癌の転移の分子的機序と循環型癌細胞分析、診断、治療

がんで命を落とす人のうち
転移性のがんである場合が
一番のその原因であるとされています。
つまり、
転移をなくす、抑える、
あるいは転移を示しているがんの
有効な治療が見つかれば、
がんで亡くなる人の多くを救うことができる
と想定されます。
しかし、転移性の癌を識別したり
事前に予測して予防的に治療したりすることは
現時点では難しいとされています。
その理由の一つは
癌の転移性は「大卵少産」戦略であるからである
と仮説を立てています。
その根拠は
癌細胞が転移をする際の主なルートは血管内ですが
原発腫瘍から血管内に滲出する癌細胞は
一グラムあたり10^6個の癌細胞という
報告もありますが、
第二の微小環境に到達して、生着する確率は
0.01%であるというデータもあります(2,3)。
腫瘍組織から一定割合の癌細胞は
転移形質を獲得しますが、
そこでの(ひょっとすると少ない)割合があり、
その一部の滲出した循環癌細胞の中の
少ない割合が転移サイトで生着します。
それを原発腫瘍組織から予測する事は困難であり、
循環器内で生着に成功する傾向のある
癌細胞を識別する事もまた難しいと考えられます。
--
Alexander Ring(敬称略)らが示すように
腫瘍組織から癌が抜けだし、
血中に滲出するまでの間に
多くの遺伝子的な変化があります。
(参考文献(1) Figure.1a)
また、転移するためには
細胞の形を柔軟に変えたり、
あるいはせん断応力に耐えるために
堅牢になることもあります。
形を変える際には
間葉形質を獲得することもあります。
(上皮間葉転換)。
そのような変化を経て、
第二の微小環境に到着した際に
生着するためには
もし、原発腫瘍と似た形質を持つ必要がある
のであれば、可逆的に
今までの経路で得た変化を戻す必要があります。
あるいは
原発腫瘍と異なる性質を持つのであれば、
転移サイトに固形がんとして生着しやすい
核形成しやすいための遺伝子的な事も含めた
形質は何でしょうか？
という疑問も生まれます。
その経路については下述しますが、
転移サイトでは少なくとも
ニッチ環境に合うように適応する事、
核として成長に関与できる事、
宿主組織を置き換える能力がある事、
これらが挙げられています(11)。
その生着しやすい形質を
循環器にある循環型癌細胞から
検出する事は可能でしょうか？
例えば、幹細胞様の形質を持つことが、
転移性を高めるということがあるので
WntやNotchの信号経路は一つの評価基準となります(32,33)。
免疫細胞などの異種細胞や
癌クラスターなどの同種細胞との
複合体化はよりその識別を複雑にします。
また、癌の転移には
細胞外小胞も大きく関わっている可能性もあります。
そのような
始点から終点までの時系列の変化の中で
偶発的な要素も含めて
細胞の運命が決まるのであれば、
社会の未来が予測できないように
原発腫瘍組織そのものから将来の転移の予測も
原理的にできない可能性も考えられます。
少なくとも正確な予測は難しいかもしれません。
--
癌が原発腫瘍から離れて循環器を通して
移動、転移する際には
それを阻む様々な障害があります。
血流、間質材料(細胞外マトリックスなど)、障壁組織など
との接触によるせんん断応力もあります。
細胞が足場を失う事によって細胞死する
アノイキス(Anoikis)があります(4)。
また免疫細胞による癌細胞傷害性もあります
せん断応力に耐えるためには
上述したように癌細胞自体の堅牢性が上がることが挙げられ、
アノイキスに関しては
インテグリンによる細胞外マトリックスとの接着や
上皮間葉転換による間葉形質の獲得などが
考えられます(5)。
免疫細胞からは免疫チェックポイント(PD1)の発現によって
それによる除去、クリアランスから逃れる形質を
獲得します。
また好中球は循環癌細胞の増殖、生存を
助ける働きがあります(6)。
--
循環型癌細胞が血中から滲出して
転移サイトに生着する間においては
血管壁を超えて滲出する必要があります。
その際には
血管壁との結合性を上げる受容体などの
様々な接着因子が関わるとともに
細胞自身がすり抜けられるように形を変える必要もあります(7)。
