T細胞エンゲージャーの有効性を検討するための、新規の前臨床およびトランスレーショナルなヒト化CD3εモデル

ヒトCD3を介した治療法を評価するためのヒト化マウスモデル

PD-1、PD-L1、またはCTLA-4を標的とする免疫チェックポイント抗体の臨床的成功を受けて、T細胞エンゲージャー（TCE）が、がん治療のための新たなクラスの免疫療法として登場した。 その結果、現在、数多くのTCEが臨床および前臨床開発段階にあります^。1 治療用TCE候補を臨床試験へと^{進めるには} 、in vivo その臨床応用可能性と治療効果の評価が必要です。そのため、新規治療薬の開発と評価には、信頼性が高く臨床応用可能な前臨床モデルが不可欠です。²

CD3は、T細胞受容体（TCR）と非共有結合的に結合する膜貫通タンパク質の複合体であり、一連のシグナル伝達経路を誘導することで、最終的にT細胞の活性化、増殖、サイトカイン産生、およびエフェクター機能をもたらす。^1,3,4CD3は4つの鎖（CD3δ、CD3ε、CD3γ、CD3ζ）から構成され、3つのサブユニット、2つのヘテロ二量体（CD3γεおよびCD3δε）、1つのホモ二量体（CD3ζζ）から成る。 これまでの実験により、CD3εをノックアウトした動物ではT細胞の発達が早期に停止することが示されており、この鎖がTCR-CD3複合体の形成およびシグナル伝達経路に不可欠であることが示唆されている。^5,6

T細胞の活性化において重要な役割を果たしていることから、ヒトCD3εを発現する数多くのモデルが、ヒトCD3特異的治療薬の有効性を評価するためにすでに開発されている。しかし、こうしたモデルを設計する上での主な課題の一つは、CD3εとCD3δおよびCD3γとの間の複雑な相互作用を維持することにある。これが変化すると、TCR-CD3複合体の形成と機能が損なわれてしまうからである。 この点に関して、例えば完全ヒト化CD3εを発現させるなどしてCD3εのアミノ酸配列や三次構造を改変すると、T細胞の活性化が阻害されることが示されている^。7同様に、hCD3εを高コピー数で保有する独立したトランスジェニックマウス系統を用いた実験では、これらの動物がTリンパ球およびナチュラルキラー細胞の完全な喪失に起因する重度の免疫不全を示すことが明らかになっており、正常な免疫応答を維持するには生理的なCD3εの発現レベルが不可欠であることを示唆している。⁸

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こうした制限と、ヒト化マウスモデルの開発におけるこれまでの知見を踏まえ、我々は新規マウス系統（hCD3ε）を開発することとした。具体的には、このモデルは、CD3ε鎖のヒト由来N末端エピトープと、マウス由来の細胞外CD3εドメインを発現している。 さらに、このモデルはマウスの膜貫通ドメインおよび細胞内ドメインも有しており、それによって塩橋の相互作用やCD3ζサブユニットとの相互作用が維持され、マウス細胞内でのシグナル伝達カスケードも保たれています。特に注目すべきは、CD3εのN末端ヒトエピトープが、現在市販されているT細胞エンゲージャーの大部分によって認識されるという点です（図1）。

我々の解析によると、CD3εのN末端エピトープをヒト化しても、hCD3εマウスにおける免疫細胞の分布に変化は見られなかった（T細胞、B細胞、NK細胞、単球、樹状細胞の頻度は同等であった）。 さらに、抗ヒトCD3によるT細胞の活性化がT細胞の増殖およびサイトカイン産生を誘導することから、これらのマウスにおけるTCR複合体は機能的であることが判明した。また、T細胞とB細胞間の協調作用も機能しているようである。最後に、ヒトCD3と腫瘍抗原の両方を標的とするTCEが、in vivo 用量依存的な抗腫瘍効果を誘導することが観察されたin vivo 図2）。⁹

上述の通り、このモデルは生理学的であり、CD3εサブユニットのN末端エピトープを標的とする抗ヒトCD3抗体の評価に利用することができる。がん免疫療法に向けた、より革新的で新しい治療法を評価するため、現在、より汎用性の高いヒト化CD3モデルの開発が進められている。

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がん免疫療法における新旧のTCE

最初に開発されたTCEは、二重特異性抗体、^{すなわちBiTEs®}（bispecific T-cell engagersの略）であり、これは2つの異なるエピトープに対して親和性を持つ抗体である。1 具体的には、^BiTEs®は、1つのT細胞と1つの腫瘍細胞を認識し、物理的に結合させるように設計されている。 これは、2つの異なる抗体由来の2つの単鎖可変領域（scFv）から構成されるその構造によって可能となっている。一方のscFvはCD3などのT細胞の恒常的構成要素を標的とし、もう一方のscFvは腫瘍関連抗原（TAA）に結合する（図3）。¹⁰

