JP2024503710A - 抗pd1薬に対するがん患者の応答の予測に役立つ、腸内ディスバイオシスの生物学的マーカー - Google Patents

抗pd1薬に対するがん患者の応答の予測に役立つ、腸内ディスバイオシスの生物学的マーカー Download PDF

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Abstract

本発明は、抗がん治療の分野に関する。特に本発明は、免疫チェックポイント阻害剤(ICI)に基づく治療の有効性における腸内微生物叢の役割に関するものであり、ある患者が、ICIに基づく治療、より厳密にはPD1またはPD-L1に向かう抗体の投与を含む治療からの利益を得る可能性が大きいかどうかを判断するための方法を提供する。本発明は、がん患者を、彼らがICIに基づく治療を受ける前の細菌補償の潜在的な必要性に従って層化する方法を提供する。本発明は、ある個人が腸内ディスバイオシスを持つかどうかを判断するための簡単な方法も提供する。

Description

本発明は、抗がん治療の分野に関する。特に本発明は、免疫チェックポイント阻害剤(ICI)に基づく治療の有効性における腸内微生物叢の役割に関するものであり、ある患者が、ICIに基づく治療、より厳密にはPD1またはPD-L1に向かう抗体の投与を含む治療からの利益を得る可能性が大きいかどうかを判断するための方法を提供する。
本発明は、がん患者を、彼らがICIに基づく治療を受ける前の細菌補償の潜在的な必要性に従って層化する方法を提供する。
本発明は、ある個人が腸内ディスバイオシスを持つかどうかを判断するための簡単な方法も提供する。
PD-1/PD-L1相互作用を標的とする免疫チェックポイント阻害剤(ICI)の開発が、進行した非小細胞肺がん(NSCLC)を持つ患者の治療状況を変えた(Herbst et al. 2016;Brahmer et al. 2015;Borghaei et al. 2015;Gandhi et al. 2018;Paz-Ares et al. 2018;Reck et al. 2016)。以前に治療を受けた進行したNSCLCを持つ患者で実施された画期的な試験は、PD-1/PD-L1阻害を利用すると標準的な化学療法と比べて優れた全生存期間(OS)になることを実証した(Herbst et al. 2016;Brahmer et al. 2015;Borghaei et al. 2015)。以前は治療できなかった進行したNSCLCを持つ患者を対象とした第III相無作為化試験からの未曾有のOS結果を受けて、ICIが、第1選択の設定において、腫瘍細胞表面の腫瘍PD-L1の発現が50%以上である患者のための単剤療法として、またはPD-L1発現とは無関係にプラチナ併用化学療法との組み合わせで承認された(Gandhi et al. 2018;Paz-Ares et al. 2018;Reck et al. 2016;Arielle Elkrief et al. 2020)。しかし患者の半数未満しか(35%)ICIに対する持続的奏功の利益を得られない(Gadgeel et al. 2020)。NSCLC患者の過半数は、一次または二次の耐性、または「ハイパープログレッション」と呼ばれる疾患の加速を示すことがある(Ferrara et al. 2018)。さらに、ICIに対する応答の現在のバイオマーカーは、低い感度と特異度のために満足のゆくものではないため、ICIに対する耐性の機構を理解して耐性のロバストなバイオマーカーを同定することが強く必要とされている。
一次耐性は、腫瘍細胞の少ない腫瘍変異量と乏しい固有抗原性(Riaz et al. 2017;Rizvi et al. 2015)、異常な抗原提示(Spranger, Bao, et Gajewski 2015)、T細胞の疲弊に関係する限定された腫瘍内浸潤(Smyth et al. 2016)、および免疫抑制性代謝経路(Koyama et al. 2016;Young et al. 2016)に帰されてきた。「がん免疫セット-ポイント」(その値を超えると腫瘍保持者で有効な免疫応答が起こることのできる閾値)の主要な調節因子を解明するため、高次元オミクス技術が現在開発されている(Chen et Mellman 2017)。
最近の一連のエビデンスは、がんを持つ患者において末梢免疫緊張(tonus)とICIの有効性に影響を与える腸内微生物叢の組成の生物学的重要性に向けられている。1013個の微生物からなるヒト腸内マイクロバイオームは宿主の多くのプロセス(代謝、炎症、蠕動、病原体と生体異物の排除、微生物抗原と食物抗原に対する寛容を維持するための免疫機能の成熟のほか、腸管上皮バリアの健康度が含まれる)を変化させる(Routy, Gopalakrishnan, et al. 2018)。より最近になり、腸内マイクロバイオームが意外なことにICIの有効性に影響を与えることが示された(Routy, Le Chatelier, et al. 2018)。第1に、前臨床モデルでは、無菌マウスまたは抗生剤(ATB)で治療したマウスを用いた実験により、ICIの抗腫瘍活性に腸内微生物構成要素の存在が必要とされることが解明された(Vetizou et al. 2015)。同様に、ICI開始前のATBは、さまざまなタイプのがん(黒色腫、進行したNSCLC、腎細胞癌(RCC)、および尿路上皮がん)の患者のいくつかのコホートにおいて、臨床上の利益と生存率を劇的に低下させた(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Gopalakrishnan et al. 2018;L. Derosa et al. 2018;Lisa Derosa et Zitvogel 2020)。この観察結果は前向き試験と大規模メタ分析において確認されたため、ICIの作用の免疫賦活モードにとって腸内微生物叢が有用である可能性があることを示唆する(Lurienne et al. 2020)。
この主張の裏づけとして、上皮腫瘍と黒色腫を持つ患者における抗PD-1/PD-L1抗体に対する一次応答は、少なくとも一部を腸内微生物叢の組成に帰することができることをわれわれと他の研究者たちは報告した(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Gopalakrishnan et al. 2018;Matson et al. 2018)。多様な微生物叢と、特定の細菌(アッカーマンシア・ムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)、ルミノコッカス属、またはビフィドバクテリウム属など)の存在が、ICIに対する改善された臨床応答と関係しており、全身性免疫緊張の増大と相関していた(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Gopalakrishnan et al. 2018;Matson et al. 2018)。われわれの以前の研究は、難治性NSCLCまたはRCCと診断されて第2選択または第3選択の治療として抗PD-1抗体で治療された100人の患者のメタゲノミクスに基づくマイクロバイオームのプロファイリングを報告しており、A.ムシニフィラ(Akk)の占有率が、部分奏功または安定を示す患者では、進行した患者と比べて増大していると結論した(それぞれ61%と34%、p=0.007)(Routy, Le Chatelier, et al. 2018)。Akkは、NSCLCを持つ60人の患者のサブグループを分析したとき、無増悪生存期間(PFS)が3ヶ月超の患者でも過剰に存在していた(Routy, Le Chatelier, et al. 2018)。別の1つの群で37人のNSCLC患者の糞便の16S rRNA遺伝子アンプリコンのシークエンシングを実施し、AkkがICIに応答する患者において豊富であることを確認した(Jin et al. 2019)。アビラテロンで治療した前立腺腺癌を持つ患者では、腸内Akkは治療反応とも相関していた(Daisley et al. 2020)。Akkは、(無疾患百寿者におけるその存在によって示されるように)臨床試料において、低いボディ・マス指数、フィットネス、一般的な健康、およびサクセスフル・エイジングと関連づけられてきた(Santoro et al. 2018)。動物モデルにおいて、Akk補充は、肥満(Zhou et al. 2020)とその合併症を減らし、神経変性障害を緩和し(Blacher et al. 2019)、早老症に対抗する(Barcena et al. 2019)。したがってAkkをメタ生物におけるホメオスタシスの潜在的な主要調節因子と見なすことができよう。
合わせると、地理的分布がさまざまな小さなコホートにおけるこれらの予備的結果は、腸内マイクロバイオーム組成が、より具体的には診断時のAkkの存在が、進行したNSCLCと他のがんを持つ患者のICIに対する応答を予測する潜在的なバイオマーカーになりうるかどうかという疑問を提起する。この仮説を検証するため、われわれは前向き多施設研究を実施し、抗PD-1抗体で治療した進行したNSCLCを持つ311人の患者でメタゲノミクスに基づくマイクロバイオームのプロファイルを分析した。
発明者らは、1人のがん患者からの糞便サンプル中のアッカーマンシア・ムシニフィラの不在がPD1阻害に対する耐性を意味することを以前に示した(WO2018115519)。
発明者らは、下に報告する実験において、驚くべきことに、悪い転帰と相関していた高レベルのアッカーマンシア・ムシニフィラを有する一群の患者を同定した。
そこで発明者らは、患者を三分法でAkkの個人、Akk(75パーセンタイル未満)の個人、およびAkk(75パーセンタイル超)の個人に層化することを考えたところ、全生存期間に関して二分法(Akk対Akk)の分割よりも正確な独立な予測因子が生成した。この3つの群への患者層化を利用すると、アッカーマンシア・ムシニフィラのレベルが、PD-1阻害を利用した免疫療法を受けている患者に関する予後のより信頼できるバイオマーカーであっただけでなく、PD-L1が2L以上のNSCLC患者におけるICIに対する応答の予測バイオマーカーであることが否定されさえした。
次いで発明者らは、アッカーマンシアSGB9228がアッカーマンシア・ムシニフィラと同じ振る舞いをすること、すなわち腸内の「正常レベル」のA.ムシニフィラ(A.ムシニフィラ)またはアッカーマンシアSGB9228(A.SGB9228)の存在を、宿主の腸健康度の1つの代替指標と見なせることを実証した。逆に、宿主腸内微生物叢の中にアッカーマンシア属の細菌が不在である、または過度に高レベルで存在している(特に過度に高レベルのA.ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228)と、宿主はICI療法に応答するのに細菌補償を必要とする。
したがって第1の側面によれば、本発明は、あるがん患者が免疫チェックポイント阻害剤(ICI)に基づく療法に対する良いレスポンダーである可能性が大きいかどうかを判断するインビトロセラノスティクス法に関するものであり、この方法は、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア属の細菌(例えばアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228)の相対量を測定することを含み、前記アッカーマンシアが所定の閾値未満で存在することが、前記患者がICIに基づく前記療法に対する良いレスポンダーである可能性が大きいことを示している。
下記の実験部分に示されているように、腸内の正常レベルのアッカーマンシア・ムシニフィラ(Akk)および/またはアッカーマンシアSGB9228(Akk.SGB9228)の存在は、宿主の腸健康度と免疫細胞が侵入した微小環境の代替指標と見なすことができ、そのことによってICI治療に応答する可能性が大きい患者が同定される一方で、アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228のは、超生理学的レベルであると悪い予後を示しており、それはATBまたは他の有害因子によって誘導される腸の傷治癒を反映している可能性がある。したがって腸内マイクロバイオームの中のアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の不在と過剰な存在の両方とも、患者が、ICIに基づく治療に応答する可能性を改善するためにはICIに基づくその治療を始める前に補償微生物治療を受けるべき状況であることを証明している。
そこで本発明は、あるがん患者がICIに基づく療法の投与前に細菌補償を必要とするかどうかを判断する方法にも関係しており、この方法は、患者からのサンプル中でアッカーマンシアの相対量を測定することを含み、
(i)アッカーマンシアがサンプル中に存在しない場合には、患者は、ICI投与の前に少なくともアッカーマンシア属の細菌を用いた細菌補償を必要とし;
(ii)アッカーマンシア属の細菌が所定の閾値未満でサンプル中に存在する場合には、患者はICI投与の前にいかなる細菌補償も必要とせず;
(iii)アッカーマンシア属の細菌が所定の閾値を超えてサンプル中に存在する場合、特にこの過剰な存在が、抗生物質曝露の結果である、および/またはガンマプロテオバクテリア綱および/またはデスルホビブリオ科に属する種の過剰な存在に関係する場合には、患者は、多微生物共同体(特に複合多微生物共同体、すなわち少なくとも5つ、好ましくは少なくとも7つ、例えば10種類超の異なる微生物株)を用いた細菌補償、および/または健康な個人からの、またはICIに基づく前記療法にうまく応答したがん患者からの糞便微生物移植(FMT)を通じた細菌補償を必要とする。
下に報告する実験は、75パーセンタイル以内の相対量のアッカーマンシア・ムシニフィラと糞便のアルファ多様性(シャノン多様性指数)の関連性によって示されるように、アッカーマンシア・ムシニフィラが腸内に棲息していることが腸エコシステムの豊かさの間接的マーカーであることも示す。その結果として、アッカーマンシア・ムシニフィラのレベルを測定して腸内ディスバイオシスを迅速かつ容易に同定することができる。これは、微生物叢を中心とするあらゆる介入にとって非常に有用である。
したがって本発明の別の1つの側面は、ある個人が腸内ディスバイオシスを持つかどうかを判断する方法であり、この方法は、前記個人からのサンプル中で、アッカーマンシア、特にアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の相対量を測定することを含み、アッカーマンシア属の前記細菌の存在が所定の閾値未満であることが、腸内微生物叢ディスバイオシスが存在していないことを示しており、アッカーマンシア属の細菌(特にアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228)が不在であること、または所定の閾値を超えてそれが存在することが、腸内ディスバイオシスであることを示している。
本発明は、自らの腸内微生物叢にアッカーマンシア属、特にアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228が過剰に存在しているがん患者を(ICI治療の前に、およびICI治療との組み合わせで)治療するため、多微生物共同体またはFMTを特に健康な個人からの材料、またはICIに基づく療法にうまく応答したがん患者からの材料とともに使用することにも関する。
