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平成22年6月2日

理化学研究所
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「多能性幹細胞」iPS細胞から免疫治療に「役に立つ」リンパ球を作製

−抗がん効果を発揮するNKT細胞だけを作ることに世界で初めて成功−

<本研究成果のポイント>

○ NKT細胞から遺伝子再構成が完了したiPS細胞を作ることに世界で初めて成功

○ NKT細胞から作ったiPS細胞から、NKT細胞だけを大量産生

○ マウス実験の成功で、患者の体内にNKT細胞を戻す、がんの根本治療に確かな道

独立行政法人 理化学研究所(理研、野依 良治 理事長)は、マウスの成熟したリンパ球で、抗がん効果を発揮するナチュラルキラーT(NKT)細胞注1)からiPS細胞注2)を作製し、そのiPS細胞からNKT細胞だけを大量に作り出すことに世界で初めて成功しました。理研 免疫・アレルギー科学総合研究センター(谷口 克 センター長)免疫器官形成研究グループの古関 明彦 グループディレクターと免疫制御研究グループの渡会 浩志 上級研究員らによる成果です。

iPS細胞は、人工的に作製した、生体内のどのような細胞にでも分化できる「多能性幹細胞」です。従来の技術では、皮膚などから作製したiPS細胞を用いていましたが、このiPS細胞からリンパ球を作ると、いろいろな抗原に反応するリンパ球が多数できてしまう、という問題点がありました。これは、リンパ球が細胞分化の過程で遺伝子の再構成注3)を起こすためで、役に立つリンパ球だけを大量に作り出すことは困難でした。

この問題を解決するために研究グループは、成熟したリンパ球からiPS細胞を作ることを計画し、抗がん効果を持つNKT細胞からiPS細胞を作製することにマウスで成功しました。このiPS細胞は、NKT細胞から受け継いだ、すでに再構成を終えた遺伝子群を有しています。従って、NKT細胞から作製したiPS細胞でリンパ球を作ると、すべての細胞にNKT細胞の遺伝子再構成が伝達されるので、産生してくるリンパ球はすべてNKT細胞になります。実際に、この方法でiPS細胞から分化誘導したNKT細胞が、強力な抗がん効果を発揮することも分かりました。

NKT細胞を活性化してがん細胞を攻撃する抗がん治療は、すでに臨床試験段階にあり、顕著な効果が認められています。しかし、3分の2の患者は体内に存在するNKT細胞の数が少ないため、効果が低い状況となっています。個々の患者から採取したNKT細胞からiPS細胞を作製し、そのiPS細胞から産生したNKT細胞を体に戻すことで、治療効果の大きな改善が期待できます。

本研究成果は、米国の科学雑誌「The Journal of Clinical Investigation」(2010年7月号)に掲載されるのに先立ち、オンライン版(米国東部時間2010年6月1日付け:日本時間2010年6月2日)に掲載されます。成果の一部は、JST 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)の「人工多能性幹細胞(iPS細胞)作製・制御等の医療基盤技術」研究領域における研究課題「ヒトiPS細胞の分化能と腫瘍化傾向を反映するマーカー遺伝子群の探索」(研究代表者:古関 明彦)によって得られました。

1.背景

がんによる死亡数は年々上昇し、年間34万人以上の方々が亡くなり、国内の死因第1位になっています(2009年厚生労働省「人口動態統計の年間推計」)。中でも肺がんは、部位別のがんの死亡率が男性で1位(48,610人)、女性で2位(18,239人)となっています(2008年国立がんセンターがん対策情報センター調査)。手術後50%の患者が再発を引き起こすことが肺がんの特徴で、これは術前にすでにがん細胞が全身の至るところに転移しているためと考えられます。

がんの制圧には、抗がん効果を持つ免疫細胞による療法が有力な手段となります。研究グループは国立大学法人千葉大学と連携し、ナチュラルキラーT(NKT)細胞というリンパ球を活性化して、肺のがん細胞を攻撃する新しい治療法を開発しています。NKT細胞は、アジュバント作用と呼ばれる強力な免疫増強作用を持ちます。アジュバント作用は、免疫系のほかの細胞も動員してがん細胞を死滅させる作用で、NKT細胞を活性化する合成糖脂質(α−GalCer)を取り込ませた樹状細胞を投与する「アジュバント免疫細胞療法」が効果的とされています。

