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CAR-NK細胞療法研究が急速発展を遂げている理由

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2022年8月10日

CAR-NK細胞の話を紹介する前に、近年注目度が高まっているCAR-T細胞について話しましょう。

 

Ⅰ、背景

CAR-T細胞とは?CARの正式名称は、Chimeric Antigen Receptorと呼ばれ、キメラ抗原受容体と訳されています。その構造は細胞外ドメイン、膜貫通ドメイン、細胞内シグナル伝達ドメインから構成されています。細胞外ドメインは、腫瘍標的抗原を標的とする抗体単鎖可変領域(VH-linker-VL, scFv)とヒンジ領域を含み、細胞内シグナル伝達ドメインは、共刺激分子(CD28または4-1BB)とCD3ζシグナルドメインで構成されています。CAR-T細胞は、CARで武装したT細胞です。CAR分子のscFvセグメントはT細胞に標的性を与え、細胞内シグナル伝達ドメインはT細胞を活性化させることができます。したがって、T細胞と比較すると、CAR-T細胞の戦闘能力は著しく向上しています。

移行期免疫療法の主役であるCAR-T細胞は、今や7人の兄弟が、がん細胞を破壊するという重要な使命を担って地球の隅々を駆け回っています。しかし、CAR-T細胞は完璧なものではありません。まず、CAR-Tは高度にカスタマイズされた抗がん兵器であり、個々の患者しか治療できないため、大規模量産や量産申請が極めて困難であることが挙げられます。また、CAR-T細胞ががん細胞を狙い撃ちして殺す際に、多くのサイトカインが放出されるため、免疫活性を過剰に刺激し、サイトカインストームを引き起こして炎症を促進する可能性があります。さらに、CAR-T細胞は高度に標的化された武器である反面、標的が適切に選択されていない場合、誤って非標的(正常組織や臓器)を攻撃し、民間人を傷つけてしまう恐れがあります(オフターゲット毒性)。

CAR-T細胞のこれらの欠点を克服するために、現在多くの研究者が、例えば、T細胞に小さな手術を施したり、TCRやCD52など適用シナリオを限定する成分をノックアウトしたり(GVHD回避)、産業化、適用範囲の拡大(同種異系療法への応用)など、さまざまなアプローチを試みています。一方で、T細胞の他の兄弟細胞、中でも最も話題になっているNK細胞に着目して研究を進めている研究者もいます。

 

Ⅱ、NK細胞

ネイチャーキラー細胞として知られるNK細胞は、1975年に発見された人体に内在する免疫細胞で、ヒト末梢血単核細胞(PBMC)の約10%を占め、外敵との戦いに重要な力を発揮します。また、ウイルス感染との戦い、監視、腫瘍の破壊などでも重要な役割を担っています。NK細胞は作用範囲が広く(同種異系にも応用可能)、外敵を殺すためにT細胞のような面倒な準備をする必要がなく、警戒態勢を保ったまま、すぐに外敵を殺傷することができます。NK細胞は、敵と味方を正確に識別する機能を持ち、表面にさまざまな受容体を発現しています。その受容体は、機能によって活性化受容体と抑制性受容体の2つに大別されます。

NK細胞は、主に3種類の「武器」を使って腫瘍細胞と戦います。

  • ❖パーフォリンやグランザイムを含む細胞質顆粒を放出し、標的細胞を直接殺傷する。
  • ❖IFN-γやTNF-αなどのサイトカインを放出し、腫瘍細胞表面の対応する受容体との相互作用により、アポトーシスを誘導する。
  • ❖Fc受容体であるCD16は、抗体Fcセグメントと結合し、抗体依存性細胞傷害(ADCC)を刺激して細胞を死滅させることができる。

したがって、NK細胞は腫瘍という名の悪魔と戦うための重要な「武器」となり、特にNK細胞にT細胞のような「CAR」を搭載することで、腫瘍と戦う力を大幅に強化することができ、CAR-T細胞の欠点の多くを克服することも期待されています。

 

Ⅲ、CAR分子設計における共通点と相違点

現在までに、CAR-NK細胞研究に用いられているCAR分子構造の多くは、CAR-T細胞用に設計されており、これらのCAR分子はNK細胞でも機能しますが、多くの研究者が、よりNK細胞に適したCAR分子の設計と最適化をさらに進めようとしています。表1は、現在CAR-NK細胞研究で最もよく使われているCAR分子の構造をまとめたものです。共刺激分子2B4を持つCARを発現するNK細胞(NK細胞特異的共刺激シグナル)は、CD28/4-1BB共刺激分子を持つCARよりも強い増殖能、サイトカイン分泌能、抗腫瘍活性を持つことが示されており、NK特異的共刺激シグナル分子がCAR-NK性能向上において重要な役割を持つことが示唆されています。今後、よりカスタマイズされたNK細胞ベースのCARの分子構造が進化することで、CAR-NK細胞の抗がん作用も高まっていくものと思われます。

