【実施例】
【0034】
1.材料および方法
(1)患者、治療、および試料の回収
本研究では、ゲフィチニブによる治療を受けた42例の非小細胞肺癌(NSCLC)患者を、2006年1月〜2008年12月、単一の施設(日本、久留米市、久留米大学附属病院)においてスクリーニングした。年齢、性別、組織像、喫煙の状態、全身状態(PS)、病期、および治療法を含めた患者の臨床病理学的特徴の詳細は、臨床経過について知らされていない独立の審査者によるカルテ審査から得た(表1)。進行したNSCLCのため、いずれの患者も、毎日1回、経口によりゲフィチニブ(250mg)を投与された。記録した患者の特徴には、性別、年齢、Eastern Cooperative Oncology Group(ECOG)による全身状態(PS)、腫瘍組織像、喫煙歴、先行の化学療法、およびEGFR突然変異の種類が含まれた。腫瘍縮小効果(tumor response)は、コンピュータ断層撮影(CT)を介して調べ、RECIST(Response Evaluation Criteria in Solid Tumors)に従い評価した。縮小効果は、最初の記録から少なくとも4週間(完全奏功または部分奏功の場合)または6週間(疾患安定の場合)後に確認した。PFS(無増悪生存期間)は、EGFR−TKI治療の開始日から疾患進行日または最終診療日までを計算した。本研究はまた、ヘルシンキ宣言の条項も遵守する。本研究は、久留米大学の治験審査委員会による承認を受けた。
【0035】
血清または血漿は、ゲフィチニブ治療を受けたNSCLC患者から、ゲフィチニブ治療前に回収した。説明同意文書は、全ての対象から得た。血清または血漿を得たら、使用まで−80度で凍結した。
【0036】
(2)EGFR突然変異解析
EGFR遺伝子の突然変異は、エクソン19(E746−A750del)および21(L858R)において、既報のとおりペプチド核酸−ロックト核酸(PNA−LNA)PCRクランプ(22)により調べた。略述すると、ゲノムDNAを、QIAamp DNA Microキット(QIAGEN)を用いてパラフィン包埋した組織から精製した。使用したPCRプライマーは、Invitrogen Inc.に委託して合成させた。PNAクランプのプライマーおよびLNAの突然変異体プローブは、それぞれ、FASMEC(日本、神奈川県)およびIDT(Coralville、IA)から購入した。PNA−LNA PCRクランプは、SDS−7500 System(Applied BioSystems)を用いて行った。
【0037】
(3)EGFR由来ペプチドおよびEGFR由来ペプチドに対して反応性のある抗体量の測定
図2に示すように、EGFRタンパク質の配列から設計した60種類の異なる20merのペプチドを合成し、Sigma Aldrichから購入した。ペプチドは、既報のとおり(23)、DMSOにより溶解した。EGFR由来ペプチドに特異的な抗体量は、既報のとおり(24)、Luminex(登録商標)システムを用いるマルチプレックスビーズ懸濁アレイを介して測定した。略述すると、100μlの希釈した血漿を、EGFR由来ペプチドが結合したxMAPビーズ(Luminex Corp.、Austin、TX)と共に、プレートシェーカー上の96ウェルフィルタープレート(MABVN1250;Millipore Corp.、Bedford、MA)内で、室温で2時間インキュベートした。2時間後、プレートをT−PBSにより洗浄し、100μlのビオチン化ヤギ抗ヒトIgG(BA−3080;Vector Laboratories、Burlingame、CA)と共に、プレートシェーカー上で、室温において1時間インキュベートした。洗浄の後、100μlのストレプトアビジン−PEをウェルへと添加し、プレートを、プレートシェーカー上で、室温で30分間インキュベートした。結合したビーズを3回洗浄した後、100μlのPBSを各ウェルに添加した。各試料50μlずつを用いて、Luminex(登録商標)システムでビーズ上の蛍光を検出した。抗体量は、蛍光強度により表し、値は、既報のとおり(24)、蛍光強度単位(FIU)により示した。試料希釈アッセイから得たFIUの線形曲線が5〜10,000FIUであった(データ非提示)ため、カットオフレベルは10FIUに設定した。60種類の異なるペプチドの各々に対して反応性のある抗体の量を測定した。
【0038】
(4)統計学的解析