生理的な条件下では、T細胞の活性化における主要な媒介因子はTCRであり、これは抗原提示細胞（APC）の表面にある主要組織適合性複合体（MHC）に提示された抗原を認識するタンパク質複合体である。 しかし、がん細胞は、自然免疫の障壁を低下させ、免疫監視を逃れるためのいくつかのメカニズムを進化させてきた。その一つは、細胞表面におけるMHCの発現を低下させることであり、これがT細胞の活性化を抑制し、ひいては抗腫瘍免疫の回避につながる。^11BiTEs®は、生理的なTCR-MHC相互作用を迂回してT細胞の活性化を誘導するため、免疫療法として重要な利点を有している： ポリクローナルなT細胞応答を誘導できること、およびがん細胞によるMHCの発現低下の影響を受けないことである。¹²

これらの特性と、がんを標的とする性質が相まって、^BiTEs®は血液悪性腫瘍や固形がんを含むさまざまな腫瘍に対して、極めて高い臨床的潜在能力を有しています。^{13,14 現在}、57種類の腫瘍関連の二重特異性抗体が臨床試験中であり、そのうち3^{8種類がBiTEs®です}。興味深いことに、その38種類のうち36種類は、CD3を介してT細胞と結合します。^1,3これまでに、^{2つのBiTEs®が}、米国食品医薬品局（FDA）および欧州医薬品庁（EMA）により患者への使用が承認されている。それらは、カトゥマキソマブ（Removab、フレゼニウス・バイオテック）とブリナツモマブ（Blincyto、アムジェン）である。 前者は、EpCAM陽性癌を有する成人の悪性腹水に対する腹腔内投与用抗EpCAM／抗CD3抗体である。2009年に承認されたカトゥマキソマブは、販売承認保持者の要請により2017年に販売が中止された^。15–18後者は、2014年にFDA、2015年にEMAにより承認された。 CD19およびCD3を標的とし、化学療法後もがんの痕跡が検出される患者におけるB細胞性急性リンパ性白血病の治療に用いられる。^19–21

^BiTEs®の成功が拡大するにつれ、効率の向上とT細胞の全身性活性化の低減を実現した新世代のTCEの開発が進められています。その一例として、Panchalらが最近開発した、腫瘍微小環境に到達したときにのみ活性化するよう設計された抗体や、Wuらが開発した、がん細胞を標的とし、T細胞を活性化させる受容体、およびがん細胞に対するT細胞の持続的な活性を促進するT細胞タンパク質を備えた三特異性抗体などが挙げられます。 これらは、がん細胞、T細胞を活性化する受容体、およびがん細胞に対するT細胞の持続的な活性を促進するT細胞タンパク質を標的としている。^22,23

要約すると、TCEはがん治療に変革をもたらし、患者に既存の治療法に代わる有効な選択肢を提供し得る。しかし、多くのTCE治療薬は、安全性や有効性の問題により、臨床試験段階に進むことができていない。したがって、患者に有意義な治療効果をもたらすためには、これらの分子の設計と有効性を継続的に改善していくために、より信頼性が高く、臨床応用可能な動物モデルが必要とされている。

