原位でチェックポイント阻害剤が結合する標的T細胞の追跡

学術的背景

チェックポイント阻害剤（Check Point Inhibitors，CPI）は癌治療において革命的な役割を果たし、チェックポイント分子が媒介する免疫調節シグナルをブロックすることで、T細胞による癌細胞の除去機能を回復させます。しかし、これらの治療法は一連の免疫関連の副作用（immune-related adverse events，IRAEs）を引き起こし、その中で最も一般的なのは消化管炎症であり、約60％の患者に影響を与えます。腸、皮膚、関節のIRAEsは癌の生存率の改善と関連していますが、その重篤な副作用は医療負担の増加に対して無視できません。現在、IRAEsの具体的な免疫発病メカニズムは完全には明らかではありませんが、自己抗原または共生微生物に反応するT細胞の活性化に起因する可能性があります。

CTLA-4（細胞毒性Tリンパ球関連抗原4）、PD-1（プログラム細胞死タンパク1）およびそのリガンドPD-L1は、CPIが標的とする主な免疫チェックポイントであり、その発現はT細胞の活性化に伴って増加します。CTLA-4はCD28と共刺激リガンドCD80およびCD86と競合し、PD-1はそのリガンドPD-L1およびPD-L2と結合して抑制性T細胞受容体（TCR）信号伝達を行います。これらの効果はT細胞の疲弊を促進し、T細胞による癌の除去能力を抑制します。抗CTLA-4およびPD-1はこの効果を逆転させ、T細胞が腫瘍抗原に反応する能力を回復させます。CPIが介在するIRAEsは、同様の原理により引き起こされると考えられています。

研究の概要

この論文はTarun Gupta、Agne Antanaviciute、Chloe Hyun-Jung Leeらの著者によって共同執筆されており、彼らはオックスフォード大学分子医学MR Weatherall研究所、オックスフォード大学付属John Radcliffe病院のトランスレーショナル免疫発見ユニットに所属しています。この研究は2024年5月13日に《Cancer Cell》誌に掲載されました。論文のタイトルは「Tracking in situ checkpoint inhibitor-bound target T cells in patients with checkpoint-induced colitis」です。

研究の詳細内容

研究プロセス

この研究では、著者たちは多手法の単一細胞RNAシーケンシング（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）およびサブセルラースペーシャルトランスクリプトミクス（spatial transcriptomics，ST）を利用して、CPIを受け結腸炎を発症した患者の血液および腸組織中のCPI結合T細胞を追跡し、結腸炎におけるその役割を研究しました。

1. 単一細胞リファレンスアトラスの構築：
   • サンプルの出所はCPI単療法（anti-PD-1、nivolumabまたはpembrolizumab）および二重療法（anti-PD-1 and anti-CTLA-4, ipilimumab）を受けた結腸炎患者の結腸組織および末梢血単核細胞（PBMC）サンプル、および健康対照群、結腸炎を発症していないCPI患者、非CPI治療の炎症対照（潰瘍性結腸炎（UC））です。
   • 単一細胞アトラスは72人のドナーの186,838個の細胞をカバーし、細胞タイプは上皮、間質、および免疫細胞のサブセットを含みます。
   • クラスタリング分析により、結腸中の予期されるさまざまな細胞タイプを識別しました。特に、CPI-結腸炎サンプルでは特定の「活性化された」線維芽細胞群および表現型が変化した上皮、グリア細胞、内皮細胞、マクロファージを発見しました。
2. スペーシャルトランスクリプトミクス分析：
   • 16人のドナーから18枚の組織切片を含み、25,672個の組織をカバーするSTポイントの統合により19個の共通の空間領域を明らかにしました。これらの領域は解剖学的位置または代表的な細胞タイプの富化により特定されました。
   • 結腸組織構造を反映する細胞タイプの同時存在を発見しました。たとえば、頂端陰窩細胞と深部陰窩細胞などです。
   • より高解像度のサブセルラースペーシャルSTデータによってさらなる分析が行われ、伝統的に捉えにくい好中球や細胞細分を含むすべての主要細胞群が捕捉されました。
3. CPI結合細胞の単一細胞分析：
   • 合計で72,561個の結腸生検のCD3+ T細胞および36,176個のペアリングされた末梢血単核細胞（PBMC）がシーケンシングされ、結腸および末梢血中のT細胞クローンが追跡可能になりました。
   • CITE-seq分析により、非CPI治療対照サンプルと比較して、多くのCPI-結腸炎サンプルではPD-1抗体結合の減少、およびPD-1 mRNAとタンパク質検出の相関の低下が示されました。
   • 量子回帰ランダムフォレストモデルを用いて非CPI治療サンプル中のPD-1発現を予測し、可能なCPI結合細胞を特定しました。
4. 結腸炎サンプルのT細胞状態の比較：
   • CPI結合の主な細胞はCD4+ T細胞（Treg、TFH、TH17など）および特定のCD8+ T細胞群であることが判明しました。

主要結果

研究は、CPIが結合する標的細胞が炎症および非炎症組織でどのように分布しているかを明らかにし、結腸炎を引き起こす病的な細胞マイクロドメインを特定しました。また、これらのマイクロドメインとUCとの類似点と違いも定義しました。

1. 多モーダル分析により原因と経路を特定：
   • CPI結合T細胞は主にCD4+ T細胞（周辺補助T細胞、卵胞補助T細胞、調節性T細胞）で構成される。
   • IFN-γ CD8+ T細胞は組織常駐記憶細胞（TRM）および周辺群から来ており、より制限された標的占有率を示し、調節信号が欠乏している損傷した上皮マイクロドメインと共局在する。
   • CPI結合のCD4+ TH17細胞は結腸炎の主なIFN-γの供給源である。
2. 異なる組織におけるT細胞の特定の分布を解明：
   • 結腸炎患者の組織中では、T細胞サブセットは上皮細胞と共局在し、巨噬細胞がCxcl13を発現する非CPI結合T細胞が増加していることが発見されました。
3. 空間分析によりターゲットマイクロドメインの特徴を詳細化：
   • CPI標的細胞をマークし、高解像度の空間トランスクリプトミクス解析を行うことで、筋膜層および免疫浸潤が豊富な領域でのCPI標的細胞の割合増加を検出しました。これにより、CPIによるT細胞の活性化および移動パターンに関する理解が深まりました。

結論

この研究は、多手法の単一細胞RNAシーケンシングおよび空間トランスクリプトミクスを使用して、結腸炎におけるCPI結合T細胞の分布特性および病的メカニズムを包括的に解析しました。CPI結合T細胞に着目し、その病気発症における役割を明らかにし、非CPI治療における炎症制御メカニズムと比較しました。この発見は、CPI関連結腸炎の病理メカニズムに関する深い洞察を提供するとともに、将来的にCPI治療の副作用管理を改善する新たな視点をもたらします。

研究のハイライト：

1. 重要な発見：
   • 結腸炎におけるCPI結合の特定T細胞サブセットおよびその病的なマイクロドメインを特定。
2. 研究方法の革新性：
   • 多手法の単一細胞RNAシーケンシングおよび高解像度の空間トランスクリプトミクス技術を組み合わせ、CPI治療関連結腸炎の分子機序を明らかに。
3. 科学と応用価値：
   • 精密医療におけるCPI治療の副作用管理のための新たなターゲットと戦略を提供。

この研究の深い探究と技術革新は、癌免疫療法の副作用に関する機序研究に重要な基盤を提供し、将来的には臨床診断および治療の最適化において重要な役割を果たすことが期待されます。