# 炎症性疾患
## （6）炎症とがん

東京女子医科大学医学部薬理学教室

（受理 2020 年 11 月 11 日）

Inflammatory Disease

(6) Inflammation and Cancer

Fujiko Tsukahara and Yoshiro Maru

Department of Pharmacology, Tokyo Women's Medical University School of Medicine, Tokyo, Japan

Inflammation is a biological defense mechanism, and the immune system plays a central role in recognizing and eliminating external and internal pathogens. However, oxidative stress due to chronic inflammation accumulates DNA mutations and increases the risk of cancer. The immune system can recognize and eliminate immunogenic cancer cells. Inflammation-related molecules, including cytokines and chemokines, not only promote the malignant transformation, but also accumulate immunosuppressive cells, such as M2-like tumor-associated macrophages and myeloid-derived suppressor cells, in the tumor microenvironment. Tumor cells escape immune attack by placing brakes on the immune cell responses. Immune checkpoint inhibitors activate the immune system by releasing the brake. Although immune checkpoint inhibitors have demonstrated significant therapeutic effects in intractable cancers, the therapeutic effects are limited and overcoming drug resistance is a problem. In order to overcome drug resistance, combined immunotherapy, comprising immune checkpoint inhibitors, angiogenesis inhibitors, and chemotherapeutic agents, is required. In this review, we have outlined the relationship between inflammation and cancer, the roles of cytokines, chemokines, immunosuppressive cells, and current progress in using immune checkpoint inhibitors as a therapeutic.

Key Words: cancer, inflammation, immune cells, cytokine, immune checkpoint inhibitor

## はじめに

外的および内的要因によるさまざまな侵襲に対して免疫系が中心となって認識し，排除する生体防御反応が炎症である。本来, 炎症・免疫反応は, 生体防御反応として惹起されるシステムであるが慢性的な炎症反応は徐々に生体にダメージを蓄積し，自己免疫疾患, アレルギー, 動脈硬化やがんの発症・進展などを引き起こすことが分かってきている. 1863 年に病理学者 Rudolf Virchow は, 腫瘍組織に白血球が浸潤していることを観察し，がんも慢性炎症を伴って発生することを主張したことが報告されている1．非ステロイド性抗炎症薬であるアスピリンは,

Corresponding Author: 塚原富士子 $\quad$ 〒 162-8666 東京都新宿区河田町 8-1 東京女子医科大学医学部薬理学教室

E-mail: tsukahara.fujiko@twmu.ac.jp

doi: 10.24488/jtwmu.90.6_119

Copyright (C) 2020 Society of Tokyo Women's Medical University. This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution License (CC BY), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original source is properly credited.

Figure 1 Inflammation as an important risk factor in development of cancer (Modified from reference 3).

炎症などの刺激により誘導されるシクロオキシゲナーゼ 2 (COX-2)を過剩発現する大腸がんのリスクを優位に減少させることが報告されている2). 慢性炎症による酸化ストレスは DNA 損傷を細胞内に蓄積し，これは発がんを誘導する大きな要因の一つとなる。がん細胞は免疫系によって認識され排除されるが，一方，もともと生体に備わっている過剩な炎症を抑制する機構を巧みに利用して免疫にブレーキをかけて増殖する，免疫チェックポイント阻害薬はブレーキを外すことにより免疫系を活性化してがん細胞を排除する抗がん薬である．本稿では，がんの発症・進展に重要な役割をもつ炎症・免疫反応に関わる細胞や分子および免疫チェックポイント阻害薬について概説する。