これまでに17名の進行性肺がん注4)患者(第IIIB、IV期)あるいは再発肺がんの症例に対して、第I、II相の臨床試験注5)を終了しました。このうち、標準治療後の平均余命が6ヵ月といわれる進行性肺がん、あるいは再発肺がんの症例では、初回治療だけで、すべての症例で生存期間の延長(平均19ヵ月)が認められました。このうち、この治療法によく反応した60%の患者の生存期間の中央値は、31.9ヵ月と長期生存が確認できています(図1)。治療効果の高かった患者は、生体内に存在するNKT細胞の数が多いことも明らかとなりました。この結果から、治療前に患者の体内に存在するNKT細胞を増やすことができると、より効果的な治療法となることが期待されます。しかし、目的にかなったタイプのリンパ球だけを作製したり、体内で大量に増やすことは、技術的に困難とされてきました。そこで、研究グループはiPS細胞を使って、治療に必要なリンパ球だけを手に入れる技術を開発することに挑みました。

2.研究手法と成果

従来の皮膚などからiPS細胞を作製する手法では、治療に必要なリンパ球だけを作るのは難しいとされてきました。これは、リンパ球には細胞分化の過程で遺伝子を再構成してしまう性質があるため、いろいろな抗原に反応するリンパ球ができてしまうことが原因です(図2)。この問題を解決し、目的のリンパ球だけを得るために、研究グループは、すでに遺伝子の再構成を終えた成熟したリンパ球からiPS細胞を作製することを計画しました。NKT細胞からiPS細胞を作ることができると、そのiPS細胞はNKT細胞から受け継いだ遺伝子再構成を伝達し、NKT細胞だけに分化誘導されると予想できます。

研究グループは、マウスの脾臓(ひぞう)に存在するNKT細胞を分離し、国立大学法人 京都大学の山中 伸弥 教授らが開発したiPS細胞誘導技術を活用して、NKT細胞由来のiPS細胞を作製することに世界で初めて成功しました(図3)。さらにNKT細胞から作ったiPS細胞を試験管内で分化誘導する手法を開発し、分化誘導したリンパ球をほぼすべてNKT細胞に分化させることにも成功しました(図4)。

マウスにメラノーマ(黒色腫)というマウスのがん細胞を注射すると1週間で肝臓に無数のがんが転移します。この時点で、α−GalCerを取り込ませた樹状細胞を投与する治療実験を実施すると、NKT細胞が活性化し、転移したがんが完全に消失します。NKT細胞がないマウスにiPS細胞から作製したNKT細胞を戻し、α−GalCerを取り込ませた樹状細胞を投与すると、同様に移植したがんの転移や再発を抑えることが分かりました。このようなメラノーマの抑制効果は、iPS細胞から作ったNKT細胞を戻さなかったマウスでは見られませんでした。これにより、iPS細胞から作ったNKT細胞は、生体内に存在するNKT細胞と同等の抗がん効果を有していることが証明できました(図4)。

3.今後の期待

NKT細胞は、がん細胞を殺す働きがあることが知られています。そしてNKT細胞を活性化する治療法が、肺がん治療に有効であることが示されています。しかし、NKT細胞が少ない患者には効果がありませんでした。今回のマウスでの研究成果は、次に掲げる方法で患者のNKT細胞を増やすことが可能であることを証明しました。

1 患者のNKT細胞を採取する。

2 NKT細胞からiPS細胞を作製する(保存可能)。

3 そのiPS細胞から患者のNKT細胞を大量に作製する。

4 iPS細胞から作った患者のNKT細胞を患者に戻す。

研究グループが現在、千葉大学と連携して行っているヒトのNKT細胞を用いた臨床研究の中で、ヒトへの応用を目指していきます(図5)。

<参考図>

図1

図1 肺がん患者におけるNKT細胞療法結果

わずか1回の処置で、がんの増大が抑制される。

図2

図2 役立つリンパ球だけを作り出す新しい技術

通常の体細胞から山中因子で誘導したiPS細胞を用いて分化誘導を行うと、「多様な」リンパ球へと分化する。がん細胞を標的として攻撃できるのは、ごく一部のリンパ球に限られる。成熟リンパ球から「目的の」リンパ球を取り出し、iPS細胞を作って分化誘導を行うと、「欲しい」リンパ球だけに分化させることができる。がん細胞を攻撃できるリンパ球からiPS細胞を作ると、分化誘導されたほぼすべてのリンパ球はがん細胞を攻撃する作用を持ちました。

図3
図3

図3 NKT細胞から作ったiPS細胞の様子

 NKT細胞から作ったiPS細胞は、皮膚から作ったiPS細胞と同じ形態を取っている。

図4

図4 iPS細胞から作ったNKT細胞は抗がん効果を発揮する

NKT細胞から作ったiPS細胞から、リンパ球分化を行うと、ほぼすべてNKT細胞に分化できる。NKT細胞を欠損したマウスにiPS細胞から分化させたNKT細胞を移入して、α−GalCerで活性化すると、移入したメラノーマがん細胞を排除できた。

