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CAR T細胞で老化細胞除去 マウスの癌や肝臓病に効果

はじめに

カーティー(CAR T)細胞でセノリシスに成功! ・・・・・などと言っても、ちょっと難しいですよね。

今回の投稿には、「細胞老化」と「キメラ抗原受容体(CAR) T細胞」という、大きなトピックがふたつ含まれるので、うまく伝えられるかちょっと心配です。が、トライしてみましょう。

細胞老化とセノリシス

まず細胞老化です。セネッセンスsenescence)と呼ばれます。われわれの体の膨大な数の細胞には、新しく生まれたばかりのものもあれば、生まれてから長期間経過しているものもあります。ただ、細胞が老化したと言っても、細胞の腰が曲がったり毛が抜けたりはしませんので、このようなことではもちろん判断できません。生命科学においては、細胞がもはや分裂しなくなることをもって細胞老化としているのです。その際に、ただ単に細胞増殖が一旦停止して、何か必要な刺激や指令がありさえすれば再度分裂できる状態は含めません。つまり細胞老化は、「細胞増殖(分裂)が不可逆的に停止した状態」ということができるのです。

細胞老化は、個々の細胞が自身の分裂回数の限界に到達したり、そこまでに至らなくても細胞が強いストレスを受けたり、核内DNAが障害を受けたりなど、さまざまな理由で引き起こされます。ちなみにこれとは逆に、細胞が何らかの異常を来たし、周囲の制約を逸脱し増殖を続ける状態が「細胞癌化」と言えます。そうすると、細胞増殖の不可逆的停止である細胞老化は、細胞癌化を防ぐ仕組みと考えることもできるわけです。

ただし、老化細胞自身はむやみに癌化せずにとどまっているとは言うものの、さまざまな作用を介して生体にマイナスの作用をもつことも知られているのです。老化細胞は、老化状態に特有の分子を数多く発現し、これを周囲に分泌するSASP(senescence-associated secretory phenotype)という性質をもつからです。これにより、周囲組織に炎症を引き起こしたり、周囲の細胞の癌化を促進したり、これはこれでさまざまなヒト疾患の病態に積極的に関わる可能性が指摘されています。

近年は特に、老化細胞がもつマイナス作用の重要性がより明白となってきました。というのは、そもそも生体から老化細胞を除いたら一体どうなるか、という研究の結果が次々と明らかになったからです。たとえば、遺伝子改変マウスを作るなどして老化細胞を除去すると、筋肉量低下や白内障など、老化にともなう変化が遅くなります(Baker DJ, Wijshake T et al. Nature 2011)。また、老化細胞除去によってマウスの寿命が長くなること(Baker DJ, Childs BG et al., Nature 2016)、造血幹細胞が活性化されること(Chang J, Wang Y et al., Nat Med 2016)、あるいは神経変性が軽減することなど(Bussian TJ, Aziz A et al., Nature 2018)も示され、老化細胞除去が組織レベルでも個体レベルでもメリットをもたらすことが示されたのです。

老化細胞除去法は、”senescence”の最初の”sene”と、「溶解」あるいは「崩壊」という意味をもつ”-lysis”をつないで、セノリシスsenolysis”と呼ばれます。セノリシスは、過去のNature誌の記事では、死なない細胞、例えて言うならゾンビ細胞を退治する治療とも書かれています。面白い表現ですよね。そして実際、老化細胞除去に有効とされる薬剤(ダサチニブ、ケルセチン、ナビトクラックスなど)が開発され、最近ではこれら薬剤のヒトにおける効果も示されつつあるのです(Justice JN, Nambiar AM et al., EBioMedicine. 2019)。

キメラ抗原受容体(CAR) T細胞による免疫療法

さて、キメラ抗原受容体(CAR) T細胞の話をしましょう。たとえば癌を治療するのに、患者さん自身のTリンパ球を体外で増やして戻す免疫治療は古くから試みがありました。戻したリンパ球が癌細胞を攻撃してくれることを期待するのです。ただこの方法は、このままでは期待された効果が出る治療とはなりませんでした。近年これに対し、患者さんのTリンパ球を体外に出し、これにある遺伝子操作を加えたTリンパ球を作り、これを患者さんに戻す新しい治療が開発されました。これがキメラ抗原受容体(CAR) T細胞による免疫治療というわけです。そしてこの画期的免疫療法が、ある種の癌に対して劇的な効果を持つことがわかってきたのです。

もう少し説明しましょう。たとえば癌細胞を攻撃するTリンパ球には次の3つのことが求められます。ひとつ目は、癌細胞の表面にある腫瘍抗原を認識できること。ふたつ目は、腫瘍抗原と別に、癌細胞の表面にある共刺激分子から情報をもらうこと。そして3つ目は、細胞表面上で受容したこれらの情報を細胞内に適切に伝えることです。

通常、上記3つのプロセスは、Tリンパ球の表面にある複数の、つまり別々の分子が協調し、力をあわせておこないます。したがって、癌細胞がもつ抗原を認識して攻撃できるTリンパ球を人工的に作成するためには、複数の遺伝子を導入する複雑な操作が必要と考えられてきました。このハードルを乗り越える画期的戦略となったのが、キメラ抗原受容体(CAR)なのです。