参考文献：

1. Suurs FV、Lub-de Hooge MN、de Vries EGE、de Groot DJA. 腫瘍学における二重特異性抗体および抗体構築体の総説と臨床上の課題。Pharmacol Ther.2019;201:103-119. doi:10.1016/j.pharmthera.2019.04.006
2. Voynov V、Adam PJ、Nixon AE、Scheer JM. 固形腫瘍の治療におけるT細胞結合抗体の臨床的潜在能力を最大化するための創薬戦略。Antibodies (Basel). 2020 ;9(4). doi:10.3390/antib9040065
3. Zhang H、Lim H-S、Knapp B、他。T細胞受容体の結合親和性および動態に対する主要組織適合性複合体（MHC）接触部位の寄与。Sci Rep.2016;6:35326. doi:10.1038/srep35326
4. Dong D、Zheng L、Lin J、他. ヒトT細胞受容体－CD3複合体の形成に関する構造的基盤.Nature.2019;573(7775):546-552. doi:10.1038/s41586-019-1537-0
5. Ueda O、Wada NA、Kinoshita Y、他。ヒトCD3を介した治療法を評価するための、CD3ε、δ、およびγの全領域をヒト化させたマウス。Sci Rep.2017;7:45839. doi:10.1038/srep45839
6. DeJarnette JB、Sommers CL、Huang K、他。T細胞の分化におけるCD3εの特異的必要性。Proc Natl Acad Sci U S A.1998;95(25):14909-14914. doi:10.1073/pnas.95.25.14909
7. Martínez-Martín N、Risueño RM、Morreale A、他。CD3εの立体構造変異体によって明らかになったT細胞受容体複合体間の協調性。Sci Signal.2009;2(83):ra43. doi:10.1126/scisignal.2000402
8. Wang B、Biron C、She J、他。ヒトCD3E遺伝子のコピー数が多いトランスジェニックマウスにおける、初期Tリンパ球およびナチュラルキラー細胞の分化の両方における阻害。Proc Natl Acad Sci U S A . 1994;91(20):9402-9406. doi:10.1073/pnas.91.20.9402
9. Martin, Gaëlle, Sônego, Fabiane, Beringer, Audrey, 他. 「T細胞エンゲージャーの有効性評価のための14種類の新規CD3エプシロンヒト化N末端エピトープモデル」. In: ; 2020. https://jitc.bmj.com/content/8/Suppl_3/A7.3.info
10. Huehls AM、Coupet TA、Sentman CL. がん免疫療法のための二重特異性T細胞エンゲージャー。Immunol Cell Biol. 2015;93(3):290-296. doi:10.1038/icb.2014.93
11. Cornel AM、Mimpen IL、Nierkens S. がんにおけるMHCクラスIの発現低下：そのメカニズムとがん免疫療法における潜在的な標的。Cancers(Basel). 2020;12(7). doi:10.3390/cancers12071760
12. Ellerman D. 二重特異性T細胞エンゲージャー：in vitroにおける効力および腫瘍選択性に影響を与える要因の解明と、その有効性および安全性を高めるための調節。Methods. 2019;154:102-117. doi:10.1016/j.ymeth.2018.10.026
13. Velasquez MP、Bonifant CL、Gottschalk S. 「二重特異性抗体を用いたT細胞の血液悪性腫瘍への誘導」。Blood. 2018;131(1):30-38. doi:10.1182/blood-2017-06-741058
14. Yu S、Li A、Liu Q、他. 固形がんにおける二重特異性抗体の最近の進展.J Hematol Oncol.2017;10(1):155. doi:10.1186/s13045-017-0522-z
15. フレゼニウス・バイオテック、欧州委員会からRemovab®の承認を取得 ― 悪性腹水の治療薬として世界初。2021年2月2日閲覧。https://www.fresenius.com/1930
16. Linke R、Klein A、Seimetz D. カトゥマキソマブ：臨床開発と今後の方向性。MAbs. 2010;2(2):129-136. doi:10.4161/mabs.2.2.11221
17. Krishnamurthy A, Jimeno A. がん治療のための二重特異性抗体：総説.Pharmacology & Therapeutics. 2018;185:122-134. doi:10.1016/j.pharmthera.2017.12.002
18. Heiss MM、Murawa P、Koralewski P、他。上皮性がんに起因する悪性腹水の治療を目的とした三機能抗体カトゥマキソマブ：前向き無作為化第II/III相試験の結果。Int J Cancer.2010;127(9):2209-2221. doi:10.1002/ijc.25423
19. Sigmund A、Sahasrabudhe K、Bhatnagar B. 再発・難治性ALLの治療におけるブリナツモマブの評価：試験デザイン、開発、および治療における位置づけ。BLCTT. 2020;第10巻:7-20. doi:10.2147/BLCTT.S223894
20. Pulte ED、Vallejo J、Przepiorka D、他。FDAによる追加承認：再発および難治性の前駆B細胞急性リンパ性白血病の治療におけるブリナツモマブ。『The Oncol.』 2018;23(11):1366-1371. doi:10.1634/theoncologist.2018-0179
21. Topp MS、Gökbuget N、Stein AS、他。再発または難治性のB前駆細胞性急性リンパ性白血病の成人患者に対するブリナツモマブの安全性および有効性：多施設共同、単群、第2相試験。『The Lancet Oncology』。2015;16(1):57-66。 doi:10.1016/S1470-2045(14)71170-2
22. Panchal A、Seto P、Wall R、他。COBRATM：固形がんの治療を目的として設計された、極めて強力な条件付き活性型T細胞エンゲージャー。MAbs. 2020 ;12(1):1792130. doi:10.1080/19420862.2020.1792130
23. Wu L、Seung E、Xu L、他。三特異性抗体は、T細胞受容体の共刺激を介して、腫瘍を標的とするT細胞の治療効果を高める。Nat Cancer.2020;1(1):86-98. doi:10.1038/s43018-019-0004-z