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患者の腫瘍が特定の治療体制に反応するかどうかを知りたければ、その治療に対する、マウス腫瘍ではなくヒト腫瘍の反応を調べる必要がある

ヒトのがんの研究のために、多数のマウスモデルが開発されてきた。 これらのモデルは、悪性形質転換、浸潤および転移に関与する因子を調査するため、ならびに治療に対する反応を調べるために使用される。 最も広く用いられているモデルの一つがヒト腫瘍異種移植片である。 このモデルでは、ヒト腫瘍細胞を、ヒト細胞を拒絶しない免疫不全マウスに、皮下または腫瘍が発生した臓器型に移植する。 例えば、異種移植片は、無胸腺ヌードマウス、重症免疫不全（SCID）マウス、または他の免疫不全マウスに容易に受け入れられる（Morton and Houghton, 2007）。 注入する細胞の数、または移植される腫瘍の大きさに応じて、腫瘍は1～8週間（または場合によっては1～4ヶ月、またはそれ以上）かけて成長し、適切な治療レジームに対する反応をin vivoで研究することができる。 ヒトのがんを研究するための動物モデルのもう一つのタイプは、遺伝子改変マウス（GEM）モデルである。 これらのマウスの遺伝子プロファイルは、形質転換や悪性化に関与すると考えられる1つまたはいくつかの遺伝子が変異、欠失、過剰発現するように変更されている。その後、これらの遺伝子を変更した効果を経時的に調べ、これらの腫瘍に対する治療応答をin vivoで追跡することが可能である。 無胸腺ヌードマウスとヒト腫瘍細胞株を用いたマウス異種移植モデルは、腫瘍の増殖に影響を与える因子の理解を深めるために何十年も使用されてきた。しかし、腫瘍の進行と増殖に対する腫瘍微小環境の重要な影響に関する最近の情報により、ヒト化マウスモデルにおけるヒト腫瘍異種移植片の使用と同様に、免疫不全マウスを用いたGEM腫瘍モデルへの依存度が高くなってきている。 実際、異種移植モデルはGEMモデルより劣っているとみなされることが多い。 本稿では、それぞれのモデルが癌の診断や前臨床治療において有用であることを示したいと思います。 (1)マウスはヒトの腫瘍で起こるのと同じ突然変異を持っていなければならない、(2)突然変異は内在性遺伝子座の中で操作されるべきで、導入遺伝子として発現してはならない、(3)遺伝性小児腫瘍のモデルを除いて、突然変異遺伝子は胚発生と出生後の早い時期に沈黙すべきである、(4)突然変異は特定の標的組織内で特定の細胞型でなければならない、(5)突然変異は限られた数の細胞で起こるものでなければならない。 さらに「望ましい特徴」として、腫瘍の種類と解剖病理学がヒト腫瘍で観察されるものとできるだけ類似していること、腫瘍の発生が同じ、あるいは類似の「前腫瘍性」段階を経て進行することが望ましいとされています（M. Barbacid, Keystone Symposium on Inflamation, Microenvironment and Cancer, 2008, and personal communication）。 もう一つの重要な基準は、GEMモデルで達成するのが難しい、宿主と腫瘍の環境がモデル内で再現可能であることである。 さらに、GEMを用いたマウス腫瘍モデルは、マウス腫瘍の進行過程における1つまたは2つの遺伝子の特定の変異、欠失または遺伝子増幅の影響を評価するのに非常に有用であるが、通常、ヒト腫瘍の遺伝的複雑さを完全に再現することはできない。 例えば、ヒトでは、悪性黒色腫や遺伝子の異質性が同程度の他の腫瘍型は、広範な異数性を示し、遺伝子の特定の獲得や喪失は、同じ腫瘍内の細胞から別の細胞へと非常に大きく変化する。 このように、このモデルには大きな長所がある一方で、治療に対する患者の反応を予測するためにこのマウスを使用することに大きな影響を与えかねない生来の短所もあるのです。 そこで、アチミックヌードマウス、SCIDマウス、非肥満性糖尿病（NOD）/SCIDヒト化マウスへのヒト腫瘍異種移植が有用となる（Fig.1）。 ヌードマウスやSCIDマウスを選択すると、免疫系のいくつかの構成要素が欠落するが、アチミックヌードマウスでは、B細胞、樹状細胞、顆粒球のすべてが比較的無傷であり、これらのマウスではナチュラルキラー（NK）細胞活性と殺腫瘍マクロファージの両方が相補的に増加する。 さらに、これらの転移病巣を外科的に切除したり、生検したりする時点では、腫瘍はすでに免疫監視と免疫細胞による殺傷から逃れている、ということもできる。 この論説では、治療に対する患者の腫瘍の潜在的な反応を分析する方法として、GEMモデルと比較したヒト腫瘍異種移植片の利点と欠点について述べる（図1）

There are several key advantage of using human tumor xenografts to examine therapeutic response to drug.

