倉田奨励金研究報告書 第 52 集
2021 年度（第 53 回）助成

自然科学・工学－健康・医療：1 年助成

奨励金№1503

臓器固有腫瘍浸潤リンパ球の cell fate を決定づける因子の同定熊谷尚悟

国立がん研究センター

免疫 TR 分野

特任研究員

Identification of factors determining cell fate oforgan-specific tumor-infiltrating lymphocytes
Shogo Kumagai,
Division of cancer immunology, National cancer center, Project researcher

腫瘍免疫において、制御性 T（Treg）細胞は、CD8 陽性 T 細胞を含むエフェクター T 細胞を抑制する。これまで Treg 細胞上の PD-1 発現が免疫チェックポイント阻害治療抵抗性を生み出すことが知られていた。本研究により、我々は転移性肝病変において、乳酸代謝が Treg 細胞上の PD-1 発現に強くかかわり、新規治療標的になりえることを示した。これは肝臓特有の腫瘍浸潤リンパ球の cell fate を決定づける機構の解明につながるものである。
In tumor microenvironment, regulatory T（Treg）cells suppress effector T cells, including CD8-positive T cells.
It has been known that PD-1 expression on Treg cells causes resistance to immune checkpoint inhibitory therapy.
In this study, we show that lactate metabolism is strongly involved in PD-1 expression on Treg cells in metastatic
liver lesions and may be a novel therapeutic target. This leads to the elucidation of the mechanisms that determine
the cell fate of tumor-infiltrating lymphocytes specific to the liver.

1．研究内容我々は最近、TME におけるエフェクター T 細胞

【1．背景】と 活 性 化 Treg 細 胞 で あ る エ フ ェ ク タ ー Treg

制御性 T（Treg）細胞は、免疫系の過剰活性化（eTreg）細胞の PD-1 発現バランスが PD-1 遮断療および異常活性化の制御を介して免疫恒常性の維法の有望な予測バイオマーカーとなることを報告

1-3

持に不可欠である 。腫瘍免疫において、Treg 細した12。 さらに、PD-1 陽性 eTreg 細胞は特定の患胞は、がん細胞を殺すために重要な役割を果たす者において PD-1 遮断後の病勢亢進に寄与する可CD8 陽性 T 細胞を含むエフェクター T 細胞を抑制能性があり13、治療現場においてもエフェクターする4,5。したがって、腫瘍局所における CD8 陽性T 細胞と Treg 細胞のバランスが重要であることがT 細胞と Treg 細胞のバランスは、様々な種類のが示された。我々の報告と同様に、いくつかの研究

んの予後にとって重要である6-8。

において ICB の臨床効果が異なる転移部位、特に近年、免疫チェックポイント阻害剤（ICB）に肝転移病巣で異なることが実証されている。それ代表されるがん免疫療法の進歩は、複数のがん種らの検討では全身性免疫寛容を引き起こし、原発においてがん治療のパラダイムシフトをもたらし病巣と比較して ICB に対する反応が低くなる可能た9-11。しかし、ICB による治療を受けた患者の半性があることが示唆されている14-17。さらに、腫数以上が奏効しないことから、奏効者を選別する

瘍細胞における特異的な遺伝子変化や発がん性シためのバイオマーカーを定義し、より有効ながんグナル伝達経路の異常が免疫逃避に寄与し、がん免疫療法を開発することが必要とされている。

免疫療法への抵抗性につながる18。

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腫瘍は主にグルコースを利用し、生存のためにリーを用いて解析した。また、同時に次世代シー好気的解糖を促進する（Warburg 効果）。低グルクエンサーを用いてがん組織での遺伝子発現の網コース（高乳酸）および低酸素環境は、エフェク羅的解析を実施した。腫瘍浸潤制御性 T 細胞のター T 細胞の生存および機能に適しておらず、抗PD-1 発現が高い腫瘍と低い腫瘍とを比較したとこ腫瘍免疫の衰退につながる19。それにもかかわらろ、腫瘍浸潤制御性 T 細胞の PD-1 発現が高い腫ず、Treg 細胞が過酷な TME に豊富に浸潤し、免瘍で解糖系に関わる遺伝子発現が高いことが明ら

疫抑制機能を発揮できることを考えると、エフェかとなった。解糖系が高まる病態として肝転移病

クター T 細胞と Treg 細胞の間の異なる代謝プロ変が知られていることから、肺がん原発病変と肝ファイルの関与が示唆される20。

転移病変の両方の検体を用いて多重免疫染色を実本検討においては、PD-1 を発現するエフェク施した。肝転移病変では原発病変と比較して制御

ター T 細胞と Treg 細胞のバランスが TME でどの性 T 細胞の PD-1 発現が高く、網羅的遺伝子発現ように展開されるのかを、代謝プロファイルの観解析で得られたデータが確認された（図 1）。

点から取り上げた。Treg 細胞が主に発現している

次に解糖系が高まっている腫瘍においてなぜ腫

monocarboxylate transporter 1（MCT1）による乳瘍浸潤制御性 T 細胞において PD-1 発現が高まる

酸の取り込みは、NFAT1 の核内移行を促進し、のかを検討するため、腫瘍浸潤リンパ球の網羅的PD-1 の発現を能動的に誘導することが判明した。

遺伝子発現解析を実施して比較検討した。腫瘍浸我々は、乳酸が Treg 細胞の代謝チェックポイン

潤 PD-1 陽性制御性 T 細胞では他のリンパ球と比トとして働き、TME における免疫応答を制御して較して乳酸トランスポーターである MCT1（遺伝いることを提案する。

