免疫細胞によるフェロトーシスを脂肪酸結合タンパク質を介して回避するがん細胞

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フェロトーシス 免疫療法 脂肪酸結合タンパク質 腫瘍生存 代謝再プログラミング

ガン細胞は脂肪酸結合タンパク質7を介して免疫細胞によって誘導される鉄死を回避

背景紹介

ガンは免疫抑制環境を作り出し、免疫反応を妨げることで腫瘍の成長と治療への抵抗性をもたらします。免疫系はCD8+ T細胞を通じてガン細胞に鉄死（ferroptosis）を誘導し、これは鉄イオン依存的な脂質過酸化と活性酸素（ROS）の蓄積による細胞死です。しかし、ガン細胞がどのように免疫治療によって誘導される鉄死を回避するかというメカニズムは明確ではありません。本論文では、脂肪酸結合タンパク質7（FABP7）の上昇によりガン細胞が鉄死と抗腫瘍免疫を回避する仕組みを明らかにしています。

FABP7は主に脳で発現するたんぱく質であり、脂肪酸代謝と輸送に関与し、特に神経幹細胞とニューロジェネシスにおいて重要な役割を果たします。これまでの研究では、FABP7が複数のガンで高発現し、予後不良との関連が示されています。しかし、FABP7が鉄死の調整に具体的にどのように関与するか、および免疫治療への影響は十分に研究されていません。本研究では、FABP7が腫瘍細胞が免疫媒介の鉄死を避けるための具体的なメカニズムを明らかにし、免疫治療効果を向上させる新たな治療標的を提供することを目指しています。

論文の出典

本研究はMaria Angelica Freitas-Cortezを含む20人以上の著者によって共同で完成され、UT Southwestern Medical CenterやMD Anderson Cancer Centerなどの研究機関から参加しています。研究結果は2025年にMolecular Cancer誌に掲載され、タイトルは「Cancer cells avoid ferroptosis induced by immune cells via fatty acid binding proteins」です。

研究フローと実験設計

研究フローオーバービュー

本研究は複数のステップに分かれ、in vitro細胞実験とin vivoマウスモデルを用いて、高通量シークエンス、脂質omics分析、免疫組織化学など様々な技術を組み合わせて、FABP7が腫瘍細胞が鉄死を避けるメカニズムを系統的に探求しました。以下に具体的なフローを示します：

  1. 細胞株とマウスモデルの作成
    研究ではPD1感受性（PD1-sensitive, Sen）とPD1抵抗性（PD1-resistant, Res）の腫瘍細胞株、およびB16F10メラノーマ細胞とQPP7膠芽腫細胞を使用しました。マウスモデルでは129 Sv/EvとC57BL/6株を用い、さらにCD8+ T細胞特異的にRora遺伝子をノックアウトしたマウスモデルを遺伝子編集技術を用いて構築しました。

  2. 脂質omics分析
    質量分析技術を用いてSenとRes腫瘍の脂質代謝を包括的に解析し、Res腫瘍がPD1阻害剤処理下での脂質代謝変化を明らかにしました。油赤O染色によりRes腫瘍における脂質蓄積の増加を確認しました。

  3. ターゲティング脂質omicsと脂肪酸酸化分析
    液相クロマトグラフィー-質量分析法（LC-MS）を用いて腫瘍中のエイコサノイド（eicosanoids）と脂肪酸代謝物を定量検出し、Seahorseアナライザーを用いてミトコンドリア脂肪酸酸化（FAO）機能を評価しました。

  4. オミクス分析と表観遺伝学研究
    RNAシーケンシング（RNA-seq）とクロマチン免疫沈降シーケンシング（ChIP-seq）を用いてResとSen腫瘍の遺伝子発現と表観遺伝的修飾の変化を解析し、FABP7が鉄死関連遺伝子（例：Lpcat3とBmal1）を制御するメカニズムを明らかにしました。

  5. 免疫細胞と腫瘍細胞の共培養実験
    in vitro共培養実験を用いてFABP7がCD8+ T細胞のアポトーシスと昼夜リズム遺伝子発現に及ぼす影響を研究し、ATAC-seqとRNA-seqを用いてFABP7がT細胞の転写体を調節するメカニズムを解析しました。

