫瘍微小環境中の間質細胞、特に線維芽細胞が腫瘍転移において重要な役割を果たしていることが多くの研究で示されています。しかし、これらの線維芽細胞が肺転移において具体的にどのような役割を果たし、その異質性がどのように影響するかについては、まだ多くの未解明の点が残されています。

本研究は、乳がん肺転移の過程における間質線維芽細胞の異質性を明らかにし、その肺転移形成における具体的な役割を探ることを目的としています。単細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）などの技術を用いて、研究者らは特定の間質線維芽細胞サブタイプを発見しました。これらの細胞は、トリプトファン代謝産物であるキヌレニン（kynurenine, Kyn）を介したメカニズムを通じて、転移性腫瘍細胞がフェロトーシス（ferroptosis）に抵抗し、T細胞機能を抑制することで肺転移の形成を促進することが明らかになりました。

論文の出典

この研究は、Chongqing Medical University、Emory University School of Medicine、Cedars-Sinai Medical Centerなど複数の機関の研究チームが共同で行いました。研究チームはManran Liu教授が率いており、主な著者にはYongcan Liu、Shanchun Chenなどが含まれます。この論文は2024年8月21日にCancer Communications誌に掲載され、DOIは10.1002/cac2.12608です。

研究の流れと結果

1. 研究の流れ

a) 乳がん肺転移モデルの確立

研究者らは、肺から精製された転移性細胞を反復注射することで、乳がん肺転移のマウスモデルを確立しました。ルシフェラーゼで標識された4T1およびE0771マウス乳がん細胞株を使用し、体内選択法を用いて肺転移傾向の高い細胞株（4T1-lm3およびE0771-lm3）を取得しました。これらの細胞株は、その後の転移実験に使用されました。

b) 単細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）分析

肺転移微小環境中の線維芽細胞の異質性を研究するため、研究者らは異なる転移段階（正常、転移前、微小転移、および大転移）のマウス肺組織から線維芽細胞を分離し、単細胞RNAシーケンスを行いました。10x Genomicsプラットフォームを使用して、42,348個の高品質細胞のトランスクリプトームデータを取得し、Seuratソフトウェアを用いてこれらのデータを分析しました。

c) 線維芽細胞サブタイプの同定と機能分析

単細胞RNAシーケンスを通じて、研究者らは3つの主要な線維芽細胞サブタイプを同定しました：間質線維芽細胞（Matrix Fibroblasts, MFs）、筋線維芽細胞1（Myofibroblasts-1, Myof1）、および筋線維芽細胞2（Myofibroblasts-2, Myof2）。このうち、MFsが主要なサブタイプであり、転移の進行に伴いそのトランスクリプトーム特性が動的に変化することが明らかになりました。

d) MFsの肺転移における役割

MFsが肺転移において果たす具体的な役割を検証するため、研究者らは条件付き遺伝子ノックアウトマウスモデルを使用し、MFs中のトリプトファン2,3-ジオキシゲナーゼ（TDO2）を特異的にノックアウトしました。体内実験を通じて、TDO2の欠失が肺転移の負荷を著しく減少させ、マウスの生存期間を延長することが確認されました。

2. 主な結果

a) 線維芽細胞サブタイプの動的変化

研究により、MFsは肺転移の各段階で主要な役割を果たしており、そのトランスクリプトーム特性が転移の進行に伴って動的に変化することが明らかになりました。特に転移前段階では、MFsが強い炎症反応とケモカインシグナル経路の活性化を示し、大転移段階ではこれらのシグナル経路がさらに強化されました。

b) MFsがTDO2-Kyn軸を通じて肺転移を促進

研究者らは、MFsがTDO2を高発現し、TDO2がトリプトファン代謝を触媒してKynを生成することを発見しました。Kynは、転移性腫瘍細胞がフェロトーシスに抵抗するのを助けるだけでなく、T細胞機能を抑制することで腫瘍細胞の免疫逃避を促進します。TDO2の条件付きノックアウトを通じて、TDO2-Kyn軸が肺転移において重要な役割を果たしていることが確認されました。

c) TDO2-Kyn軸がフェロトーシスに与える影響

さらに研究を進めた結果、TDO2high MFsはKynを介してフェリチン重鎖1（Ferritin Heavy Chain 1, FTH1）の発現をアップレギュレートし、転移性腫瘍細胞のフェロトーシスに対する抵抗性を高めることが明らかになりました。この発見は、肺転移微小環境における腫瘍細胞の生存メカニズムを理解する上で新たな視点を提供します。

結論と意義

本研究は、TDO2陽性間質線維芽細胞が乳がん肺転移において重要な役割を果たしていることを明らかにしました。TDO2-Kyn軸を通じて、これらの線維芽細胞は転移性腫瘍細胞がフェロトーシスに抵抗するのを助けるだけでなく、T細胞機能を抑制することで腫瘍の免疫逃避を促進します。この発見は、肺転移に対する新たな治療戦略の開発に重要な理論的基盤を提供します。

研究のハイライト

1. 線維芽細胞の異質性の解明：単細胞RNAシーケンスを通じて、研究者らは初めて肺転移微小環境中の線維芽細胞の異質性とその動的変化を系統的に明らかにしました。
2. TDO2-Kyn軸の発見：研究により、TDO2陽性間質線維芽細胞がKynを介したメカニズムを通じて、転移性腫瘍細胞がフェロトーシスに抵抗し、T細胞機能を抑制することが初めて明らかになりました。
3. 潜在的な治療ターゲット：TDO2-Kyn軸の発見は、肺転移に対する新たな治療戦略の開発において潜在的なターゲットを提供し、臨床応用において重要な価値を持ちます。

その他の価値ある情報

研究では、TDO2の発現が乳がん患者の肺転移生存率と負の相関を示すことも明らかになり、TDO2が肺転移リスクを予測するバイオマーカーとしての可能性を示唆しています。さらに、研究チームが開発した条件付き遺伝子ノックアウトマウスモデルは、今後の腫瘍転移における線維芽細胞の具体的な役割を研究する上で強力なツールを提供します。

本研究は、乳がん肺転移のメカニズムを深く理解するだけでなく、新たな治療戦略の開発に重要な理論的基盤と実験ツールを提供します。