信州医誌，61⑷：197〜203，2013

綜説

キメラ抗原受容体（CAR）を用いた遺伝子改変Ｔ細胞療法
中

沢

洋

三

信州大学医学部小児医学講座

Gene‑modiﬁed T‑cell Therapy Using Chimeric Antigen Receptor
Yozo NAKAZAWA
Department of Pediatrics, Shinshu University School of Medicine
Key words:chimeric antigen receptor, adoptive immunotherapy, cancer immunotherapy,
gene therapy
キメラ抗原受容体，養子免疫療法，がん免疫療法，遺伝子治療

はじめに

腫瘍免疫回避機構

進行がんに対しては，手術，放射線治療，化学療法

細胞傷害性Ｔ細胞（CTL）ががん細胞に対して免を組み合わせた集学的治療が行われる。しかし，多発疫応答するためには，CTL が，ⅰ がん細胞の HLA

腫瘍や中枢神経腫瘍では，手術的全摘出は困難である。

クラス 上に抗原提示された腫瘍抗原の一部をＴ細胞

また，放射線治療や化学療法の繰り返しは，がん細胞受容体（TCR）を介して認識する過程（第１シグナの放射線抵抗性あるいは抗がん剤抵抗性を誘導し，がル），ⅱ 共刺激分子 costimulatory molecules（Ｔ 細ん再発の一因となる。
さらに，これらの集学的治療は患胞および抗原提示細胞表面上に発現し，4‑1BBと4‑者への侵襲性が高く，高齢者や合併症・併発症を有す

1BBL，CD28と CD80/CD86，OX40と OX40L の よる患者においては，
中断･中止されることが少なくない。

うに対応する分子同士で結合する）を介してがん細胞

患者Ｔ細胞を体外で増幅してから患者に戻すＴ細胞と結合し TCR 刺激を増強する過程（第２シグナル），療法（養子免疫療法）は，患者への侵襲性が低く ，ⅲ インターロイキン（IL）‑2，IL‑7，IL‑15などのＴ

放射線治療や化学療法とは異なる細胞傷害機序でがん細胞増殖因子の存在下で活性化・増殖する過程（第３細胞に作用し，摘出不能ながんも対象にできることかシグナル）が必要である。

ら，第４のがん治療法として期待されてきた。しかし

しかし，がん細胞はその発生過程や治療経過中に，ながら，がん細胞あるいはがん周囲組織が有する腫瘍

免疫担当細胞の監視や CTL の攻撃から逃れるための免疫回避機構のため，従来の養子免疫療法では期待さ様々な腫瘍免疫回避機構を獲得していく（図１） 。

れた臨床効果は得られていない。

まず，CTL が標的とする腫瘍抗原は，自己抗原でそれに対し，近年米国から腫瘍免疫回避機構に打ちあるためウイルス抗原や非自己（同種・異種）抗原と勝つための遺伝子操作が加えられたＴ細胞を用いた養比 して免疫原性が著しく低い。腫瘍抗原が胎生期に子免疫療法の臨床試験が報告されている。本稿では，発現していた蛋白であれば，Ｔ細胞に対して免疫寛容