60種類の異なるペプチドの各々に対して反応性のある抗体量が突然変異状態と相関するかについて調べた。この目的のため、ウィルコクソン順位和検定を用いて、60種類のペプチドの各々に対して反応性のある抗体量の中央値を、EGFRの突然変異体(delE746−A750およびL858R)と野生型とで比較した。PFS(無増悪生存期間)は、ゲフィチニブ治療の開始日から疾患進行日までの期間として定義した。OS(全生存期間)は、ゲフィチニブ治療の開始日から、死因に関わらず死亡日までの期間として定義した。PFSまたはOSを決定できなかった患者は、最終診療日を観察打ち切りとして取り扱った。次に、60種類の異なるペプチドの各々に対して反応性のある抗体量がPFSまたはOSと相関するかについて調べた。説明変数としての各ペプチドに対して反応性のある抗体量、突然変異状態、喫煙の状態、性別、および全身状態と共に、コックスの比例ハザードモデルを適用した。また、60種類の異なるペプチドの各々に対して反応性のある抗体量が腫瘍縮小効果と関連するかどうかを、ロジスティック回帰を適用することにより調べ、CR(完全奏功)およびPR(部分奏功)を奏功するとみなした。60種類のペプチドを用いたため、困難な多重度の問題が生じた。本発明者らは、偽発見率(FDR)を5%のレベルに制御する、PFS(OSまたは腫瘍縮小効果)と有意に相関するペプチドを同定した。
【0039】
解析結果の説明として、臨床病理学的特徴のみを用いるよりも正確な患者の予後予測に有用なペプチドの同定を試みた。患者数より多いペプチドを用いたため標準的な多変量コックス回帰(多重回帰)を適用することができなかったが、これは本研究における極めて困難な問題であった。影響が大きい観察を回避するため、本発明者らは、各ペプチドに対して反応性のある抗体量をlog(ペプチドに対する抗体量+1)により変換し、ゼロ平均および単位標準偏差へと標準化した。本発明者らは、ラッソ型のペナルティーによるコックス回帰(25、26)を適用した。ラッソ法は有用であり、高次元データを解析するのによく用いられるようになりつつある。ラッソ法の注目すべき特徴は、疎らさである。すなわち、PFS(OS)と相関しないペプチドの回帰係数であれば、ゼロとして評価しうる。この特徴に基づき、本発明者らは、患者の予後予測に有用であると期待されるいくつかのペプチドを同定した。選択されたペプチドに対して反応性のある抗体量が患者の予後予測に実際に有用であるかを調べるために、コックス回帰解析および時間依存的ROC解析(27)を適用した。臨床病理学的特徴のみによるコックス回帰ならびに各ペプチドに対して反応性のある抗体量と臨床病理学的特徴の両方によるコックス回帰を介して、ROC曲線下面積(AUC)を危険性スコアについて評価した。ブートストラップ法による1000回の反復についてのP値を計算してAUCの同等性を検定することにより、AUCを比較した。統計学的解析は、R version 2.13ソフトウェアおよびSAS version 9.3ソフトウェア(SAS Institute、Cary、NC)により実施した。
【0040】
2.結果
(1)患者の特徴および生存解析
42例の患者の臨床学的特徴を、表1に示す。25例(59%)の患者が女性であり、24例(57%)が非喫煙者であり、全患者の年齢の中央値は63.5歳(範囲:38〜82歳)であった。38例(90%)の患者が腺がんを有し、34例(80%)は全身状態良好であり(Eastern Cooperative Oncology Groupによる評定尺度が0)、15例の患者(32%)には第一選択の化学療法としてEGFR−TKI治療が施された。EGFR突然変異の種類について述べると、8例の患者がエクソン19に欠失を有し、13例の患者がエクソン21にL858Rミスセンス突然変異を有し、21例の患者が野生型を有していた。
【0041】
解析の時点において、追跡期間の中央値は、418日間(範囲:16〜1532日間)であった。PFSの中央値は、201日間(範囲:11〜1379日間)であり、OSの中央値は、418日間(範囲:16〜1532日間)であった。ゲフィチニブ治療の開始後におけるPFSおよびOSについてのカプラン−マイヤー解析を、
図1に示す。ログランク検定により、ゲフィチニブ治療の結果として、EGFR突然変異を有する患者におけるPFSは、突然変異を有さない患者におけるPFSより有意に延長された(中央値347日に対して54日、P=0.0029)(
