腫瘍免疫学研究：CD8+ T細胞の腫瘍内の消耗状態

近年、免疫療法は腫瘍治療の分野で大きな進歩を遂げています。しかし、抗原信号の追跡後のリンパ球の振る舞いは依然として難問です。本研究はこの問題を解決することを目的としており、抗原受容体シグナルレポーターマウス（Antigen Receptor Signaling Reporter、略称AGRSR）を開発し、腫瘍内の活動的なT細胞の振る舞いを評価します。本文では、研究の背景、方法、結果およびその意義を詳細に紹介しています。

研究背景

CD8+ T細胞の消耗は、時間の経過とともに（3）、有害な免疫反応を防ぐことができる永続的な低機能状態であるエピジェネティック伝達の（1,2）です(4,5)。以前の研究では、腫瘍組織内における消耗したCD8+ T細胞の存在が、Kaedeマウス（8,9）による優雅な並行実験（6,7）を通じて示されました。これらの発見は、CD8+ T細胞がCD103（重要な居住蛋白）を発現し、主に腫瘍内に局在していることを報告している研究（10,11）と一致しています。しかし、最近の研究では、CD8+ T細胞（抗原特異的T細胞を含む）が腫瘍からの脱出を観察しています（8,9）。したがって、CD8+ T細胞の腫瘍内滞留と脱出行動をどのような特定の要因が調節するのかは未だに明らかではありません。

研究動機と課題

CD8+ T細胞の腫瘍内での振る舞いをよりよく理解するために、研究チームは、特定の時間と場所で抗原反応に対するリンパ球を追跡するための新しいAGRSRマウスを開発しました。既存のT細胞受容体（TCR）トランスジェニックリンパ球（14-16）と四量体（17,18）の追跡方法とは異なり、このシステムはT細胞が抗原信号を受信した場所と時間を区別できます。この新しい方法は、抗原信号がCD8+ T細胞の腫瘍内滞留と脱出行動の調節において果たす役割を検証するのに役立ちます。

研究出典

本文はTakahashiらによって執筆され、《Science Immunology》誌に発表されました。著者は、ケンブリッジ大学、東京大学、リバプール大学、ウェルカム・サンガー研究所など、複数の研究機関に所属しています。

研究方法

AGRSRマウスの開発

研究チームはAGRSRマウスを作成し、TCR信号を受けるクローンを評価しました、これには、細胞がまれな組織も含まれます。AGRSRマウスでは、TCRが結合するとTリンパ球中でのみNur77プロモータが活性化され、赤色蛍光タンパク質（Katushka）およびCre-ERT2リコンビナーゼの等モル発現を駆動します。Rosa-LSL-EYFP系統との交差により、AGRSR-LSL-EYFPマウスが生成され、これらのマウスでは、このトランスジェニックシステムが分子ゲートとして機能し、TCRおよびタモキシフェン信号を受け取るT細胞及びその子孫を永続的にマークします。

研究チームはまず、AGRSR系列をOVA特異的OT-I TCRトランスジェニック系列と交差させ、これらの系列のTCR変異体ペプチド配列が特徴付けられました。この動物の初期CD8+ T細胞を体外で刺激した結果、Katushkaの発現レベルは各配列の刺激活性と直接関連していることが示され、Katushkaの発現がTCR信号の強度に依存していることが示唆されました。

研究の流れ

1. マウスモデルの構築： 研究チームはAGRSRマウスとRosa-LSL-EYFPマウスを交配し、AGRSR-LSL-EYFPマウスを生成し、抗原信号によってマークされたT細胞を追跡しました。
2. 抗原刺激実験： 研究チームは、体外および体内の実験を通じてTCR信号の依存性を検証しました。体内実験では、AGRSRマウスが他薬の処理を受けた後、脾臓および腫瘍中のCD8+ T細胞におけるTCR信号依存性のEYFP発現が確認されました。
3. 腫瘍モデル： YUMMER1.7黒色腫モデルを使用して、抗原信号がT細胞応答に与える影響を研究しました。研究チームは、腫瘍中のEYFP+ CD8+ T細胞の頻度が顕著に増加していることを発見し、これらの細胞が腫瘍抗原に反応していることを示しました。
4. 単一細胞RNAシークエンスとTCRシークエンス： 単一細胞RNAシークエンシングとTCRシークエンシングを通じて、腫瘍および脾臓からのEYFP+ T細胞を分析した研究チームは、腫瘍中のCD8+ T細胞がより高い消耗スコアを示しました。

データ分析

研究チームは、多様な実験技術および分析方法を使用しました、これには以下が含まれます：

• 流れ細胞計測法： T細胞を表面抗体で染色し、流れ細胞計測法を用いてEYFPおよびKatushkaの発現を評価しました。
• 単一細胞RNAシークエンシングとTCRシークエンシング： 10x Genomicsの単一細胞RNAシークエンシングおよびTCRシークエンシング技術を使用し、選別されたT細胞の遺伝子発現およびTCR配列を分析しました。
• データ分析： RおよびPythonソフトウェアパッケージを使用して、Seurat、Scanpy、TrajClustアルゴリズムを含むデータ分析を行いました。

研究結果

抗原信号が腫瘍中でCD8+ T細胞の消耗をとらえる

1. AGRSRマウスの検証： 研究チームはAGRSRマウスを成功裏に作成し、体内で抗原信号を受信するT細胞をマークする能力を確認しました。
2. 腫瘍モデル研究： YUMMER1.7黒色腫モデルでは、AGRSRマウスが他薬処理を受けた後、腫瘍中のEYFP+ CD8+ T細胞の頻度が顕著に増加し、これらの細胞がより高いPD-1発現を示し、消耗状態にあることが示されました。
3. 単一細胞RNAシークエンス分析： 研究チームは、腫瘍中のEYFP+ CD8+ T細胞がより高い消耗スコアとより低い細胞毒性スコアを示し、脾臓中のEYFP+ CD8+ T細胞がより高い細胞毒性スコアを示すことを発見しました。
4. 腫瘍中の抗原信号の役割： 研究は、抗原信号が腫瘍内でCD8+ T細胞の反応を隔離する役割を果たし、特定の腫瘍組織部位に消耗したT細胞を留めることにより、体を全身的な損傷から保護することを示しました。

研究意義

本研究は、AGRSRマウスの開発により、体内で抗原信号がT細胞の挙動に与える影響を追跡するための新たなツールを提供しました。研究結果は、抗原信号がCD8+ T細胞の反応を隔離し、その滞留と消耗行動を調節する方法を明らかにしました。この発見は、腫瘍の微小環境における免疫応答の調節メカニズムを深く理解するのに役立ち、新しい免疫療法戦略の開発に重要な手がかりを提供します。

研究のハイライト

1. 新ツールの開発： AGRSRマウスの開発は、体内で抗原信号を追跡するための強力なツールを提供します。
2. 抗原信号の作用機序： 研究は、抗原信号がCD8+ T細胞の反応を隔離し、その滞留と消耗行動を調節する方法を明らかにしました。
3. 腫瘍微小環境の調節： 研究結果は、腫瘍微小環境における免疫調節のメカニズムを深く理解するための新しい視点を提供します。

本研究は、革新的な実験方法と深いデータ分析を通じて、腫瘍免疫治療研究に重要な理論的および実践的基盤を提供しました。将来的な研究は、この発見をどのように利用して、免疫治療戦略を最適化し、治療効果を向上させるかをさらに探求することができます。