PRESS RELEASE（2023/01/18）

⼤腸癌浸潤先進部癌微⼩環境における情報交換を 1 細胞レベルで解明
⼤腸癌に対する新たな免疫チェックポイント阻害剤に向けた⼀歩ポイント①

⼤腸癌は主要な癌関連死の⼀つで、⼤腸癌に対する新たな治療⽅法が求められている。

②

シングルセル RNA シーケンス(scRNA Seq)と空間的転写産物解析(VISIUM)とを統合解析する
事によって⼤腸癌の増殖/浸潤/免疫抑制に関与する細胞を特定しクロストーク（情報交換機構）を解明した。

③

本研究成果は、免疫チェックポイント阻害剤(ICB)を基盤とする免疫療法において、⼤腸癌に対する ICB との併施等の開発に役⽴ち、⼤腸癌関連死の逓減に貢献する事が期待される。

概要
従来はバルクでの RNA シーケンスをする事しか出来なかったために 1 細胞レベルでの⼤腸癌浸潤先進部での現象が分かっておらず、空間情報を有したまま⼤腸癌浸潤先進部のイベントの解明が望まれていました。
⼤腸癌浸潤先進部の⼤腸癌の増殖能・浸潤能・免疫寛容に関与する新たな仕組みを解明しました。
九州⼤学別府病院外科の三森功⼠教授、九州⼤学⼤学院医学系学府博⼠課程 4 年の⼤⾥祐樹、名古屋⼤学⼤学院医学系研究科システム⽣物学分野の島村徹平教授、⼩嶋泰弘前特任講師の研究グループ
は、Public のアジア⼈⼤腸癌患者(23 名)のシングルセル RNA シーケンス(scRNA Seq、後述参照)とアジア⼈⼤腸癌患者(1 名)の空間的転写産物解析(VISIUM、後述参照)を⽤いて統合解析を実施し、1細胞レベルで⼤腸癌の浸潤先進部での現象を明らかにしました。また、⼤腸癌検体 20 例に対して免疫組織化学染⾊を施⾏する事によって再現性を確認しました。
マウスの⼤腸癌 HLA-G ノックアウト細胞(※1)をマウスの⽪下に移植する事によって再現性を確認しました。
今回の発⾒は第 2 の免疫チェックポイントといわれる悪性マクロファージを標的にした治療法の提案であり、⼤腸癌致死数逓減に繫がる新たな治療アプローチとなることが期待されます。
本研究成果は⽶国の雑誌「Cell Reports」に 2023 年 1 ⽉ 17 ⽇に掲載されました。