本発明の別の1つの側面は、自らの腸内微生物叢にアッカーマンシア・ムシニフィラもアッカーマンシアSGB9228も棲息していないがん患者を(ICI治療の前に、およびICI治療との組み合わせで)治療するためのアッカーマンシア属の細菌(特にアッカーマンシアSGB9228および/またはアッカーマンシア・ムシニフィラ)を含む細菌組成物である。より具体的には、アッカーマンシアSGB9228(Akksp2261など)の凍結乾燥されてカプセル化された株を治療用に補充すると、特にそれがマイクロバイオームを好ましい健康関連種(すなわちインテスティニモナス・ブチリシプロドゥセンス、オドリバクター・スプランクニカス、パラステレラ・エクスクレメンティホミニス、ロゼブリア・フェシス)へとシフトさせるとき、ATBに曝露されていなくて内在性アッカーマンシア・ムシニフィラと内在性アッカーマンシアSGB9228が欠如している前記患者に利益をもたらす。
図1 糞便のA.ムシニフィラ(Akk)はICIの臨床上の利益と関係している。
A~B 1L+2L(n=338)および1L免疫療法NSCLC(n=86)の患者における糞便のAkkとORRの間の相関。CR;完全奏功。PR;部分奏功、SD;安定、PD;進行をカイ二乗検定を用いて分析。P値は、多重比較のための調整なしの両側である。C~D Akkの状態による、1L+2L(n=338)と2L(n=243)の全生存率(OS)のカプラン・マイヤー曲線とコックス回帰分析。Akkの状態は層別ログランク検定を用いて比較した。P値は調整なしの片側である。E.1L免疫療法(IO)におけるOSが12ヶ月未満の患者と12ヶ月超の患者の間のAkkの腸占有率の差をカイ二乗検定を用いて分析。P値は、多重比較のための調整なしの両側である。F~H.44人のNSCLC患者のサブグループ(17人の非転移患者と27人の転移患者、表6)における腫瘍生検のRNAシークエンシング。F.Akkの腸占有率に応じて発現が異なる遺伝子の主成分分析(PCoA)であり、Oncomine Immune Response Research Assayの395免疫関連遺伝子選択を利用しており、ユークリッド距離を用いたPERMANOVA検定を通じ、マン-ホイットニーのp値<0.10を用いて有意差を示す。G.(Akk+患者とAkk-患者の間で)発現が異なる遺伝子産物の規格化後のヒートマップであり、カテゴリーによって分類されている。H.Akk 群ごとの、すなわちAkk+患者(n=22)とAkk-患者(n=22)(表6)での、選択された遺伝子発現値の箱ひげ図。群の間の差はマン-ホイットニー検定で評価した。C-X-Cモチーフケモカインリガンド10(CXCL10)、C-X-Cモチーフケモカインリガンド9(CXCL9)、グアニル酸結合タンパク質1(GBP1)、血管細胞接着タンパク質1(VCAM1)、C-Cケモカイン受容体5型(CCR5)、グランザイムH(GZMH)。箱の中央の線は中央値を表わす。下側と上側のヒンジは、第1と第3四分位数(25パーセンタイルと75パーセンタイル)に対応する。上側のひげはヒンジから最大値まで延びるが、ヒンジから1.5×IQRを超えない(ただしIQRは、四分位数内の範囲、すなわち第1と第3四分位数の間の距離である)。下側のひげはヒンジから最小値まで延び、最大でヒンジの1.5×IQRまでである。ひげの末端を超えるデータは「外れ」点と呼ばれ、個別にプロットされる。
図2 Akkの相対量はICIの予後マーカーである。
A. Akk群とAkk群について各サブグループの中でOSが12ヶ月未満または12ヶ月以上の間の主座標分析(PCoA)によって表わされるブレイ-カーティス指数によって測定したベータ多様性。OS;全生存期間。p値はPERMANOVAを用いて999の並べ替えで計算した。B.2つの変数、すなわち338人の患者のコホート全体の中のOSが12未満または12以上とAkkの相対量を並べたカーネル密度推定。利用した検定は2×2分別表での両側フィッシャーの正確検定であった。この検定のための調整は必要なかった。C.77パーセンタイルに従う検出可能なAkkを有する患者におけるAkkの相対量の分布(左のグラフ)と、Akk相対量の3つの群それぞれの中の患者の割合(右のグラフ)。Akk:Akkを検出できない、Akk:Akk相対量が0.035~4.799%、Akk:4.799%(77パーセンタイル)超。箱ひげ図の下側と上側のヒンジはそれぞれ25パーセンタイルと75パーセンタイルに対応する。中央の線は中央値である。上側と下側のひげはヒンジから最大(または最小)値まで延びるが、ヒンジから、25パーセンタイルと75パーセンタイルの間の距離として定義される四分位数の1.5倍の範囲を超えない。D~F.338人のNSCLC患者における全生存率のカプラン・マイヤー曲線とコックス回帰多変量解析であり、3つの群(Akk、Akk、およびAkk)に分別したAkk相対量による場合(D)と、さらにPD-L1発現を考慮した場合(F)を示す。Akkの状態は、層別ログランク検定を利用して比較した。P値は調整なしの片側である。3つの群(Akk、Akk、およびAkk)に分別したAkk相対量と、関連する他のあらゆる臨床パラメータによる、338人のNSCLC患者における全生存率のコックスロジスティック回帰多変量解析(E)。P値は、コックス比例ハザード回帰モデルの中のあらゆる共変量を含めワルド検定を用いて計算した。正確なP値は表4の中にある。OS:全生存率。ECOG;eastern cooperative oncology groupパフォーマンスステータス。ATB:抗生剤。G.2つの群(AkkとAkk)に分別したAkk相対量とATB使用(noATB:ATBへの曝露なし、ATB:ICIを開始する前2ヶ月以内に抗生剤曝露)による患者の分布。H.3つの群(Akk、Akk、およびAkk)に分別したAkk相対量とATB使用(noATB n=269、上のグラフと、ATB n=69、下のグラフ)による、338人のNSCLC患者での全生存率のカプラン・マイヤー曲線とコックス回帰多変量解析。Akkの状態は、層別ログランク検定を利用して比較した。P値は調整なしの片側である。
図3 Akk関連エコシステムの他の構成要素に基づく臨床転帰の層化。
A.Akkとの関連性、すなわちAkkが豊富なエコシステムと有意に関連している種であるか、そのエコシステムから除外される種(Akk、濃い点、Akk、下線)であるかに基づいて338人の患者のベースライン糞便試料の中の(占有率が2.5%超の)分類学的種をその相対量に従って分離するためのボルケーノプロット(Maaslin2統計分析における倍数変化(FC)とp値を示す)。P値は、帰無仮説を検定し、両側検定を用いて計算した。B、D、F.LEfSeモデル、MaAsLin2、およびボルケーノプロット/ANOVA 表7)に示されている有益な細菌または有害な細菌の相対量の三分法分布(検出不能な細菌:、および)による、338人のNSCLC患者におけるカプラン・マイヤー全生存率曲線。三分法分布を層別ログランク検定を用いて比較した。P値は調整なしの片側である。C、E、G.ORRとOSに対するAkk関連効果における二分法パターン(存在/不在)での(表8に示されている)Akkに関連する付随細菌の影響を示しており、カイ二乗検定(ORRについて、左のグラフ、P値は多重比較のための調整なしの両側である)を利用。カプラン・マイヤー曲線(右のグラフ、三分法分布は層別ログランク検定を用いて比較した。P値は調整なしの片側である)についてはコックス回帰多変量解析。CR;完全奏功。PR;部分奏功、SD;安定、PD;進行。
図4 NSCLC ONCOBIOTICSコホート全体での糞便回収を記述するConsortダイヤグラム。
糞便の入手可能性、アッカーマンシア・ムシニフィラ(Akk)の存在、および腫瘍PD-L1の発現レベルに応じて患者をONCOBIOTICS研究(n=493)に組み込むためのConsortiumダイヤグラム。V1:ベースライン糞便サンプル。V2;免疫チェックポイント阻害剤を最初に注射する前;MGS:メタゲノムシークエンシング。Akk:Akkの検出;Akk:診断時にショットガンメタゲノミクスシークエンシング(MGS)分析によってAkkが検出されない。
図5 患者における糞便A.ムシニフィラ(Akk)とICIに対する臨床的利点の間の関連性のMetaOMineRに基づく分析。
A~B.1+2LのNSCLC患者(N=338、A~B)におけるAkkの糞便占有率(MetaOMineRパイプライン)とORRの間の相関(A)、またはOS(B)であり、MetaOMineRアルゴリズム(INRAE)でのAkkのMGS同定に基づく。2つの群で分析した検出可能なAkkまたは検出不能なAkk(AkkまたはAkk)のカイ二乗検定(A)と、カプラン・マイヤー曲線に示されている全生存期間(OS)中央値に関するコックス回帰分析(B、左のグラフ)、または3つの群への分別(Akk、Akk、およびAkk)の場合(B、右のグラフ)。カイ二乗検定のP値は多重比較のための調整なしの両側である(A)。Akkの状態は層別ログランク検定を用いて比較した。P値は調整なしの片側である(B)。C.アバターマウスの実験設定。Akkの存在または不在に従って分別したNSCLC患者のFMT(表6)を、MCA-205腫瘍を担持するC57BL/6マウスに入れる。治療は、矢印(ATB、FMT、抗PD-1(ICI)mAb、またはアイソタイプ対照mAb(Iso))によって示されている。D.アイソタイプCtl治療マウスと抗PD-1 mAb治療マウスにおける、Akkの占有率ごとの、FMTの各群でのMCA-205腫瘍の増殖動態。データは、6匹の動物/群の中の腫瘍サイズの平均値±SEMとして表わす。(NSCLC患者の異なる糞便を使用した)少なくともn=8回の実験(6匹のマウス/群を含む)の連結。FMT Akk(D、左のグラフ)とAkk+(D、右のグラフ)での腫瘍サイズが示されており、各点は1匹のマウスを表わす。統計は、長手方向腫瘍増殖分析のための特別なソフトウエアを用いた混合効果モデリングであった((https://kroemerlab.shinyapps.io/TumGrowth/)。P値が示されている。E.(表6の患者に由来する)FMTに使用した糞便の各カテゴリーにおいて応答したマウス(抗PD-1 mAb治療群における対照の平均と比べて25%超の腫瘍縮小)と患者(ORR)の割合。CR;完全奏功。PR;部分奏功、SD;安定、PD;進行。
図6 Akk糞便を特徴づけるメタゲノム種と患者の生存。
糞便試料(N=338)のAkk群とAkk群の中の糞便アルファ多様性を表わすシャノン多様性指数(A、上図)。1+2Lのコホート全体におけるAkk群とAkk群の間の主座標分析(PCoA)によって表わされるブレイ-カーティス指数によって測定したベータ多様性(A、下図)。p値は、PERMANOVAを用いて999の並べ替えで計算した。箱ひげ図の下側と上側のヒンジはそれぞれ25パーセンタイルと75パーセンタイルに対応する。中央の線は中央値である。上側と下側のひげはヒンジから最大(または最小)値まで延びるが、ヒンジから、25パーセンタイルと75パーセンタイルの間の距離として定義される四分位数内の範囲の1.5倍を超えない。P値は、帰無仮説を検定し、両側検定を利用して計算した。正確なp値:3.84573e-05。B~C.A.ムシニフィラ(Akk)の存在(B)と、Akk+群(C、左のグラフ)とAkk-群(C、右のグラフ)の中の12ヶ月の時点のOS(C)に従い、有効サイズの線形判別分析(LEfSe)によって測定したメタゲノム種の存在量の差。LDA:線形判別分析。OS:全生存期間。P値は、両側ノンパラメトリック要因クラスカル-ウォリス(KW)順位和検定を用いて計算した。#偽発見率(FDR)調整済みp値を0.2未満にした多変量解析(ANCOM-BC/Maaslin2)。
図7 Akk相対量に従って分別した、NSCLC患者の糞便における組成の分類学的差。
A.3つの群、すなわちAkk:Akkを検出できない、Akk:A.ムシニフィラの相対量が0.035~4.799%(陽性サンプルの77パーセンタイル未満)、およびAkk:4.799%(77パーセンタイル超)に分別したAkk相対量によるアルファ多様性(N=338)。箱ひげ図の下側と上側のヒンジはそれぞれ25パーセンタイルと75パーセンタイルに対応する。中央の線は中央値である。上側と下側のひげはヒンジから最大(または最小)値まで延びるが、ヒンジから、25パーセンタイルと75パーセンタイルの間の距離として定義される四分位数内の範囲の1.5倍を超えない。P値は、両側ノンパラメトリックウィルコクソンウィルコクソン順位和検定を用いて計算した。B~C.AkkとAkkの間(B)と、AkkとAkkの間(C)のPCoAを用いたベータ多様性。p値は、PERMANOVAを用いて999の並べ替えで計算した。PERMANOVA検定でオブジェクトの群を比較し、群の重心と分散が同等であるという帰無仮説を検定する。P値は、実際のF検定を、群間のオブジェクトのランダムな並べ替え(この場合には999)から得られた結果と比較することによって計算する。pが0.05未満である場合には、帰無仮説は棄却され、群の間の重心と分散は同等でないと結論される。D~E.AkkとAkkの間(D)と、AkkとAkkの間(E)の、Akk相対量による分類学的糞便組成の変数重要度プロット(VIP)判別分析。細菌占有率と存在量の差が倍数比でこれらVIPプロットに示されている。VIP:変数重要度プロット。*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001。P値は、両側ノンパラメトリックウィルコクソン順位和検定を用いて計算した。#偽発見率(FDR)調整済みp値を0.2未満にした多変量解析(ANCOM-BC/Maaslin2)
図8 生存率とマイクロバイオーム組成に対するATBとA.ムシニフィラの間の相互作用。
A.検出可能なAkkと検出不能なAkk(AkkとAkk)およびATBの使用(noATB:ATBへの曝露なし。ATB:ICIを開始する前2ヶ月以内に抗生剤曝露)による、n=338人の患者における全生存率のカプラン・マイヤー曲線とコックス回帰分析。Akkの状態とATBの使用を層別ログランク検定を用いて比較した。P値は調整なしの片側である。B.ATBに曝露された患者または曝露されていない患者からの糞便試料のAkk群とAkk群における糞便アルファ多様性を表わすシャノン多様性指数(N=338)。箱ひげ図の下側と上側のヒンジはそれぞれ25パーセンタイルと75パーセンタイルに対応する。中央の線は中央値である。上側と下側のひげはヒンジから最大(または最小)値まで延びるが、ヒンジから、25パーセンタイルと75パーセンタイルの間の距離として定義される四分位数内の範囲の1.5倍を超えない。P値は、両側ノンパラメトリックウィルコクソン順位和検定を用いて計算した。C.n=338人の患者において、12ヶ月の時点の全生存とATBへの曝露の有無によるAkkの相対量(平均値±SEM)を表わす箱ひげ図。箱ひげ図の下側と上側のヒンジはそれぞれ25パーセンタイルと75パーセンタイルに対応する。中央の線は中央値である。上側と下側のひげはヒンジから最大(または最小)値まで延びるが、ヒンジから、25パーセンタイルと75パーセンタイルの間の距離として定義される四分位数内の範囲の1.5倍を超えない。利用した検定は、クラスカル-ウォリス、両側、有意性レベル5%であった。多重比較のための調整はしなかった。
図9 アッカーマンシアp2261がマウスマイクロバイオームの組成を変化させ、PD-1阻害に対する応答性を救った。
