免疫不全ヒト血清アルブミン／ヒト新生児Fc受容体マウスモデル：免疫療法の有効性試験のための新たな異種移植モデル

免疫療法において科学者が直面する主要な課題の一つは、研究対象となっているヒトのがんの要素や特性を再現するだけでなく、開発を目指している候補薬の有効性、安全性、および毒性を正確に予測できる動物モデルを見つけることである。¹ 腫瘍細胞株や患者由来の腫瘍を移植した免疫能正常マウスおよび免疫不全マウスは、がんの病態生理の解明や免疫療法薬の有効性および毒性の評価を可能にするため、こうした研究において貴重なツールとなっている。^2,3

腫瘍薬理学の研究において科学者が直面するもう一つの課題は、候補薬の最適な製剤形態、すなわち、体内の特定の部位を標的としつつ、薬物の曝露量と持続時間を最大化できる製剤形態を選択することです。 実際、治療薬は低分子量の分子であることが多いことから、腎クリアランスが速く、血漿中滞留時間が短く、非特異的な分布を示す傾向があり、これらすべてが、治療効果の弱さ、短さ、および拡散性に寄与している。⁴これらの障害^{を克服するため}、薬物送達システム、すなわち治療薬の標的送達および／または制御放出のための工学技術の開発に多大な努力が払われてきた。 その一つがヒト血清アルブミン（HSA）である。HSAは血液中で最も豊富なタンパク質（質量比60％）であり、薬理学的薬剤を含む多種多様な内因性および外因性リガンドを結合、貯蔵、輸送する並外れた能力により、過去数十年にわたり、生物物理学、臨床、および産業分野において、分子キャリアおよびナノキャリアとして極めて重要な候補となっている。⁵

genOway社がAlbumedix社と共同で開発した、HSAおよびヒト新生児Fc受容体（hFcRn）を発現する初のマウスモデルは、2016年にケネス・A・ハワード氏率いる研究者グループによって発表された。⁶従来のTg32およびTg276モデル^{と比較して}、HSA/hFcRnマウスではHSAとhFcRnの両方がそれぞれの内因性プロモーターによって制御されており、マウス由来のSAおよびFcRnの発現が消失しているため、アルブミンとFcRnの相互作用における種間差が回避されている。^6–8こうした特性のおかげで、HSA/hFcRnモデルは、内因性HSAへの可逆的結合によってその作用が影響を受けるアルブミン系薬剤、従来型薬剤、および生物学的製剤の非臨床試験に成功裏に活用されてきた。⁶

数年後、この同じ研究グループは再びgenOwayに協力を求め、Rag1を欠損させた、改良型のHSA/hFcRnモデルの開発に取り組みました。その結果^{生まれたHSA/hFcRn/Rag1-/-マウス}（AlbuMus RAG1 KOモデルと呼ばれる）は、T細胞およびB細胞の発達に欠陥が見られるため、免疫不全状態にあります（図1）。⁹

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著者らはまた、これらのマウスにヒトがん細胞株を接種すると、ヒトのがん腫瘍が正常に増殖することを示した。⁹このモデルは、ヌル型、野生型、あるいは高結合性（HB）のヒトFcRn親和性を有するように遺伝子改変されたHSA変異体に、遺伝子融合された二重特異性ライトT細胞エンゲージャー（抗EGFRナノボディ×抗CD3 scFv；LiTE）抗体の抗腫瘍効果および薬力学的プロファイルを研究するために開発された。

2021年に『Communications Biology』誌に掲載された本研究の結果によると、ヒトHT-29大腸がん細胞株を皮下接種されたHSA/hFcRn/Rag1-/-マウスは、C57BL/6 Rag1-^/-マウスと同様に腫瘍の増殖を受けやすいことが明らかになった（図2A）。 さらに、著者らは、HSA–LiTE-HB融合体を投与されたマウスでは、セツキシマブ（市販の抗EGFR抗体）や他のLiTE融合体を投与されたマウスと比較して、腫瘍の増殖抑制効果がより顕著であることを確認した （図2B）。このことは、^{HSA/hFcRn/Rag1-/-モデル}を用いることで、標準的な抗EGFRモノクローナル抗体療法に反応しない腫瘍において、抗EGFR×抗CD3二重特異性HSA融合体の抗腫瘍効果を正確に評価できることを示唆している。 最後に、血清中濃度の分析により、アルブミン融合体であるAlbu-LiTE-HBは、LiTEと比較して半減期が長いことが示された（図2C）。⁹

