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革新的癌免疫療法のためのECM 高親和性ペプチドを利用した抗体医薬の創製

石原 亜香 東北大学

2021.09.01

概要

これまで癌治療は、手術、化学療法、放射線療法の三つが標準的な治療法であった。しかし近年、新たな治療法として、免疫系によって癌細胞を攻撃する癌免疫療法が、その高い治療効果により注目され、様々な治療薬が開発されている 1,2。

免疫系はウィルス、バクテリア、異常な細胞などの異物を認識して攻撃する一方で、 健康な自己組織に対しては攻撃をしないという精巧な生体内のシステムである。癌治 療を目的として免疫系を活性化させる薬剤として、小分子、ポリマー、ペプチドやタ ンパク質製剤、T 細胞治療など様々な治療薬が研究されている 3-5。中でも免疫チェッ クポイント阻害薬(CPI)やインターロイキン-2 (IL-2)に代表される抗体やサイト カインといったタンパク質製剤は、その治療効果の高さから、いち早く臨床応用が開 始され、様々な癌種に対して広く使用されている 6-11。他にも関節リウマチをはじめ とする自己免疫疾患の治療などにもタンパク質製剤は広く臨床適用されている 12 が、タンパク質製剤を改良する技術はまだ乏しく、薬剤の安全性や有効性を高めるために、研究がますます必要となる分野である。

癌免疫療法の問題として、治療に対して抵抗性を示す患者が多い点が指摘されており、例えば、近年肺癌や皮膚癌などの多くの癌種で第1選択薬として使われている免疫チェックポイント阻害剤の抗 PD-1 抗体 (αPD-1)は 10%前後の患者で完全寛解を認めるが、奏功率は 25%程度である 13。つまり一部の患者には著効するものの、大多数の患者では効果が認められない。そのため、治療前に治療効果を予測するマーカーを検査し、適応となる患者のスクリーニングが必要となる場合もある 14。

また、別の問題として、癌免疫治療薬を投与すると、健常な部位でも免疫細胞が活性化され、正常な細胞に対しても誤って攻撃することがあり、それによって免疫学的有害事象が出現する点が挙げられる 5,15,16。免疫チェックポイント阻害剤であるαPD-1 と抗 CTLA-4 抗体 (αCTLA-4)の併用療法においては 99%の患者が何らかの有害事象を訴え、37%の患者が有害事象を理由に治療が中断された 13。深刻な有害事象が発生した場合には治療は中止となり、暴走した免疫系を沈静化するためにステロイドなどの免疫抑制剤を投与することもある。ステロイド投与の結果、抗腫瘍免疫も同時に沈静化され、結果として癌が増大するという問題が生じている 17。

これらの薬効と副作用の問題を解決するため、癌免疫治療薬を病変部位で選択的、効率的に効果を発揮させる技術である薬物送達システム (DDS)の開発が望まれている 18。癌免疫療法における DDS には、ナノ粒子を生体内の免疫細胞に届ける方法や有効成分の放出を制御する方法、生体材料を移植する方法、皮膚を介した投与方法など様々な方法が検討されている 18。ナノ粒子を使用した方法は薬剤による毒性を保護できる利点があるが、ナノ粒子自体の安定性や有効成分の放出制御がまだまだ開発途上である。また、有効成分の放出を制御する方法は投与間隔を延長させ、投与量を下げることができる利点があるが、標的細胞以外での毒性や外科的処置が必要などの問題点がある。生体材料を移植する方法は、腫瘍に特異的な抗原とともに移植できるため、移植部位で効率的に樹状細胞を活性化させることが可能であり、有効成分の放出も制御しやすい利点があるが、外科的処置や抗原を特定する必要があり、生体材料自体の毒性の可能性も考慮しなければならない。皮膚を介した投与方法は、直接腫瘍部位に投与でき、投与量を下げられる他、侵襲性が少ないといった利点があるが、治療範囲が狭く、工程が複雑であったり、皮膚から治療可能な表在性の癌に限られるといった欠点がある。このように様々な送達方法が検討されているが、まだ実用化には障壁が多いのが現状であり、さらなる研究が必要とされている。

また、癌免疫療法において血液中に投与して腫瘍部位に届ける DDS は大きく分けて2種類の方法が存在する 19。1 つ目は能動的な送達方法であり、癌特異的に存在する分子に対し、抗原抗体反応などを利用して、抗癌剤を能動的に送達する技術である。それにより、癌周囲での抗癌剤の濃度を上げる一方で、健康な組織での抗癌剤濃度を下げることが可能になる。2 つ目は受動的な送達方法で、例えば癌における血管透過性の亢進を利用したり、抗癌剤の血中半減期を上昇させることで、血中のみならず癌の中での濃度を上昇させる等の送達方法である。

