第4部：免疫腫瘍学研究のためのヒト化免疫チェックポイントマウスモデル

免疫系は、「非自己」抗原の識別と排除、および「自己」抗原を攻撃しかねない制御不能な免疫応答の抑制との間で、複雑なバランスを維持しなければならない。¹この繊細な相互作用は、T細胞および抗原提示細胞の両方に自然に発現する、数多くの刺激性および抑制性分子である免疫チェックポイント（ICP）によって調節されている。 ICPは、免疫系が外来の微生物に対する攻撃に十分に取り組むことを確保しつつ、健康な細胞や組織を破壊しかねない過剰な活性化を回避するため、アクセルとブレーキに例えられてきた。²

興味深いことに、ICPは多くの腫瘍細胞の外膜にも存在しており、これにより腫瘍細胞は宿主の免疫反応を巧みに回避^{しています³。これらの} 発見はがん治療に革命をもたらし、がんの管理に対する私たちの見方を一変させました。 いくつかの前臨床研究により、主要なICPを標的とする抗体がその機能を阻害し、特定の腫瘍細胞の除去を可能にすることが実証されている。このため、特定の種類のがん治療には、多くの共刺激分子やチェックポイント阻害剤が用いられており、かつては必然的に死に至るものとされていた疾患に対して、患者に持続的な寛解をもたらしている。^4–6

しかし、前臨床モデルからの結果を臨床現場に応用する前に、治療薬の臨床的検証が必要となります。すなわち、免疫腫瘍学の化合物については、ヒトを対象とした臨床試験を開始する前に、その有効性を予測するため、前臨床のICPモデルを用いて慎重に評価しなければなりません。 CD28スーパーアゴニスト抗体TGN1412の、よく知られた悲しい事例は、この原則を如実に物語っている。⁷創薬プログラム向けにヒト化ICPモデルを選択する際には、相互に関連する2つの重要な側面を考慮しなければならない。すなわち、i) 研究が取り組むべき具体的な課題、およびii) モデルの臨床応用可能性と機能性である。これら2つの概念を念頭に置きながら、本稿では、現在創薬パイプラインで使用されているヒト化ICPモデルの具体例を紹介する。

前臨床用ヒト化CD28（hCD28）マウスモデルは、特定の生物学的問題を正確に解明する必要性に基づいて実験設計が行われたモデルの優れた例である。より具体的には、このモデルは、完全な免疫能を有するマウスにおいて、ヒトCD28を標的とする免疫腫瘍学薬剤の特性解析および有効性評価を行うことを目的として考案されたものである。 hCD28モデルは、ヒトの細胞外ドメインを持つキメラ型CD28を発現している。これにより、hCD28の細胞外ドメインを標的とするあらゆる生物学的製剤を試験できる汎用性がもたらされる一方、マウスの膜貫通ドメインおよび細胞内ドメインを持つことで、タンパク質の膜への固定化と細胞内シグナル伝達が最適化されるはずである。 しかし、最近の研究において、Tuostoらは、CD28の細胞内ドメインにおける単一のアミノ酸変異が、ヒトCD28とマウスCD28の間でシグナル伝達に差異をもたらし、その結果、ヒトにおいて炎症反応が亢進するようであることを実証しました。^2,8hCD28モデルはマウスの細胞内ドメインを特徴としているため、このモデルを用いて得られる結果はhCD28の活性化時に誘導される炎症反応を過小評価する可能性があることから、有効性試験には推奨されるものの、安全性試験や毒性試験には推奨されない。

創薬研究用のヒト化ICPモデルを選択する際に考慮すべきもう1つの重要な点は、そのトランスレータビリティと機能性です。 そのため、ヒト化モデルが、マウスモデルと同じ生物学的特徴（例えば、標的となるICPの発現レベルや調節、ヒト化ICPとマウスリガンドとの相互作用の維持など）を示すことは非常に重要です。これは、ヒト化PD-1（hPD-1）およびCTLA-4（hCTLA-4）マウスモデルが好例です。 図 1 に示すように、hPD-1 マウスにおける hPD-1 の発現パターンは、マウス PD-1 (mPD1) をよく再現しており、このモデルは、ペンブロリズマブなどのヒト特異的 PD-1 治療薬を評価するための強力なツールとなっています。 in vivoでヒト特異的なPD-1治療薬を評価するための強力なツールとなっている。最近の研究では、ペムブロリズマブの投与により、MC38およびGL261腫瘍モデルを接種したhPD-1マウスにおいて抗腫瘍反応が誘導されることが実証されている。^a,11

図1） ヒトPD-1（hPD-1）の発現パターンは、マウスPD-1（mPD-1）のそれを再現している。

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同様に、MC38大腸癌を皮下移植したヒト化CTLA-4（hCTLA-4）マウスにおいて、イピリムマブによる治療を行った場合、対照群およびマウス由来抗CTLA-4（9H10）抗体で治療した群と比較して、生存期間が有意に延長することが最近明らかになった（図2および未発表データ）。 興味深いことに、これらのマウスは細胞外ドメインがヒト化されたキメラ型CTLA-4を有しており、これにより in vivo ヒトCTLA-4を標的とするあらゆる生物学的製剤の有効性評価およびプロファイリングが可能となっている。

