上部尿路上⽪がんの分⼦分類と新規分⼦診断―尿中遺伝⼦変異の検出で⾼精度の診断が可能―
概要
上部尿路上⽪がんは腎盂や尿管の尿路上⽪に発⽣する予後不良ながんであり、その希少さから遺伝学的な背景が⼗分に解明されていませんでした。また、上部尿路上⽪がんは診断が困難なため治療の遅れにつながることがあり、新たな診断⽅法の開発が待たれていました。
今回、京都⼤学⼤学院医学研究科・腫瘍⽣物学講座 ⼩川誠司 教授（兼：京都⼤学⾼等研究院ヒト⽣物学⾼等研究拠点（ASHBi）主任研究者）、藤井陽⼀ 同研究員（兼：同所属研究者）、東京⼤学⼤学院医学系研究科・
泌尿器外科学分野 久⽶春喜 教授、および東京⼤学医科学研究所附属ヒトゲノム解析センター 宮野悟 教授(研究当時、現：東京医科⻭科⼤学 M&D データ科学 センター⻑)らを中⼼とする研究チームは、上部尿路上⽪がんの腫瘍検体及び術前に採取した尿を⽤いて⼤規模なゲノム解析を⾏い、(1) 上部尿路上⽪がんは遺伝⼦変異に基づき、異なる⽣存率を⽰す 5 つの分⼦病型に分類できること、(2) 術前の尿中にはがん組織と同⼀の遺伝⼦異常が認められ、上部尿路上⽪がんの精度の⾼い診断が可能となること、を証明しました。
今回の研究結果により、上部尿路上⽪がんの各病型のゲノム異常に基づく治療選択や、尿を⽤いた簡便かつ精度の⾼い診断が可能となり、治療成績の向上が期待されます。
本研究成果は、2021 年 6 ⽉ 14 ⽇に⽶国の国際学術誌「Cancer Cell」にオンライン掲載されます。

１．背景
近年の次世代シーケンサーによる⼤規模な遺伝⼦解析により、様々ながんにおける遺伝⼦異常の全体像が明らかとなり、新規治療薬や診断⽅法の開発などの臨床応⽤が進んでいます。尿路上⽪がんは尿路（腎盂、尿管、膀胱）に発⽣するがんで、上部尿路上⽪がんはそのうち腎盂、尿管に発⽣するがんの総称です。膀胱がんが尿路上⽪がん全体の⼤部分（90-95％）を占め、複数の⼤規模なゲノム解析が⾏われてきた⼀⽅で、上部尿路上⽪がんは尿路上⽪がんの 5-10%を占めるにすぎず、その希少さのため、⼤規模なゲノム解析は今まであまり⾏われておらず、その遺伝⼦異常の全貌は⼗分に解明されていませんでした。
また、上部尿路上⽪がんは進⾏するまで⾃覚症状に乏しく、しばしば発⾒時には進⾏、転移をきたしていることがあり、臨床における⼤きな問題の⼀つとなっています。⼀般に尿路上⽪がんでは超⾳波検査や尿細胞診が⼿軽で⾝体に負担のかからない検査として通常⾏われますが、解剖学的な位置の問題から、上部尿路上⽪がんは膀胱がんと⽐べこれらの検査での発⾒、診断は困難です。最終的に尿管鏡や造影検査などが確定診断に利⽤されますが、⾝体に負担がかかり、副作⽤の可能性もあることから、より簡便で感度の⾼い検査の解発が望まれていました。
今回、我々は上部尿路上⽪がん患者の腫瘍検体のゲノムシーケンスを含むマルチオミックス解析（注 1）を通じて、上部尿路上⽪がんの分⼦病態の全体像を明らかにしました。さらに、今回得られたゲノム異常の知⾒に基づいて、尿検体中の遺伝⼦異常を調べることにより、既存の⽅法に⽐べより⾝体への負担が少ない⽅法で精度の⾼い診断が可能となることを⽰しました。
２．研究⼿法・成果
・上部尿路上⽪がんと膀胱がんの遺伝⼦異常の違い
我々は国内の 3 施設（東⼤医学部附属病院、同愛記念病院、⻁の⾨病院）から合計 199 例の上部尿路上⽪がんの腫瘍検体を採取し、京都⼤学にて次世代シークエンサーを⽤いた網羅的遺伝⼦変異解析を⾏いました。
まず上部尿路上⽪がんにおいて各症例がどのくらいの遺伝⼦変異を持つかを調べたところ、5.5%の症例は他の症例と⽐べ著しく遺伝⼦変異の多い(⾼頻度変異)状態でした(図 1 左)。これらの多くが⼤腸がん等で頻繁にみられる、ミスマッチ修復遺伝⼦（注 2）の異常に起因するものでした。また、どのような遺伝⼦に⾼頻度に変異が起きているかを解析し、26 個の重要なドライバー遺伝⼦（注 3）を同定しました。
次に、膀胱がんの先⾏研究データを⽤いて腎盂、尿管、膀胱の各部位のがんにおける遺伝⼦異常の⽐較を⾏ったところ、⼀部の遺伝⼦異常において部位毎に頻度の差があることがわかりました(図 1 右)。例えば、RAS(HRAS、KRAS、NRAS)の変異は腎盂がんに多く、ERBB2 の変異は膀胱がんに多く、KDM6A、TERT プロモーターの変異は膀胱がん及び腎盂がんで多く認められました。⼀⽅、尿管がんでは KMT2D の変異や⾼頻度変異の症例が多く認められました。これらのことから、同じ尿路上⽪という細胞に発⽣するがんでも、解剖学的部位により発がんに関わる遺伝⼦が異なる可能性が⽰唆されました。