能動的な送達方法として、癌抗原に対する抗体を使用する技術が多く開発され、抗体に小分子抗癌剤を付与した抗体薬物複合体 (ADC) や、癌抗原と免疫細胞の両方を認識する二重特異性抗体が開発されるなど、様々な研究が行われている 20,21。癌細胞に特異的に発現する分子には、例として乳癌におけるヒト上皮成長因子受容体(HER-2)が挙げられ、HER-2 に対する ADC は臨床適用されている 22。しかし、癌種や患者によって癌特異的な分子の発現が異なり、更に、時間と共に癌特異的分子の発現が変化することから、決定的かつ普遍的な治療法として汎用することが困難である。

受動的な送達方法としては、抗癌剤のポリエチレングリコール (PEG) 修飾、抗体の Fc 部位やアルブミンと抗癌剤との融合、ナノパーティクルでの輸送などが挙げられる 23。また、腫瘍に受動的に輸送されたのち、腫瘍内の pH が低いことを利用して、有効成分が放出されるように設計されるなどの工夫がされている薬剤もある 24。さらに、薬剤送達に分子量の大きいキャリアを利用することで、抗癌剤の血中の半減期を上昇させたり、分子サイズを調節することで、腫瘍血管特異的に存在する血管内皮細胞間の隙間に抗癌剤が入りやすくなるという EPR 効果が期待される薬剤も開発されている 25。これらの手法は、長年研究が行われてきたが、動物モデルと比べて患者では EPR 効果が顕著に観察できないという問題が提起されている。また、血中半減期の上昇による副作用の増加も懸念されている。

そこで、本論文では能動的な送達方法を取り入れつつ、汎用性を困難としている癌特異的な分子の発見を克服するため、癌細胞ではなく腫瘍微小環境を形成する細胞外マトリクス(ECM)に着目した。特に、腫瘍の微小環境はコラーゲンやフィブロネクチンなどの ECM が異常に多く存在し、更に、それらの構成成分は正常組織とは異なっている 26。そして、ECM はどの固形癌にも必ず存在するものであるため、固形癌に普遍的なアクティブターゲティングの手法を開発できると仮説を立てた。

現在、ECM をターゲットとした薬物送達技術としてコラーゲンやフィブリン、フィ ブロネクチンを標的とする抗体を利用する研究が行われている 26-28。代表的なものに、 ADC の技術を応用した CAST 療法がある 29。これは癌の間質に存在する不溶性フィ ブリンを標的とし、それに対する抗体を薬物送達のキャリアとして使用することで小 分子抗癌剤を癌に届ける技術である。この技術は不溶性フィブリンを標的とすること で、癌特異的に薬剤を届けることが可能となるため、大いに期待されている DDS で ある。しかし、薬剤送達のためのキャリアに抗体を使用しているとため小分子薬剤を 届けることは可能であるが、癌免疫療法の主軸である抗体医薬を届けることが困難で あるという問題点がある。

他にも癌に特異的に露出しているフィブロネクチンのドメインを標的とした抗体を作成し、その抗体に抗癌活性のあるサイトカインを付加した抗癌サイトカインも開発されている 30-34。この技術を応用した薬剤の中にはすでに第三相の臨床試験が行われているものものあり、ECM を標的とした薬剤の技術が臨床に有用であることが示された。しかし、この技術も抗体をキャリアとしているため、抗体医薬に応用できないという問題がある。また、抗がん剤として用いるサイトカインは炎症を惹起する作用が強く、血中に投与した際サイトカインストームなどの副作用が生じてしまい、 DDS の目的の一つである健常部位での副作用を下げるといった、安全性の向上は達成できていない。

そのため、本論文では薬物送達のキャリアとして、ECM に高親和性を持つペプチドや、抗体以外のタンパク質を利用することとし、抗体医薬をはじめ、サイトカインや小分子薬剤など様々な分子クラスの抗癌剤に適応できるように工夫した。また、キャリア自体が異物として免疫系に認識され、排除されることのないよう、生体内に存在するペプチドやタンパク質を利用することとした。そして、それらの ECM 高親和性ペプチドまたはタンパク質に抗体医薬を付加することで、癌に抗体医薬を届けることを目的とし研究を行った。

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