発癌性KRAS依存性ストローマルインターロイキン-33が腫瘍成長を促進するために膵環境を指示する

2024-07-16 Tue
膵臓癌組織におけるIL-33の腫瘍成長促進メカニズムとその潜在治療標的背景紹介膵臓癌（Pancreatic Cancer, PDA）は、世界で最も致命的な悪性腫瘍の一つであり、その臨床的表現は進行が速く、治療効果も芳しくありません。5年生存率はわずか13%です。アメリカでは、PDAは現在、癌関連死亡原因の第3位に位置しています。95%以上のPDA症例で、小型GTPase KRASの駆動性変異、特にKRAS^G12D変異が発見されています。KRAS^G12Dは、マウスモデルにおいて膵組織を癌前病変に変換し、最終的には侵襲性PDAへと進行します。
膵臓癌には多数の線維炎症性微小環境が存在し、これには基質細胞のみならず免疫抑制性免疫細胞や豊富な細胞外基質（Extracellular Matrix, ECM）が含まれています。癌関連線維芽細胞（Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs）は、この微小環境の重要な構成要素であり、主に正常な線維芽細胞や膵星状細胞（Pancreatic Stellate Cells, PSCs）から変換されます。
研究源および発表状況本研究は、ミシガン大学Rogel癌センターおよびその他の複数の機関の研究チームによって完成され、主要な研究者にはKatelyn L Donahue、Hannah R Watkoske、Padma Kadiyalaなどがいます。論文は2024年の《Cancer Discovery》誌に発表され、その研究は癌遺伝子KRASに駆動される膵臓癌微小環境におけるIL-33の役割に焦点を当てています。
研究プロセスと方法全体的な研究プロセス研究は複数のステップに分かれています：
1. サンプル採取と分析：免疫組織化学（Immunohistochemistry, IHC）技術を用いて人間の膵臓癌と正常隣接組織のIL-33の染色を行い、単細胞RNAシーケンス（Single Cell RNA Sequencing, scRNASeq）技術を使用して16例の患者の癌組織サンプルを分析します。
2. 動物実験：マウス特異的IL-33遺伝子ノックアウトモデルを作成し、Tamoxifen処理を用いて特定の遺伝子のノックアウトを誘導します。モデルマウスに膵臓癌細胞を直交注射し、腫瘍成長状況を観察します。
3. 分子メカニズムの研究：共焦点免疫蛍光、美加皮質キナーゼシグナル伝達経路ブロッキング実験などの様々な実験を通じて、IL-33が線維芽細胞内でどのようにシグナル伝達されるかを探求します。
研究の詳細膵臓癌患者およびマウスモデルにおけるIL-33の発現と分布：
患者の癌組織において、IL-33は腫瘍細胞および疾患関連の基質領域で明確に発現しており、正常組織では発現が非常に低いです。
scRNASeqデータは、腫瘍と隣接する正常組織を比較した場合、IL33遺伝子の転写レベルが顕著に高いことを示しており、主に線維芽細胞、外皮細胞、内皮細胞に発現していることが明らかです。
動物モデル実験：
CreER; IL33^f/f マウスモデルを作成し、Tamoxifen処理により特異的に線維芽細胞中のIL-33遺伝子をノックアウトすることで腫瘍体積が約40%縮小しました。
免疫染色結果は、腫瘍細胞およびCAFの増殖が減少し、細胞アポトーシスマーカーが顕著に増加することを示しました。
scRNASeqデータは、IL-33ノックアウトマウスの基質細胞におけるIL-33の転写レベルが顕著に低下し、特異的な上皮間質転換（EMT）細胞クラスターを示しました。
実験結果：
CAF IL-33が膵臓癌の成長を促進：
IL-33の線維芽細胞内の維持はKRAS^G12DおよびJAK1/2-STAT3シグナル伝達経路に依存しています。
PDGFRAマーカーを有する線維芽細胞内のIL-33遺伝子を条件付きで削除することで、腫瘍ホルモンの分泌が変化し、免疫抑制性サイトカインの産出が減少し、炎症促進性因子の産出が増加しました。
免疫微小環境の再プログラム：
IL-33のノックアウトにより、CD8+ T細胞の浸潤および活性化が顕著に増加し、腫瘍の成長が遅くなりました。
食蟹紫螺およびマクロファージはIL1A、TNFなどの炎症促進性マーカーの発現が増加し、免疫抑制性マーカーであるARG1およびMRC1が減少しました。
分子信号メカニズムの研究：
PAFおよびCAFのIL-33の維持は上皮KRAS^G12Dの発現に依存しており、JAK1/2-STAT3シグナル伝達経路を通じて活性化されます。
腫瘍細胞によって媒介されるRAS依存的な自分分泌シグナルは線維芽細胞内のIL-33を活性化し、これは腫瘍細胞の条件下培養液を利用することで確認されました。
研究の結論と意義本研究は、多様な生物実験方法を使用して膵臓癌微小環境におけるIL-33の役割を詳細に解析し、IL-33が潜在的な治療標的となり得る可能性を示唆しています。研究結果は、KRAS^G12Dによって駆動される線維芽細胞が分泌するIL-33が免疫微小環境を変化させることで腫瘍成長を促進することを示しています。IL-33を削減することで、腫瘍の増殖が減少し、CAFの分化状態が変化し、炎症促進性因子の産生が増加し、膵臓癌微小環境がCD8+ T細胞の浸潤および活性化に好ましい方向に変化しました。
研究のポイント革新的な実験設計：複数のマウスモデルおよび最新の分子生物学技術を使用し、IL-33が膵臓癌微小環境における役割を正確に評価し、その潜在的な治療標的を明らかにしました。
詳細なメカニズム解析：IL-33が線維芽細胞内でどのようにシグナル伝達されるかを詳細に解析し、特にJAK1/2-STAT3経路を通じて活性化されることを示しました。また、腫瘍環境の維持におけるその重要性を示しました。
広範な応用前景：研究から、IL-33またはその関連シグナル経路を抑制することで膵臓癌の新たな治療戦略が見出される可能性が示されており、臨床に新たな治療方法をもたらすかもしれません。
著者らは、新たな腫瘍治療標的を提唱するだけでなく、膵臓癌微小環境におけるCAFの役割についての理解を深め、今後の研究と治療に重要な示唆を提供しました。