この点については細胞の堅牢性(硬くなる)が上がる事と
相容れない部分があるのではないか？
という疑問も生まれます。
また、循環型癌細胞は
血管から滲出する際に内皮細胞に損傷を与え
血管からすり抜けられやすいようになることも
示唆されています(8)。
一般的に腫瘍組織の周辺の血管が
通常よりもリーキーであることと
形質として一致する部分があるかもしれません。
このような形質は
癌細胞以外の好中球などによっても
生じることが示唆されています(9,10)。
このように腫瘍環境で血管がリーキーになる事は
間質液などの排出圧などによっても
癌細胞が排出されやすくなります(14,15)。
--
転移ニッチでは、循環癌細胞に対して
休眠性(dormancy)を与える事が示唆されています(12)。
実際に、転移が治療数年後、10年後に見つかる
ことがありますが、
再発も含めて、この休眠性が関わっている
ことが推定されています(13)。
--
栄養素の中では脂質(系栄養素)が
癌の転移性を高めるとされています(1)。
癌細胞の転移を含めた運動性と脂質代謝の関係は
明かではありませんが、
脂肪酸も含めて転移性を高める事は
知られています(16,17)。
--
上述したように
循環した癌細胞が転移ニッチで成長するためには
それを元に核成長する能力(Seeding capacity)が
必要であると想定されています。
その能力のためには幹細胞様の形質が必要かという事が
提起されています(1)。
また、足場を失って細胞死するアノイキスを防ぐためには
1つとして細胞が間葉形質を手に入れる必要があります。
従って、転移のためには
上皮間葉転換が必要かどうか？
これについても議論されています(1)。
一般的に
転移の過程で必要な血管への侵入は
上皮間葉転換が必要であるかもしれない
ということが示されています(18,19)。
しかし、
乳がんから肺への転移において
上皮間葉転換は化学療法の抵抗性には関係するが
転移のための必要条件ではない
ことが示されています(20)。
上皮間葉転換は足場を必要としないように
形質転換するので、
原発腫瘍を離れた後、
循環器を通り、一部が転移ニッチに到着した際には
転移サイトで播種、生着しにくいかもしれない
と考えられています(1).
従って、逆に間葉形質から上皮形質に戻る事があるか？
という視点が生まれます。
実際に流動的で、一時的であるとされており、
可塑性があるとされています(21,22)。
そうした事実の中、
上皮間葉転換は転移に影響は与えるが
転移の発生原因となるドライバー因子ではない
かもしれないとされています(1)。
--
転移性の要因は単一細胞を調べるだけでは
わからない可能性もあります。
癌細胞は転移ルートでクラスター化すると言われています。
クラスター化した場合には
単独の循環型癌細胞に比べて
転移の能力は100倍上昇するという報告もあります(23,24)。
また、同種の癌細胞同士がクラスター化すると
(homotypic clustering）
幹細胞様の形質が亢進すると言われています。
上述した仮説を考慮すると
幹細胞的な表現型を得る事に寄って
転移ニッチで核形成、成長しやすい特質を獲得する
事が想定されます(25)。
このようなクラスター化はホモ接合だけではなく
血小板、骨髄系免疫細胞、癌関連線維芽細胞
などとも
生じるとされています(26-31)。
好中球が異種クラスター化に関与すると
癌組織に対して走化性を獲得するために
あるいは受容体連結を通じて
増殖、転移能力が向上する事も示されています(6)。
また、血管の内皮組織との結合性においては
癌関連線維芽細胞によって高まり、
転移ニッチへの滲出を促す結果になる
可能性があります(30,31)。
--
癌細胞が血中へ滲出するタイミングがあるとされています。
単一の循環癌細胞は循環時間(寿命)が25～30min
クラスターになると6-10min。
このような見積もりがあります。
従って、1日に対する時間分解能が細かいため
1日のリズムの中で
どのように循環癌細胞が変動するか？
これを考えるのは重要です。
サーカディアンリズムの中で
メラトニンが変化しますが、
このホルモンの影響などから
睡眠中に循環癌細胞が多くなる