治療に対する臨床反応を予測するための異種移植モデルの欠点にもかかわらず、多くの重要な成功が存在する。 例えば、多発性骨髄腫細胞株の同種マウスへの異種移植は、プロテアソーム阻害剤であるボルテゾミブ／ベルケイド®に反応し、多発性骨髄腫の治療に大きな期待が寄せられている（LeBlancら、2002；Moreauら、2008；OyajobiとMundy、2003）。 ボルテゾミブとメルファレンの併用は、前臨床異種移植試験で初めて多発性骨髄腫の治療に有効であることが示され、これが臨床試験での成功につながり、65 歳以上の多発性骨髄腫患者に対する新しい臨床治療の標準として推奨されました（Mateos ら、2006； Mitsiades ら、2003 年）。 ハーセプチンは、HER2/neu過剰発現ヒト乳癌異種移植片に対するパクリタキセルとドキソルビシンの抗腫瘍活性を高めることが示され、その後の臨床試験の成功につながった（Baselgaら、1998；SpornおよびBilgrami、1999）。 血管内皮増殖因子受容体2（VEGFR2）を標的とする中和抗体とパクリタキセルの併用は、同所異種移植モデルにおいて腫瘍増殖抑制と転移拡散抑制に有効であることが示された（Davisら、2004年）。 この下地は、血管内皮増殖因子A（VEGF-A）を標的とするヒト化モノクローナル抗体、bevacizumabの開発に続いて行われた。 ベバシズマブは、大腸癌と腎癌に対する第III相臨床試験で有効であり、2004年にFDAの承認を得た（Hurwitzら、2004；Yangら、2003）。 さらに、マウス異種移植モデルは、標的治療による毒性を予測するのに有用であり、他のケースでは、標的調節の予測バイオマーカーの可能性を同定するのに有用である。 これらは異種移植研究の成功例のほんの一部に過ぎないが、明らかに、多くの種類のヒト腫瘍について、ヒト腫瘍を用いたマウス同所異種移植研究から得られた情報は、臨床試験の成功につながった情報につながっている。 (1)マウスは免疫不全であり、腫瘍の微小環境をマウスの腫瘍モデルで可能な限り再現できること、(2)ヒト腫瘍に存在する特定の遺伝子異常を、誘導性で、特定の年齢で、由来の組織型で再現できること、(3)腫瘍進行の段階を時間的に研究できること、(4)いくつかの治療アプローチを腫瘍発生の各段階において検討できること、が挙げられます。 遺伝子モデルは、シトクロムP450遺伝子やヒト腫瘍抗原などのヒト遺伝子をマウスに発現させ、腫瘍に対する薬物代謝や免疫反応を追跡するヒト化マウスでも有用です（Talmadgeら、2007年）。 GEMの欠点は、第一に、ヒト腫瘍の複雑さを確実に模倣できないこと、第二に、マウス腫瘍はヒト腫瘍ではなく、治療反応に関してヒト腫瘍で何が起こるかを予測できないことが多いことである。 多くのマウス腫瘍を治療することができるが、マウスでの反応と臨床での反応の間には直接的な相関はない。

まとめると、同所性のヒト腫瘍異種移植とGEMモデルの両方は、がんの発生と治療に関する理解を深めるのに有用である。 それぞれ長所と短所があり，同所性ヒト腫瘍異種移植片はヒト腫瘍の薬剤反応性を予測するのに優れており，GEMモデルは腫瘍の発生と進行における特定の遺伝子の役割を検討するのに最適なモデルである。 どのモデルを用いて患者の臨床反応を予測するにせよ、治療に対する適格な「反応」を得るためには、少なくとも50％の腫瘍増殖抑制を得ることが重要であり、臨床的に適切な量の治療薬を使用し、生存期間をモニターすることが必要である。 さらに、薬剤を中止したときに腫瘍の増殖が再開するかどうか、再開する場合は治療開始前と比較して治療中止時の方が早く再開するかどうかを判断することが重要です。 もしそうであれば、薬物治療に対する反応にもかかわらず、リバウンド効果は、リバウンド効果を示す腫瘍型に対してその薬物治療体制を使用しないよう助言する。 結論として、我々はヒト腫瘍の理想的なマウスモデルを持っていないが、使用したアッセイの限界の枠組みの中で我々のデータを解釈することを学ばなければならない

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