図2） hCTLA‑4マウスにおいて、イピリムマブ投与によりIn vivo 活性が認められる。

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特定の種類のがんの治療において、併用療法や二重特異性抗体の使用がますます広がっています。これは、時間の経過とともに、一部の腫瘍がチェックポイント阻害剤やCTLA-4を含む共刺激分子に対して耐性を獲得するためです。こうした限界により、科学者たちは、そのような耐性の発生に関与する生物学的メカニズムの解明や、ヒト化ICPモデルを用いた新たな治療戦略の確立に取り組んでいます^。12

この方針に沿って、アリゲーター・バイオサイエンスの研究者らは、ヒトのICPであるCTLA-4およびOX40を標的とする二重特異性抗体「ATOR-1015」を開発した。この化合物は、ヒト化OX-40（hOX40）マウスを用いて評価され、前世代のCTLA-4単剤療法と比較して、腫瘍領域における免疫活性化を促進し、臨床的有効性を向上させ、毒性を低減することが確認された。 興味深いことに、この治療法は腫瘍特異的な免疫記憶も誘導しており、hOX40モデルが長期的な研究に適していることを示唆している。hOX40マウスを用いた実験により、ATOR-1015が抗PD-1/PD-L1療法と相乗的に作用することが明らかになった。本研究で得られたデータに基づき、進行性および／または難治性の固形がん患者を対象とした初のヒト臨床試験が開始された。¹³

最近では、ヒト化ICPモデルが、既知の抗がん治療法と比較した新規抗がん治療法の有効性を裏付け、評価するためにも用いられている（図3）。 例えば、ブリストル・マイヤーズ スクイブ社の研究者グループは、MC38細胞を移植したヒト化VISTA（hVISTA）マウスにおいて、単剤療法（抗PD-1）を受けたマウスと比較して、併用療法（抗VISTAおよび抗PD-1）を受けたマウスでは腫瘍の増殖が抑制されることを実証した。 Johnstonらは、VISTAが、腫瘍微小環境において通常測定されるような酸性pH条件下でT細胞に結合し、その活性を抑制することを発見した。VISTA遮断抗体を投与したhVISTAマウスを用いた薬物動態実験では、酸性pH選択性のある抗体が腫瘍内に優先的に蓄積し、pH非選択性抗体よりも血清中での平均抵抗時間が長いことが示された。¹⁴

図3） 抗ヒトVISTA抗体＋抗マウスPD-1抗体による治療に対する抗腫瘍効果。

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『Science』誌に最近掲載された別の論文では、ダートマス大学ガイゼル医学部とImmuNextの研究チームが、hVISTAマウスを用いて、免疫腫瘍学だけでなく、自己免疫疾患や免疫炎症性疾患においても有効性試験を行うことについて、新たな知見を提示している。ElTanbouly、Zhaoらは、VISTAがT細胞の自己寛容の維持に不可欠であることを実証した in vivoにおいてT細胞の自己寛容を維持する上で不可欠であることを実証した。著者らは、ヒトVISTAアゴニスト抗体がhVISTAマウスにおける移植片対宿主病（GVHD）の生存率を向上させることを見事に示し、代替抗体を投与した野生型マウスでの知見を裏付けるとともに、ヒトVISTAを標的とする彼らの抗体の有効性を検証した。¹⁵

したがって、ヒト化ICPモデルは、がんや免疫関連疾患との闘いにおいて重要なツールとなっている。ヒト化ICPを発現する最初の同系マウスモデルはおよそ10年前に開発され、それ以来、ヒトICPを標的とする生物学的製剤を評価するための有効な代替手段となっている。それ以前は、抗がん療法は、ヒトの異種移植片を移植した免疫不全マウスで試験されていたが、 しかし、これらのモデルは機能的な免疫系を欠いているため、そのような治療法の有効性や安全性を評価するには適していなかった。¹⁶その代わりに、科学者たちはヒト免疫系（HIS）を再構成した免疫不全マウスに目を向けたが、種に起因する違いのため、HISモデルは必ずしも腫瘍と関連する免疫細胞および間質細胞との相互作用を再現するわけではなく、したがって、そうした構成要素を標的とする治療法の研究には適さない可能性がある。

一方、ヒト化ICPマウスには、MC38、CT26、MB49など、確立されたマウスの腫瘍株を移植することが可能であり、^b 、間質、免疫細胞、腫瘍細胞間の適切な相互作用と機能的な免疫系を維持しつつ、マウス由来の細胞応答（ヒト由来ではない）を評価することが可能である。これらのモデルのもう一つの主な利点は、代替抗体を必要としないことであり、これにより、前臨床の有効性データを臨床へ応用する際の複雑さや課題が大幅に軽減される。¹⁹

しかし、創薬プロジェクトの初期段階において、臨床応用を見据えた視点を確立することが重要です。そうすることで、研究上の制約条件の中で、研究の目的を最も適切に満たすヒト化ICPモデルを選定しやすくなるからです。ハザードの特定に不適切なモデルを使用すると、データの解釈が歪む可能性があるため、モデルの実験設計は重要です。

^a MC38およびGL261は、それぞれマウスの結腸腺癌モデルおよびグリオーマモデルである。^9,10
b MB49およびCT26は、それぞれマウス膀胱がんおよび結腸がんのモデルである。^17,18

関連項目：
第1部：免疫腫瘍学におけるより効果的な前臨床モデルを目指して

第2部：免疫腫瘍学研究のための新しい免疫不全モデル「BRGSF」

第3部：免疫腫瘍学研究のための新しいヒト免疫系マウスモデル「BRGSF-HIS」

第5部：HSA/hFcRn――PK/PD研究に最適な強力なモデル

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