【研究の背景と経緯】
⼤腸癌は、わが国において罹患数、致死数ともに多く予後不良な疾患です。免疫チェックポイント阻害剤はじめ新たな⾰新的技術も実装化されてはきましたが、更なる予後改善のためには⼤腸癌の進化機構や免疫寛容獲得の機序への理解を更に深化する事が求められています。
九州⼤学別府病院では先⾏する進⾏⼤腸癌の⼀腫瘍多領域検体解析(MRA、※2)で、腫瘍内の全領域に共通して存在するクローナルな変異が存在し、そこに各ブロック固有の、いわゆるサブクローナル変異が存在してゲノム変異の多様性は形成され、難治性を呈することを明らかにしました。また、前癌病変および早期⼤腸癌においても同様の MRA アプローチを⽤いて、癌の早期の段階では様々なドライバー変異⾃⾝が多様性を形成しますが、強⼒なドライバー変異が選択され進⾏癌へと進展することを⽰し、癌の進化のモデルを⽰しました。
しかし、どちらの研究も腫瘍細胞⾃⾝の DNA の変化を解明していますが、癌微⼩環境の反応に関する視点が⽋如しています。
また、ごく最近『シングルセル RNA シーケンス(scRNA Seq)』と『空間的転写産物シーケンス(VISIUM)』とが開発されました。前者は、組織を構成する個々の細胞に対して RNA シーケンスを施⾏し遺伝⼦発現レベルを測定する技術であり、1 細胞レベルでの解析をすることが出来るが空間情報を逸しています。⼀⽅、後者は、組織を空間情報を有した状態で RNA シーケンスを施⾏する技術であり、1 細胞レベルでの解析をする事は出来ませんが、空間情報を有しています。
両者を統合解析する事によって⼤腸癌内の腫瘍内不均⼀性(特に浸潤先進部)を 1 細胞レベルで明らかにする事が可能になりました。われわれは本論⽂において浸潤先進部癌細胞の進展を助ける細胞とクロストークする遺伝⼦を探索する事で新たな治療標的細胞/分⼦を探索しました。
【研究の内容と成果】
本研究では、Public のアジア⼈⼤腸癌患者(23 名)の scRNA Seq とアジア⼈⼤腸癌患者(1 名)のVISIUM を⽤いて統合解析を実施しました。まず、Public のアジア⼈⼤腸癌患者(23 名)のシングルセル
RNA シーケンス・データを⽤いて次元圧縮を実施しました。その結果、上⽪細胞は 14 個のクラスターに分類されました。この 14 種のクラスターの内、⼤腸癌浸潤先進部に局在するクラスター5、クラスター7 の 2 種類に注⽬しました。これらの⼤腸癌浸潤先進部と『共局在(※3)』している細胞は SPP1+マクロファージ(※4)である事が分かりました。ここで、SPP1+マクロファージを中⼼とした細胞間コミュニケーションを解析しました。その結果、⼤腸癌浸潤先進部の⼤腸癌細胞から分泌される HLA-G により SPP1+マクロファージが⽣産され、SPP1+マクロファージは更なる SPP1+マクロファージを誘引/CD8 の細胞障害性の低下/⼤腸癌細胞の増殖能・浸潤能の亢進等をしている事が⽰されました。また、⼤腸癌検体 20 例に対して免疫組織化学染⾊を施⾏する事によって再現性を確認しました。更にマウスの⼤腸癌細胞における HLA-G ノックアウトによりマウスの⽪下移植腫瘍の増殖能低下と SPP1+マクロファージ局所集積の回避を確認しました。
【今後の展開】
SPP1+マクロファージは M2 マクロファージと同義であり第 2 の免疫チェックポイントと呼ばれ、免疫療法における新たな治療標的として注⽬されています。本研究で明らかにした HLA-G は第 2 の免疫チェックポイントを制御する上で重要な役割を担う分⼦として期待されます。⼤腸癌では免疫チェックポイント阻害剤に対する適応として MSI-H ⼤腸癌(※5)が知られており実装化されていますが、本研究の成果により症例数の多い MSS ⼤腸癌に対する新たな治療アプローチになる可能性が⽰唆されました。

【参考図】

図１

簇出している⼤腸癌細胞による間質応答

シングルセル RNA シーケンスと空間的転写産物シーケンスとの統合解析に加えて、20 例の⼤腸癌検体の免疫組織化学染⾊、マウスの同種移植実験により、⼤腸癌上⽪細胞のうち、特に簇出(budding、※6)している⼤腸癌細胞において特に HLA-G を分泌する事で SPP1+マクロファージを誘導することも明らかにした。