A.実験の設定。マウスにおいて、ATBの3日後、FMTを、Akk(AkkとAkk)に従って分類した患者の糞便を用いる経口強制投与によって実施した。14日後にMCA-205腫瘍を皮下接種し、マウスを3日ごとに抗PD-1またはiso-対照mAbで4回治療すると同時に、アッカーマンシアp2261を3日ごとに4回経口補充した。B~D.アッカーマンシアp2261の補充あり、またはなしの各FMT群(AkkとAkk)のほか、SPF条件(FMT-)で育てられた動物について、抗PD-1 mAbを治療用に4回注射してから12日後の平均MCA-205腫瘍のサイズ±SEMが示されている。Iso群ではn=53匹のマウス、Iso FMT+群ではn=51、抗PD-1群と抗PD-1 FMT+群ではn=56を用いた25回超の実験の連結。各実験は6匹のマウス/群を含み、それぞれのFMTについて少なくとも2回実施した(表7)(B)。FMT Akk(C左、n=72匹/群;C右、Iso群ではn=49、他の群ではn=48)とFMT Akk(D上、n=6匹/群、D下、Iso群と抗PD-1群ではn=12、抗PD-1+アッカーマンシアp2261ではn=14)による腫瘍のサイズが示されており、各点は1匹のマウスを表わす。統計は、長手方向腫瘍増殖分析のための特別なソフトウエアを用いた混合効果モデリング((https://kroemerlab.shinyapps.io/TumGrowth/)(D)と、(複数の群についてダンの検定を用いてクラスカル-ウォリス検定を実施した後に)2つの独立な群を比べるマン-ホイットニー U検定(B~C)であった。ns=有意差なし。E.FMTにおけるPD-1 mAbの12~15日後の時点のAkkp2261に関連した腫瘍縮小の比のクラスターマップであり、SPFマウスで得られた比に規格化されている。相対的な腫瘍サイズ縮小は灰色コードに従う(濃いほど程度が大きい;R、レスポンダー))。29回のFMTをAに従って実施した。N=合計29~30匹のマウス/群。各実験に6匹のマウス/群が含まれており、実験はそれぞれの腫瘍モデルについて2~3回実施した(E、左図)。4回の抗PD-1 Abの注射と、アッカーマンシアp2261の4回の経口強制投与から12日後の時点でレシピエントアバター腫瘍担持者から回収した糞便の遺伝子アンプリコンの16S rRNAシークエンシングが、薄い灰色(R)と濃い灰色(NR)の群に分けられている。判別メタゲノム種を分けるVIPプロットであり、経口アッカーマンシアp2261に応答したマウス(R、薄い灰色の棒)または応答しなかったマウス(NR、濃い灰色の棒)の群に分別される。(E、右図)。星印は、10%のFDRなしの有意なマン-ホイットニーU検定を表わす。*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001。P値は、両側ノンパラメトリックウィルコクソン順位和検定を用いて計算した。多重比較のための調整はしなかった。
図10 Akk相対量はICIの予後マーカーである。3つの群(Akk、Akk、およびAkk)と、2つの分岐群SGB9226(A.ムシニフィラの代替物)およびSGB9228に分別したAkk相対量による、NSCLC患者における全生存率のカプラン・マイヤー曲線。
図11 SPFマウスと非レスポンダー患者からのFMTを受けたマウスにおいてアッカーマンシアの株がチェックポイント阻害に対する治療応答に及ぼす効果。ATBで治療したマウスに1人の非レスポンダー患者だけからの糞便微生物移植をした後、MCA-205肉腫とPD-1阻害を接種した場合の腫瘍サイズを示す(各群でn=6)。1つの代表的な実験が示されている。アッカーマンシア株2261、5801、5126、4531、または3284の添加によって腸内ディスバイオシスの補償を試みた。分散分析の統計 *p<0.05、**p<0.01、***p<0.001。
図12 いくつかの片利共生細菌に曝露された骨髄由来樹状細胞(BM-DC)(MOI 1:20)によるIL-12産生。骨髄-樹状細胞をGM-CSF/IL-4の中でのインビトロ培養によって取得し、(x軸に並べた)アッカーマンシアの生きた株とともに1時間刺激し、次いでそれをその後適切なATBによって中和した後、24時間の時点で上清を回収し、市販のELISAによってIL-12p70の濃度をモニタした。分散分析の統計 *p<0.05、**p<0.01、***p<0.001。
図13 アッカーマンシアの両方の種(SGB9226/9228、左上のグラフ)、アッカーマンシア・ムシニフィラ株(アッカーマンシアSGB9226、右上のグラフ)、アッカーマンシアSGB9228株(左下のグラフ)のいずれかを認識するプライマー、またはp2261株に対して特異的なプライマー(右下のグラフ)のいずれかを用いてqPCRに基づいて同定したアッカーマンシア・ムシニフィラ株(5801、5126、および5145)またはアッカーマンシアSGB9228株(4531と2261)。
本明細書では、以下の一般的な定義を用いる:
腸内微生物叢
「腸内微生物叢」(以前は腸内フローラまたはマイクロフローラと呼ばれていた)は、動物界に属する任意の生物(ヒト、動物、昆虫など)の腸に棲息する微生物の集団を意味する。各個人は独自の微生物叢組成を持つ(合計で400~500の異なる細菌種/個人のうちで60~80の細菌種が、サンプリングした集団の50%超で共有されている)が、腸内微生物叢は常に似た主要な生理学的機能を果たしており、個人の健康に直接影響を与える:
・腸内微生物叢は、胃と小腸が消化できないある食品(主に消化されない繊維)の消化に寄与する;
・腸内微生物叢は、いくつかのビタミン(BとK)の産生に寄与する;
・腸内微生物叢は、他の微生物からの攻撃から保護し、腸粘膜の完全性を維持する;
・腸内微生物叢は、適切な免疫系の発達に重要な役割を果たす;
・健康で多様でバランスの取れた腸内微生物叢は、適切な腸機能を保証する鍵である。
腸内微生物叢は、身体が正常に機能する上で主要な役割を果たしていることと、さまざまな機能を実現していることが考慮され、今や1つの「器官」と見なされている。しかし腸内微生物叢は「獲得された」器官である。というのも、赤ん坊は無菌で誕生するからである。すなわち腸への定着は誕生の直後に始まり、その後変化していくからである。
腸内微生物叢の発達は誕生時に始まる。子宮内は無菌であるため、新生児の消化管には、送達が起こる環境(空気など)である母親(膣、皮膚、乳房など)からの微生物が素早く定着する。3日目からは、腸内微生物叢の組成は、乳児がどのように栄養を摂るかに直接依存する。例えば母乳で育った赤ん坊の腸内微生物叢は、乳児用調整乳で育った赤ん坊と比べて主にビフィドバクテリウム属に支配されている。
腸内微生物叢の組成は誕生から老年まで生涯を通じて変化しており、異なる環境の影響の結果である。腸内微生物叢のバランスは加齢していく間に影響を受ける可能性があるため、その帰結として老齢者はより若い成人と比べて実質的に異なる微生物叢を持つ。
優勢な腸内微生物叢の一般的な組成はたいていの健康な人で似ている(4つの主要な門、すなわちファーミキューテス、バクテロイデス、アクチノバクテリア、およびプロテオバクテリア)が、種レベルの組成は高度に個別化されており、主に個人の遺伝子、環境、および食事によって決まる。腸内微生物叢の組成は、一時的または恒久的に食品成分に合ったものになる可能性がある。例えば日本人は、彼らの微生物叢が海洋細菌から獲得した特殊な酵素のおかげで海藻(彼らの毎日の食事の一部)を消化することができる。
ディスバイオシス
腸内微生物叢は変化に適応できるため大きな復元能力を持つが、いくつかの特定の状況ではその組成のバランスが崩れる可能性がある。これは「ディスバイオシス」と呼ばれており、腸内の潜在的に「有害な」細菌と「有益な」細菌の間の平衡が乱れ、または主要な細菌群の組成と多様性に関して「健康な」微生物叢と見なされている状態からのあらゆるずれを意味する。ディスバイオシスは健康問題(機能性腸障害、炎症性腸疾患、アレルギー、肥満、および糖尿病など)と結びついている可能性がある。ディスバイオシスは治療(細胞傷害性治療または抗生剤治療など)の帰結である可能性もある。
免疫チェックポイント阻害剤
本明細書では、「免疫チェックポイント阻害剤」または「ICI」、「免疫チェックポイントを阻止する薬」、または「免疫チェックポイントブロッカー」または「免疫チェックポイント阻害薬」は、免疫チェックポイントを阻害する任意の薬、分子、または組成物を意味する。特に、前記用語は、抗PD1抗体、抗PD-L1抗体(アテゾリズマブまたはデュルバルマブなど)、抗CTLA-4抗体、および抗PD-L2抗体を包含する。より具体的には、前記用語として、抗PD1モノクローナル抗体(ニボルマブまたはペムブロリズマブなど)が可能である。
「抗PD1/PD-L1 Abに基づく療法」は、本明細書では、PD1またはPD-L1に拮抗するあらゆる薬を意味する。PD1またはPD-L1に拮抗する現在使用されている薬はモノクローナル抗体だが、PD1、PD-L1に特異的に結合する他の分子を用いて将来のICI(例えば抗体断片または特別に設計されたアプタマーなど)を開発できる可能性がある。もちろん、「抗PD1/PD-L1 Abに基づく療法」という表現は、PD1またはPD-L1に拮抗する活性分子を用いたあらゆる療法を包含する。
がん、治療など
本明細書では、「がん」は、あらゆるタイプのがんを意味する。特に、がんとして固形がんまたは非固形がんが可能である。がんの非限定的な例は、癌腫または腺癌(乳がん、前立腺がん、卵巣がん、肺がん、膵臓がん、または大腸がん、肉腫、リンパ腫、黒色腫、白血病、胚細胞がん、および芽腫など)である。
免疫系はがんに対して二重の役割を果たす。すなわち免疫系は腫瘍細胞の増殖を阻止し、しかも腫瘍細胞の免疫原性も生じさせる。したがって免疫チェックポイントを阻害する薬を用いてほぼあらゆるタイプのがんを治療することができる。したがって本発明による方法は、がんを持つ患者にとって潜在的に有用であり、そのがんの選択は、副腎皮質がん、肛門がん、胆管がん(例えば末梢(periphilar)がん、遠位胆管がん、肝内胆管がん)、膀胱がん、骨がん(例えば骨芽細胞腫、骨軟骨腫、血管腫、軟骨粘液線維腫、骨肉腫、軟骨肉腫、線維肉腫、悪性線維性組織球腫、骨の巨大細胞腫、脊索腫、リンパ腫、多発性骨髄腫)、脳と中枢神経系のがん(例えば髄膜腫、星細胞腫、乏突起膠腫、上衣腫、神経膠腫、髄芽腫、神経節膠腫、シュワン細胞腫、胚細胞腫、頭蓋咽頭腫)、乳がん(例えば非浸潤性乳管癌、浸潤性乳管癌、浸潤性小葉癌、非浸潤性小葉癌、女性化乳房)、キャッスルマン病(例えば巨大リンパ節過形成、血管濾胞性リンパ節過形成)、子宮頸がん、結腸直腸がん、子宮内膜がん(例えば子宮内膜腺癌、腺棘細胞腫(adenocanthoma)、乳頭状漿液性腺癌、明細胞)、食道がん、胆嚢がん(粘液腺癌、小細胞癌)、消化管カルチノイド腫瘍(例えば絨毛がん、破壊性絨毛腺癌)、ホジキン病、非ホジキンリンパ腫、カポジ肉腫、腎臓がん(例えば腎細胞がん)、咽頭と下咽頭のがん、肝臓がん(例えば血管腫、肝腺腫、限局性結節性過形成、肝細胞癌)、肺がん(例えば小細胞肺がん、非小細胞肺がん)、中皮腫、形質細胞腫、鼻腔と副鼻腔のがん(例えば嗅神経芽腫、正中肉芽腫)、上咽頭がん、神経芽腫、口腔と咽頭のがん、卵巣がん、膵臓がん、陰茎がん、下垂体がん、前立腺がん、網膜芽細胞腫、横紋筋肉腫(例えば胎児性横紋筋肉腫、胞巣性横紋筋肉腫、多形性横紋筋肉腫)、唾液腺がん、皮膚がん(例えば黒色腫、黒色腫皮膚がん)、胃がん、精巣がん(例えばセミノーマ、非セミノーマ生殖細胞がん)、胸腺がん、甲状腺がん(例えば濾胞癌、退形成性癌、低分化癌、甲状腺髄様癌、甲状腺リンパ腫)、膣がん、陰門がん、および子宮がん(例えば子宮平滑筋肉腫)の中からなされる。より具体的には、本発明の方法を用いて免疫チェックポイントを標的とする薬に対する患者の応答を予測し、最適化することができる。ただしその患者が持つがんの選択は、転移性黒色腫、非小細胞肺癌(NSCLC)、小細胞肺がん(SCLC)、中皮腫、膀胱がん、腎細胞癌、頭頸部がん、食道がんと胃がん、直腸がん、肝細胞癌、肉腫、ウィルムス腫瘍、ホジキンリンパ腫、ALK-神経芽腫、(ホルモン抵抗性)前立腺がん、およびGISTからなるグループからなされる。
他の定義は、必要なときに下でなされるであろう。
第1の側面によれば、本発明は、あるがん患者が、免疫チェックポイント阻害剤(ICI)に基づく療法に対する良いレスポンダーであるかどうかを判断するインビトロセラノスティクス法に関するものであり、この方法は、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の相対量を測定することを含み、アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228が所定の閾値(「上閾値」)未満で存在していることが、前記患者がICIに基づく療法に対する良いレスポンダーである可能性が大きいことを示している。
アッカーマンシア・ムシニフィラとアッカーマンシアSGB9228は2つの最も優勢なアッカーマンシア種であり、例えばあらゆるアッカーマンシアに共通する遺伝子にハイブリダイズするプライマーを用いて合わせて検出することができる。別の一実施形態によれば、本発明はしたがって、あるがん患者が、免疫チェックポイント阻害剤(ICI)に基づく療法に対する良いレスポンダーである可能性が大きいかどうかを判断するインビトロセラノスティクス法に関するものであり、この方法は、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア属の相対量を測定することを含み、アッカーマンシア属が所定の閾値(「上閾値」)未満で存在していることが、前記患者がICIに基づく療法に対する良いレスポンダーである可能性が大きいことを示している。
発明者らは、WO2018115519において、がん患者からの糞便サンプル中にアッカーマンシア・ムシニフィラが不在であることが、PD1阻害に対する耐性を表わすことをすでに示した。発明者らは、下に報告する実験において、今度は、糞便サンプル中のアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の過剰な存在が、すなわちそれが上閾値を超えて存在することが、ICI治療にもかかわらず悪い予後を示していることを実証した。少なくとも図2Dに示されているように、アッカーマンシア・ムシニフィラが超生理学的レベルで存在することは、糞便中にアッカーマンシア・ムシニフィラが存在しない患者の全生存率よりも有意に低い全生存率と相関しており、アッカーマンシア・ムシニフィラが存在しない患者の全生存率そのものも、アッカーマンシア・ムシニフィラが(報告されている実験における検出限界に対応する)下閾値と上閾値の間の間に含まれるレベル(今後は「所定の閾値」と呼ぶ)である患者の全生存率よりも低い。
本発明の枠組みで「所定の閾値」として使用できる閾値の一例が、下記の実験の部分に開示されている。もちろん当業者は、アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228および/またはアッカーマンシア属の相対量を測定するのに用いる技術(例えばメタゲノミクス、定量PCR、マイクロアレイ上のハイブリダイゼーション、またはパイロシークエンシング)、検出されるアッカーマンシアの種、患者の具体的な病状、患者の食事習慣、治療に用いる具体的なICI、および他の可能な因子に合わせてこの閾値を変えること、または洗練することができる。例えば上記の方法を実施するときに考慮すべき閾値は、予後を知ろうとする患者と同じがんを持つ複数の個人からなる代表的なコホートにおけるアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228、および/またはアッカーマンシア属の相対量を測定し、閾値として75パーセンタイルの値を選択することによってあらかじめ決めることができる。この閾値は、アッカーマンシア・ムシニフィラとアッカーマンシアSGB9228で異なる可能性がある。
説明を目的として、健康なボランティア(入手可能な文献から)と、黒色腫であるか、腎臓がんまたは肺がんであると診断された転移患者の3つのコホートから得られたアッカーマンシア・ムシニフィラの相対量の値を下に示す。