図1A)が、これら2つの患者群のOSの間には有意差が認められない(それぞれ、中央値314日に対して128日、P=0.1095)(
図1B)ことが明らかとなった。突然変異を有する患者と野生型の患者との間におけるこのPFSの相違は、いずれの種類のEGFR突然変異についても明らかであった(
図1C、D)。
【0042】
(2)EGFR由来ペプチドに対する抗体量とゲフィチニブによる治療を受けたNSCLC患者におけるEGFR突然変異との間の相関
本発明者らはまず、60種類の異なるペプチドの各々に対して反応性のある抗体が、NSCLC患者に由来する血漿または血清において、Luminex(登録商標)システムによって定量可能であるかを調べた(表3、
図3Aおよび3B)。各ペプチドに対して反応性のある抗体量がEGFR突然変異と相関するかについて解析し、エクソン21の突然変異を有する患者では、ペプチドegfr_481_500、egfr_721_740、egfr_741_760に対する抗体量が、エクソン21の突然変異を有さない患者におけるより有意に高いことを見出した(egfr_481_500についてP=0.017;egfr_721_740についてP=0.036;egfr_741_760についてP=0.007)。これらの3つのペプチドにおいて、エクソン21の突然変異を有する患者における抗ペプチド抗体量の中央値は、エクソン21の突然変異を有さない患者における抗ペプチド抗体量の中央値の約2倍であった(表3)。一方、egfr_841_860に対する抗体量は、エクソン19に欠失を有する患者では、欠失を有さない患者より有意に低かった(P=0.047)。egfr_1001_1020に対する抗体量は、エクソン19に欠失を有する患者において有意に高かった。その他のペプチドに対して反応性のある抗体量は、EGFR突然変異との相関を有さなかった。
【0043】
(3)EGFR由来ペプチドに対する抗体量とゲフィチニブにより治療したNSCLC患者における生存との間の関係
さらに、抗ペプチド抗体量が、ゲフィチニブによる治療後のNSCLC患者のPFSおよびOSと十分に相関するかどうかを調べた。本発明者らは、全ペプチドのうちの多くのp値が5%未満であり、コックス回帰において38種類および32種類のペプチドのp値が5%未満であり、さらにFDRを5%のレベルに制御しても、PFSについて有意な35種類のペプチドおよびOSについて有意な20のペプチドが同定されることを見出した(表4)。本発明者らはまた、各ペプチドに対する抗体量が腫瘍縮小効果(CRまたはPR)と相関するかについても調べた。ロジスティック回帰解析により、いずれのペプチドに対する抗体量も腫瘍縮小効果とは相関しないことが示された(データ非提示)。
【0044】
(4)患者の予後予測に有用なペプチドの同定
前述のとおり、多くのペプチドに対する抗体量がPFSおよび/またはOSと有意に相関した。多くのペプチドに対する抗体量が、中程度または高度に相関していた(データ非提示)。これにより、比較的少数のペプチドに対する抗体量であっても、患者の予後予測に有用な規則の構築に十分でありうることが示唆された。ラッソペナルティーを伴うコックス回帰から、本発明者らは、egfr_41_60、egfr_61_80、およびegfr_481_500に対する抗体量がPFSに対して比較的大きな効果を及ぼし、egfr_41_60、egfr_481_500、およびegfr_881_900に対する抗体量がOSに対して比較的大きな効果を及ぼすことを見出した(PFSおよびOSについてのソリューションパス(solution path)を、それぞれ
図5Aおよび5Bに示す)。PFSについての予測規則を構築するため、egfr_41_60、egfr_61_80、およびegfr_481_500に対する抗体量を用いた。また、egfr_41_60に対する抗体量およびegfr_881_900に対する抗体量は強く相関していた(スピアマンの順位相関係数は、0.71であり、P<0.001あった)ため、本発明者らは、OSについてはegfr_41_60およびegfr_481_500に対する抗体量を用いた。表2Aには、交絡因子となる可能性があるPS、年齢、性別、および喫煙の状態について調整した、egfr_41_60、egfr_61_80、およびegfr_481_500に対する抗体量を用いたPFSについてのコックス回帰の結果を示した。3つのペプチド全てが、臨床病理学的特徴とは独立した有意な予後規定因子であることが見出された(egfr_41_60についてはP=0.001であり、egfr_61_80についてはP=0.020であり、egfr_481_500についてはP=0.028であった)。表2Bには、egfr_41_60およびegfr_481_500に対する抗体量を用いたOSについてのコックス回帰の結果を示した。いずれのペプチドに対する抗体量も、臨床病理学的特徴とは独立した有意な予後規定因子であることが見出された(egfr_41_60についてはP=0.018であり、egfr_481_500についてはP=0.027であった)。選択したペプチドに対する抗体量の限界効果を把握するため、
