膠芽腫の血管構造と血管模倣 はじめに 膠芽腫（GB）は最も一般的な頭蓋内悪性腫瘍であり，年間発生率は10万人あたり約3 C 5例である。癌の発生頻度としては稀であるが，脳に局在し，浸潤性が高く，予後が極めて悪いことから，癌の中で最も恐れられている癌の一つである。膠芽腫は.脳外科手術.放射線治療.温熱療法を最大限に併用しても.生存期間中央値が12カ月から15カ月といわれています。このように有効な治療法の開発が極めて遅れていることと.この疾患の分子病態に関する知識の基盤が急速に拡大していることは.興味深いことです。神経腫瘍学分野の研究の大部分は.過去20〜30年の間に発表されたもので.その主な要因は脳腫瘍の遺伝学に対する理解の深化である。最近の分子生物学的分類により.高悪性度原発性膠芽腫は.古典型.間葉型.神経型.前神経型の4つのタイプに分類されるようになった。これらのサブタイプは.様々なプロテオミクス的特徴.特徴的な変異.メチル化の特徴.および現在同定されている経時的な制御因子に基づいて分子的に区別される。高悪性度グリオーマの包括的な分子分類は.現在.WHOの病理組織学的なコンセンサス基準に従っている現在の分類を変え始めているところである。高度な分子生物学的分類にもかかわらず.比較的高い割合のグリオーマは.組織学的重複のために再現性のある分類が困難である。表現型的には.腫瘍は顕著な高細胞性.蛇紋岩状の壊死領域.および拡張した内皮細胞増殖を示し.腫瘍血管系は蛇行.無秩序.および高浸透性である。グレード IV の新生物は.グレード II やグレード III の腫瘍と比較して.内皮細胞の極めて積極的な増殖を示します。血管透過性の亢進は.脳浮腫や炎症の亢進につながり.問題を複雑にしています。内皮壁.周皮細胞.基底膜の異常は.重要な血液脳関門の構造と機能の喪失をもたらします。 神経膠腫の血管形成は.少なくとも3つの異なるプロセスで起こります。1) 血管新生；既存の血管のルート変更とリモデリングから新しい血管を生成するプロセス 2) 血管新生；古典的には胚のプロセスと考えられていたが.循環骨髄由来の内皮前駆細胞の分化による原始血管のデノボフォームとして腫瘍で確認されている。 血管模倣（Vascular Mimicry）：最近.神経膠腫細胞から腫瘍由来内皮細胞（TDECs）への分化が腫瘍血管系に寄与することが明らかにされた。） 分子経路 がんは.原発巣にかかわらず.転移巣では原発巣とは異なるルールが適用されると言われており.がん死亡の原因は主に浸潤と転移であり.原発巣に有効な従来の治療法には抵抗性があると言われています。腫瘍の生存は.腫瘍の成長とさらなる転移を維持するために必要な豊富な血液の供給に依存しています。悪性神経膠腫は.他の新生物と同様に.栄養と酸素の供給源を確立し.細胞の老廃物を除去するために血管新生を必要とします。腫瘍の血管系はまた.局所的な “ニッチ “微小血管環境を作り出し.その中で腫瘍発生細胞は治療に対して効果的に抵抗することができるかもしれません。血管新生は.病理学的に重要な事象であり.孤立性の局所的新生物が侵攻性の高い腫瘍に進行するために必要である。この重要なテナントは.その後.腫瘍性血管新生研究の分野に火をつけ.成長する腫瘍の新血管系を形成する内皮細胞に焦点を当て.様々な臨床試験の薬剤開発の主要な組織原理として機能している。GBは最も血管の多い腫瘍の一つであり.VEGF（血管内皮細胞増殖因子）が腫瘍細胞から産生されることから.抗VEGF抗体（bevacizumab/Avastin）が臨床試験で使用されています。しかし.アバスチンとイリノテカンの併用療法では.半数以上の患者さんが一過性にしか効果が得られないという残念な結果になっています。