## がん進展における炎症

種々のストレス要因 (化学物質, 心理的・身体的),環境污染物質(たばこの煙, ダイエット), 食品要因 (グリル，揚げ物，赤身の肉)，ウイルス（HTLV1， HPV, HCV, HBV, EBV), 細菌(ヘリコバクター ピロリ）は，がんの発症・進展に関わることが知られている ${ }^{3}$ (Figure 1). 外的刺激により細胞膜のリン脂質からアラキドン酸が遊離されると，シクロオキシゲナーゼ（COX）によりアラキドン酸カスケードが活性化され，炎症性の生理活性物質であるプロスタグランジンが産生される. 細菌やウイルスなどは, toll-like receptors（TLRs）などの自然免疫受容体や炎症性受容体を刺激して NF-KB や STAT3 などの転写因子を活性化することにより，種々のサイトカインを誘導する．生理的レベルの小さな炎症は恒常的に生体内で発生していると考えられる。我々は外因性リポ多糖 (lipopolysaccharide: LPS) 様作用を有する内因性物質による間断ない生理的連続刺激が生理的レベルの炎症を惹起・維持している「自然炎症 homeostatic inflammation」という新概念を提唱している ${ }^{4}$. 炎症反応過程で生成された反応性に富む活性酸素や活性窒素は, DNA やタンパク質, 細胞へ傷害を与え, DNA 損傷の蓄積やがん抑制遺伝子の変異を引き起こし，細胞のがん化を促進する，初期の炎症反応では活性化された免疫系細胞によってがん細胞は排除される。一方, 慢性的な炎症では, サイトカイン, ケモカイン, 増殖因子, 血管新生因子, プロテアーゼなどの発現が光進し, がんの増大や浸潤・転移などの悪性化が進む. さらに慢性炎症が持続することによって, 抗腫瘍免疫の抑制や薬剤耐性が引き起こされる ${ }^{315)}($ Figure 2)。

## 炎症とがん転移

がんの転移は, (1)がん細胞の原発巣における増殖・浸潤と血管新生, (2)周囲の血管へ移行・侵入 (血管内遊走), (3)循環血中での移動, (4)血管内皮細胞間隙から血管外へ移行 (血管外遊走), (5)転移予定臟器へ移行, (6)転移巣の形成・増殖, という複雑な過程である。これらの過程では, がん微小環境に集積する免疫細胞や産生されるサイトカイン, ケモカインや炎症関連分子が複雑に関与する. 1889 年に Paget は，がんの微小環境に関する seed and soil（夕ネと土壤) 仮説を提唱した ${ }^{6}$. がん細胞がある特定の臟器でのみ増殖できるのは畑の土壌（臟器の微小環境）が適しているからであるという考え方である. 我々は， この考え方に基づきがん細胞の肺への転移において，TLR4 の内因性リガンドである S100A8 や S100

- Stress

(Chemical, physical, and psychological)

- Environmental pollutants

(Cigarette smoke, diet)

- Food factors

(Grilled, fried, red meat)

- Viruses

(HTLV1, HPV, HCV, HBV, EBV)

- Bacteria

(e.g. Helicobacter pylori)
Inflammation

- Reactive oxygen species

- Cytokines

(TNF- $\alpha$, IL-1, IL-6, IL-8, etc.)

- Chemokines

(CCL2, CCR2, CXCR4, etc. )

- TLR4 endogenous ligands (S100A8, S100A9)

- Transcription factors

(NF-kB, stat3, HIF, etc.)

- Enzymes

(COX-2, NOS, MMP9, etc. )

ยิ

## Tumor progression

Tumor destruction

Tumor promotion

- Tumor cell survival

- Tumor cell invasion

- Angiogenesis

- Metastasis

- Resistance to therapy

Figure 2 Chronic inflammation induces tumorigenesis.

A9が受容体刺激を介して炎症性サイトカインを誘導し，炎症惹起による土壌（転移前ニッチ）を形成して転移を促進することを報告しだ) (Figure 3).

## がんの進展に関与する炎症関連細胞 がん微小環境では，免疫反応を抑制する腫痬随伴性マクロファージ (tumor-associated macrophage： TAM）や骨髄由来抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells：MDSC)など免疫系を抑制する細胞が 集積する. マクロファージは活性化状態によって M 1 様マクロファージと M2 様マクロファージに大き く分類されている ${ }^{8) 100}$. M1 様マクロファージは炎症反応の立進に関与する「生体防御活性」を，一方， M2 様マクロファージは炎症反応の終息や組織の修復に関与し，「がん進展を促進する活性」をもつ．M 1 様マクロファージはリポ多糖（LPS）やインター フェロン $\gamma$ な゙の刺激を受け, 一酸化窒素や interleukin (IL) -1, IL-6, IL-12 や tumor necrosis factor （TNF）- $\alpha$ などの症性サイトカインを産生する。一方，M2 様マクロファージは IL-4 や IL-10 などの刺激を受け，vascular endothelial growth factor (VEGF), IL-10 や transforming growth factor
(TGF)- $\beta$ などの抗炎症性サイトカインを産生し, 血管新生や腫瘍浸潤を促進する。１１様マクロファー ジと M2 様マクロファージの分類は, あくまでin vitroの実験に基づくものであり，ヒトの腎臟がんでは，免疫抑制活性や臨床予後への影響に違いのある 17 種類の異なる腫瘍随伴性マクロファージ（TAM） の亜型が存在することが報告されている ${ }^{11)}$ ，骨髄由来抑制細胞 (MDSC) は, M-MDSC (monocytic MDSC) と G-MDSC (granulocytic MDSC) の 2 つの亜集団から構成される. M-MDSC は, CCR2 + 単球が腫瘍部位に集積して腫瘍随伴性マクロファージ (TAM) に分化し, IL-10, TGF- $\beta$, PG などの抗炎症性因子の産生や regulatory T cell (Treg)の浸潤を促して腫瘍増殖を促進する。一方, G-MDSC は, CXCR $2^{+}$好中球が，腫瘍部位に浸潤して腫瘍関連好中球 (tumor associated neutrophil：TAN) に分化し, 腫瘍増殖を促進する ${ }^{121313}$ (Figure 4)。TLR4 の内因性リガンドである S100A8/A9 は, 骨髄由来抑制細胞 （MDSC）を誘導し，さらに MDSC はS100A8/A9 ポジティブフィードバック機構によりがんの進展や転移を促進することが示唆される。我々は白血病モ