【⽤語解説】(※1) ⼤腸癌 HLA-G ノックアウト細胞：HLA-G は正常組織では主に胎盤に発現し分泌され⺟体の免疫系から胎児を保護する役割を担っており成⼈の正常組織には発現を認めない。他⽅多くの癌で HLA-Gの発現を認め免疫逃避に関わっていると考えられている。本研究では HLA-G 遺伝⼦に変異を加えて、HLA-G タンパクを作れないようにした⼤腸癌細胞を⽤いて実験を⾏った。
(※2) ⼀腫瘍多領域検体解析(MRA)：ひとつの腫瘍において、どのように重要ながん遺伝⼦変異が蓄積して進化したかを解析する上で、複数箇所の検体をシーケンスして統合解析し進化系統樹を描く⼿法。
(※3) 共局在：VISIUM 解析において共に存在する頻度の⾼い細胞間の関係性。
(※4) SPP1+マクロファージ：マクロファージには癌細胞に対して抑制的に働く善⽟(M1)と癌細胞の進展に寄与する悪⽟(M2)とがあるが、後者と同義のマクロファージのこと。
(※5) MSI-H ⼤腸癌：ゲノム DNA は常に突然変異を来たしているが、その修復酵素が備わっており多くはがん化に到らない。しかしゲノム修復機構が破綻している細胞ではゲノム変異が蓄積しがん化する。またゲノムには繰り返し（マイクロサテライト）配列が散在するが、ゲノム修復機構が破綻すると細胞複製時に不安定な結果をもたらす。この現象をマイクロサテライト不安定性(MSI)とよび、このような細胞を有するのが MSI-H ⼤腸癌症例である。
(※6) 簇出：⼤腸癌において、癌細胞が個々に、あるいは⼩胞巣を形成しつつ散在性に間質内に浸潤する組織所⾒。

【謝辞】
本研究は、JSPS 科研費 (21K07179, 20H05039, 19H03715, 19K09176)、公益財団法⼈ ⼤分がん研究振興財団 (JP20cm0106475h0001)、武⽥科学振興財団 (20cm0106475h0001); 科学研究費助成事業(19H03715, 19K09176, 20H05039, 20K08930, 20H04841, 20H04281, 20K21832,20K22839); JST, ACTX (JPJPMJAX20AB) 、国⽴研究開発法⼈⽇本医療研究開発機構(19cm0106504h0004,19ck0106259h0003, JP20ek0109488 、 JP21wm0425007) 、 科 学 技 術 振 興 機 構 (Moonshot R&D,JPMJMS2025). の助成を受けたものです。
【論⽂情報】
掲載誌：Cell Reports
タイトル：Spatial and single-cell transcriptomics decipher the cellular environment containing
HLA-G+ cancer cells and SPP1+ macrophages in colorectal cancer
著者名：Yuki Ozato,Yasuhiro Kojima,Yuta Kobayashi,Yuuichi Hisamatsu,Takeo Toshima,YusukeYonemura,Takaaki Masuda,Kouichi Kagawa,Yasuhiro Goto,Mitsuaki Utou,MitukoFukunaga,AyakoGamachi,Kiyomi Imamura,Yuta Kuze,Junko Zenkoh,Ayako Suzuki,Atsushi Niida,HarukaHirose,Shuto Hayashi,Jun Koseki,Eiji Oki,Satoshi Fukuchi,Kazunari Murakami,Taro Tobo,SatoshiNagayama,Mamoru Uemura,Takeharu Sakamoto,Masanobu Oshima,Yuichiro Doki,Hidetoshi
Eguchi,Masaki Mori,Takeshi Iwasaki,Yoshinao Oda,Tatsuhiro Shibata,Yutaka Suzuki,Teppei
Shimamura,Koshi Mimori
D O I ：10.1016/j.celrep.2022.111929【お問合せ先】＜研究に関すること＞
九州⼤学病院別府病院 外科教授

三森 功⼠

T E L：0977-27-1650FA X：0977-27-1651

Mail：mimori.koshi.791@m.kyushu-u.ac.jp
名古屋⼤学⼤学院医学系研究科システム⽣物学分野
教授

島村 徹平

T E L：052-744-1980

FA X：052-744-2029

Mail：shimamura@med.nagoya-u.ac.jp＜報道に関すること＞
九州⼤学 広報室
T E L：092-802-2130 FA X：092-802-2139
Mail：koho@jimu.kyushu-u.ac.jp