本明細書では、「アッカーマンシア・ムシニフィラが所定の閾値未満で存在すること」はしたがって、アッカーマンシア・ムシニフィラが2つの閾値の間、すなわち下閾値(0近く、典型的には0.001未満、例えば0.0005)と上閾値(上記の「所定の閾値」)の間で存在することを意味する。同じことが、アッカーマンシアSGB9228とアッカーマンシア属に当てはまる。
本発明の特別な一実施形態によれば、所定の閾値は、1と10%の間(例えば3と6.5%の間)の相対量に対応する。
別の特別な一実施形態によれば、所定の閾値は、75パーセンタイルと77パーセンタイルの間になるように選択される。それは、グリッド検索アルゴリズムによって選択することができる。下記の実験の部分で用いたコホートでは、選択されたカットオフ(所定の閾値)は4.79(77パーセンタイル)であり、測定誤差4.75±0.1に対応する。したがって本発明の方法を実施するとき4.75±0.1という所定の閾値を上閾値として用いることができる。もちろんすでに述べたように、この閾値は、当業者が定型的な実験によって洗練すること、変えることができる。
本発明の別の特別な一実施形態によれば、ICIに基づく療法は、抗PD1/PD-L1/PD-L2 Abに基づく療法(非限定的な例は、ニボルマブ、ペムブロリズマブ、アテゾリズマブ、およびデュルバルマブなど)または抗CTLA4 Abに基づく療法(非限定的な例は、イプリムマブなど)、またはこれらの組み合わせである。
下記の実験の部分に示されているように、本発明は、非小細胞肺がん(NSCLC)または腎臓がんを患っている患者、またはPD1/PDL-1またはCTLA4の阻害に適したあらゆるがんを患っている患者にとって特に有用である。
より一般に、本発明の方法は、免疫療法に適したあらゆるがんを患っているがん患者で有利に実施することができ、がんの非限定的な例は、黒色腫;腎細胞癌(RCC);非小細胞肺癌(NSCLC);頭頸部扁平上皮細胞癌(HNSCC);メルケル細胞癌(MCC);膀胱がん;ホジキンリンパ腫;扁平上皮細胞癌;乳がん、特にトリプルネガティブ乳がん;胃がん;小細胞肺癌;原発性縦隔B細胞リンパ腫;子宮頸がん;肝細胞癌;食道がん;マイクロサテライト不安定性を伴うがん;子宮内膜がん、および腫瘍変異量が少ない任意のがん(TMB-Hがん)などである。
下記の実験の部分に示されているように、本発明は、ICIに基づく療法が第1選択療法または第2選択療法またはそれ以後(第3選択、または第4選択)として投与される状況において有用である。
本発明の特別な1つの側面によれば、所定の閾値は、アッカーマンシア・ムシニフィラ、および/またはアッカーマンシアSGB9228、および/またはアッカーマンシア属がこの閾値を超えて存在することが、ICIに基づく療法にもかかわらず悪い予後を示しているように選択される。
別の1つの側面によれば、本発明は、あるがん患者がICIに基づく療法を投与する前に細菌補償を必要とするかどうかをインビトロで判断し、患者がその治療に応答する可能性を改善することのできる補償のタイプに関する情報を医師に提供する方法に関する。
特別な一実施形態によれば、この方法は、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の相対量を測定し、医師に以下のガイドを提供することを含む:
(i)アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228がサンプル中に存在しない場合には、患者は、ICI投与の前に少なくともアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228を用いた細菌補償を必要とする;
(ii)アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228が所定の閾値未満でサンプル中に存在する場合には、患者はICI投与の前にいかなる細菌補償も必要としない;および
(iii)アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228が所定の閾値を超えてサンプル中に存在する場合、特にこの過剰な存在が、抗生物質曝露の結果である、および/またはガンマプロテオバクテリア綱および/またはデスルホビブリオ科に属する種の過剰な存在に関係する場合には、患者は、多微生物共同体を用いた細菌補償、および/または健康な個人から、またはICIに基づく前記療法にうまく応答したがん患者からの糞便微生物移植(FMT)を通じた細菌補償を必要とする。
別の特別な一実施形態によれば、あるがん患者が、ICIに基づく療法を投与する前に細菌補償を必要とするかどうかをインビトロで判断する方法は、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア属の相対量を測定し、医師に以下のガイドを提供することを含む:
(i)アッカーマンシア属がサンプル中に存在しない場合には、患者は、ICI投与の前にアッカーマンシア属の細菌(例えば候補種アッカーマンシアSGB9228の細菌である、Collection de souches de l’Unite des Rickettsies(CSUR)に参照番号CSUR P2261で寄託された株、またはCSURに参照番号CSUR 4531で寄託された株など)を用いた細菌補償を必要とする;
(ii)アッカーマンシア属の細菌が所定の閾値未満でサンプル中に存在する場合には、患者はICI投与の前にいかなる細菌補償も必要としない;および
(iii)アッカーマンシア属の細菌が所定の閾値を超えてサンプル中に存在する場合、特にこの過剰な存在が、抗生物質曝露の結果である、および/またはガンマプロテオバクテリア綱および/またはデスルホビブリオ科に属する種の過剰な存在に関係する場合には、患者は、多微生物共同体を用いた細菌補償、および/または健康な個人から、またはICIに基づく前記療法にうまく応答したがん患者からの糞便微生物移植(FMT)を通じた細菌補償を必要とする。
上記の方法の特別な一実施形態によれば、所定の閾値は、上述のように、アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228および/またはアッカーマンシア属の相対量が1と10%の間であること、例えば3と6.5%の間であること、または他の任意の所定の閾値に対応する。
上記の方法の別の特別な一実施形態によれば、ICIに基づく療法は、(上に記載したように)抗PD1/PD-L1/PD-L2 Abに基づく療法、または抗CTLA4 Abに基づく療法、またはこれらの組み合わせである。
本発明による方法は、非小細胞肺がん(NSCLC)、特に非扁平上皮NSCLCを患っているがん患者が、ICIに基づく療法を投与する前に細菌補償を必要とするかどうかをインビトロで判断するのに特に有用であるほか、腎臓がん、またはPD1/PD-L1/PD-L2および/またはCTLA4の阻害に適したあらゆるがんを患っているあるがん患者が、ICIに基づく療法を投与する前に細菌補償を必要とするかどうかをインビトロで判断するのに特に有用である。
上記の方法の特別な1つの側面によれば、前記方法は、ICIに基づく療法が第1選択療法として投与される前に、患者がこの療法に応答する自らの可能性を改善するために細菌補償を必要とするかどうかを評価することを目的として実施される。
上記の方法の別の特別な1つの側面によれば、前記方法は、ICIに基づく療法がまたは第2選択療法またはそれ以降(第3選択、第4選択)として投与される前に実施される。
発明者らは、驚くべきことに、75パーセンタイル以内の相対量のアッカーマンシア・ムシニフィラと糞便のアルファ多様性(シャノン多様性指数)の関連性によって示されるように、アッカーマンシア属の細菌(アッカーマンシア・ムシニフィラやアッカーマンシアSGB9228など)が腸内に棲息していることが、腸エコシステムの豊かさの間接的マーカーであることを実証した。そのためアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228および/またはアッカーマンシア属のレベルを測定して腸内ディスバイオシスを迅速かつ容易に同定することができる。
微生物叢を中心とするあらゆる介入に特に有用な本発明の別の1つの側面はしたがって、ある個人が腸内ディスバイオシスを持つかどうかを判断する方法であり、この方法は、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228および/またはアッカーマンシア属の相対量を測定することを含み、アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228および/またはアッカーマンシア属が所定の閾値未満で存在することが、腸内ディスバイオシスが存在しないことを示している。
上記の方法の特別な一実施形態によれば、所定の閾値は、上述のように、1と10%の間、例えば3と6.5%の間の相対量、または他の任意の所定の閾値に対応する。
ここまでの側面のいずれかに従う方法では、前記の患者または個人からのサンプルとして、前記の患者または個人の糞便サンプル、または大腸または回腸管腔の内容物からのサンプル、または前記の患者または個人からの粘膜生検が可能である。
本発明の別の1つの側面によれば、本発明は特に、ICIに基づく療法の投与前に健康な微生物叢を回復すること、患者が治療に応答する可能性を改善することを目的として、自らの腸内微生物叢にアッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228および/またはアッカーマンシア属が過剰に存在するがん患者の治療で糞便微生物組成を利用することに関する。実際、下記の実験の部分に示されているように、発明者らは、アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の存在がホメオスタシスに合致したレベルでの存在であるときには好ましい臨床転帰を予測するが、アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の過剰な存在は悪い予後を示していることを実証した。この過剰な存在は、ATBまたは他の有害因子によって誘導される腸の損傷治癒の結果である可能性があり、ICI治療にもかかわらず悪い予後を示す。特別な一実施形態によれば、糞便微生物組成物は、健康な個人に由来するか、ICIに基づく療法にうまく応答したがん患者に由来する。
下記の実験の部分に示されているように、発明者らは、ATBで治療した後、治療がうまくいかなかったと判断された患者からのFMTを投与されたアバターマウスのモデルにおいて、PD-1阻害に対する応答を回復させることができた。発明者らは、最良の有益な効果が、ドナーのAkkが検出不能である実験で得られることを示した。本発明のさらに別の側面によれば、本発明はしたがって、自らの腸内微生物叢にアッカーマンシア・ムシニフィラが存在せず、アッカーマンシアSGB9228が存在しないがん患者の治療において、特にその患者がICIに基づく治療に応答する可能性を改善するため、アッカーマンシア・ムシニフィラまたはアッカーマンシアSGB9228を含む細菌組成物を使用することに関する。
本発明の細菌組成物の特別な一実施形態によれば、アッカーマンシア細菌は、Collection de souches de l’Unite des Rickettsies(CSUR)に参照番号CSUR P2261で寄託された株に由来する。この株は、最初はアッカーマンシア・ムシニフィラとして同定されたが、最近、アッカーマンシアSGB9228候補種に再分類された。
本発明の細菌組成物の別の特別な一実施形態によれば、アッカーマンシア細菌は、Collection de souches de l’Unite des Rickettsies(CSUR)に参照番号CSUR 4531で寄託された株に由来する。
本発明による糞便微生物組成物または細菌組成物は、および/またはICIに基づく療法の前に、特に抗PD1/PD-L1 Abに基づく療法、または抗CTLA4 Abに基づく療法、またはこれらの組み合わせを用いた療法と組み合わせて投与される場合に、特に有用である可能性がある。
本発明の特別な一実施形態によれば、上記の微生物組成物または細菌組成物は、上に詳述したように、非小細胞肺がん(NSCLC)、特に非扁平上皮NSCLC、または腎臓がん、またはPD1/PDL-1またはCTLA4の阻害に適したあらゆるがんを患っている患者の治療に使用される。
本発明の別の特別な一実施形態によれば、上記の微生物組成物または細菌組成物が、第1選択療法または第2選択療法またはその後の療法として、ICIに基づく療法を受けた患者の治療で使用される。
上記の方法を実施するとき、アッカーマンシア・ムシニフィラの相対量は以下のプライマーを用いた定量PCRによって測定することができる:
本発明の他の特徴は、本発明の枠組みで実施された生物学的アッセイに関する以下の記述を読むうちにも明らかになろう。この記述は、本発明の範囲を制限することなく、必要とされる実験的裏づけを本発明に提供する。
実施例1:腸アッカーマンシア・ムシニフィラは、進行した非小細胞肺がん患者におけるPD1阻害に対する臨床応答を予測する
方法
研究設計と治療
倫理的課題。補助的研究を、IRBに承認された研究に従って設計した(Oncobiotics* Sponsor Protocol N:Center for Security and Emerging Technology(CSET)2017/2619, Agence nationale de securite du medicament et des produits de sante ID-RCB N:2017-A02010-53 https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04567446)。この試験は、医薬品の臨床試験実施基準とヘルシンキ宣言の条項に従って実施した。全患者が書面でインフォームドコンセントを提出した。一般データ保護規則の手続きと匿名化規則が、ClinicoBiome、Gustave Roussyにすでに設置されているOncobiome H2020モデルシステムに従って適用された。あらゆるデータとサンプルの回収は、規制、倫理、および欧州GDPRの条件に合致するように実施した。
患者の適格性。抗PD-(L)1で治療した進行したNSCLC患者の臨床転帰におけるマイクロバイオーム組成物の影響を評価するために設計した多施設前向き観察研究であるNCT04567446。フランス国内の12箇所の学術機関とカナダ国内の2箇所の学術機関を登録した。成人患者で、進行した非扁平上皮または扁平上皮NSCLCであることが病理学的に確認され、Eastern Cooperative Oncology Group(ECOG)パフォーマンスステータススコアが0~2であり、標準治療としてのICIに適していて、糞便サンプルの提供を強制された者が適格であった。適格な患者は、白金に基づく化学療法計画でがんが進行した後に、PD-L1の発現に関係なくニボルマブまたはアテゾリズマブのICI、またはPD-L1が1%以上である場合にはペムブロリズマブのICIのいずれかを受けた。その後、研究登録期間中に第1選択の設定において第1選択ICIが承認されたため、PD-L1の発現に応じてペムブロリズマブ単剤療法、または白金に基づく化学療法との組み合わせを受けた患者も包含された。標準治療を、疾患進行、許容できない副作用、またはプロトコル通りの終了(2年間のICI)まで続けた。完全な適格基準は試験プロトコル(NCT04567446)に掲載されている。ベースラインの特徴は、ICIの開始前最後の2ヶ月間に受けた併用薬物治療の詳細なリストと、追跡最終日を含め、各施設において電子的ケース報告の形式で入力された。