米国で開発されたキメラ抗原受容体 chimeric antigen

を獲得していることも多い。また，その腫瘍抗原ががreceptor（CAR）遺伝子改変Ｔ細胞療法について概ん細胞の生存・増殖に必須の蛋白でなければ，がん細説する。

胞は腫瘍抗原の発現を低下・消失させることができる。

別刷請求先：中沢洋三〒390‑8621

松本市旭３‑１‑１

信州大学医学部小児医学講座

E‑mail:yxnakaza＠shinshu‑u.ac.jp

No. 4, 2013

これらの機構によって，がん細胞は CTL の認識から逃れられる（第１シグナルの阻害）。
次に，がん細胞は HLA 分子や共刺激分子の発現を197

中 沢 洋 三

図１ 腫瘍免疫回避機構
Ａ：プロフェッショナル抗原提示細胞（樹状細胞，単球・マクロファージ，Ｂ細胞）やウイルス感染細胞に対するＴ細胞の免疫応答
Ｔ細胞は，Ｔ細胞受容体（TCR）を介して抗原提示細胞の HLA 分子上に提示されたウイルス由来ペプチドを認識し（第１シグナル），対応する共刺激分子同士の結合（4‑1BB と4‑1BBL，CD28と CD80/，さらに活性化Ｔ細胞自身が分CD86，OX40と OX40L 等）によって TCR 刺激を増強し（第２シグナル）泌するインターロイキン（IL）‑2，胸線，脾臓，骨髄のストローマ細胞から分泌される IL‑7，樹状細胞，
マクロファージ，上皮細胞から分泌される IL‑15などのＴ細胞増殖因子によって活性化・増殖する（第３シグナル）。
Ｂ：腫瘍細胞に対するＴ細胞の免疫応答
腫瘍抗原は発現が弱いあるいは免疫原性が低いことが多く，胎生期に発現していた腫瘍抗原においては，
しばしば免疫寛容を獲得している（第１シグナルの阻害）。腫瘍細胞は，HLA class I 分子や共刺激分子の発現を低下させていることが多い（第２シグナルの阻害）。腫瘍周囲環境（腫瘍細胞，腫瘍周囲組織，制御性Ｔ細胞）からは，Ｔ細胞増殖因子は分泌されず，TGF‑β，IL‑10などのＴ細胞抑制因子が分泌される（第３シグナルの阻害）。

198

信州医誌 Vol. 61

キメラ抗原受容体（CAR）を用いた遺伝子改変Ｔ細胞療法

図２

キメラ抗原受容体

Ａ：腫瘍抗原特異モノクローナル抗体，Ｂ：Ｔ細胞受容体，Ｃ：キメラ抗原受容体
可変領域軽鎖；VL，可変領域重鎖；VH，定常領域軽鎖；CL，定常領域重鎖；CH，抗原特異単鎖抗体；scFv
Dotti et al. Human Gene Ther，2009から一部改編

低下・消失させることにより，CTL の活性化を阻止

米国の臨床試験では主に第二世代 CAR が使用されてすることができる（第２シグナルの阻害）。

いる。

さらに，がん細胞，がん周囲組織あるいは浸潤した

CAR の威力を示す興味深い研究として，抗 HER2

制御性Ｔ細胞から IL‑10や TGF‑βなどのＴ細胞抑制

モ ノ ク ロ ー ナ ル 抗 体（ハ ー セ プ チ ン ）が 無 効 の因子が分泌され，CTL の活性化や増殖が妨げられる

HER2低・中等度発現腫瘍株に対して，HER2特異的（第３シグナルの阻害）。

HER2CAR が著明な抗腫瘍効果を発揮することが示

キメラ抗原受容体 chimeric antigen receptor（CAR）

されている 。この研究から，CAR‑T 細胞療法が抗体療法以上に抗原認識感度が高い，あるいは抗腫瘍活性が高いことが示唆される。

1993年にイスラエルのグループによって，腫瘍免疫

他にも，Ｔ細胞増殖因子 IL‑15や TGF‑β阻害分子

回避機構に打ち勝つための遺伝子操作を加えた人工Ｔを同時発現させる試みや治療の安全性を高めるために細胞受容体を患者Ｔ細胞に遺伝子導入し，そのＴ細胞

自殺遺伝子を同時発現させる試みなどが行われていを体外で増幅培養した後に患者に輸注するという遺伝る

子・細胞治療法が考案された 。この人工Ｔ細胞受容体は，後にキメラ抗原受容体（CAR）と命名された。

。
遺伝子導入／Ｔ細胞培養／患者投与

CAR は，腫瘍抗原に特異的なモノクローナル抗体

患者から採取された末梢血単核球は，抗 CD3抗体

可変領域の軽鎖（VL）と重鎖（VH）を直列に結合と IL‑2存在下で培養され，Ｔ細胞が十分活性化したさせた単鎖抗体（scFv）をＮ末端側に，Ｔ細胞受容後にレトロウイルスベクターあるいはレンチウイルス体（TCR） ζ鎖をＣ末端側に持つキメラ蛋白の総称

ベクターを用いて CAR 遺伝子を導入される。遺伝子で あ る（図 ２）。CAR を 発 現 さ せ た Ｔ 細 胞 は，

導入後のＴ細胞は，２‑３週間培養された後に一旦凍scFv 領域で腫瘍抗原を認識した後，その認識シグナ

結され，安全性試験を経てから，患者に点滴静注されルを引き続きの ζ鎖を通じてＴ細胞内に伝達する（第る。その際，予めシクロフォスファミドあるいはフル

一世代 CAR，図２）。さらに，Ｔ細胞の活性化を増強

ダラビンを投与し，患者体内のＴ細胞を減少させておするために，scFv と ζ鎖の間に共刺激分子（CD28，

くことが，CAR‑T 細胞の体内での増殖に重要である。

4‑1BB の一方，あるいはその両者）を組み込まれた投与された CAR‑T 細胞は，患者体内で腫瘍細胞

CAR は第二世代，第三世代 CAR と呼ばれ（図２），と遭遇した際に，scFv 領域で標的抗原を認識し，引CAR‑T 細胞の細胞傷害（CTL）活性と増殖能が高い。