図 1：上部尿路上⽪がんの変異数と尿路上の各部位に特徴的な遺伝⼦異常

・遺伝⼦異常に基づく上部尿路上⽪がんの分⼦病型分類と臨床的特徴
次に遺伝学的特徴に基づき上部尿路上⽪がんを分類することを試みました。⾼頻度変異を持たない症例における遺伝⼦変異パターンを調べたところ、TP53、MDM2、RAS(HRAS、KRAS、NRAS)、FGFR3 の遺伝⼦異常がほぼ排他的に存在することがわかりました。これらの遺伝学的異常に基づき、我々は上部尿路上⽪がんを⾼頻度変異型、TP53/MDM2 変異型、RAS 変異型、FGFR3 変異型、トリプルネガティブ（上記のいずれの遺伝学的特徴も持たない病型）の 5 つに分類しました(図２左)。
これらの分⼦病型はそれぞれ異なった病理学的特徴及び予後を⽰すことがわかりました(図 2 右)。例えば⾼頻度変異型や FGFR3 変異型は早期あるいは低悪性度の傾向にあり、⽣存率も良好であるのに対し、TP53/MDM2 変異型やトリプルネガティブはより進⾏した⾼悪性度の病理像を⽰し、⽣存率も低い傾向にあり、RAS はこれらの中間の病理学的特徴、⽣存率を⽰しました。

図 2：上部尿路上⽪がんの分⼦病型分類及び各病型の⽣存率

・マルチオミックス解析により判明した各分⼦病型の分⼦学的特徴
本研究では遺伝⼦変異の同定だけでなく、染⾊体数の異常（コピー数異常）、遺伝⼦発現、及びエピジェネティックな異常（DNA のメチル化）についても解析を⾏い、各病型の分⼦学的な特徴を評価しました(図 3)。
これらの解析の結果、TP53/MDM2 変異型やトリプルネガティブはコピー数異常が多く、RAS 変異型は CpGアイランドと呼ばれる遺伝⼦発現の制御領域のメチル化が亢進している傾向にあることがわかりました。また、遺伝⼦発現解析の結果、TP53/MDM2 変異型は免疫チェックポイント分⼦を含む免疫関連遺伝⼦の発現が⾼い傾向にあり、免疫チェックポイント阻害薬が有効である可能性が⽰唆されました。

図 3：上部尿路上⽪がんのマルチオミックス解析

・尿中の遺伝⼦変異の検出による上部尿路上⽪がんの診断
上述の通り、既存の⽅法による上部尿路上⽪がんの診断は⾮常に困難です。そこで我々は尿中に脱落してくるがん細胞に注⽬し、尿からがんの遺伝⼦異常を検出することを考えました。上部尿路上⽪がん患者 78 例の術前に採取した尿から DNA を抽出し、遺伝⼦異常の検出を試みたところ、82.2%の症例でがん組織と同⼀の遺伝⼦異常が認められました(図 4)。これは尿細胞診による感度（32.9%）よりも有意に⾼い値でした。また、これらの遺伝⼦異常は上部尿路上⽪がん患者の術後に採取した尿や上部尿路上⽪がん以外の疾患の患者さんから採取した尿からは全く認められませんでした。これらのことから、尿中の遺伝⼦異常を調べることにより、患者さんに負担のかからない、⾼い精度の検査が可能となることが⽰唆されました。

図 4：尿を利⽤した遺伝⼦変異検出と尿細胞診の⽐較

３．波及効果、今後の予定
本研究は上部尿路上⽪がんの研究では最⼤規模のものであり、その遺伝⼦異常の全貌を明らかにすることができました。我々が提唱する病型分類並びに尿を利⽤した診断⽅法は、より簡便かつ正確な診断を可能とし、今後健診などでのスクリーニング検査への応⽤や、それぞれの患者さんの遺伝⼦異常に応じた治療法や薬剤の選択が可能となり、上部尿路上⽪がんの治療成績を⾶躍的に向上させることが期待されます。