  6. 流式細胞術と免疫組織化学分析
    流式細胞術を用いてCD8+ T細胞のアポトーシス率を測定し、免疫組織化学を用いてFABP7が腫瘍微環境中での脂質過酸化と免疫細胞浸潤に及ぼす影響を確認しました。

  7. 体内実験の検証
    129 Sv/EvとC57BL/6マウスモデルにおいて、ResとRes-shFABP7細胞を注射し、FABP7ノックアウトが腫瘍成長と免疫治療への感受性に及ぼす影響を評価しました。

主要な結果と論理的関係

  1. PD1抵抗性腫瘍の脂質代謝再プログラム
    脂質omics分析では、Res腫瘍がPD1阻害剤処理後にトリグリセリド（TGs）と単不飽和脂肪酸（MUFAs）レベルが顕著に上昇し、多不飽和脂肪酸（PUFAs）レベルが低下していることが示されました。この脂質代謝の変化により、腫瘍細胞は鉄死に対する抵抗力を強めます。Seahorse分析ではさらに、Res細胞のミトコンドリア脂肪酸酸化能力が強まり、ATP生成率が上がることが示されました。

  2. FABP7の上昇と表観遺伝的制御
    RNA-seqとChIP-seq分析では、Res腫瘍においてFABP7が顕著に上昇し、表観遺伝的修飾を通じて鉄死関連遺伝子の発現を制御することが示されました。具体的には、FABP7はLpcat3の転写を低下させ、同時にBmal1の発現を増加させることで鉄死を抑制します。

  3. FABP7が免疫細胞に及ぼす影響
    共培養実験では、Res腫瘍内のFABP7がCD8+ T細胞内のFABP7発現を上昇させ、昼夜リズム遺伝子の発現を破壊し、T細胞のアポトーシスを促進することが見られました。ATAC-seqとRNA-seq分析では、FABP7がRoraとp53経路を介してT細胞のアポトーシスを誘導するメカニズムが明らかになりました。

  4. FABP7ノックアウトによる免疫治療感受性の向上
    129 Sv/EvとC57BL/6マウスモデルにおいて、FABP7ノックアウトは腫瘍がPD1阻害剤に対する感受性を大幅に向上させ、腫瘍微環境内でのCD8+ T細胞の浸潤を増加させ、T細胞のアポトーシスを減少させました。

結論と意義

本研究は、FABP7が腫瘍細胞が免疫媒介の鉄死を避けるために果たす重要な役割を明らかにしました。脂質代謝の再プログラム、表観遺伝的制御、および免疫微小環境の再形成を通じて、FABP7は腫瘍細胞の生存と免疫治療抵抗性を促進します。研究結果は、FABP7を対象とした標的療法の開発に理論的根拠を提供し、特にPD1抵抗性の腫瘍に対して免疫治療の効果を向上させる可能性を示唆します。

研究のハイライト

  1. 革新的にFABP7が腫瘍の免疫逃走に及ぼす多重作用を明らかに
    FABP7が脂質代謝、表観遺伝的制御、免疫制御などの多重メカニズムを通じて腫瘍細胞が免疫媒介の鉄死を避ける手助けをするという初めての包括的な解明を行いました。

  2. 多オミクスを組み合わせた高通量分析
    RNA-seq、ChIP-seq、ATAC-seq、脂質omicsなどの多オミクス技術を用いてFABP7の分子メカニズムを全面的に解析しました。

  3. 新しい治療標的の発見
    研究はFABP7を潜在的な治療標的として提案し、腫瘍の免疫治療抵抗性を克服する新しい方向性を提供します。

その他の有用な情報

本研究では、FABP7が昼夜リズム遺伝子を調節することでCD8+ T細胞の機能に影響を与えるメカニズムを発見しました。これは腫瘍微小環境における免疫細胞の生物学的挙動を理解する新しい視点を提供し、昼夜リズム調整に基づく癌免疫治療戦略の開発に示唆を与えています。