Figure 3 Tumor progression and metastasis.

Figure 4 Role of tumor associated macrophages (TAMs) and myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) in signal molecule production.

デルマウスを用いた実験から病態の進行に伴い脾臓のS100A8/A9 の増加と MDSC の集積が起こることを認めているる) ${ }^{7411515}$.

## がんと炎症関連分子

IL-1, TNF $\alpha, \quad$ IL-6 などの炎症性サイトカインは, がんの増殖・進展を促進することが知られてい $る^{516) \sim 19)}$. IL-1 は，がん細胞には直接・間接的に殺傷作用を示すが，一方，炎症環境を誘導することによ
りがん促進的にも作用する。 $\mathrm{TNF} \alpha$ は, 活性化マクロファージ， NK 細胞や T 細胞などから産生され，初期の炎症反応, 細胞分化・生存, アポトーシスなどを引き起こす. TNF $\alpha$ は, 腫瘍細胞膜に存在する TNF $\alpha$ 受容体 1 （TNFR1）に結合し細胞傷害を引き起こすが，一方，炎症誘発による腫瘍増大・進展の増悪因子としても作用する。 IL-6 は, 活性化された $\mathrm{T}$ 細胞, マクロファージ, 線維芽細胞などから産生

され，オートクライン・パラクライン的に作用して転写因子 STAT3 を介する炎症増幅回路を形成する. IL-6 は, 大腸炎症関連発がんなどの炎症関連発がんにおいて重要である。

$
\text { インターフェロン (IFN), IL-2 や IL-15 などのサ }
$
イトカインは，がん免疫を活性化することによりがしを抑制する. IFN は，主に T 細胞や NK 細胞から分泌されて白血球，樹状細胞やマクロファージを刺激して炎症反応を強化する作用をもつ．IFN 製剤は, 細胞周期の進行の阻害やアポトーシスを促進する直接的な抗腫瘍効果と腫瘍に対する免疫応答不活化による間接的な効果の両者による抗腫瘍効果を示し，腎がん，白血病，悪性脳腫瘍などで用いられている. IL-2 は, 細胞傷害性 $\mathrm{T}$ 細胞や NK 細胞の増殖・活性化を促進し，免疫を活性化する薬として， 1992 年に日本で承認され, 腎がんや血管肉腫で臨床応用されている。

TGF- $\beta$, IL10, IL-27, IL-35 は, 抗炎症性サイトカインとして免疫抑制作用をもつ. TGF- $\beta$ は, 早期のがんに対しては腫瘍抑制効果を示すが，進行したがんでは上皮間葉転換（EMT）の誘導や免疫抑制などを介して腫痬促進因子として働く. IL-10 は, Th1 誘導や抗原提示細胞の成熟を促す IL-12 産生抑制, マクロファージからのサイトカイン産生抑制, $\mathrm{CD}^{+} \mathrm{T}$細胞増殖抑制などの作用により免疫系を負に制御する. 一方, 抗原特異的 $\mathrm{CD} 8^{+} \mathrm{T}$ 細胞のアポトーシスを抑制することから，抗腫瘍効果が期待されている.