 

表1 現在の研究でよく使用されているCAR分子構造[1]

 

Ⅳ、CAR-NK細胞の作製

NK細胞はT細胞と異なり、同種異系療法に使用した場合にGvHDを引き起こすリスクが非常に低いため、CAR-NK細胞は同種異系療法に使用できる既製品として期待されています。それと同時に、この特性は生存可能なNK細胞の潜在的な供給源を拡大することにもつながります。図1に示すように、末梢血(PB)、臍帯血(UCB)、人工多能性幹細胞(iPSC)、NK-92と呼ばれるNK細胞株など、すでに臨床グレードで複数の供給源が存在します。

現在、ヒト末梢血単核細胞(PBMC)がNK細胞の最も重要な供給源となっています。NK細胞ソーティングキットにより高純度のNK細胞を容易に得ることができ、臨床グレードのNK細胞製剤を得ることができます。PMBC由来のCAR-NK細胞は、通常、CD56dimCD16+ NK細胞が90%以上を占め、強い毒性作用を持つが増殖能は弱いです。臍帯血もNK細胞の重要な供給源であり、PB由来のNK細胞と同様に、臍帯血のNK細胞もソーティングによって濃縮することができます。

PB由来のNK細胞とは異なり、UCB由来のNK細胞は未熟な表現型を示し、細胞毒性も低い傾向にあります。しかし、PB由来とUCB由来のCAR-NK細胞はいずれも起源が異なるため、標準化が難しいという課題が残りました。これに対して、iPSC由来のNK細胞は、UCBおよびPB由来のNKの標準化が難しいという欠点を解決することが期待されます。iPSCの無限増殖性と遺伝子編集可能性により、CAR-iPSCの調製が可能となり、均質性の高いCAR-NK細胞の連続調製のための安定した供給源として使用することができます。iPSC誘導NK細胞は、UCB由来NK細胞と同様の免疫表現型を持ち、いずれも未熟なNK細胞が主体となっています。

 

図1 NK細胞の供給源と異なるCAR-NK調製プロセス[1]

 

Ⅴ、CAR-NK細胞研究の進展

CAR-NK細胞療法の製品はまだ市場に出ておらず、CAR-T細胞の臨床研究数に比べれば、CAR-NK細胞療法研究は初期段階にあると言えます。しかし、近年、CAR-NK細胞療法研究に関する論文やレポートが増えており、多くの企業がCAR-NK細胞療法に積極的に取り組んでいます。clinicaltrials.govでCAR-NKを検索すると、現在35件の進行中または終了したCAR-NK細胞の臨床試験があり、そのほとんど第1相または第2相の段階にあることがわかります。

標的の分布を見ると、血液腫瘍では主にCD19(10、うちデュアル標的1)、BCMA(3)、CD33(2)、CD22(2、うちデュアル標的1)が、固形腫瘍では主にNKG2D(4)、ROBO1(3)、メソセリン(1)、PSMA(1)が治療標的とされています。

研究の地理的分布を見ると、図2に示すように、現在最も多くの臨床試験が中国で行われており、次いで米国、そしてその他の国・地域の順となっています。

有効性の面では、まずCAR-NK細胞の治療効果が多くの前臨床および臨床試験で検証されています。CD19を標的としたCAR-NKの臨床試験では、治療した腫瘍患者11人のうち7人が完全寛解を達成し、治療中にCRSや神経毒などの副作用を経験した人はおらず、NK細胞の有望な応用が実証されています。

 

図2 CAR-NK臨床試験数の分布

 

Ⅵ、まとめ

NK細胞は、T細胞と比較して、その免疫効果を発揮するための事前活性化を必要とせず、また、推定標的の認識がMHC分子によって制限されないというユニークな作用機序を持っているため、同種異系療法に適しています。また、CAR-NK細胞療法は毒性が低く、通常、CAR-T細胞で見られるような重篤なCRSや神経毒性は生じないことが確認されています。しかし、CAR-NK細胞療法は、NK細胞の増殖や純度、CAR遺伝子導入ツールの選択、導入効率などの課題も抱えています。とはいえ、CAR-NKの研究はまだ初期段階であり、今後研究が進めば、これらの問題は一つずつ解決されCAR-NK細胞療法はがん治療の分野で画期的な進歩を遂げることでしょう

 

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参考文献:

[1] Xie G, Dong H, Liang Y, Ham JD, Rizwan R, Chen J. CAR-NK cells: A promising cellular immunotherapy for cancer. EBioMedicine. 2020;59:102975.

 

 

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