き続きの共刺激分子と TCRζ鎖からの活性化シグナ

No. 4, 2013199

中 沢 洋 三

図３ CAR‑T 細胞療法

ルを受けて活性化する。活性化した CAR‑T 細胞は，

ベイラー医科大学の臨床試験では，治療不応／再発

細胞質内に蓄えられていたパーフォリン・グランザイ

神経芽腫を有する小児19例に GD2CAR‑T 細胞が投ムなどの細胞傷害性蛋白を放出することによって，が与され，最長４年９カ月（中央値11カ月）の観察期間

ん細胞にアポトーシスを誘導する（図３）。CAR 療法中６人に非再発生存が得られた 。特に，これまで生後に長期生存した患者の解析では，セントラルメモリー存が期待できないとされてきた活動性病変残存例11例

Ｔ細胞の形質を有する CAR‑T 細胞が長期にわたっ中３例に完全寛解をもたらしている。さらに特筆すべて患者末梢血中に検出されることが確認されており，きは，一過性の発熱以外に重大な有害事象が認められ

CAR‑T 細胞は CTL 活性を発揮した後も腫瘍細胞のなかったことと，中枢神経病変を有意に縮小させたこ

監視を継続していると考えられているとである。従来，中枢神経腫瘍は，脳―血液関門が存。

米国の臨床試験在するため化学療法の効果が乏しいこと，手術や放射線治療が重篤な精神・神経症状や発達障害をもたらす

現在，臨床試験が最も進んでいるのは，CD19特異的ことから，最も治療の難しい腫瘍の１つと考えられて

CAR（CD19CAR）と GD2特異的 CAR（GD2CAR）きた。それに対し，GD2CAR‑T 細胞療法は，中枢神を用いた CAR 療法である。

経腫瘍に対し，低侵襲に抗腫瘍効果を発揮できる可能

まず，2008年にベイラー医科大学から神経芽腫を有性が示唆された。GD2は，神経芽腫のみならず，脳腫する小児患者に対する GD2CAR 療法の成果が報告さ

瘍，網膜芽細胞腫，肺小細胞癌，メラノーマなど他のれた 。GD2は胎生期の中枢神経組織に高発現するガ

神経外胚葉に起源を有する悪性腫瘍にも広範囲に発現

ングリオシド（糖脂質）の１つで，成熟中枢神経組織するため，今後の適応の拡大が期待される。

にはほとんど発現しないが，神経外胚葉由来の小児がもう一方の CD19CAR 療法は，緩徐進行型Ｂ細胞

んである神経芽腫には高発現するため，がん治療の標性腫瘍である濾胞性リンパ腫と慢性リンパ性白血病に的として理想的な抗原と言える。しかし，生体内のＴ対して有効であることが2010年以降相次いで報告され細胞は糖脂質を含む糖鎖抗原にはほとんど免疫応答したないため，GD2は従来のＴ細胞療法の標的にはなり難ているため，CD19CAR 療法の良い適応と考えられる。

かった。それに対し，GD2特異抗体を鋳型にクローニ

さらに最近，再発急性リンパ性白血病（ALL）の成ングされた GD2CAR は，GD2と特異的かつ高親和性人患者５例（非寛解例２例，微少残存腫瘍陽性例２例，に結合し，下流のシグナル伝達分子を介してＴ細胞を微少残存腫瘍消失例１例）に対し，CD19CAR‑T 細活性化することができる。

胞が投与され，全例で骨髄の微少残存腫瘍が消失し，200。Ｂ細胞性腫瘍は，CD19をほぼ100％発現し信州医誌 Vol. 61

キメラ抗原受容体（CAR）を用いた遺伝子改変Ｔ細胞療法

移植不適格例の１例を除く４例が引き続きの造血幹細者の安全性については，より長期的な観察が必要であ

胞移植（SCT）を受け，SCT 後も微少残存腫瘍陰性

ろう。また，遺伝子導入に当たる医療従事者の感染リが維持されたと報告された 。再発 ALL の非寛解例

スクも大きな問題となる。

に対する SCT の予後は，20％以下ときわめて低いこ

これらの問題を解決するために，筆者らは非ウイルとから，CD19CAR 療法を併用した SCT は，今後のスベクターを用いた CAR 遺伝子の導入法の開発に取ALL の治療戦略を劇的に変える可能性がある。