子名 SLC16A1）の発現が高まっていることを見出し、腫瘍の解糖系の最終代謝産物である乳酸を制【2．方法

3．結果】

御性 T 細胞が取り込むことで PD-1 発現を高めて

国立がん研究センター東病院において外科的手いる可能性が示唆された。乳酸が制御性 T 細胞上術により切除された肺がんもしくは胃がん検体かの PD-1 発現を誘導する機序を検討するため、低ら腫瘍浸潤リンパ球を抽出し、フローサイトメト糖環境下で乳酸濃度を漸増させ様々な T 細胞を刺図 1．多重免疫染色を用いた原発病変と肝転移病変における免疫応答
肺がん原発病変と肝転移病変の検体が取得された患者を対象に多重免疫染色を実施した。肝転移病変では原発病変と比較して腫瘍浸潤制御性 T 細胞に PD-1 が高発現していた。

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図 2．各リンパ球の PD-1 発現と乳酸の関係低糖環境下（1 mM）で乳酸濃度を漸増させリンパ球を刺激すると、CD8 陽性 T 細胞では PD-1 発現は低下したが、制御性 T 細胞では PD-1 発現が高まった。

激した（図 2）。

度が上昇していた（図 3）。

エフェクター T 細胞（CD8 陽性 T 細胞）では低また、肝臓内腫瘍では腫瘍浸潤エフェクター T

糖環境下で乳酸濃度の上昇に伴い PD-1 発現は低細胞（CD8 陽性 T 細胞）の PD-1 発現は低下して下したのに対して、制御性 T 細胞では PD-1 発現いる一方で、制御性 T 細胞の PD-1 発現が高まり、が高まった。つまり、制御性 T 細胞では CD8 陽

抗 PD-1 抗体治療に抵抗性を示すとともに、hyper性 T 細胞とは異なり乳酸を介した特異的な PD-1progression に繋がっていると考えられ、本機序の発現機構を有していることを発見した。さらに、重要性が示された（図 4）。

肝転移病変において解糖系が亢進し乳酸濃度が高国立がん研究センター中央病院、東病院にて進まっているかを、マウスモデルを用いて検討した。

行胃がんもしくは肺がんがあり、抗 PD-1 抗体治

野生型マウスに皮下、胸腔内、肝臓内にマウス消療を受けた患者さんのデータを後方視的に解析し化器がん細胞株である MC38 を接種した。皮下腫たところ、肝転移病変があると抗 PD-1 抗体治療

瘍、胸 腔 内 腫 瘍 に 比 較 し て、肝 臓 内 腫 瘍 で はの無増悪生存期間が有意に短くなることが示され

HIF1α 発現上昇を介して解糖系関連分子発現が高まり、それに伴いその他の腫瘍と比較して乳酸濃図 3．各臓器における乳酸含有量
野生型マウスの皮下、胸腔内、肝臓内に腫瘍細胞を接種し、解糖系関連分子発現や乳酸含有量を検討した。肝臓内腫瘍において最も乳酸含有量が高いことが判明した。

図 4．各臓器における抗 PD-1 抗体治療効果
野生型マウスの皮下、肝臓内に腫瘍細胞を接種し、浸潤リンパ球の表現型や抗 PD-1 抗体治療効果を検討した。
肝臓腫瘍では腫瘍浸潤制御性 T 細胞の PD-1 発現が高く、抗 PD-1 抗体治療に奏功しないことが明らかになった。

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図 5．肝転移病変と抗 PD-1 抗体治療効果の関係
肝転移病変を有する胃がん、肺がん症例では抗 PD-1 抗体の治療効果が低下した。

た（図 5）。
肝臓に MC38 腫瘍を接種したマウスに MCT1 阻性を改善でき、新たな治療標的として臨床開発につながる可能性が示唆された。

害薬を投与したところ、腫瘍浸潤エフェクター T細胞（CD8 陽性 T 細胞）の PD-1 発現は上昇する
一方で、制御性 T 細胞の PD-1 発現は減弱した（図6）。

【4．考察】
解糖系の亢進した腫瘍は、グルコースを奪い、PD-1 の発現と Treg 細胞の抑制活性を増強する乳MCT1 阻害薬を抗 PD-1 抗体と併用することで、酸を過剰に放出し、これが PD-1 遮断療法の効果

肝臓腫瘍において抗 PD-1 抗体治療に対する抵抗が上がらない一因となっている。このような Treg細胞特有の代謝チェックポイントを介した乳酸による活発な免疫抑制機構は、がん免疫療法として乳酸に対する分子標的治療法を開発するための新しい窓を開くものである。本研究は Cancer Cell 誌に発表された（DOI：10.1016/j.ccell.2022.01.001）。
【5．文献】.
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図 6．各臓器における MCT1 阻害治療効果
野生型マウスの肝臓内に腫瘍細胞を接種し、MCT1 阻害剤を用いて治療しました。浸潤リンパ球の表現型を評価し、抗 PD-1 抗体との併用効果を検討した。MCT1阻害剤を用いることで制御性 T 細胞の PD-1 発現は弱まり、抗 PD-1 抗体治療の効果が改善された。

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00922-8.

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2．発表（研究成果の発表）

16. Topalian, S.L., Hodi, F.S., Brahmer, J.R.,

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17. Yu, J., Green, M.D., Li, S., Sun, Y., Journey,S.N., Choi, J.E., Rizvi, S.M., Qin, A., Waninger,J.J., Lang, X., et al.（2021）. Liver metastasis
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20. Angelin, A., Gil-de-Gómez, L., Dahiya, S., Jiao,J., Guo, L., Levine, M.H., Wang, Z., Quinn,W.J., 3rd, Kopinski, P.K., Wang, L., et al.
（2017）. Foxp3 Reprograms T Cell Metabolism
to Function in Low-Glucose, High-Lactate
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e1287. 10.1016/j.cmet.2016.12.018.