癌免疫療法のためのsiRNA搭載脂質ナノ粒子による腫瘍関連マクロファージの機能操作

Manipulating the function of tumor-associated macrophages by siRNA-loaded lipid nanoparticles for cancer immunotherapy.

• Nour Shobaki
• Yusuke Sato
• Yuichi Suzuki
• Nana Okabe
• Hideyoshi Harashima

抄録

腫瘍微小環境には多数の腫瘍関連マクロファージ（TAM）が存在しており、これらのTAMは主にM2表現型であり、腫瘍性機能に関与しています。TAMを標的にしてTAMを操作し、その機能を改変することは、がん治療のための新しい免疫療法となり得る。このような戦略では、M2の分極に関与する特定の遺伝子をサイレンシングすることにより、TAMを短干渉RNA（siRNA）で標的化し、TAMの機能を改変する必要があります。本研究では、脂質ナノ粒子（LNP）製剤を用いて、TAMs への siRNA の標的化と送達を行った。LNPは、以前に肝細胞を標的とするように最適化されていたCL4H6脂質と呼ばれる新規のpH感受性のあるカチオン性脂質を主成分としていた。最適化されたsiRNAを負荷したCL4H6-LNPは、選択的かつ効率的に取り込まれ、ヌードマウスを用いたヒト腫瘍異種移植モデルにおいて、TAMsにおいて強力な遺伝子サイレンシング活性を示した。さらに、最適化されたsiRNAを負荷したCL4H6-LNPを用いてTAMを標的とすることで、同じ腫瘍モデルにおいて抗腫瘍治療効果が得られた。この抗腫瘍治療反応は、シグナル伝達物質および転写活性化因子３（ＳＴＡＴ３）および低酸素誘導因子１α（ＨＩＦ-１α）をサイレンシングすることにより得られ、その結果、腫瘍微小環境（ＴＭＥ）への浸潤マクロファージ（ＣＤ１１ｂ細胞）のレベルが増加するとともに、Ｍ１マクロファージ（ＣＤ１６９細胞）の濃度が増加する傾向が見られた。また、M1マクロファージのmRNAレベルでの関連遺伝子発現が減少していることからも明らかなように、TAMの腫瘍性機能（主に血管新生と腫瘍細胞の活性化）を逆転させる結果となりました。本研究は、マクロファージを用いた新規ながん免疫療法の実現に向けた臨床的・医薬的応用が期待されます。

The tumor-microenvironment contains large numbers of tumor-associated macrophages (TAMs) which are largely M2 phenotypes and are involved in pro-tumorous functions. Targeting TAMs so as to manipulate them and to modify their functions could be a novel immunotherapy for the treatment of cancer. Such a strategy would involve targeting TAMs with short interfering RNA (siRNA) to modify their functions by silencing certain genes that are responsible for their M2 polarization. In this study, a lipid nanoparticle (LNP) formulation was used to target and deliver siRNA to TAMs. The LNP was mainly composed of a novel, pH-sensitive cationic lipid, referred to as the CL4H6 lipid, which had previously been optimized to target hepatocytes. The optimized siRNA-loaded CL4H6-LNPs were selectively and efficiently taken up and showed strong gene silencing activity in TAMs in a human tumor xenograft model in nude mice. Furthermore, an anti-tumor therapeutic response in the same tumor model was obtained by targeting TAMs using the optimized siRNA-loaded CL4H6-LNPs. The anti-tumor therapeutic response was obtained through the silencing of the signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) and hypoxia inducible factor 1 α (HIF-1α), which resulted in an increase in the level of infiltrated macrophage (CD11b cells) into the tumor-microenvironment (TME) as well as a tendency to increase the concentration of M1 macrophages (CD169 cells). The treatment also resulted in reversing the pro-tumorous functions of TAMs -mainly angiogenesis and tumor cell activation-, as evidenced by a decrease in the related gene expression at the mRNA level. This research has promising clinical and pharmaceutical applications for achieving novel macrophage-based cancer immunotherapy.

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