抗VEGF療法への抵抗性を説明するメカニズムとして.1）他の血管新生シグナル伝達経路の活性化.2）血管細胞を保護・増殖させる骨髄由来骨髄細胞の動員.3）周皮細胞被覆率の上昇による血管の保護.が提案されている。GBでは.血管新生療法による抗腫瘍効果は.血管系が正常化し.浮腫が減少することによると思われる。血管新生阻害剤試験の残念な結果と.ヒトGB腫瘍の進行に関する分子および動物研究から得られた新しい証拠により.腫瘍.特にGBのような侵襲的表現型を示す腫瘍の灌流に関する分子機構が明らかにされた。 腫瘍の血管新生においては.骨髄由来の内皮細胞前駆体（ECP）が血管内皮細胞の主要な供給源であることが歴史的に知られている。しかし.近年.骨髄由来内皮細胞前駆体が血管内皮にのみ寄与しているわけではないことが示され.GBのTDECが神経外胚葉から分化し.腫瘍細胞自体が腫瘍血管形成に関与することが理解されるに至っている。この最近の証拠は.腫瘍の微小血管が腫瘍細胞に直接由来するという別のメカニズムを示唆しており.このプロセスは血管模倣（Vascular mimicry: VM）と呼ばれている。VMは.新生血管網を形成する侵襲的な癌細胞の機能的可塑性を説明し.腫瘍を拡大するための灌流経路を提供し.漏出した血管から液体を輸送し.内皮で覆われた血管系に接続することを意味します。VMの証拠から.この血液で満たされた微小血管は.内皮細胞の血管新生とは無関係に.腫瘍の発生に重要な役割を果たすことが示唆される。興味深いことに.VMネットワークは.抗凝固分子を局所的に発現させることによって抗凝固特性を示すことも示されており.その全体的な目的は.侵襲性腫瘍への血液の流入および腫瘍間の血液の流れを促進することにあります。VMを説明する最初の研究は.注入された蛍光色素がVMネットワークを通じて輸送されることを示す証拠に基づいていました。その後.マイクロビーズ循環のドップラーイメージングを用いて.内皮で覆われたマウスの血管系とヒト腫瘍異種移植片のVMネットワーク間のリアルタイムの生体内血液の灌流を示す実験証拠が得られている。この発見は.その後.高解像度電子顕微鏡によって.腫瘍によって形成された血管の形態的・構造的な詳細と.血管内皮と従来の血管系との間の超微細構造の類似性が示され.検証された。メラノーマの研究では.腫瘍細胞は内皮.胚・幹細胞.腫瘍細胞マーカーを同時に発現している可能性があることも示されている。低酸素が血管内皮の表現型の触媒であることを示す興味深い研究は.ヒト転移性メラノーマ細胞を虚血マウス肢に移植し.ヒトメラノーマとマウス内皮細胞からなる混合血管を形成させたものである。この研究は.メラノーマ細胞の経内皮分化が微小環境に大きく影響され.環境の変化に応じてより腫瘍化しやすい表現型に戻ることを示している。GB幹細胞（GSC）から壁画様（血管平滑筋／ペリサイト様）腫瘍細胞への分化は.GSCの可塑性を強調するものである。さらに.神経幹細胞は.アストロサイト.ニューロン.オリゴデンドロサイトなどの複数の細胞系譜に分化し.血液細胞.筋肉細胞.血管内皮細胞などの様々な細胞に分化する多能性を持っていることも.GSCの可塑性を物語っています。 しかし.他の科学研究テーマと同様.VMには答えよりも多くの疑問が残されています。しかし.血管内皮細胞を制御する重要な遺伝子は.血管（VE-cadherin.EphA2.VEGF1）.胚・幹細胞（Nodal.Notch4）.低酸素関連（HIF.Twist1）シグナル伝達経路と関連していることが知られています。この論文では.いくつかの共通する遺伝子と経路について簡単に説明する。1) NotchとNodalシグナル伝達経路は.胚性幹細胞の制御と腫瘍細胞の行動の両方に重要であることが示されている経路である。興味深いことに.これらの経路間のクロストークは.腫瘍細胞の行動.攻撃性.およびVMネットワーク形成を制御している。