PD-L1信号による上皮-間葉転換はPD-L1高発現肺がんにおける免疫チェックポイント阻害剤の反応不良を予測する

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肿瘤細胞内在PD-L1シグナル誘導上皮間質転化（EMT）がPD-L1高発現の肺癌における免疫チェックポイント阻害剤（ICI）反応不良を予測する

研究背景と動機

癌症免疫療法において、プログラム化死亡リガンド-1（Programmed Death Ligand-1、PD-L1）は免疫細胞上のプログラム化死亡受容体-1（Programmed Death-1、PD-1）と結合することで免疫反応を抑制します。しかし、PD-1/PD-L1相互作用をブロックする免疫チェックポイント阻害剤（Immune Checkpoint Inhibitors、ICIs）は非小細胞肺癌（Non-Small-Cell Lung Cancer、NSCLC）の治療における主要な方法の一つとなっています。PD-L1陽性患者の約40%がPD-1/PD-L1ブロックに反応するものの、ICI治療の効果を予測するためにより効果的なバイオマーカーを見つける必要があります。

多くの研究がPD-L1の従来の細胞外機能に焦点を当てている一方で、腫瘍細胞内在のPD-L1シグナル機能は近年注目を浴びつつあります。これには癌細胞の生存、浸潤、幹性、解糖化、化学療法耐性およびDNA損傷反応など多くの機能が含まれます。さらに、PD-L1の内在機能は黒色腫および結腸癌マウスモデルにおける抗PD-1療法耐性とも関連しています。にもかかわらず、癌生物学および治療の進展におけるPD-L1の細胞内在作用とそのメカニズムは未だ完全には解明されていません。

上皮間質転化（Epithelial-Mesenchymal Transition、EMT）は癌進展および転移において重要な役割を果たします。PD-L1の発現とEMT表型の間の正の相関関係は、NSCLC、乳癌、頭頸部扁平上皮癌など多くの腫瘍で確認されています。EMTは治療過程中または治療後に一般的に見られる現象であり、治療耐性および癌進展を示唆しています。しかし、EMTと免疫療法の関連は未解明のままです。従って、本研究はNSCLCにおける腫瘍細胞内在のPD-L1シグナルのEMTおよび癌進展における役割を探り、PD-L1誘導のEMTをICI療法の予測バイオマーカーとしての可能性を模索することを目的とします。

論文の出典

この研究はHyein Jeong博士らによって執筆され、ソウル国立大学癌研究所、ソウル国立大学医学部病理学科、韓国大学九老病院などの複数の韓国の研究機関からのものです。この論文は《British Journal of Cancer》誌の2024年5月10日オンライン版に発表され、タイトルは「Epithelial−Mesenchymal Transition Induced by Tumor Cell-Intrinsic PD-L1 Signaling Predicts a Poor Response to Immune Checkpoint Inhibitors in PD-L1-High Lung Cancer」です。

研究の流れ

方法と実験デザイン

  1. 細胞系と試薬：研究では複数の人間NSCLC細胞系（A549、H460、H596など）およびマウス肺癌細胞系LLCが使用され、培地および胎牛血清を用いて細胞培養が行われました。また、実験には重組ヒトPD-1、インターフェロンγ（Interferon-γ、IFNγ）などの複数の重組蛋白と抗体が使用されました。

  2. 過剰発現と遺伝子ノックダウン：トランスフェクション技術を通じてPD-L1発現プラスミドまたはPD-L1小干渉RNA（siRNA）が細胞に導入され、レンチウイルス粒子を用いて安定した細胞系を作成しました。マウスモデルでは、安定発現またはノックダウンしたPD-L1のLLC細胞を用いて体内研究が行われました。

  3. RNAシーケンスと遺伝子発現解析：RNA抽出、RNAシーケンスおよび遺伝子集合富集解析（GSEA）を通じてPD-L1過剰発現およびノックダウンした細胞の遺伝子発現差異を比較し、特にEMT関連経路に注目しました。

  4. 実験測定：定量リアルタイムPCR（qRT-PCR）、蛋白質共免疫沈降（Co-immunoprecipitation）、Western blot、免疫蛍光染色およびELISAなどの方法が用いられ、EMTマーカーおよび関連因子の発現が検出され、定量されました。

  5. 体内実験：免疫欠損マウスモデルを使用し、安定発現またはノックダウンしたPD-L1のLLC細胞を移植し、腫瘍成長と転移を評価しました。

  6. 患者コホート解析：RNAシーケンスおよび免疫組織化学（IHC）解析を通じ、234名および90名のICI治療を受けたNSCLC患者を研究対象とし、治療反応および生存率に対するEMTとPD-L1発現の影響を評価しました。

研究結果

  1. PD-L1内在シグナルがEMTを促進：RNAシーケンスの結果、PD-L1過剰発現細胞ではEMT経路が顕著に豊富であり、EMTマーカー（Twist1、ZEB1、Snail、Slugなど）の発現が増加し、一方で上皮マーカーE-cadherinは減少しました。PD-L1ノックダウン細胞では逆の傾向が見られました。

  2. PD-L1とTGF-βの関係：研究ではPD-L1がタンパク質ホスファターゼPPM1Bを抑制し、p38 MAPKを活性化し、TGF-βの生産を増加させることでEMTを促進することが発見されました。

  3. 体外実験：PD-L1過剰発現は細胞増殖、移動および浸潤能力を顕著に増加させ、一方でPD-L1ノックダウンはこれらの能力を顕著に減少させました。

  4. 体内実験：免疫欠損マウスモデルにおいて、PD-L1過剰発現LLC細胞は腫瘍成長と肺転移を増加させ、一方でPD-L1ノックダウンLLC細胞はこれらの特性を減少させました。

  5. EMTとICI効果の関係：患者コホート解析において、EMT署名はPD-L1高発現患者におけるICI効果の低下と関連していましたが、PD-L1低発現患者ではこの関連は見られませんでした。生存分析では、EMTスコアが高いPD-L1高発現患者のICI治療後の無病生存期間（PFS）は短いことが示されました。

結論と意義

  1. 科学的意義：研究は腫瘍細胞内在PD-L1シグナルがTGF-βを通じてEMTを促進するメカニズムを明らかにし、EMTがPD-L1高発現のNSCLC患者における免疫逃避と治療耐性に関連することを示しました。

  2. 応用価値：PD-L1誘導EMTはPD-L1高発現NSCLC患者のICI治療の予測バイオマーカーとして使用可能であり、免疫治療効果を向上させるための潜在的治療ターゲットとしてのEMTの重要性を強調しています。

  3. 研究の注目点：この研究はPD-L1とTGF-βの相互作用がEMTに及ぼす影響を初めて詳細に説明し、新たな機械的洞察と潜在的治療戦略を提供しました。

この研究は癌進展と免疫療法におけるPD-L1内在シグナルの役割に深く迫り、貴重な理論および実践的根拠を提供し、将来の臨床介入および治療戦略の指針となる可能性があります。