キメラ抗原受容体(CAR)は,抗原を特異的に認識する一本鎖抗体部分T細胞共刺激分子、およびCD3ζ鎖という分子の3者を直列につなげた分子です。この単一分子を細胞膜上にもったTリンパ球は、それのみで抗原を認識し、そのシグナルを細胞内に伝えて増殖し、十分な抗腫瘍効果を発揮するのです。この画期的技術を応用し、CD19という抗原を認識するCAR-T細胞を作成しておこなう免疫治療は、ある種の癌に対し劇的な治療効果を示すのです。

CAR T細胞によるセノリシスをおこなう最新研究

さて、ここまで来たら、冒頭に書いた「CAR T細胞でセノリシスに成功!」の意味がわかるでしょう。そうです、老化細胞除去のために、低分子薬剤ではなくCAR T細胞を使う研究がおこなわれたのです。そして、マウス実験でこの試みが良好な成果を示したのです。

この新しい研究は、2020年6月17日、Nature 誌でオンライン発表されました。筆頭著者はCorina Amorさん、Judith Feuchtさん、Josef Leiboldさんの3人、責任著者はMichel Sadelain先生とScott W. Lowe先生の2人であり、米国NYのメモリアル・スローン・ケタリング癌センターからの報告です。

Senolytic CAR T cells reverse senescence-associated pathologies

Corina Amor, Judith Feucht, Josef Leibold, Yu-Jui Ho, Changyu Zhu, Direna Alonso-Curbelo, Jorge Mansilla-Soto, Jacob A. Boyer, Xiang Li, Theodoros Giavridis, Amanda Kulick, Shauna Houlihan, Ellinor Peerschke, Scott L. Friedman, Vladimir Ponomarev, Alessandra Piersigilli, Michel Sadelain & Scott W. Lowe

Nature (2020)

先に述べたように、低分子化合物による老化細胞除去治療の研究が進んでいます。しかしやはり、細胞を選ばず作用する薬剤には幅広い副作用の懸念があります。研究チームはしたがって、狙った老化細胞だけを除去するCAR T細胞治療を目指したわけです。

チームはまず、CAR T細胞が相手細胞を認識するための、老化細胞に広く特異的に発現する表面分子を探索しました。このために、a) マウス肺癌細胞に抗癌剤を投与する、b) マウス肝細胞に癌遺伝子を導入する、c) マウス肝臓で星細胞と呼ばれる細胞集団を培養するなど、すでに知られた方法で老化細胞を作成しました。そして、これらに共通して細胞表面に発現する分子を抽出したのです。もちろん、CAR T細胞の攻撃標的となるのですから、老化細胞に強く発現する一方で、そうでない細胞には極力発現が低い分子が理想的です。このような考えに基づいて、チームは最終的にuPAR(urokinase-type plasminogen activator receptor)という分子を選択しました。uPARは、細胞外蛋白を分解したり、創傷治癒過程や腫瘍形成に関わったりなど、さまざまな機能が知られる分子です。

研究チームは、uPARの発現が実際さまざまな老化細胞で上昇することも確認しました。たとえば、細胞老化が関与するヒトの病的組織として線維化を生じた肝臓、動脈硬化プラーク、膵臓上皮内癌組織、さらに骨関節炎、糖尿病、肺線維症組織などを調べ、uPARの高い発現を認めたとしています。これらから、uPARがCAR T細胞による標的分子の良い候補と結論づけました。

これを受けて研究チームは、uPARを認識する部分、T細胞共刺激分子(CD28)、およびCD3ζ鎖の3部分をもつキメラ抗原受容体(uPAR-h.28z)を作成しました。そして、樹立したCARを発現するT細胞が、グランザイムBやインターフェロンガンマなどを分泌して、よく知られる仕組みでuPAR発現老化細胞を、障害することを確認しました。

研究チームは最終的に、uPARに対するCAR T細胞を以下の複数のマウスモデルに投与し、個体レベルにおけるその効果を検証しました。

  1. 免疫不全マウスの肝臓に癌遺伝子を発現させ老化細胞を誘導したモデル
  2. 肺癌を有し細胞老化誘導薬で治療したマウス
  3. 四塩化炭素による肝線維化を誘導したマウス
  4. 非アルコール性脂肪性肝炎モデルマウス

全部の例でCAR T細胞の効果が見られました。1)では老化細胞の減少が、2)ではマウスの生存の改善に加え、腫瘍細胞の減少が、3)および4)では著明な肝組織の線維化の改善所見がみられたのです。

おわりに

今回はCAR T細胞で老化細胞除去を図る新しい研究について書きました。まず本研究により、uPARという分子が老化細胞の新規マーカーとして、またCAR T細胞上の標的としても有用であるとわかりました。研究チームはさらに、老化細胞が除去される際、細胞から遊離したuPARが血清中で上昇するため、これを指標にCAR T細胞の効果を評価できる利点も指摘しています。

本研究のuPARに対する治療でも、他のCAR T細胞治療の一般的副作用として知られるところの、いわゆるサイトカイン放出症候群様の現象が見られました。したがって、もちろんヒトへの応用には安全性の確認を含めた十分な準備が必要と思います。しかしながら、標的細胞を限定しておこなうことのできるCAR T細胞治療でヒトの老化細胞除去、セノリシス、が可能となれば、低分子化合物による副作用を回避する夢のある医療技術になるものと思います。また本技術は、動脈硬化や糖尿病やその他さまざまな老化性疾患に対する治療に用いる点、すなわち癌以外のヒト疾患にCAR T細胞治療の応用を広げる点においても特徴があると言えるでしょう。

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