という報告もあります(34)。
これは薬剤投与のタイミングや
循環型癌細胞の検出のタイミングなど
臨床応用において重要な事実です。

//検出、診断//
循環型癌細胞を検出して、診断する事は
従来の組織生検や循環型腫瘍DNAを分析するよりも
実態に合った検出、分析ができ
より正確な診断ができる可能性が示唆されています(1)。
細胞そのものを分析するので
抗原などを含めた表面受容体の分析や
それを含めたマルチオミックス解析
(ゲノム、エピゲノム、トランスクリプト、プロテインなど)。
これが検出された単一細胞ごとに
原理的にはできるとされています。
しかし、課題はあります。
1人の患者さんに対して1回限りではなく
経時的に分析できるように臨床応用しようとしたときには
いくつかの乗り越えないといけない課題があります。
例えば
〇エピトープ発現の理解、可塑性(構造を変える)
〇細胞サイズの異種性
〇細胞形状の変化、劣化
〇循環型細胞の純度
〇分析デバイスの詰まり
〇分析のために必要な大量の血液(低効率の取得細胞量)
〇分析時間の長さ
〇自動化の困難性
〇分子分析の妥当性
〇機能分析の改善
これらが挙げられています(1)。
--
循環型癌細胞の量の分析、クラスター量の分析は
その患者さんの癌の状態、予後を推定する事において
有効であるとされています(44-46)。
--
循環型癌細胞の分子的な特徴に基づいて
どの治療を選択するか？の判断に役立ちます(44,45)。
--
血液から分析する事においては
他の方法を排除することなく
多元的な分析が重要になるかもしれません。
エクソソームや循環型核酸(DNA, RNA)などと
連携する形で分析し、
それらを比較することで
分析の信頼性が上がる可能性があります。

//治療//
すでに転移がみられる場合には
当然、原発腫瘍サイトと同時に治療が必要になりますが、
まだ、転移の様相がない状態において
手術や薬物療法などで原発腫瘍を取り除くことに
成功したとしても
転移は見えにくい形で
すでに起こって、それに応じた播種が
生じている可能性があります(35-38)。
現在では転移に標的を絞った薬物療法の不足によって
転移性のがんの臨床試験を難しくしていますが、
将来の臨床試験のデザインとして考えられています(39,40)。
Alexander Ring(敬称略)らが
総括している転移の生物学(1)を考慮して
有効な臨床前試験を行うことで
転移の有効な臨床試験につなげられる可能性があります。
しかしながら、
下述するように転移の原因は多岐にわたり
どのモデルから標的性を得るかというのは
選択が難しいところだと思います。
Alexander Ring(敬称略)らは
転移カスケード(転移の流れ)の様々なステップでの
循環型癌細胞を標的とすることを提案しています(1)。
示されているFig.4と独自の調査、考察を加えて
考えられる標的を列挙してみます。
-
①脈管内、脈管外への浸入、滲出を抑える
これらの移動性においては
接着因子であるインテグリンやカドヘリンが関わっているため
これらの機能を抑える(アンタゴナイズ)する薬剤が
考えられます。
-
②免疫チェックポイント阻害薬
循環型癌細胞は血中で免疫細胞によってクリアランスされますが、
免疫チェックポイントの発現によって
その除去能力を阻害する働きを有することがあります。
従って、その免疫機能を復活させるために
免疫チェックポイント阻害薬を使います。
-
③クラスターの分解
循環型癌細胞のクラスター化は
転移性を100倍高めるという事を上述しました。
従って、クラスターを分解する機能のある薬剤を投与する
ことによって転移性を下げる試みをします。
-
④循環型癌細胞のエンジニアリング
治療効果のある薬剤を複合体化させた
循環型癌細胞を投与し、
循環型癌細胞がクラスター化する性質を利用して
多数の循環型癌細胞を細胞死させます。
-
⑤代謝的なアプローチ
循環型癌細胞は脂質系の栄養素によって活性化するので
それに関わる受容体をブロックする事や
脂質分解を促す、あるいは接種量を減らす、
睡眠中など循環が多い時の量を激減させるなど
工夫して代謝的なアプローチで不活性化させます。
-
⑥時間的なアプローチ