図5

図5 抗がん治療に有効なNKT細胞療法モデル

患者のNKT細胞を採取し、iPS細胞を作製する。iPS細胞から大量にNKT細胞を誘導する。患者体内にiPS細胞から作ったNKT細胞を戻すことで、効果的な抗がん治療が見込まれる。

<補足説明>

注1) ナチュラルキラーT(NKT)細胞
1986年に谷口センター長(当時:千葉大学 教授)らが発見した、T細胞、B細胞、NK細胞に続く第4のリンパ球。免疫の制御や、がんの免疫学的監視などのさまざまな役割を担う。
注2) iPS細胞
人工的に作製した、どんな細胞にも分化できる「多能性幹細胞」。自分の皮膚から作ったiPS細胞を使って自分の体の傷んだところを修復する、といった夢のような再生医療を可能にすることが期待されている。
注3) 遺伝子の再構成
T細胞やB細胞の抗原受容体は、たくさんの部品でできている。これらの細胞が作られる過程で、抗原受容体の遺伝子の中では、部品同士でいろいろな切り貼りが起きる。このように遺伝子の中で起こる切り貼りを遺伝子の再構成といい、細胞ごとに異なる切り貼りが起こって、いろいろな種類の抗原受容体遺伝子が作られるので、何千万種類ものそれぞれ異なる抗原受容体をもつ細胞が生み出される。1976年に利根川 進 博士(現 脳科学総合研究センター センター長)らは、B細胞の産生する免疫グロブリンの遺伝子再構成という現象を発見し、この抗体の多様性に関する遺伝子レベルの謎を解き明かした実績により、ノーベル医学生理学賞を受賞した。
注4) 進行性肺がん
肺がんの病気の進行度合いにより、I、II、III、IVの4段階に分けられる。ステージIは肺内にがんが限局しており、リンパ節に転移がない段階。ステージIIは肺内にがんが限局しており、肺内のリンパ節にだけ転移があるか、リンパ節に転移はないが、がんが直接肺外の切除できる周囲に広がっている段階。ステージIIIは、ほかの臓器に転移はしていないが、ステージIIより進行した状態、ステージIVはほかの臓器に転移している段階を指す。各ステージはその進行度合いにあわせて、AとBに細分化される。再発肺がんは、転移があることを意味するため、ステージIIIBあるいはIVに相当すると考えられる。
注5) 臨床試験
医薬品もしくは医療機器の製造販売の承認申請をするために行われ、治験とも呼ばれる。動物を使用した非臨床試験(前臨床試験)により薬の候補物質もしくは医療機器の安全性および有効性を検討し、安全で有効な医薬品もしくは医療機器となり得ることが期待される場合に実施される。臨床試験は第I相から第IV相までの4段階で行われることが多い。このうち、第I相試験は、自由意思に基づき志願した健常成人を対象とし、被験薬を少量から段階的に増量し、被験薬の薬物動態(吸収、分布、代謝、排泄)や安全性(有害事象、副作用)について検討することを主な目的とした探索的試験で、次相で用いる用法・用量の限界を検討することも重要な目的となる。第II相試験は第I相の結果をうけて、比較的軽度な少数例の患者を対象に、有効性・安全性・薬物動態などの検討を行う試験である。第III相試験は、上市後に実際にその化合物を使用するであろう患者を対象に、有効性の検証や安全性の検討を主な目的として、より大きな規模で行われる。第I相から第III相までの試験成績をまとめ、医薬品の製造販売承認申請が行われる。医薬品医療機器総合機構による審査を受けて承認されると医薬品としての販売が可能となる。第IV相試験は、製造販売後臨床試験と呼ばれ、実際に市販した後に広く使用されることにより、第III相まででは検出できなかった予期せぬ有害事象や副作用を検出するのが主な目的で、市販直後調査および市販後調査によって行われるのが通例である。

<お問い合わせ先>

<研究に関すること>

古関 明彦(コセキ ハルヒコ)
独立行政法人 理化学研究所 免疫アレルギー科学総合研究センター 免疫器官形成研究グループ グループディレクター
Tel:045-503-9689 Fax:045-503-9688

渡会 浩志(ワタライ ヒロシ)
独立行政法人 理化学研究所 免疫アレルギー科学総合研究センター 免疫制御研究グループ 上級研究員
Tel:045-503-7008 Fax:045-503-7006

独立行政法人 理化学研究所 横浜研究推進部 企画課
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<JSTの事業に関すること>

河村 昌哉(カワムラ マサヤ)
独立行政法人 科学技術振興機構 イノベーション推進本部 研究領域総合運営部
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