仮説。サンプルサイズの計算は、Routyら(Routy, Le Chatelier, et al. 2018)の中で提案されている仮説から調査者が評価したORRとして定義される主要エンドポイントに基づいて実施した。その仮説とは、腸内マイクロバイオームの中にメタゲノミクスで検出可能なAkk(Akk)を有する集団では、応答率が、検出不能なAkk(Akk)を有する集団におけるよりも高くなるであろうというものである。意味のある臨床上の差は、Akk群における10%からAkk群における20%までのORRの増分と相関しているであろうと考えた。この優勢仮説があるため、EAST(登録商標)プログラムを用いて両側アルファレベル5%でパワーを80%に設定した。そこでわれわれの主要な目的を確認するのに少なくとも292人の患者が必要とされると判断した。
研究のエンドポイントと評価。コンピュータ断層撮影スキャンをベースラインで実施し、最初の1年間は8~12週間ごとに、その後は疾患進行まで12~15週間ごとに実施した。腫瘍応答は、「固形がんの治療効果判定」バージョン(RECIST)1.1(Eisenhauer et al. 2009)を用いて評価した。主要エンドポイントは、調査者が評価した客観的応答率(ORR)であり、それは、確認された完全奏功(CR)または部分奏功(PR)の最良総合結果(BOR)を持つ患者の数および割合と定義した。最良総合結果(BOR)は、最初の治療投与の日付と、RECIST v1.1によって最初に客観的に記録された腫瘍進行の日付またはその後の治療の日付のどちらか早い方の間に記録された最良応答指定と定義した。進行またはその後の治療の記録がない患者では、入手できるあらゆる応答指定がBORの決定に寄与した。副次的エンドポイントには、全生存期間(OS)とマイクロバイオームの変数(アルファ多様性とベータ多様性、および属レベルでの存在量差分析など)が含まれた。全生存期間は、試験への組み込みから、あらゆる原因による死亡までの時間と定義した。データベースロックの時点で生きている患者の追跡は、接触があった最後の記録の日付で打ち切った。
治療法:ペムブロリズマブ(21日おき)またはニボルマブ(15日おき)またはアテゾリズマブ(21日おき)の注射を受けた回数は、8~12週間の時点で4±2、12ヶ月の時点で20±4であった。
ヒト糞便サンプルとメタゲノミクス分析
糞便サンプルは、各施設でInternational Human Microbiome Standards(IHMS)のガイドラインに従って前向きに回収した(V1:ICI前、V2:2回目のICI注射の前、V3:ICIから3ヶ月後の時点、V4:ICIから6ヶ月後の時点)。ベースラインV1サンプルだけをこの分析では考慮し、そのようなタイムリーな回収ができなかった患者ではV2サンプルを(1)におけるように「ベースライン」と見なした。メタゲノム分析のため、以前に報告されたように(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Li et al. 2014; Nielsen et al. 2014)、糞便を処理して全DNAを抽出し、MetaGenoPolis(INRA)(フランス国)によるイオン・プロトン技術を用いてシークエンシングした。リードのクリーニング、フィルタリング、および分類を2つの異なるパイプライン:MetaOMineRとMetaPhlAn 3(Beghini et al. 2020, 3)で実施した。アッカーマンシア・ムシニフィラの存在/不在を明らかにするため、4つのアッカーマンシア候補の種レベルゲノムビン(SGB)(SGB9223-38個のマーカー、SGB9224-54個のマーカー、SGB9226-171個のマーカー、およびSGB9228-200個のマーカー)(Karcher et al. 2021)から同定した合計463個の遺伝子マーカーをMetaPhlAnにおいて使用した。表2に概略が示されているように、SGB9226として示したA.ムシニフィラ(MucT)のタイプの株がわれわれのコホートで最も優勢な種であった(アッカーマンシア陽性サブセットの80%超)ため、この論文の主要な図面でAkkの相対量の計算に使用した。
msp_0025がSGB9226に対応することが見いだされ、その相対量の値をMetaOMineRにおいてA.ムシニフィラの代替指標として使用した。DNA精製とメタゲノムパイプライン両方の完全な記述は、Derosaら(Lisa Derosa et al. 2020)で入手することができる。存在量行列から出発し、全サンプルの少なくとも2.5%の中に存在していた分類群だけを考慮し、次いで生データを規格化し、標準化した(Sci-Kit学習バージョン0.20.3)。
腫瘍RNAのシークエンシング:
以前に公開されている技術(Fumet et al. 2018)を利用して全RNAを、主要な分析に含まれる進行したNSCLCを持つ患者からのほか、限定されたステージの患者からのホルマリン固定パラフィン包埋(FFPE)腫瘍から抽出した(表3)。ライブラリを12μlの全RNAとTruSeq Stranded Total RNAからRibo-Zero(Illumina)を製造者の指示に従って用いて調製した。BBMAP v38.87を用いてシークエンシングアプタマーをトリミングし、低品質のリードと短すぎるリードを除外した。Kallistoソフトウエア(Bray et al. 2016)を用い、Ensemblデータベース、リリース101からのGRCh38 cDNA参照トランスクリプトームと比べてRNA-seqデータから転写産物の量を定量した。タンパク質をコードする転写産物と遺伝子だけを下流分析に含めた。100万当たりの転写産物の値を下流分析で使用した。マン-ホイットニー検定を実施し、アッカーマンシア群ごとの遺伝子の発現を比較した。ユークリッド距離を用いたPERMANOVA検定を利用し、発現が異なる遺伝子のサブセットについて群の間の差を評価した。
前臨床研究の詳細
マウス。すべての動物実験をフランス国と欧州の法律と規制に従って実施した。施設内動物倫理委員会(Ministere de la Recherche, de l’Enseignement Superieur er de l’Innovation)がすべてのマウス実験を承認した(許可番号:2016-049-4646, 2018-020-510263031v3)。マウスアバター研究は地方と国の動物施設規制委員会(Ministere de la Recherche, de l’Enseignement Superieur et de l’Innovation)(Everimmune #13366-2018020510263031 v3、APAFIS#17530-201811413352738 v2(03/2019-03/2024)。APAFIS# 21378-201907080848483459)によって承認された。雌のC57Bl/6とBALB/cをそれぞれHarlan(フランス国)とJanvier(フランス国)から購入した。マウスは特定の病原体がない条件(SPF)で収容して8と16週齢の間に使用した。すべてのマウス実験をGustave Roussy Cancer Campus内の動物施設で実施し、そこでは動物をSPF条件で収容した。
細胞培養、試薬、および腫瘍細胞系。MC38、MCA-205、およびB16F10細胞系(C57BL/6マウスからの同系)と4T1細胞系(BALB/cマウスからの同系)はATCCから購入した。4T1細胞、MCA-205細胞、およびMC38細胞は、10%のFCS、2mMのL-グルタミン、100UI/mlのペニシリン/ストレプトマイシン、1mMのピルビン酸ナトリウム、およびMEM非必須アミノを含有するRPMI 1640の中で培養した。すべての試薬をGibco-Invitrogen(Carlsbad、カリフォルニア州、アメリカ合衆国)から購入した。B16F10細胞とCT26細胞は、10%のFCS+100UI/mlのペニシリン/ストレプトマイシン+非必須アミノ酸を含有する含有するDMEMの中で培養した。全細胞系を37℃、5%CO2で培養し、マイコプラズマ汚染がないことを定期的に検査した。
MCA-205、MC38、およびB16F10と、4T1の皮下モデル。同系C57BL/6マウスに、0.8×10個のMCA-205細胞、1.0×10個のMC38/CT26細胞、または3×10個のB16F10細胞のそれぞれを皮下移植した。同系BALB/cマウスに3×10個の4T1細胞を皮下移植した。腫瘍増殖実験のため、腫瘍を移植したマウスは、腫瘍のサイズが20~40mmに到達したとき、抗PD-1 mAb(250μg/マウス;クローンRMP1-14、ロット695318A1)またはアイソタイプ対照(クローン2A3、ロット686318F1)を腹腔内(i.p.)注射して治療した。マウスには抗PD-1 mAbを3日の間隔で4回注射した。腫瘍の長さと幅をノギスによって週に3回定期的にモニタした。すべての抗体をBioXcell(ニューハンプシャー州、アメリカ合衆国)から購入した。
抗生剤治療。マウスを、マウスの飲料水に添加されたアンピリシン(1mg/ml)、ストレプトマイシン(5mg/ml)、およびコリスチン(1mg/ml)(Sigma-Aldrich)を含有する抗生剤溶液(ATB)で治療した。抗生剤の活性を、COS(5%ヒツジ血液を含むコロンビア寒天)プレート上でBHI+15%のグリセロールの中に0.1g/mlで再懸濁させた糞便ペレットを好気性条件と嫌気性条件で37℃にて48時間培養することによって確認した。簡単に述べると、糞便微生物移植実験の文脈において、マウスは、ATBを3日間投与された翌日、動物給餌針を用いた経口強制投与による糞便微生物移植を受けた。
FMT実験。糞便材料を解凍することによって糞便微生物叢移植(FMT)を実施した。その後、ATBであらかじめ治療したレシピエントに、(上に説明したようにして)200μLの懸濁液を経口強制投与によって移した。それに加え、別の100μLを各動物の皮膚に適用した。FMTの2週間後、腫瘍細胞を皮下注射し、マウスを前に説明したようにして抗PD-1 mAbまたはアイソタイプ対照で治療した。MCA-205線維肉腫を使用した。なぜならそれは、通常は、SPFユーバイオティックマウスでは抗PD-1 Abに対して感受性であり、(Routy, Le Chatelier, et al. 2018)と(Lisa Derosa et al. 2020)に報告されているわれわれの以前のアバター実験で参照マウスモデルとして使用したからである(両方の論文は、MCA-205で得られた結果がそれぞれ同所性TC1肺がんモデルまたはRENCAモデルにおいて再現されたことを示している)。そのため、将来の実験においてFMTまたは分類学的糞便組成を調べるのにこのMCA-205モデル系が生物学的に重要で適していると信頼することできる。
マウスメタ分析(図6E~F)。(6匹のマウス/群を含む)6~8つの群を含む29回の個別の実験を2年間で実施し、そこでは同所性MCA-205肉腫(と、MC38大腸がん(C57BL/6マウスからの同系)、または4T1乳がんまたはCT26大腸がん(BALB/cマウスからの同系)またはB16(黒色腫)などの他の腫瘍の増殖動態をアバターマウスモデルにおいてモニタした(Routy, Gopalakrishnan, et al. 2018)。これらレシピエントは、ATBで治療された後、26人の異なるNSCLC患者(PD1阻害に対する表現型が「レスポンダー、R」であるか「非レスポンダー、NR」であるかと、糞便Akkの相対量(その両方とも表4に記載されている))からの糞便微生物移植(FMT)がなされた。次いでマウスに同系腫瘍を移植した後、抗PD-1抗体を用いた免疫療法を実施した。FMTは、SPF条件(FMTなし)で育てられたユーバイオシス状態の動物と比較すると、抗PD-1 Abに対する感受性(糞便がAkkであったとき)または耐性(糞便がAkk-であったとき)を与えることができた。次に、原初のFMTの中の糞便Akkに応じたアッカーマンシアp2261の経口補充の利益と補償効果を分析した。注目すべきことに、(アッカーマンシアp2261特異的プローブのセットを用いたqRT-PCRで示されるように)外来性アッカーマンシアp2261をレシピエントの腸で30時間超にわたって検出することができなかった。外来性アッカーマンシアp2261がRマウスとNRマウスにおいてレシピエント腫瘍担持者のマイクロバイオームを異なるようにシフトさせることができるかどうかをより精査するため、29人の異なるNSCLC患者からのFMTで治療し、次いで抗PD-1 mAb±アッカーマンシアp2261で治療した後、16S rRNAに基づくシークエンシングを糞便アンプリコンについて実施するため糞便を回収したBALB/cマウス(CT26、4T1)とC57BL/6マウス(B16F10、MCA-205、MC38)のあらゆる同系腫瘍モデルを組み合わせた。全動態を知るため、各時点についてSPFマウスにおけるPD-1/Ctl mAbの間の腫瘍サイズの比に規格化した抗PD-1+アッカーマンシアp2261/抗PD-1+水)の間の腫瘍サイズの比を割ることによって外来性Akkの相対的な利益を計算した。外来性アッカーマンシアp2261ありまたはなしで抗PD-1 mAbを用いた腫瘍増殖動態の間の比をユーバイオティック条件におけるPD-1阻害の効果に規格化した値の教師なし階層化クラスタリングから、外来性アッカーマンシアp2261が約50%のケースで有効であることが明らかになった(図6Eのヒートマップ)。どのアッカーマンシアp2261関連エコシステムが応答(比>コホートの平均)と関係しているかを明確にするため、LEfSeを利用して、外来性アッカーマンシアp2261に対するRとNRを分別する分類学的変化を同定した。これらの種を、図4と図3Aに記載されているヒト糞便中の細菌と比較した。
アッカーマンシアCSUR p2261の腸定着。アッカーマンシアCSUR p2261はInstitut hospitalo-universitaire Mediterranee Infection(マルセイユ、フランス国)によって提供された。アッカーマンシアp2261を、3台の嫌気性生成装置(BioMerieux)を用いて生成させた嫌気性雰囲気中の5%ヒツジ血液を添加したコロンビア寒天(COS)プレート上で37℃にて少なくとも72時間にわたって増殖させた。細菌の同定は、マトリックス支援レーザー脱着/イオン化飛行時間(MALDI-TOF)質量分析器(Microflex LT分析器、Bruker Daltonics、ドイツ国)を用いて実施した。ATBで前処理したマウスのコロニー化を、蛍光分光光度計(Eppendorf)を用いて600nmの光学密度で10CFU/mLにした懸濁液から得られた1×10個の細菌をPBSの中に含有する100μlの懸濁液の経口強制投与によって実施した。5回の細菌強制投与(すなわち初回は、抗PD-1 mAbを最初に注射する24時間前、その後はICIと同日に4回)を各マウスで実施した:。