循環型癌細胞は睡眠中に多く分泌します。
従って、睡眠中に薬剤が効くように
薬剤の投与のタイミングを考えます。
-
⑦上皮間葉転換標的
上皮間葉転換が転移そのものに関わっているかは
議論の余地がありますが、
間葉形質を手に入れる事で薬剤抵抗性を獲得するという
報告があります。
従って、その薬剤抵抗性を抑えるために
上皮間葉転換に関わる信号経路を抑えます(41)
-
⑧癌幹細胞を標的化(42)
幹細胞の表現型を持つ細胞は播種性が高いため
転移ニッチに到着した際に
それを核として成長しやすいというのがあります。
従って、循環型癌細胞の血中にある間に
幹細胞形質を持つ癌細胞をできるだけ
選択的に抑える薬を投与します。
-
⑨休眠している癌細胞を標的とするか？
癌が治療から数年以上経って再発や
違う転移サイトで見つかることがある一つの理由は
上述したように癌の休眠による
その再活性化によると想定されます。
従って、
それを選択的に除去する事がいいかどうか？
という議論があります。
(1)害はないのでそのままにする
(2)薬が効くように積極的に再活性化させる
(3)休眠状態で除去する
これらの3つの視点で総括されています(43)。
-
⑩多卵少産の性質をどう考えるか？
上述したように循環型癌細胞が全て
転移サイトに到着して転移がんを形成するわけではありません。
その割合は0.01%と言われています。
従って、循環型癌細胞の中でも
より転移に成功しやすい形質を持った細胞や細胞群がある
と考える事も出来ます。
例えば、上述したクラスター化は確率を大きく高めるため
まずはクラスター化を抑える事を考えよう。
このような戦略もあります。
幹細胞化を防ぐことも同様です。
-
⑪循環型癌細胞の寿命をどう考えるか？
単一の循環癌細胞は循環時間(寿命)が25～30min
クラスターになると6-10min。
このようなデータがあります。
固形癌や血液性のがんの場合は
治療しない限り恒久的に存在しますが、
循環型癌細胞の場合は
供給源によって小刻みに変動するという事です。
何が言いたいか？というと
仮に有効な薬を投与して
循環型癌細胞を有効に減らしたとしても
それは「一時的」です。
供給源の原発腫瘍がそのままの大きさである限りにおいては
また、薬効が切れたら
循環型癌細胞は復活すると考えられます。
恒久的に癌細胞を壊滅させるという事を考える場合には
原発腫瘍、循環癌細胞、転移腫瘍
これらの癌細胞、微小環境を全体的に治療する必要があります。
循環型をフォローするとなると
ずっと薬剤を飲み続ける必要があるのではないか？
と思います。
そうすると体に負担のない薬剤を開発する
必要性が出てきます。
-
⑫循環型癌細胞を標的にする一つの利点
血中にある循環型癌細胞を標的にする場合
標的化が適切であると
CAR-T, CAR-NK細胞による血液性がんの臨床実績から考えて
薬剤が有効に働く可能性も考えられます。
また、液体生検の分析で
すでに存在する循環型癌細胞の量がわかれば、
その量依存的に治療の可否を判断できる可能性もあります。

//考察//
癌の転移を考える際
〇⇒⇒⇒⇒⇒●
〇：癌微小環境、腫瘍組織
●：転移微小環境、転移腫瘍組織
⇒：転移へのステップ、循環型癌細胞
このように簡略的に図示することができますが、
腫瘍組織そのものは
分析により見える大きさで有れば
治療によって小さく、あるいはなくすことができます。
それは「一時的」ではありません。
しかし、
⇒が示す循環型癌細胞は
常に腫瘍組織間を移動しています。
そこには短い寿命があり、低い確率があります。
常に腫瘍組織は多くの癌細胞と
癌関連細胞外小胞を送り続けています。
従って、
循環型癌細胞を標的にする場合には
「連続的」「継続的」な治療が必要です。
薬を飲み続けるとなると
副作用の強い薬であると身体の負担の方が心配になります。
従って、
循環型癌細胞を標的として治療する場合には
副作用の少ない、継続可能な薬物を開発する必要があります。
あるいは、血液分析を頻繁に行い、
その量に応じて治療の強度をこまめに調整する事が必要ではないか？
このように考えます。

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