図 5：本研究の臨床応⽤への可能性

４．研究プロジェクトについて
本研究プロジェクトは、下記の補助⾦による⽀援を受けて⾏われました。
科学研究費補助⾦・新学術領域研究

科学研究費補助⾦・基盤研究（Ｓ）



⽇本医療研究開発機構研究費・次世代がん医療創⽣研究事業



⽇本医療研究開発機構研究費・⾰新的先端研究開発⽀援事業



⽂部科学省ポスト「京」で重点的に取り組むべき社会的・科学的課題に関するアプリケーション開発・研究開発

⽂部科学省「富岳」成果創出加速プログラム＜⽤語解説＞(注１) マルチオミックス解析：ゲノム情報を基礎として、⽣体を構成しているさまざまな分⼦を網羅的に調べていく⽅法をオミックス解析と呼び、これを複合的に⾏い複数のオミックスに跨るようにして⾏う解析をマルチオミックス解析と呼ぶ。
(注 2) ミスマッチ修復遺伝⼦: DNA を複製する時に⽣じた、塩基のミスマッチ（塩基の誤挿⼊、⽋失など）を修正する DNA 修復機構に関わる遺伝⼦。
(注 3) ドライバー遺伝⼦: 発がんやがんの悪性化の直接的な原因となるような遺伝⼦。
＜研究者のコメント＞
上部尿路上⽪がんは頻度は⾼くない疾患ではあるものの、診断が困難で予後不良であり、治療の難しい疾患です。私たちの研究が上部尿路上⽪がんの早期発⾒や治療に貢献し、国⺠の皆さまの健康増進に資することができればと考えています。
＜論⽂タイトルと著者＞
タイトル：Molecular classification and diagnostics of upper urinary tract urothelial carcinoma
上部尿路上⽪がんの分⼦病型分類と分⼦診断
著

者：Yoichi Fujii1,2,3, Yusuke Sato1,3, Hiromichi Suzuki1, Nobuyuki Kakiuchi1,2, Tetsuichi Yoshizato1,Andrew T. Lenis4, Shigekatsu Maekawa3, Akira Yokoyama1, Yasuhide Takeuchi1, Yoshikage
Inoue1,2, Yotaro Ochi1, Yusuke Shiozawa1, Kosuke Aoki1, Kenichi Yoshida1, Keisuke Kataoka1,5,Masahiro M. Nakagawa1, Yasuhito Nannya1,2, Hideki Makishima1,2, Jimpei Miyakawa3, TaketoKawai3, Teppei Morikawa6, Yuichi Shiraishi7, Kenichi Chiba7, Hiroko Tanaka8, Genta Nagae9,
Masashi Sanada10, Eiji Sugihara11, Taka-Aki Sato11, Tohru Nakagawa3,12, Masashi Fukayama6,Tetsuo Ushiku6, Hiroyuki Aburatani9, Satoru Miyano7,8, Jonathan A. Coleman4, Yukio Homma3,13,David B. Solit14, Haruki Kume3, Seishi Ogawa1,2,15

所属機関：1Department of Pathology and Tumor Biology, Kyoto University, Kyoto 6068501, Japan, 2Institutefor the Advanced Study of Human Biology (WPI−ASHBi), Kyoto University, Kyoto 6068501,
Japan, 3Department of Urology, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo, Tokyo1138655, Japan, 4Urology Service, Department of Surgery, Memorial Sloan Kettering Cancer
Center, New York, NY, USA, 5Division of Molecular Oncology, National Cancer Center ResearchInstitute, Tokyo 1040045, Japan, 6Department of Pathology, Graduate School of Medicine, The
University of Tokyo, Tokyo 1138655, Japan, 7Laboratory of DNA information Analysis, Human
Genome Center, Institute of Medical Science, The University of Tokyo, Tokyo 1088639, Japan,
8Laboratory of Sequence Analysis, Human Genome Center, Institute of Medical Science, The

University of Tokyo, Tokyo 1088639, Japan, 9Genome Science Division, Research Center for
Advanced Science and Technology, The University of Tokyo, Tokyo 1538904, Japan,10Department of Advanced Diagnosis, Clinical Research Center, National Hospital Organization

Nagoya Medical Center, Nagoya 4600001, Japan, 11Research and Development Center forPrecision Medicine, University of Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki 3038550, Japan, 12Department ofUrology, Teikyo University School of Medicine, Tokyo 1738606, Japan, 13Department of Urology,Japanese Red Cross Medical Center, Tokyo 1508935, Japan,

14

Human Oncology andPathogenesis Program, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York, NY, USA,
15

Department of Medicine, Center for Hematology and Regenerative Medicine, Karolinska

Institute, Stockholm 17177, Sweden.
掲 載 誌：Cancer Cell
DOI：10.1016/j.ccell.2021.05.008＜発表者＞
⼩川誠司（おがわ せいし）
京都⼤学⼤学院医学研究科・腫瘍⽣物学講座 教授
久⽶春喜（くめ はるき）
東京⼤学⼤学院医学系研究科・泌尿器外科学分野 教授
東京⼤学医学部附属病院 泌尿器科・男性科
藤井陽⼀（ふじい よういち）
京都⼤学⼤学院医学研究科・腫瘍⽣物学講座 研究員<報道・取材に関するお問い合わせ>京都⼤学 総務部広報課国際広報室
Tel：075-753-5729

Fax：075-753-2094

E-mail：comms＠mail2.adm.kyoto-u.ac.jp※ @を全⾓にしております。

東京⼤学医学部附属病院 パブリック・リレーションセンター（担当：渡部・⼩岩井）
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E-mail：pr＠adm.h.u-tokyo.ac.jp ※ @を全⾓にしております。