血管内皮由来細胞外小胞による神経膠腫の間葉化

癌細胞は単に消滅や増殖など
細胞群である腫瘍組織の退行、成長の機序だけではなく、
周辺の微小環境と相互作用しながら
その形質を変える事があります。
例えば、
癌の浸潤や転移に関わる
上皮間葉転換は
上皮細胞様の細胞極性を持っている癌細胞が、
細胞接着性を失い、
高い偏心性を有する球状の形が崩れた
間葉系の細胞へと変化する特徴を持っています。
miRNAs, mRNA, DNA, タンパク質などが
微小環境に存在する腫瘍形質を持った細胞から
細胞外小胞が放出され、
原発性の癌細胞が取り込むことで
転移性を有する間葉系の形質に変化する
という事も考えられます(31)。
--
Lata Adnani(敬称略)ら医療研究グループは
膠芽細胞種において
血管内皮細胞から放出される細胞外小胞が
神経膠腫幹細胞の形質を
前神経細胞様から間質細胞様へ変化させることを
示しています(1)。
要約、背景、結果の一部について参照し、
考察を加えました。
その内容について読者の方と情報共有したいと思います。

//要約//ーー
膠芽細胞種(Glioblastoma:GBM)は
神経膠腫幹細胞(Glioma stem cell:(GSC))によって引き起こされる
原発性の星状膠細胞で生じる脳腫瘍です。
悪性度が高く、不治の疾患です。
これは血管ニッチ密接に関係しています。
GSCの表現型は異種性があり、
前神経性(proneural)から間葉性まで存在します。
後者の間葉性は非常に高い浸潤性を有します。
Lata Adnani(敬称略)らは
内皮細胞の分泌(Angiocrine)と
それら由来の細胞外小胞が
前神経性から間葉性へGSCsをリプログラミングする
駆動因子として働くことを実証しています(1)。
この変化は
マトリックスメタロプロテアーゼ
(matrix metalloproteinases:MMP)と
NFκBの活性化、
NOTCHの不活性化に関わります。
それが
化学療法の反応性を改変し、
脳の中への浸潤性の成長を誘発します。
この発見は細胞外小胞仲介のAngiocrine相互作用が
疾患の生物学や治療の為の推測に関わる
GBM中の幹細胞化の特徴に影響を与える事を示します。

//背景//ーー
GBMは顕著な血管分布を伴う悪性度の高い
不治の脳腫瘍です。
GBMはその幹細胞であるGSCsから生じると考えられています。
GBMは2つの表現型を少なくとも示します。
前神経性(proneural:PN)から間葉性(MES)です(2-7)。
GSCsの遺伝子発現プロファイルは
一致するGBMのサブグループに類似します(8)。
それは数として優勢を示します(9)。
間葉性GBMの患者さんは
前神経性のGBMの患者さんよりも
予後不良である傾向があります(8)。
前神経性GSCsの特徴的な形質は
SOX2, NES, NOTCH1。
これらの発現を含みます。
一方で
間葉性GSCsは
NFκBと解糖経路の活性化を通じた
CD44, VIM, EGFR。
これらを豊富に含みます(10,11)。
間葉性GSCsの表現型は
再発性、浸潤性の促進、放射線抵抗性と関連する
前神経-間葉性遷移(PMT)の可塑性の程度に関与します(12-16)。
PMTは前神経性GSCsにおける
CD44, BCL2A, NFκBの亢進によって性質化されます(4,11,16)。
--
脳の血管の相互作用は神経幹細胞とGSCs両方の
特質を示します。
内皮幹細胞ニッチの形成によって要約されます(17-19)。
GSCsと内皮細胞の間の関係性は
血管生成に関与します(20,21)。
また、腫瘍新血管生成(tumor neovascularization）
を促進するプロセスにも関与します(22-24)。
それらはそれぞれの仲介者の
進行中の発見を伴います(17,18)。
他方で
血管内皮は分泌性組織としてみなされます。
その傍分泌(Angiocrine)効果は
エクソソームを含む細胞外小胞のような
多数の分子の送達媒体によって仲介されます(25)。
内皮による分泌性は
癌細胞、そのニッチ、腫瘍微小環境のための
強力な制御機序として
近年、明らかになってきています(26-28)。
しかしながら、
癌細胞、幹細胞、GSCsの異なるサブセットに
影響を与える
内皮細胞の分泌機序であるAngiocrineによる
現在の理解はまだ限られています(17,26,29)。
--
Lata Adnani(敬称略)らは
内皮細胞由来の細胞外小胞は
GSC振る舞いを修正する能力を持つだけではなく、
GSCサブタイプのスイッチとなる事を示しています(1)。
内皮細胞から生じた馴化培地は
球状の形成を阻害し、
前神経性特徴を減らし、間葉性の特質を誘導しました。
それは前神経性のGSCsの運動性、移動性を上昇させ、
腫瘍生成を促進しました。
それが馴化培地由来の内皮細胞で前処理された
前神経性のGSCsを異種移植したマウスにおいて
コントロール群と比較する形で示されました。
この結果は
前神経性GSCsが内皮細胞由来の細胞外小胞によって
処理されたときに得られた結果と一致しました。
その細胞外小胞の積載物で
MMPsがカギとなり、
それが前神経性細胞に取り込まれた時
間葉系信号経路であるNFκBを開始する事を示しました。
この研究は
外科的な切除、放射線、化学療法のような
医療的な介入の後、
前神経性GSCsの改変ではなく
ナイーブな原発性GBMの成長過程においての
それにおいて新しい見識を示しました。
この変化はNOTCH経路の抑制と
NFκBの亢進を導く、
GSCsによる
内皮細胞由来の細胞外小胞の取り込みに伴って生じます。

