KRAS G12D マウスモデルを活用した肺がん治療法の評価
本号では、肺がん研究に用いられるKSマウスモデルをご紹介します。このモデルは、最も頻度の高いがん関連K-Ras変異体であるK-Ras(G12D)を基盤としています。肺がんは世界で最も頻度の高いがんであり、2020年には全世界で220万人以上の新規発症例が報告されています。中国がんセンターのデータによると、2015年時点で肺がんは中国における悪性腫瘍全体で最も高い罹患率と死亡率を示しており、がんの主要な原因となっています。2023年には、米国国立がん研究所（NIH）の統計によると、肺がんは全がん発症の12.2％を占めています。[7] 肺がんの高い発症率と死亡率は、世界規模での公衆衛生上の重大な負担をもたらしており、臨床および前臨床研究の急務であることを示しています。
遺伝子変異と肺がんの発症
肺がんは組織学的型として非小細胞肺がん（NSCLC）と小細胞肺がん（SCLC）の2種類に分けられ、NSCLCは全肺がんの約85％を占め、SCLCは15％です。NSCLCはさらに肺腺がん（LUAD）、肺扁平上皮がん（LSCC）、大細胞肺がん（LCC）に分類されます。KRASはNSCLCで最も頻度の高いオノコジーンであり、K-Ras(G12D)は最も一般的ながん関連K-Ras変異体です。正常細胞ではK-Ras（KRAS）タンパク質は細胞増殖シグナル経路の中心的な役割を果たし、腫瘍抑制作用を示します。しかし、変異によりKRASは持続的に活性化状態に陥り、細胞の無制限な増殖を引き起こし、NSCLC内の腺がんの発生を促進します。KRAS G12D変異は肺がんにおいてよく見られ、多くの肺がんモデルはKRAS G12Dの過剰発現を特徴とするマウスを用いています。[2-3]
近年、Feroneらはさまざまな肺がんマウスモデルの特性を要約し、これらのモデルにおける腫瘍の異質性、浸潤性、および治療感受性／耐性は、がんの起源細胞と遺伝子変異の組み合わせによって決定されることを明らかにしました。例えば、KRASやEGFRの変異を有するII型肺胞上皮細胞が肺腺がん（LUAD）の主要な起源細胞である一方、変異を有するクラブ細胞の増殖は、しばしば乳頭状腫瘍の形態を示すことが報告されています。[4-5]
KSマウスモデル：細胞特異的なKRAS G12D発現
SFTPCはII型肺胞上皮細胞のマーカー遺伝子です。Cyagenは、条件的過剰発現KRAS G12D変異体を有するLox-Stop-Lox（LSL）-K-ras G12Dマウス（製品番号：C001064）とSftpc-MerCreMerマウス（製品番号：C001501）を交配させ、タモキシフェン誘導によってSFTPC陽性のII型肺胞上皮細胞由来の変異KRAS G12Dオノコジーンタンパク質の発現を特徴とするKS肺がんマウスモデル（製品番号：C001514）を生成しました。この系統は、がん研究および治療薬開発において有用なモデルと期待されます。
KSマウスモデル：肺がん研究への応用
本研究で開発されたKSマウスモデルは、ヒトがんと関連する頻度の高い点突然変異アレルであるK-ras G12Dを、SFTPC陽性のII型肺胞上皮細胞から発現しています。モデルの有効性を検証する実験の結果、本モデルががん研究および治療薬開発において高い応用可能性を示すことが確認されました。
タモキシフェン投与後6週、KSマウスの肺組織に著しい腫瘍浸潤が確認された
肺がんの早期発見のため、中国がんスクリーニング基準では低線量スパイラルCTが推奨されています。[6] Cyagenは初期段階のKSマウスモデルに対して肺CTスキャンを実施し、腫瘍の発生状況を評価しました。その結果、タモキシフェン投与後6週時点で、マウス肺組織に著しい腫瘍組織の浸潤が既に確認されました。
KSマウスは異常な成長発育を示す
体重と生存率の経時的変化を示すデータによると、タモキシフェン投与後のKSマウスの体重は野生型（WT）マウスと比較して有意に低く、雌雄ともに同様の傾向が認められました。さらに、KSマウスの生存率はタモキシフェン誘導後9週目から低下し始め、13週目にはすべてのマウスが死亡しており、文献に報告された生存期間と一致しています。[5]
KSマウスは肺および脾臓に異常を示す
誘導完了後の各種時系列におけるKSマウス肺組織の観察結果から、野生型（WT）マウスと比較して、誘導完了後6週目から肺組織に腫瘍細胞の侵襲が顕著に認められ、肺は密集した状態かつ肥大化していることがわかりました。12週目以降には、KSマウスの脾臓に異常な増殖が確認されました。
その他の組織における病理学的変化
誘導完了後12週におけるKSマウスの脾臓、腎臓、肝臓、膵臓組織に対してH&E染色を実施しました。その結果、対照群と比較して、腎臓、肝臓、膵臓には異常は認められませんでしたが、脾臓では白髄の異常な増殖が確認されました。
結論
KSマウスモデルは、KRAS G12D変異を標的とする治療法の評価に適した前臨床モデルとして有用です。タモキシフェン誘導後6週からKSマウスは体重減少を示し、年齢とともに呼吸困難の症状が顕著になります。すべてのマウスは誘導後13週に死亡しました。病理学的には、誘導後6週から肺組織に著しい腫瘍細胞の浸潤が確認され、肺は膨張・変形し、密集した構造と赤みを帯びた外観を示し、12週目には高度な病態に達します。したがって、本モデルは腫瘍の効率的かつ迅速な発生を確保しつつ、メカニズム研究および新薬開発に向けた長期的な実験期間を提供します。
KS肺がんマウスモデル以外にも、Cyagenは肝がん、膵がん、乳がん、消化管がんなどに対応した、自発性、誘導性、およびCDX（細胞由来異種移植）モデルを多数提供しています。また、研究者のニーズに応じたカスタムモデルや共同開発も可能です。当社のモデルにご関心がある場合、または研究ニーズに合ったモデル開発に関する共同研究をご希望の場合は、お早めにご連絡ください！
参考文献
[1] Sun D, Li H, Cao M, He S, Lei L, Peng J, Chen W. Cancer burden in China: trends, risk factors and prevention. Cancer Biol Med. 2020 Nov 15;17(4):879-895.
[2] Kwon MC, Berns A. Mouse models for lung cancer. Mol Oncol. 2013 Apr;7(2):165-77.
[3] WebMD. (2023, December 19). Gene Mutations in Non-Small-Cell Lung Cancer. Retrieved from https://www.webmd.com/lung-cancer/story/nsclc-gene-mutations
[4] Ferone G, Lee MC, Sage J, Berns A. Cells of origin of lung cancers: lessons from mouse studies. Genes Dev. 2020 Aug 1;34(15-16):1017-1032.
[5] Xu X, Rock JR, Lu Y, Futtner C, Schwab B, Guinney J, Hogan BL, Onaitis MW. Evidence for type II cells as cells of origin of K-Ras-induced distal lung adenocarcinoma. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Mar 27;109(13):4910-5.
[6] China National Cancer Prevention and Control Network. (2023, December 19). Guide Standard Detail. Retrieved from http://www.chinancpcn.org.cn/guideStandardDetail?id=6
[7] “Cancer of the Lung and Bronchus - Cancer Stat Facts.” Surveillance, Epidemiology, and End Results Program, National Cancer Institute, National Institutes of Health, seer.cancer.gov/statfacts/html/lungb.html. Accessed 14 Mar. 2024.