Nodalシグナルは脊椎動物の胚発生を調節し.左右非対称性の決定と幹細胞の多能性において機能している。成体組織では通常存在しないが.攻撃的な癌では再活性化されることが知られている。注目すべきは.癌がNodalを活性化するが.その制御タンパク質であるLeftyを活性化しないことで.Nodalシグナルは抑制されずに進行し.癌細胞の攻撃的な行動を促進することが分かっていることである。Notchシグナルは幹細胞の分化と自己複製に重要であり.様々な胚および成体組織で発現している。2) 低酸素誘導因子（HIF）複合体は.生理的および病的環境における酸素恒常性の重要な制御因子である。HIFは.NotchおよびNodalシグナル伝達経路を調節し.相互作用することができる。癌におけるHIFの過剰発現は.血管新生に関与する遺伝子産物（例えば.VEGF）の発現を誘導する。低酸素は.HIF1-α/2-αおよびHREシグナルを介してNotchおよびNodal経路の両方を誘導することが示されていることに注目することが重要である。HIF1-αとNotchシグナルの間には重要なクロストークがあり.全体として腫瘍細胞内で未分化な細胞状態を促進するように働いている。このように.血管新生阻害剤の治療的使用は.逆に腫瘍の可塑性や転移・浸潤の進行を促進することが考えられるようになった。 マイクロダイセクションによる個々のECの遺伝子解析とGB ECの遺伝子解析の結果.GB腫瘍のECの50-90％は腫瘍細胞に見られる遺伝子異常を持っており.共通の起源があることが示唆された。
さらに.マウス実験により.腫瘍由来の内皮細胞は腫瘍の起始細胞に由来し.ECと腫瘍細胞の細胞融合に由来しないことが明らかになった。また.同じ研究の中で行われた硝子体内分化実験では.GB腫瘍細胞のECへの分化には低酸素が決定的に重要であり.VEGFとは無関係であることが示唆された。腫瘍由来内皮細胞（TDEC）の形成は.抗VEGF受容体阻害剤に抵抗性であるだけでなく.その頻度が増加することがわかった。このことから.TDECは抗VEGF療法に対するGBの抵抗性に大きく寄与しており.GB治療のターゲットとなり得ることが推測される。概して.腫瘍細胞のVMは.侵襲的な癌の表現型の機能的可塑性をよく示しており.灌流を必要とする急速に成長する腫瘍にとって選択的な利点となる。VMは.他の血管系と直接的あるいは間接的に相互作用することができる腫瘍の血液供給のためのいくつかの供給源のうちの1つを提供することができます。その結果.先に述べたような様々な遺伝子変化が活性化され.腫瘍細胞の血管内皮移行性表現型が直接的に促進され.血管内皮移行が可能になることが分かっています。 治療の障害 先に述べたように.膠芽腫の分子生物学に関する詳細で正確な知識は.治療の進歩がないこととは対照的です。現在.分子生物学的知識が拡大するにつれ.より多くの潜在的標的が同定されており.重要なのは強力な阻害剤を開発し.それらを適切かつ標的に応じて効果的に組み合わせて使用することであると思われます。標的薬物送達の主な制限は.移動する原発性腫瘍GB細胞が正常組織に紛れ込んでいること.同定および標的化が困難であること.血管新生反応を惹起しないことである。2）治療分子は.腫瘍の中心部から離れた場所にある細胞も含め.侵入した細胞に到達するためにBBBを通過する必要がある。BBBは.腫瘍内でも様々な程度に調節されており.それ自体.治療用分子の脳への効果的な輸送の障害となることが知られており.腫瘍内のBBBを継続的に研究することは.腫瘍における効果的なドラッグデリバリーへの洞察をもたらすために必要である.3）GB治療研究のための理想的動物モデルが現在ない。 腫瘍細胞を標的とした細胞障害性薬剤に加え.壁様腫瘍細胞と内皮細胞の両方を標的とした複合的な抗血管療法が有望である。