//結果//ーー
神経膠腫幹細胞と内皮細胞の近接は
幹細胞が間葉性になる事を示す
球状形状の崩れを示しました。
(Fig.2d,2e,2h,2i)
--
前神経性の神経膠腫幹細胞から間葉状態への
リプログラミングは
馴化培地由来の内皮細胞によって生じました。
--
内皮細胞由来の細胞外小胞は
前神経性神経膠腫幹細胞の
前記、間葉性表現型へのリプログラミング
を仲介します。
細胞の偏心度は24時間以降、
コントロール群(癌細胞由来細胞外小胞のみ）
に比べて、内皮細胞由来の細胞外小胞が
存在している状態では高まっていきました。
(Fig.4g)
顕著に間葉様の形状を示しています。
(Fig.4f)
グリア細胞の運命決定に影響をする
NOTCH遺伝子のレベルも
内皮細胞由来細胞外小胞が存在する
馴化培地では
コントロール群に対して低下しています。
(Fig.4h)
このNOTCHは前神経性の表現型で
発現がみられる遺伝子です。
--
内皮細胞由来の細胞外小胞の
マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)は
NFκB信号経路の活性化を含め
前神経性神経膠腫幹細胞の信号プログラムを改変します。
それによって神経膠腫細胞の移動性、
間葉様の形質への移行を促進します。
--
内皮細胞由来の細胞外小胞は
腫瘍由来の細胞外小胞と競合します。
腫瘍由来の細胞外小胞は
NOTCH信号や前神経細胞表現型を維持しようとしますが、
これらのプロセスは
癌細胞が血管近くに浸潤した時に
内皮細胞由来の細胞外小胞によって乱されます。
従って、
前神経細胞様形質と間葉様形質が
これらの細胞外小胞によって
競合していると理解しています。
従って、前神経細胞様の細胞(GSC 157)が多い状態では
これらの競合に勝ち、
球状様の細胞形状を維持する事が出来ます。
少ない条件では間葉様となります。
(Fig.5p)
--
Angiocrine刺激は
神経膠腫幹細胞による脳への浸潤を促進します。

//考察//ーー
GBMはanti-VEGF(抗血管内皮増殖因子)療法に対して
抵抗性を持つとされています。
それは腫瘍始原細胞から生成された
腫瘍関連内皮細胞(tumor-derived endothelial cells (TDECs))。
これによるとされています
この時、環境としては低酸素状態が
より癌細胞から内皮細胞への分化を誘導する
と言われています(30)。
従って、上述した血管内皮からの分泌物(Angiocrine)は
エクソソームを仲介して
浸潤性の高い間葉性へ神経膠腫幹細胞を変える
と報告されています(1)が,
この時の血管内皮の形質は
上述した腫瘍関連内皮細胞である可能性があります。
いずれにしても内皮細胞は血管系なので、
薬剤によるアクセスが比較的容易であると考えられます。
例えば、
神経幹細胞など神経系に対して走化性がある
可能性がある細胞をドナー細胞として
細胞外小胞を輸送媒体として
この(腫瘍関連)内皮細胞の形質を変えるような
miRNA, mRNA,タンパク質などを送達させ、
異常な血管生成、
腫瘍の悪性度を高めるエクソソームによる傍分泌性を
抑える事です。
あるいはエクソソームの分泌を抑えるような
物質を特異的に送達する事も有効かもしれません。
それらによって
GBMの進行を抑えることができるか？
このような視点があります。
これは癌細胞そのものの攻撃というよりも
癌微小環境に対する治療であると考えられます。

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