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図2 │ AlbuMus RAG1 KOマウスにおける腫瘍増殖の特性評価および抑制。

‍A) HT-29 cells were inoculated subcutaneously in AlbuMus RAG1 KO or C57BL6 RAG1 KO mice to follow tumor growth. B) HT-29 cells mixed with human PBMCs were inoculated subcutaneously in AlbuMus RAG1 KO mice, and animals were injected with cetuximab, LiTE, or Albu-LiTE-HB. Time points where the Albu-Lite-HB tumor group is comparably smaller are marked *p < 0.01, #p < 0.05. C) Blood samples were drawn at 9 time points and detection in serum was performed by sandwich ELISA. The highest concentration was seen in the 4-hour sample and set as T0. ****p < 0.0001, ***p = 0.001. Adapted from Mandrup et al., Communications Biology, 2021.

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重要な点として、ヒト末梢血単核細胞（PBMC）を腫瘍細胞株および試験化合物とともに共注入する必要があり、これにより腫瘍微小環境において免疫細胞の通常とは異なる分布および浸潤がもたらされる。

これらのデータは、^{HSA/hFcRn/Rag1-/-}モデルが、異種移植研究や、原発性免疫不全症、免疫腫瘍学、感染症における薬剤の治療効果および薬物動態を評価するための有効なツールであることを示している。

参考文献：

1. Ireson, C. R., Alavijeh, M. S., Palmer, A. M., Fowler, E. R. & Jones, H. J. 「抗がん剤の発見と開発におけるマウス腫瘍モデルの役割」。Br J Cancer121, 101–108 (2019).
2. Capasso, A. et al. 腫瘍異種移植片を移植した造血系ヒト化マウスにおける、抗PD-1単剤および併用免疫療法に対する免疫応答の特性評価。j. immunotherapy cancer7, 37 (2019).
3. Tentler, J. J. ほか. 新規β-カテニンモジュレーターであるRX-5902は、トリプルネガティブ乳がんの前臨床モデルにおいて、免疫チェックポイント阻害剤の有効性を増強する。BMC Cancer20, 1063 (2020).
4. Steinmetz, K. L. & Spack, E. G. 「神経変性疾患を対象とした前臨床段階の創薬開発の基礎」。BMC Neurol 9, S2 (2009)。
5. Al-Harthi, S., Lachowicz, J. I., Nowakowski, M. E., Jaremko, M. & Jaremko, Ł. 血漿中ヒト血清アルブミンの機能的・高分解能配位化学の解明に向けて。Journal of Inorganic Biochemistry 198, 110716 (2019).
6. Viuff, D. ほか. アルブミン結合型医薬品の薬物動態を研究するための、二重トランスジェニックヒト化新生児Fc受容体（FcRn）／アルブミンマウスの作製。Journal of Controlled Release223, 22–30 (2016).
7. Terje Andersen, J., Bekele Daba, M., Berntzen, G., Michaelsen, T. E. & Sandlie, I. 「マウスおよびヒトの新生児Fc受容体に関する種間結合解析により、免疫グロブリンGおよびアルブミンの結合に著しい違いが示された」。J. Biol. Chem. 285, 4826–4836 (2010).
8. Proetzel, G. & Roopenian, D. C. ヒトIgG抗体の薬物動態を評価するためのヒト化FcRnマウスモデル。Methods65, 148–153 (2014).
9. Mandrup, O. A. et al. FcRn親和性を調整した二重特異性T細胞エンゲージャー・アルブミン融合体のプログラム可能な半減期と抗腫瘍効果。Commun Biol4, 310 (2021).