マウス糞便DNAの抽出と微生物叢の特徴づけ。免疫療法の開始後7日と14日の間にメタゲノミクスを実施するため、糞便をそれぞれのマウスと群で回収した。サンプルは、処理するまで-80℃で保管した。マウス糞便サンプルの調製とシークエンシングはIHU Mediterranee Infection(マルセイユ、フランス国)で実施した。簡単に述べると、2つのプロトコルを用いてDNAを抽出した。第1のプロトコルは、ガラス粉末とプロテイナーゼKをそれぞれ用いた物理的溶解と化学的溶解に続くMacherey-Nagel DNA組織抽出キット(Duren、ドイツ国)を用いた処理で構成されていた。第2のプロトコルは第1のプロトコルと同じであったが、糖タンパク質溶解工程と脱グリコシル化工程を追加した。得られたDNAをシークエンシングし、16S rRNA遺伝子のV3-V4領域に向かわせた。生のFASTQファイルを品質チェックとフィルタリング(シークエンシングのエラー、キメラ)のためワークステーションDELL T7910(ラウンド・ロック、テキサス州、アメリカ合衆国)上でMothurパイプラインv.1.39.5を用いて分析した。生リードをフィルタし、操作的分類学的単位(OTU)へとクラスター化した後、数が少ないOTU(5リードまで)を除去し、アラインメントのため標準化されたパラメータとSILVA rDNAデータベースv.1.19を用いて新規なOTUを97%ペアワイズ一致で取り上げた。認識されたOTUに関する統計分析のため、2.5%以上の占有率閾値を、Python v3.8.2を用いて実施して実現した。(前工程でMothur v.1.39.5を用いて証明された)各OTU内の最も代表的で豊富なリードに対してアメリカ国立生物工学情報センター(NCBI)Blastソフトウエア(ncbi-blast-2.9.0)と最新のNCBI 16S微生物データベース(ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/)を用いてヌクレオチドBlastを実施した。細菌相対量の行列を、その後の多変量統計解析ために各分類群レベル(門、綱、目、科、属、種)で構築した。
統計分析
ヒトでは、データ行列を最初に規格化した後、Sci-Kit学習パッケージv0.20.3からのQuantileTransformerとStandardScaler法を用いて標準化した。output_distribution=「normal」のオプションを用いた規格化により各変数が厳密にガウス型分布に変換された一方で、標準化の結果として、平均値ゼロと分散1を持つ規格化された各変数が得られた。規格化のこれら2つの工程の後の標準化により、ダイナミックレンジが異なる変数(細菌相対量など)の適切な比較が保証される。微生物叢を分析するため、SciKit学習パッケージv.0.4.1を用いて(サンプル多様性内の)α多様性の指標(豊かさやシャノン指数など)を種レベルで計算した。(サンプル多様性間の)β-多様性の探索的分析を非類似度のBray-Curtis指標を用いて計算し、主座標分析(PCoA)と多変量サンプル単位の群を比較するための方法(類似性の分析-ANOSIM、分散の並べ替え式多変量解析-PERMANOVA)において表示し、データ点クラスター化における有意性を評価した。ANOSIMとPERMANOVAは、SciKit学習パッケージv0.4.1の中に実装されているように、999の並べ替えの後に自動的に計算された。部分的最小二乗判別分析(PLS-DA)と、教師付き分析としてのその後の変数重要度プロット(VIP)を実施し、VIP値(大きさの程度)を用いて最大判別細菌種を同定した。すべての分析をPython v3.8.2環境内で実施した。一変量存在量差分析を有効サイズの線形判別分析(LEfSe)によって実施した(Segata et al. 2011)。さらに、共変量(年齢、性別、BMI、コホート、およびシークエンシングバッチなど)を含む2つの異なる多変量存在量差法(すなわちANCOM-BC(Lin et Peddada 2020)とMaAsLin2(Mallick et al. 2020))を用いて存在量が異なる種の裏づけを追加した。フランス国のデータ保護法第8条(Commission Nationale Informatique et Libertes[CNIL])は、人種的起源と民族的起源の分析を禁じている。生のシークエンシングカウントを、種レベルのMetaPhlAn 3相対量から、これらの値に各サンプルに関するリードの総数を掛けることによって推定し、これらをANCOM-BC(v.1.0.1)において、デフォルトパラメータ、ライブラリのサイズのカットオフが500リード、および構造的ゼロ検出なしとともに使用した。Masslin2(v.1.4.0)を、総和スケーリング(TSS)を用いて規格化したLogit変換された相対量を用いるとともに、興味ある変数を固定効果として用いて走らせた。
カプラン・マイヤー法を用いて生存曲線を推定し、一変量解析においてログ-ランク検定(マンテル-コックス法)と比較した。コックス回帰モデルを用いて多変量解析を実施し、他の臨床病理学的特徴に関して調整したOSのHRと95%信頼区間(CI)を求めた。コックスzph R関数を用いてシェーンフィールド残差の趨勢を検定し、比例ハザード仮定をチェックした。検定がある変量に関して統計的に有意であったときには、その時間との相互作用をモデルに導入し、異なる関数形(線形、指数、対数、および罰則付きスプライン)を持つtt(時間変換)関数を用いて検定する。異なる予後群を明確にするための各細菌種に関する最適なカットオフは、潜在的交絡因子(年齢、性別、…)を考慮した多変量コックスモデルに基づくグリッド検索アルゴリズムを用いて得られた。グリッドは、それぞれの種について、非ゼロ存在値の分布のパーセンタイルによって定義した。よりよい赤池情報基準(AIC、小さいほど優れている)を持つモデルに対応するカットオフを最適なカットオフとして選択した。
すべての検定は両側であり、統計的有意性はp値<0.05に設定した。統計分析はGraphPad Prism 7とRソフトウエアを用いて実施した(http://www.R-project.org/)。
マウスでは、あらゆる腫瘍増殖曲線をKroemerの実験室で開発されたソフトウエアを用いて分析した:https://kroemerlab.shinyapps.io/TumGrowth/。マウスの群間比較、全体比較を、クラスカル-ウォリス検定、ダンの検定を用いる事後多重比較を利用して実施した。最後に、マウス実験からの自然な腫瘍増殖データ(実験ごとに6匹のマウス)を各時点(T0~T8)で平均した後、共通開始値を1にするため最初の時点を基準にして縦方向に規格化した。次いで平均され規格化されたすべての腫瘍値を倍数比で表示し(FR、図9E)、底2の対数にして腫瘍増殖の増加(灰色コード上の星印(濃いほど大きい)または減少(灰色コード(濃いほど大きい)を強化した。ブレイ-カーティス距離に基づく階層型クラスター分析(HCA)を縦方向FRデータで実施し、アッカーマンシアp2261に対するレスポンダー(R)の枝(薄い灰色のクラスター)、またはアッカーマンシアp2261に対する非レスポンダー(NR)の群(濃い灰色のクラスター)を明確にした。報告されたすべてのp値でベンジャミニ-ホフバーグ二段階偽発見率(FDR)が10%であった。
結果
アッカーマンシア・ムシニフィラと臨床転帰の間の関連性
2015年12月から2019年11月まで、合計493人の患者がこの研究に参加するためスクリーニングされ、338人の患者が組み入れ基準に合致し、プロファイリングのため少なくとも1つのベースライン(V1および/またはV2)糞便サンプルを提供した(図4)。ショットガンメタゲノムシークエンシングを利用することで、主要Akk種レベルゲノムビンを同定するために拡張されたMetaPhlAnプロファイリングを利用してAkkが131人の患者(39%)で検出可能であり、207人の患者(61%)で不在であることが明らかになった(SGB9226 spp(Karcher et al. 2021)、表5)。ベースラインの特徴は、性別、ECOGパフォーマンスステータス、喫煙歴、腫瘍組織学、ボディ・マス指数(BMI)、PD-L1発現、および治療ラインに関して検出可能なAkk(Akk)を持つ患者と検出不能なAkk(Akk)群の間でよくバランスが取れていた(表5A)。しかしAkk群のより高齢者で統計的に有意でない傾向が存在していた(66歳対64歳、p=0.08)。合計69人の患者(20%)がICIを開始する60日前に抗生剤(ATB)を投与されており、Akk群とAkk群で似た頻度(p=0.68)と計画であった(表5A)。ATBクラスの中では、ベータ-ラクタムが両方の群において最も一般的に処方された(表5B、Akkにおける80%に対してAkkにおける64%、p=0.33)。
われわれのコホートのAkk群とAkk群を考えると、客観的奏功率(ORR)は、それぞれ28%と18%であった(図1A、p=0.04)。部分奏功(PR)、安定(SD)、および進行(PD)の割合は、Akk群ではそれぞれ28%、28%、および44%であったのに対し、Akk群では18%、31%、および50%であった。フロント-ライン治療として免疫療法だけを受けた患者のサブグループ(1L IO、n=86)を考えると、ORRは、それぞれAkkとAkkで41%と19%であった(図1B、p=0.016)。注目すべきことに、(治療ラインとは無関係に)患者のコホート全体では、全生存期間中央値(mOS)はAkk群で18.8ヶ月であったのに対しAkk群では15.4ヶ月であった(HR=0.72;(95%CI:0.73~1.62);p=0.03、図1C、表5A)。2L以上のNSCLC患者のOS中央値は、Akk群では18.8ヶ月であったのに対し、Akk群では13.4ヶ月であった(HR=0.70;(95%CI:0.50~0.98);p=0.04、図1D、表5A)。1LのIO患者については、59%のAkk患者が12ヶ月後(OSが12以上)にまだ生きていた一方で、わずか35%のAkk個人が長期生存者であった(図1E、p=0.04)。MetaOMineRパイプラインを用いて同じ結論が導かれる(Le Chatelier et al. 2013)(図5A~Bの左のグラフ)。
Akkの存在(とそのエコシステム)とICIに対する応答の因果関係を確立するため、アバターマウスモデルにおいて腫瘍増殖動態を追跡した29回の実験を集めて後ろ向きの前臨床メタ分析を実施した(Routy, Gopalakrishnan, et al. 2018)。これらレシピエントは、ATBで治療された後、26人の異なるNSCLC患者からの糞便微生物移植(FMT)を受けた(表6)。次いでマウスに同系同所性MCA-205肉腫(以前に記載されているように、抗PD-1抗体に対する感受性のための代表的な腫瘍モデル(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Lisa Derosa et al. 2020))を移植した後、PD-1阻害を実施した(図5C~E)。われわれの臨床コホートで観察されたように、FMT実験において、マウスにおける治療に対する耐性は、検出可能なAkkの不在と関係していた(図5C~D)。
したがって338人の進行したNSCLC患者でのこの第2の独立な前向き研究において、ICIを受けたNSCLCを持つ患者では、Akkの存在が、より高いORRおよびより長いOSと関係していることが、ヒトで2つの異なるメタゲノミクスパイプラインを用いて検証されたほか、マウスで検証された。
Akk、腸エコシステム、および腫瘍微小環境
腸内微生物叢の組成の違いと腫瘍免疫ランドスケープの間に相関があり(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Gopalakrishnan et al. 2018)、それは組織学的タイプで変化する可能性がある(Meng et al. 2019)ことが知られているため、糞便Akk検出と腫瘍組織学(扁平上皮と非扁平上皮NSCLC)の間の相互作用に取り組んだ。診断時の糞便中のAkkの存在は組織学に影響を与えなかった(非扁平上皮対扁平上皮NSCLC(表5Aの中で多変量解析に関してp=0.556)。
Akkによって駆動される腫瘍内トランスクリプトームの差を解明するため、診断時に局所的に進行しているか転移したNSCLCがあるAkk患者(n=22)とAkk患者(n=22)から回収した入手可能な腫瘍生検がある患者のサブセットで腫瘍RNAシークエンシングを実施した(表3)。Oncomine Immune Response Research Assayの395個の免疫関連遺伝子(Hwang et al. 2020)の中でのAkk群とAkk群の間の有意な遺伝子発現差の教師付き分析から、肺がんにおいてPD-1阻害に対する応答と関係する、発現が異なる一群の遺伝子が明らかになった(図1F)。それは例えば、活性化を伴うCD4 Tヘルパー細胞(腫瘍巣内のTリンパ球の接着と転移に関係するCD4、CD74、Vcam-1(Nakajima et al. s. d.)、細胞溶解活性に関係するグランザイムHセリンプロテアーゼGzmh)、および疲弊(Ctla4, Fas, Tigit, Havcr2)のマーカー、およびIFNフィンガープリント(Ccr5、Cxcl9、Cxcl10、Tdo2、およびIFN誘導性グアニル酸結合タンパク質1)である(図1G~H)。これらの結果は、マウスモデルで以前に示されているように(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Vetizou et al. 2015)、AkkがTh1細胞の誘起または再循環を促進して腫瘍微小環境の中に入らせることができる可能性があることを裏づけている。
次に、Akk患者とAkk患者における腸内微生物叢の組成の分類学的違いを調べた。Akk患者では、Akk患者と比べてシャノン多様性指数の有意な上昇(図6Aの上図、p<0.0001)のほか、両方の群の間の全体的微生物コミュニティ組成の違い(図6Aの下図、p=0.0001)が見いだされた。2つの群の間の種相対量の差を調べるためのLEfSe(線形判別分析効果サイズ)分析を利用すると、以前に報告されているようにルミノコッカス科(ルミノコッカス・ブリミイ、R.ビシルクランス、R.ラクタリス)、ラクノスピラ科(ユーバクテリウム・シラエウム、E.エリゲンス)のメンバーとアリスティペス属の種(A.イノプス、A.フィネゴルディイ、A.インディスティンクタス、A.シャヒイ)がAkk糞便の中に豊富であることが見いだされた(Hakozaki et al. 2020)一方で、Akk患者からの糞便には、ベイロネラ・パルブラ、アクチノマイセス属、およびクロストリジウム属(C.イノキューム、フンガテラ・ハテワイ)が過剰に存在していた(図6B)。このことは、予後が悪いNSCLCを持つ患者の下気道マイクロバイオーム(Tsay et al. 2020)のほか、ICIに対する耐性がある腎臓がんを持つ患者(Lisa Derosa et al. 2020)ですでに記載されている。
さらに、Akk群において、OSが12ヶ月以上の患者とOSが12ヶ月未満の患者の間で全体的微生物組成に有意な差が見いだされたが、この差はAkk患者では観察されなかった(図2A、p=0.009対p=0.07)。12ヶ月以上のOSを示すAkk群とOSが12ヶ月未満のAkk群におけるLEfSe分析から、OSが12以上の患者でラクノスピラ科のメンバー(ドレア・フォルミシゲネランス、D.ロンジカテナ、ユーバクテリウム・レクターレ、E.ハリイ、R.インテスティナリス、コプロコッカス・コメス)の相対量の増加が明らかになった。逆に、ガンマプロテオバクテリア綱(大腸菌)、クロストリジア綱(R.ラクタチフォルマンス)、またはバシラス綱(ラクトバチルス・ガセリ、L.パラガセリ、L.オリス、L.バギナリス、ストレプトコッカス・パラサングイニスなど)に属する種、およびベイロネラ・パルブラが、OSが12未満の患者で優勢であった(図6C)。
これらの結果は、合わせて考えると、Akkの存在が、NSCLC患者の腸内微生物叢と腫瘍微小環境における重要で潜在的な予後関連シフトと関係していることを示している。
Akkの相対量に基づく臨床転帰の層化