CCL2 や CXCL8/IL-8 などのケモカインはがん微小環境への白血球や TAM の動員, 血管新生や転移など細胞の移動に重要な役割を担っている. CCL2 はがん細胞, TAM, 線維芽細胞により産生され, その受容体である CCR2を発現している M-MDSC 前駆細胞のがん組織への浸潤・活性化を促進する。 CXCL8/IL-8 は, 浸潤マクロファージ, 活性化線維芽細胞, がん細胞自体が産生し, 好中球の遊走因子として働く. CXCL8/IL-8 は, G-MDSC のがん組織への浸潤，がん細胞の epithelial-mesenchymal transition （EMT）や血管新生を促進し, 腫瘍促進に役割を演じている. 現在, サイトカインやケモカイン受容体を標的とした阻害薬の単片投与や免疫チェックポイン卜阻害薬などを併用した治療法の開発が進められている ${ }^{5) 17) \sim 19)}$.

## 免疫チェックポイント阻害薬と炎症

免疫チェックポイント阻害薬は治療不能とされた様々ながん症例に対して, 劇的な臨床効果を示して
いる。しかし単剂での奏功率は，10３0\% 程度であり, 薬剤に対する耐性の克服が課題となっている.腫瘍は, 免疫細胞の浸潤の程度によって, 炎症型腫瘍（hot tumor）と非炎症型腫瘍（cold tumor）に分類されており，免疫チェックポイント阻害薬は CD $8^{+} \mathrm{T}$ 細胞が多数浸潤している前者に治療効果が高いことが示されている ${ }^{20111}$. がん細胞が免疫系によって排除される 7 つのステップによる免疫サイクルが提唱されている ${ }^{22)}$.すなわち, (1)腫瘍細胞で起こる遺伝子変異により新たに出現したがん抗原 (ネオ抗原)を放出, (2)抗原提示細胞がネオ抗原を提示, (3) T 細胞がネオ抗原認識をして活性化, (4)活性化 $\mathrm{T}$ 細胞が遊走, (5)腫痬局所へ $\mathrm{T}$ 細胞が浸潤, (6)腫痬表面に提示されたネオ抗原を認識, (7)腫瘍細胞を攻撃・殺傷する. がん細胞は, PD-1 などの免疫チェックポイント分子を表面に出し, 免疫にブレーキをかける機構をもつことによって免疫による攻撃を免れている．免疫チェックポイント分子は PD-1 以外に CTLA-4, LAG-3, TIGIT, TIM-3 などが同定されている. 現在臨床で用いられている免疫チェックポイント阻害薬は抗 CTLA-4 抗体と抗 PD-1/L1 抗体であり,このブレーキを外すことにより免疫系を活性化する。

抗 PD-1/L1 抗体は, PD-L1 発現量が多いがんや細胞增殖とは直接関係のないパッセンジャー遺伝子変異が蓄積したがんに対して臨床効果を示すが, ネオ抗原を脱落させたがんでは，治療開始時から耐性を示す (一次耐性) ${ }^{23}$. これに対して治療効果を予測するコンパニオン診断薬として, PD-L1タンパク質の発現量やマイクロサテライト不安定性を検查するキットが保険収載されている。治療開始後に一時的に治療効果を認めた後, 獲得する 2 次耐性（獲得耐性）は，免疫サイクルにおける抗原認識に関わるメカニズム, 細胞傷害性 $\mathrm{T}$ 細胞の遊走・浸潤に関わるメカニズム，がん細胞の傷害に関するメカニズムなどが提唱されている ${ }^{24) ~ 266}$ (Figure 5). 薬剤耐性を克服するために，現在，異なるチェックポイントを同時に阻害する抗 PD-1 抗体と抗 CTLA-4 抗体の併用が試みられている ${ }^{27)}$. 腫瘍血管は, 血管透過性が立進し血漿成分の漏出や血流不全をきたし, 免疫系細胞が到達しにくくなっている. VEGF-A は, 腫瘍血管の新生を促進する作用とともに, 樹状細胞や $\mathrm{CD} 8^{+} \mathrm{T}$細胞の機能を抑制作用や免疫抑制細胞の機能を促進する作用を有している ${ }^{28299}$. VEGF 阻害薬は, これらの VEGF の作用を阻害することで, 免疫チェックポイント阻害薬の有効性を高めることが期待され

Insufficient recognition of tumor antigen
- Lack of neoantigen
- Reduction in peptide-MHC expression

(1) Release of cancer cell antigens

(7) Killing of cancer cells

(6) Recognition of cancer cells by $T$ cells
(2) Cancer antigen presentation

activation of $T$ cells

## CTLA-4

$
\text { Ils }
$

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