り組んできた。PiggyBac トランスポゾン法は，目的

CD19CAR 療法では，CLL，ALL のいずれにおいても約半数例で，輸注後比

遺伝子発現ベクターと遺伝子転位酵素（piggyBac）

的早期（CLL では２週ベクターの２種類の DNA プラスミドを用いる非ウイ

間以内，ALL では１週間以内）に，高サイトカイン

ルス遺伝子導入法で，その遺伝子導入効率は従来の（IL‑2，TNFα，インターフェロン γ）血症に基づく

DNA プラスミド法と比発熱，capillary leak syndrome（肺水腫，急性腎不伝子発現は安定かつ持続的である

全）が生じた。これらの合併症は，残存病変の多い患内・近傍への遺伝子挿入頻度はほぼランダムで，レト者で強く発現することから，CAR‑T 細胞の過剰応答

ロウイルスベクターのような特定の白血病関連遺伝子が原因と考えられている。CD19CAR 療法において認への親和性はないと考えられる 。さらに，ウイルスめられた capillary leak syndrome はステロイドの投遺伝子導入法と比 して，遺伝子導入操作が簡便で ，与によって制御されたが，肺転移を有する大腸癌に対かつ感染リスクがないため，臨床応用した場合の安全する HER2特異的 CAR 療法では高サイトカイン血症

性と費用対効果は高いと予想される。筆者らは，pig-を伴う肺合併症による死亡例が報告されており ，肺gyBacトランスポゾン遺伝子改変法を用いてもCAR‑

病変を有する腫瘍や残存腫瘍の多い症例に対する

T 細胞の抗腫瘍効果が減弱しないことを in vitro 実

CAR 療法では特に注意を要する。

験および in vivo マウスモデルで確認しており，今後の臨床応用が期待される

非ウイルス遺伝子導入法の開発

して10倍以上高く，その遺。癌原遺伝子。

ま と め

米国で行われた CAR 療法の臨床試験では，Ｔ細胞への遺伝子導入にレトロウイルスベクターあるいはレCAR‑T 細胞は，がん細胞に対する感度，特異度がンチウイルスベクターが用いられている。しかし，両高く，がん細胞やその周囲環境が有する腫瘍免疫回避

ウイルスベクターは癌原遺伝子近傍への挿入頻度が高機構に屈しない。Ｔ細胞自体が有する CTL 活性は，いことが証明されており，その安全性が懸念される。

抗体療法における抗体依存性細胞傷害（ADCC）活性

原発性免疫不全症患者に対するレトロウイルスベクや補体依存性細胞傷害（CDC）活性よりも高いため，

ターを用いた造血幹細胞遺伝子治療では，特定の白血

CAR‑T 細胞療法は抗体療法よりも抗腫瘍効果が強力

病関連遺伝子の活性化が起こり，高頻度に白血病／骨である。また，CAR‑T 細胞は抗体が届かない中枢神髄異形成症候群が発症した（重症複合型免疫不全症お

経領域に到達しうる点も大きな利点である。さらに，

よび Wiskott‑Aldrich 症候群の遺伝子治療におけるCAR 遺伝子を導入することによって，本来Ｔ細胞が

LMO2遺伝子の活性化とＴ細胞性白血病の発症，慢性

免疫応答しない糖鎖抗原に対しても細胞性免疫が発揮

肉芽腫症の遺伝子治療における M DS1/Evi1遺伝子のされるため，がん糖鎖抗原を標的とした scFv の作製

活性化と骨髄異形成症候群の発症）。

により，様々な難治性がんに対する新たな CAR 療法

CAR 療法の臨床試験においては，これまで遺伝子の提案が可能となる。

導入Ｔ細胞に関連した白血病の発症は報告されておら米国では CAR 療法が次世代のがん治療の中核を担ず，成熟Ｔ細胞への遺伝子導入では白血化のリスクがう治療として位置づけられており，本邦での臨床実施低いと考えられている。しかし，免疫抑制下にある患が待たれる。

文

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（Ｈ 25. 4.16 受稿）

No. 4, 2013203