予想に反し、Akk群の中のOSが12ヶ月未満の患者にはAkkが過剰に存在していることが見いだされた。これは、Akkの相対量が、その絶対的な存在または不在よりも予後に影響する可能性があることを示唆している。次に、Akkの臨床上の重要性を分析するため、カテゴリー変数よりは順序変数を調べた(Akk対Akk)。実際、Akk集団の中のAkkの相対量は0.035%から66.210%までの範囲であった。OSが12以上の患者またはOSが12未満の患者のAkkの相対量のカーネル密度推定を利用すると、相対量が75パーセンタイル超であるAkkの患者(4.656%)は、OSが12ヶ月未満の中でクラスターになることが見いだされた(図2B~Cの左のグラフ、p=0.005)。この観察結果を他のリスク因子を調整した上で確認するため、教師付きアプローチを利用してAkkについて最適なカットオフを統計的に定義し、予後が異なるAkk患者の2つの仮想群を識別した。赤池情報基準をパフォーマンス指数とし、多変量コックスモデル(年齢、性別、ECOGパフォーマンスステータス、ATB、組織学、PD-L1、および治療ラインに関して調整)に基づくグリッド検索アルゴリズムを利用してこの最も細かいカットオフを決定すると、4.799(このコホートの77パーセンタイル)に対応した(図2Cの左のグラフ)。338人の患者のコホート全体のうちで、わずか9%の患者(Akkサブグループの23%)が4.799超であるAkkの「相対的過剰」のカテゴリー(今後は「Akk」)に入ることが観察された(図2Cの右のグラフ)。
さらに、AkkではAkkまたはAkkの試料と比べてシャノン多様性の有意な増加が見いだされ(図7A、p=0.00003)、微生物コミュニティ全体は、AkkとAkkの間のほか、Akk患者とAkk患者の間の明確な分離を示した(図7B-C、それぞれp=0.0001とp=0.0003)。分類学的糞便組成の変数重要度プロット(VIP)判別分析から、Akkが異常に多い(Akk)エコシステムにはクロストリジウム属の種(クロストリジウム・シンボジウム、C.イノキューム、C.シンデンス、C.ボルタエ、C.クロストリジオフォルメ)が過剰に存在し、健康な片利共生細菌(F.プラウスニッツィ、C.コメス、E.レクターレ、D.フォルミシゲネランス、D.ロンジカテナ、R.トルケス、図7D~E)が犠牲にされていることが明らかになった。
Akk相対量による三分法層化を利用したカプラン・マイヤー生存曲線は互いに一致せず(ログランク検定p=0.0007、図2D)、Akk患者では、有意により長いOS中央値が、Akkと比べて(27.2ヶ月に対して7.8ヶ月、コックス調整済みHR:0.38;95%CI:0.22~0.65、p=0.0005)、そしてAkk患者と比べて(27.2ヶ月に対して15.5ヶ月、調整済みHR:0.63;95%CI:0.44~0.91、p=0.0150)見られた。多変量コックス回帰解析において他のリスク因子を考慮したHRが、図2Eと表4に示されている。驚くことではないが、ECOGパフォーマンスステータスが1以上であることが、このコホートに関する別の独立な予後因子であった(Desai et al, 2016)。比例ハザード仮定はATBに関してだけ疑問だったが(シェーンフィールド残差傾向検定p=0.016)、時間との統計的に有意な相互作用は同定できなかった。それに加え、ATB曝露は、(一変量解析、p=0.009(表4B、表7)と、多変量解析、p=0.088(表7)において、より短いOSと関係していた。
腫瘍PD-L1の腫瘍発現が利用できる235人の進行したNSCLC患者でAkkとPD-L1の間の相互作用も分析した(表5A、図4)。コホートをPD-L1発現とAkk糞便検出に従って6つの群に分別した。多変量コックス回帰解析は、AkkがPD-L1よりもNSCLCの予後をよく規定することを示した(235人の患者でp=0.012、図2F)。
結局、患者を三分法で層化してAkk、Akk、またはAkkの個人にすると、二分法(Akk対Akk)の分別よりも全生存のより正確な独立な予後因子になる可能性があると結論される(多変量コックスモデルの尤度比検定:p=0.0009)。腸内に「正常レベル」のAkkが存在していること(Akk)は、宿主腸の健康度の代替指標と見なせる可能性がある。Akkが、NSCLC患者におけるICIに対する応答の予測バイオマーカーとしてのPD-L1を無効にした。
ATBの使用がAkk相対量と生存転帰に及ぼす影響
AkkのレベルのほかATB曝露が、ICIで治療したNSCLC患者におけるより短いOSと関係する独立な変数と見なされた。これらの観察結果があるため、最初にAkkに関する患者の二分法分類(Akk対Akk)を、それら患者の以前の抗生剤曝露の履歴と組み合わせ、患者を4つの群に分離した。ATB曝露なしのAkk群は、他の3つの群と比べて最強の臨床的利点を示した(OS中央値が23.0ヶ月)(図8A)。次に好ましい予後群は、ATB曝露なしのAkkであり、OS中央値は16.0ヶ月であった。逆に、ATBへの曝露は最短のOSを示した(mOSが約9ヶ月、図8A、p=0.017)。したがってATBはAkk群のアルファ多様性を低下させる傾向があった(図8B~C)。さらに、ATB曝露は、すでに記載されている(Lisa Derosa et al. 2020)ように、Akk群でガンマプロテオバクテリア(大腸菌)、クロストリジア綱(クロストリジウム・ボルテアエ、ルテニバクテリウム・ラクタチフォルメンス)、およびH2S産生細菌(ビロフィラ・ワーズワーシア)を豊富にし(示さない)、ATBを投与されなかったAkk群にも過剰に存在していた健康に関係する細菌(C.アエロファシエンス、D.ロンジカテナ、D.フォルミシゲネランス、ユーバクテリウム属の種CAG 38)(Routy, Gopalakrishnan, et al. 2018;Benevides et al. 2017)を犠牲にしていた(示さない)。
ATBの使用と相対的に過剰なAkkの間の関連性を確立する試みとして、ATBを使用したNSCLC患者におけるAkk糞便の割合をATBなしのNSCLC患者と比較し(図2G)、ICIを初めて投与する前にATB曝露による2つのサブグループにおける三分法分類(Akk、Akk、およびAkk)を用いてカプラン・マイヤーOS曲線を作成した(図2H)。ATBの使用者と非使用者の間でAkk患者の割合の劇的な増加が見いだされた(40%対19%、p=0.023、図2G)。ATBに曝露された患者における診断時の糞便Akkの過剰な存在は、ICI療法にもかかわらずより低い全生存と関係していると結論された(図8、図2Hの下のグラフ)。ATBなしの対象では、Akkの患者は、Akkの個人と比べてICIの利益が少なかったが、Akkサブグループより悪くはなかった(図2Hの上のグラフ)。
合わせると、これらの結果は、ATB曝露がICIに対する生存の負の予測因子であり、Akkの過剰な存在(Akk)およびクロストリジウム属の種(C.ボルテアエ、ラクノクロストリジウム)の相対的優勢と関係していることを実証している。
Akk関連エコシステムの他の構成要素に関する転帰の層化
さまざまな統計的方法(線形判別分析効果サイズ(図6)、ANOVAモデルからのボルケーノプロット(図3A)、およびMaAsLin多変量統計の枠組み(表8)など)を利用してAkk糞便とAkk糞便の間の分類学的組成の変動を比較し、16種の細菌種を同定した。そのうちの14種は、他の交絡因子(年齢、性別、BMI、治療ラインなど)とは独立にAkk糞便占有と正の関係があり、2種は負の関係があった(図3A、表8)。次に、コックスロジスティック回帰多変量解析を実施し、患者の臨床転帰に対する各細菌の影響を、そのそれぞれの相対量の三分法分布(上に定義したカットオフに従う)を利用して明らかにした。Akkは別にして、ごく少数の細菌(免疫調節機能を媒介することがすでに記載されているユーバクテリウム・ハリイ、ビフィドバクテリウム・アドレセンティス、パラステレラ・エクスクレメンティホミニス、インテスティニモナス・ブチリシプロドゥセンス、またはC.イノキューム(Elkrief et al, 2019;Seo et al, 2015;Atarashi et al, 2011)は除くも、Akkで観察されたこととは異なり、ICI療法の後の生存の延長(図3B、図3D)または短縮(図3F、表8)と関係しており、「線形用量」応答であった。338人のNSCLC患者のこのコホートにおいてORRおよび/またはmOSを正確に予測するためには、両者、すなわちAkkのほかE.ハリイまたはB.アドレセンティスのバランスのとれた存在を考慮することに追加の価値が存在していた(図3C、E)。したがってこれらの知見は、Akkとその付随片利共生細菌が、ICIを媒介とした患者の臨床的利点に関与している可能性があることを示唆する。
AkkはマイクロバイオームをシフトさせることによりPD-1阻害に対する応答を救った
Akkおよび/またはその付随エコシステムと患者の臨床転帰の間の結びつきを確立するため、上述のわれわれの微生物叢ヒト化アバター腫瘍担持マウスモデルに移った。上に示してコメントしたように(図5C~E)、PD-1抗体に対するマウスの耐性は、AkkなしのFMTと関係していた。次に、Akk FMTとAkk FMTを投与された両方の群の動物において、アッカーマンシアp2261と呼ぶアッカーマンシアの免疫原性株を経口で補充することによって育てた補償効果を分析した(Routy, Le Chatelier, et al. 2018)。図9A~BにFMTとして示されているように)特定の病原体がない条件(SPF)で育てられて同じ腫瘍細胞系を接種されたマウスを「マウスユーバイオシス」の対照として使用した。実際、Akk FMTの設定においてだけ、PD-1阻害に対する応答性を回復させることができた(図9B~C)。次に、目的は、アッカーマンシアp2261の経口補充がレシピエントマウスの宿主マイクロバイオームを変化させるかどうかと、宿主エコシステムのリモデリングが、外来性アッカーマンシアp2261に対する前臨床上の利点と相関しているかどうかを分析することであった。この目的のため、29人の個別のNSCLC患者からの糞便を最初に移植し(Tablex S3)、次いで抗PD-1抗体で治療し(図9A)、アッカーマンシアp2261を経口で摂取させる前と後にレシピエントの糞便を回収したBALB/cマウス(CT26、4T1)とC57BL/6マウス(B16F10、MCA-205、MC38)のあらゆる同系腫瘍モデルを連結した。外来性アッカーマンシアp2261あり、またはなしで抗PD-1抗体を用いた腫瘍増殖動態の間の比(ユーバイオティック条件でのPD-1阻害の効果に関して規格化(SPF対FMT))の教師なし階層的クラスタリングから、外来性アッカーマンシアp2261が約50%のケースで有効であることが明らかになった(図9D、図9E左図)。外来性アッカーマンシアp2261に対するレスポンダー(R)と非レスポンダー(NR)において、レシピエントの微生物叢の分類学的違いが検出された(図9E右図)。Rマウスには、Akk糞便を持つヒトの中にあって図3Aに注釈されているメタゲノミクス種、すなわちインテスティニモナス・ブチリシプロドゥセンス、パラステレラ・エクスクレメンティホミニスが相対的に過剰な量で棲息していたのと比べ、NRマウスでは逆に、バクテロイデス属の種が豊富である傾向があった(図9E右図)。
合わせると、Akkヒト糞便材料を移植したアバターマウスはPD-1阻害に対する腫瘍耐性の表現型を示したが、アッカーマンシアp2261がマイクロバイオームを好ましいAkkに関連した付随エコシステムへとシフトさせることができたときにはアッカーマンシアp2261によって救われた。
考察
ここに、PD-1阻害を用いて治療した進行したNSCLCを持つ患者の腸内微生物叢のプロファイリングに基づく前向き多施設研究の結果を報告する。Akkの相対量は、主要な微生物叢関連交絡因子(年齢、性別、BMI、治療ライン)を考慮すると、ORRと生存の増加によって定義される臨床的利点と関連していた。この腸内細菌の予後予測が有意であることを多変量解析と相互作用研究によって検証し、Akkが、年齢、性別、ECOG PS、ATB使用、およびPD-L1とは独立に、ICIで治療した進行したNSCLCの予後と顕著に関連していることを示した。Akkが腸内に棲息することは、77パーセンタイル以内の相対量のAkk(Akk<4.799%)と糞便アルファ多様性(シャノン多様性指数)の関連性によって示されるように、腸エコシステムの豊かさの代替指標であった。これらの結果は、NSCLCを持つ患者のより小さなコホート(Routy, Le Chatelier, et al. 2018;Hakozaki et al. 2020)でなされた以前の観察を拡張しており、腸内マイクロバイオームの多様性と組成(特にAkk,の相対量)が、ICIに適したNSCLCを持つ患者の生存を予測するための関連情報を提供することの証拠を提示する。
われわれの研究は、ICIに関する新たな予後因子としてのAkkを検証するために試みた最大のメタゲノミクス前向き分析である。われわれの研究は、統計的有意性に関し、あらかじめ決めた基準(全(大半は2L)338人のNSCLC患者を考慮したときにAkk患者とAkk患者の間でORRの10%増加に設定)に合致する(ORRが18.2%から28.2%になった、図1A)。さらに、1LのNSCLC患者ではAkkとAkkの間で10%超のORR増加も観察され(ORRが19%から41%になった、図1B)、mOSの利益があった(図1E)。さらに、われわれの研究は、腸内微生物叢組成を腫瘍微小環境ランドスケープと結びつけ、適応免疫とIFNフィンガープリントの遺伝子産物の転写産物が増加することに光を当てた。最後に、マウスにおいて、Akk糞便がPD-1阻害に対する耐性を与えることを検証した。
われわれは、より大きくて均一なコホートで仮説を前向きに検証することに加え、Akkが、アルファ多様性の増大に関係しているだけでなく、ルミノコッカス科(フィーカリバクテリウム・プラウスニッツィ、R.ラクタリス)とラクノスピラ科(ドレア・フォルミシゲネランスとD.ロンジカテナ、ユーバクテリウム・レクターレとE.ハリイ、ロゼブリア・フェシスとR.インテスティナリス)のメンバーのほか、ビフィドバクテリウム・アドレセンティス、インテスティニモナス・ブチリシプロドゥセンスなどによって代表される健康状態または免疫原性状態と関係する明確な細菌コミュニティに関係していることを報告する。これらの知見は、いくつかの研究、地理的分布、およびシークエンシング技術の間の結果を調和させる。なぜならフィーカリバクテリウム、ルミノコッカス、およびビフィドバクテリウムは、黒色腫とNSCLCがんを持つ北アメリカ、日本、および韓国の患者で豊富であることが以前に報告されており、好ましい転帰を持つからである(Routy, Gopalakrishnan, et al. 2018;Gopalakrishnan et al. 2018;Hakozaki et al. 2020)(Lee et al. 2021)。さらに、アバター腸ヒト化マウスモデルにおいてさえ、外来性アッカーマンシアp2261に対するレスポンダーは、自らのマイクロバイオームを、Akkエコシステムに属する上記の種のいくつかが過剰に存在する方向にシフトさせた。
応答に関係する細菌の多様性と片利共生の臨床での重要性の確認として、われわれの結果は、ATB使用と悪い臨床転帰を結びつける増加しつつある証拠の検証となっている (Elkrief et al. 2019)。生存に関係する好ましい属(ルミノコッカスなど)の枯渇(Hakozaki et al. 2020)に加え、ATBの使用は、腸内マイクロバイオームの組成を、以前に炎症促進経路または免疫調節経路と関係づけられた有害な細菌(大腸菌やクロストリジウム・ボルテアエなど)へとずらす傾向があり(Seo et al. 2015)、これは、ICIに適した腎細胞癌における以前の知見を裏づけている(Lisa Derosa et al. 2020)。驚くべきことに、ATBは、独立な負の予後因子として機能することに加え、悪い予後に関係する77パーセンタイル超のレベルのAkkの過剰な存在(Akk)を促進した。実際、ATBの使用により、糞便がAkk表現型を示す個人の割合が2倍になった。4.799超というAkkの過剰な存在のこの表現型形質は、結腸粘膜固有層におけるIL-10産生Tregを維持することが知られているクロストリジウム属のクラスターIVとXIVaに属するクロストリジウム属の種(C.ボルテアエ、C.イノキューム、C.アスパラジフォルメ、C.シンデンス、C.シンボジウム)(Atarashi et al. 2011)が優勢であることと関係していた。