腫瘍細胞の可塑性を阻害する最も効率的な方法は.複数のシグナル伝達経路を同時に阻害することであると思われる。VMに決定的に関与していることが実験的に確認されている分子経路。VMに決定的に関与すると実験的に同定された分子経路は.臨床試験の失敗データとともに.腫瘍細胞の可塑性.薬剤耐性.腫瘍性血管新生.浸潤および転移を克服することを目的とした薬剤開発の戦略的ロードマップとして役立つはずである。癌細胞で再活性化する胚性経路.NotchとNodalに関する新しいデータは.胚性シグナルと癌性シグナルの収束を利用する貴重な治療標的を提供する可能性があります。これらの経路を抑制することで.体細胞の腫瘍形成が抑制され.幹細胞様の表現型が分化した細胞型に戻されるのです。ノッチ経路とVEGF経路を同時に標的とすることで.抗VEGF療法で癌幹細胞を標的とする.より実行可能な併用療法が可能になるかもしれない。 結論と今後の課題 数世紀にわたる研究により.侵襲性の高い新生物には高度な可塑性があることが示されてきた。近年.高度な分子ツールが加わり.腫瘍細胞の病態の正確なメカニズム.病因.意味がさらに解明されつつある。この間.放射線治療や血管新生阻害剤治療に対する抵抗性は.少数のGSCの存在と密接に関連していることが明らかにされています。しかし.抗VEGF療法単独での臨床治療は.患者の生存率や臨床転帰に有意な影響を与えないことが一般的でした。抗血管新生剤の存在下で生存し.休眠中の原発巣から再出現する能力の一部として.GSCsは代替血管形成を受け.壁画様細胞関連ネットワークを形成し.成長する腫瘍細胞の大部分に栄養を与えるのではないかと推測することは論理的である。腫瘍血管新生に関する文献から.腫瘍血管系は非常に複雑であり.血管新生.既存血管の共依存.腫瘍細胞と内皮の両方に覆われたモザイク血管.出生後の血管新生など.様々なソースに由来することが理解されている。さらに.最近の研究では.特定の癌において内皮様細胞.血管模倣細胞の腫瘍由来が示されており.遺伝的に不安定で不均質な血管系を標的とする戦略をさらに複雑にしている。 特に過去5年から10年の間に.GBのゲノム解析への取り組みが.この癌の理解に大きな進歩をもたらした。広範なゲノム解析により.GBの根底にある様々な分子変化の高解像度画像が得られ.この疾患は.組織学的に類似しているが分子的には異質な複数の疾患に相当することが示唆された。この新生物の異質性は.腫瘍内でも腫瘍間でも.有効な治療法の開発の難しさを際立たせ.腫瘍のアノテーションと試験や治療のための患者の層別化の両方を困難にしている。 膠芽腫の遺伝的基盤の理解には大きな進展があったが.既知のゲノム変化に基づく標的治療法の有効性はまだ証明されていない。高悪性度神経膠腫を「多形性」と呼ぶようになった形態的異質性は.分子レベルにも及んでいる。腫瘍内の不均一性と標的の協同性が多重依存状態を作り出し.単一標的の阻害剤では腫瘍の成長を有意に抑制することができない可能性があります。また.GBの多くの変異遺伝子の機能的な結果については.不完全にしか理解されていない。このような分子的不均一性がどのように現れるのか.また.これらの遺伝子変異がどのような機能的影響を及ぼすのかについては.現在ようやく研究が始まったばかりです。また.ユニークなゲノム変化を持つこれらの細胞集団が.独立した腫瘍として振る舞うのか.それとも互いに依存し合っているのかについても明らかではありません。GBの不均一性の分子基盤を理解することに加えて.神経膠腫の微小環境を構成する間質細胞や炎症細胞などの多様な非腫瘍細胞型の寄与と表現型を考慮することも重要であろう。神経膠腫の生物学を完全に理解するためには.ゲノム研究.疾患動物モデル.ヒト組織の慎重な研究など.総合的な研究が必要である。