ATBの使用は別にして、4.799超というAkkの過剰な存在(Akk)は、おそらく根底にあるこれら進行したがん患者における腸障壁の病理生理学的障害を反映して、4.799未満というAkkの「正常な」相対量よりも短い全生存と関係していた。エコシステムにおいてA.ムシニフィラが相対的に大きな割合であること、または優勢であることは、病理生理学的不全(アノレキシア・ネルボーザ(Ruusunen et al. 2019)、GVHD(Shono et al. 2016)、加齢(van der Lugt et al. 2019)、代謝異常(Depommier et al. 2019b)、HIV感染(Ouyang et al. 2020)、病原性細菌(Huck et al. 2020)、または肝臓損傷(Wu et al. 2017)など)と関係づけられてきた。したがってATB使用によるかATB使用につながる腸損傷の文脈では、Akkは、進行中だが不完全な腸修復のバイオマーカーとなる可能性があろう。注目すべきことに、他の細菌を調べて逆の臨床転帰と相関する似た三分法分布は観察されなかった(図3)。
したがって、Akkの相対量は、PD-1阻害を用いた免疫療法患者の好ましい予後または悪い予後の信頼性のあるバイオマーカーになりうると結論する。それは、最適なバイオマーカーを発見するために設計されたNSCLC患者を含む前向き試験において、ATBの使用とPD-L1発現に加えてAkkの相対量を正確に定量するための(16S rRNAによるよりは)ショット-ガンメタゲノミクスシークエンシングに基づいてリスクで層化されたI-O患者にとって最も重要である可能性がある。
マイクロバイオームを変化させる治療戦略(FMTまたは片利共生細菌など)が、ICIに対する応答を強化する、またはICIに対する一次耐性を回避するために現在評価されているところだが、患者を彼らのディスバイオシスの程度に基づいて層化することはなされていない(Baruch et al. 2020)。ここに、内在性Akkを欠くFMTによって与えられる抗PD-1阻害に対する耐性を治療で回避できることを示唆する前臨床データを提示する(図9と(Routy, Gopalakrishnan, et al. 2018;Routy, Le Chatelier, et al. 2018))。外来性アッカーマンシア(アッカーマンシアp2261)の経口補充は、レシピエントのマイクロバイオームを健康状態に向けてシフトさせたときに特に有効であった(図9D~E)。最近の1つの前臨床研究は、組み換えインターロイキン-2の抗がん効果がAkkによってToll様受容体2に依存したやり方で改善される可能性があることを示している(Shi et al. 2020)。患者では、Akkを食品で補充することが安全であり、前糖尿病状態の文脈ではインスリン抵抗性と脂質異常症を減らす(Depommier et al. 2019a)。合わせると、凍結乾燥されてカプセルに入れられたアッカーマンシアの治療用補充は、ATBに曝露されていなくて内在性Akkが欠如している患者のサブグループの利益になると推測される。逆に、複合多微生物共同体または糞便微生物移植は、以前にATBに曝露された患者にとって最適である可能性がある。
したがってわれわれの研究は、定型的な腫瘍管理のため腸内ディスバイオシスを評価する診断ツールのほか、NSCLCを持つ患者におけるICIに対する一次耐性を回避することを目的として微生物叢を中心とする介入を設計するための枠組みを開発するための1つの強力な根拠を提供する。
実施例2:腸内アッカーマンシアSGB9228は、進行した非小細胞肺がん患者においてPD1阻害に対する臨床応答を予測し、前臨床モデルにおいてPD-1阻害の有効性を強化する
背景:
いくつかのグループによって発表された最近の研究は、アッカーマンシアのいくつかの分岐群(Becken et al., mBio 2021)または種レベル(Karcher et al., Genome Biol. 2021;Guo et al., BMC Genomics 2017)の存在を示唆している。実際に、そしてKarcherらによって示唆されたように、アッカーマンシア・ムシニフィラを含む合計で5つのアッカーマンシア候補種がヒト、マウス、および非ヒト霊長類の腸内マイクロバイオームに存在し、そのうちの4つ(アッカーマンシアSGB9223、SGB9224、SGB9227、およびSGB9228)は、まだ十分に調べられていないか、特徴づけられていない。注目すべきことに、これらの株は、16S rRNA遺伝子配列により、異なる候補種の中の株の16S rRNA遺伝子配列と大きな類似性を示し、違いが2%を超えることはなかった。アッカーマンシア候補種は宿主間で占有率が大きく異なっていた。A.ムシニフィラが、全宿主で圧倒的に最も優勢な候補種であり、成人の34%で検出され、実験室で育てたマウスでは最大占有率が54%に達する。他の候補種は全宿主でより低い占有率(25%未満)で検出された。
がん患者におけるPD1阻害の臨床での有効性の推進におけるアッカーマンシアSGB9228種の重要性:
ゲノムマーカーを取り出し、われわれのコホートの中のこれら5つのSGBのうちの4つのプロファイルを明らかにすること、したがってアッカーマンシアゲノムの多様性を以下のようによりよく再現することができた。実施例1(338人のNSCLCがん患者のコホートにおけるアッカーマンシアのさまざまな亜種の占有率を示す表2)に概略を示したように、SGB9226(アッカーマンシア・ムシニフィラMucT)はわれわれのコホートにおける最も優勢な種である(アッカーマンシア陽性サブセットの80%超)。
注目すべきことに、分岐群SGB9226(A.ムシニフィラの代替物)とSGB9228に関して報告された占有率は、一般的なヒト集団においてKarcherらによって報告されたのとは異なっているため、特定の分岐群の存在はNSCLCの病理プロセスに関与しないことの証拠になっている(Karcher et al., Genome Biol. 2021)。最後に、NSCLCがん患者で臨床においてICIが有効であるようにする分岐群SGB9226とSGB9228の存在の予測値を比較した。患者を三分法で層化してA.ムシニフィラの個人、A.ムシニフィラの個人、またはA.ムシニフィラの個人にすることが、二分法(A.ムシニフィラ対A.ムシニフィラ)の分別よりも全生存のより正確な独立な予後因子になる可能性があることを考慮し、SGB9228を用いて同じ分析を実施した。図10に示されているように、アッカーマンシアSGB9228はアッカーマンシア・ムシニフィラと同様の挙動を示すが、この分析に含まれるSGB9228患者の数は有意に少なかった。合わせると、腸内の「正常レベル」のA.ムシニフィラ(A.ムシニフィラ)またはアッカーマンシアSGB9228の存在は、宿主腸の健康度の代替指標と見なすことができる(図10)。
アッカーマンシアp2261は、アッカーマンシアSGB9228に属するアッカーマンシアの株である:
したがってアッカーマンシアp2261の深い特徴づけを実施してアッカーマンシアp2261の系統群とそれぞれの表現型形質を明らかにした。メタゲノムアセンブルゲノムの全ゲノム系統推定を実施すると、アッカーマンシアp2261は、アッカーマンシア・ムシニフィラとは明確に異なる種アッカーマンシアSGB9228に属することが明らかになった。
American Type Culture Collection(ATCC)から提供されたアッカーマンシア・ムシニフィラ基準株ゲノムをアッカーマンシアp2261ゲノムと比較した。再構築された単離体の完全性をCheckMのlineage_wf機能(Parks et al., Genome Res. 2015)を用いて評価した。次に、再構築されたコンティグを処理し、Parsnpをコアゲノムアライナーとして用いて多数の微生物のゲノムのコアゲノムをアラインメントさせた。単離体の間の平均ヌクレオチド同一性(ANIm)をMUMmer(Kurtz et al., Genome Biol. 2004)を用いて評価した。表9に示されているように、これらの株は16S rRNA遺伝子配列とのより高い類似性を示したが、ゲノムワイドの平均は、アッカーマンシアp2261(ゲノムG1284)とアッカーマンシア・ムシニフィラATCCの間のヌクレオチド一致が90%未満であると推定されたため、アッカーマンシア株p2261とアッカーマンシア・ムシニフィラは遺伝的に異なることが証明される。
アッカーマンシアSGB0228株p2261と4531は前臨床モデルにおいてPD-1阻害の有効性を安全に強化する:
アッカーマンシアの株(株3284、5126、5801、4531、および2261が含まれる)が、免疫チェックポイント阻害剤の前臨床有効性を安全性強化する能力の詳細な評価を実施した。アッカーマンシア株が、NR NSCLCがん患者の糞便材料を移植したMCA205腫瘍担持マウスにおけるPD1阻害の有効性を安全に改善する能力を調べた(図11)。アッカーマンシア株2261と4531は、PD-1阻害の抗腫瘍有効性を強力に強化した。
アッカーマンシアの異なる株(株3284、5126、5801、4531、およびp2261が含まれる)を以前に適用された骨髄由来の樹状細胞(BMDC)によるサイトカインIL-12の分泌もモニタした(図12)。アッカーマンシア株2261と4531はBMDCによるIL-12の分泌を強力に強化した。
アッカーマンシア種を認識する特異的プライマーの設計:
アッカーマンシア・ムシニフィラ(SGB9226)とアッカーマンシアSGB9228種を特異的に同定するためのプライマーを設計した(図13)。これらのプライマーはPrimer-BLASTを用いて設計し(Ye et al., BMC Bioinformatics, 2012)、特異性はRefSeqに寄託された代表的なゲノムを用いてチェックした。
アッカーマンシア・ムシニフィラおよび/またはアッカーマンシアSGB9228の相対量は、以下のプライマーを用いた定量PCRによって測定することができる:
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Claims (17)

  1. がん患者が免疫チェックポイント阻害剤(ICI)に基づく療法に対する良いレスポンダーであるかどうかを判断するインビトロセラノスティクス法であって、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア属の細菌の相対量を測定することを含み、アッカーマンシア属の前記細菌が所定の閾値未満で存在することが、前記患者がICIに基づく前記療法に対する良いレスポンダーである可能性が大きいことを示している方法。
  2. 所定の閾値を超えるアッカーマンシア属の細菌の存在が、ICIに基づく療法にもかかわらず悪い予後であることを示している、請求項1に記載の方法。
  3. あるがん患者がICIに基づく療法の投与前に細菌補償を必要とするかどうかを判断する方法であって、前記患者からのサンプル中でアッカーマンシア属の細菌の相対量を測定することを含み、
    (i)アッカーマンシアが前記サンプル中に存在しない場合には、前記患者は、ICI投与の前に少なくともアッカーマンシア属の細菌を用いた細菌補償を必要とし;
    (ii)アッカーマンシア属の細菌が所定の閾値未満で前記サンプル中に存在する場合には、前記患者はICI投与の前にいかなる細菌補償も必要とせず;
    (iii)アッカーマンシア属の細菌が所定の閾値を超えて前記サンプル中に存在する場合、特にこの過剰な存在が、抗生物質曝露の結果である、および/またはガンマプロテオバクテリア綱および/またはデスルホビブリオ科に属する種の過剰な存在に関係する場合には、前記患者は、多微生物共同体を用いた細菌補償、および/または健康な個人からの、またはICIに基づく前記療法にうまく応答したがん患者からの糞便微生物移植(FMT)を通じた細菌補償を必要とする、方法。
  4. ある個人が腸内微生物叢ディスバイオシスを持つかどうかを判断する方法であって、前記個人からのサンプル中でアッカーマンシア属の細菌の相対量を測定することを含み、アッカーマンシア属の前記細菌の存在が所定の閾値未満であることが、腸内微生物叢ディスバイオシスが存在していないことを示している方法。
  5. アッカーマンシア・ムシニフィラ(Akkermansia muciniphila)および/またはアッカーマンシアSGB9228の相対量を測定して少なくとも1つの所定の閾値と比較する、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記所定の閾値が1と10%の間の相対量に対応する、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記所定の閾値が3と6.5%の間の相対量に対応する、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
  8. ICIに基づく前記療法が、抗PD1/PD-L1/PD-L2 Abに基づく療法である、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記患者が非小細胞肺がん(NSCLC)または腎臓がんを患っている、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記患者が非扁平上皮NSCLCを患っている、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
  11. ICIに基づく前記療法が第1選択療法または第2選択療法として投与される、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記患者または個人からのサンプルが、糞便サンプル、前記患者または個人からの大腸または回腸管腔の内容物からのサンプル、または前記患者または個人からの粘膜生検である、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 自らの腸内微生物叢にアッカーマンシアが過剰に存在するがん患者の治療用であり、ICIに基づく療法と組み合わせて使用される糞便微生物組成物。
  14. 自らの腸内微生物叢にアッカーマンシアを持たないがん患者の治療用であり、ICIに基づく療法と組み合わせて使用される、アッカーマンシア属の細菌を含む細菌組成物。
  15. アッカーマンシア属の前記細菌がアッカーマンシアSGB9228である、請求項13または14に記載の利用のための請求項13または14に記載の糞便微生物組成物または細菌組成物。
  16. 前記患者が非小細胞肺がん(NSCLC)または腎臓がんを患っている、請求項13または14に記載の利用のための請求項13~15のいずれか1項に記載の糞便微生物組成物または細菌組成物。
  17. 前記患者が非扁平上皮NSCLCを患っている、請求項13に記載の利用のための請求項13~15のいずれか1項に記載の糞便微生物組成物または細菌組成物。
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