図3Aおよび
図3Bのそれぞれに、選択したペプチドに対する抗体量の高値群および低値群における、PFSおよびOSについてのカプラン−マイヤープロットを示す(臨床病理学的特徴による影響については調整していない)。また、時間依存的ROC解析を用いて、臨床病理学的特徴にペプチドに対する抗体量を追加することにより、患者の予後予測が改善されるかを調べた。
図4Aおよび4Bは、ペプチドに対する抗体量と臨床病理学的特徴、および臨床病理学的特徴のみを用いて、表2A(PFSに関する)および表2B(OSに関する)に示すコックス回帰により評価した、1年間および2年間の危険性スコアのROC曲線を示す。ROC曲線は、1年間および2年間のPFSについての診断が実質的に改善されることを示す(AUCの比較についてP<0.001)。OSについても、1年間および2年間の時間依存的ROC曲線のAUCが、ペプチドに対する抗体量を追加することにより、臨床病理学的特徴のみの場合より有意に大きくなった(P<0.001)(
図4Cおよび4D)。したがって、時間依存的ROC解析は、臨床病理学的特徴にペプチドに対する抗体量を追加することにより、PFSとOSのいずれについても、より正確な患者の予後予測が可能となることを示した。
【0045】
【表1】
【0046】
【表2A】
【0047】
【表2B】
【0048】
【表3-1】
【表3-2】
【表3-3】
【表3-4】
【表3-5】
【表3-6】
【表3-7】
【表3-8】
【表3-9】
【表3-10】
【表3-11】
【表3-12】
【0049】
【表4-1】
【表4-2】
【表4-3】
【表4-4】
【0050】
参考文献
References
1. Parkin DM, Bray FI, Devasa SS. Cancer burden in the year 2000: the global picture. Eur J Cancer 2001;37:4-66.
2. Yarden Y, and Sliwkowski MX. Untagling the ErbB signaling network. Nat Rev Mol Cell Biol 2001; 2: 127-137.
3. Lynch TJ, Bell DW, Sordella R, et al. Activating mutations in the epidermal growth factor receptor underlying responsiveness of non-small-cell lung cancer to gefitinib. N Engl Med 2004;350:2129-39.
4. Paez JG, Janne PA, Lee JC, et al. EGFR mutations in lung cancer: correlation with clinical response to gefitinib therapy. Science 2004;304:1497-500.
5. Ono M, Kuwano M. Molecular mechanisms of epidermal growth factor receptor activation and response to gefitinib and other EGFR-targeting drugs. Clin Cancer Res 2006;12:7242-51.
6. Maemondo M, Inoue A, Kobayashi K, et al. Gefitinib or chemotherapy for non-small-cell lung cancer with mutated EGFR. N Engl J Med 2010;362:2380-8.
7. Mitsudomi T, Morita S, Yatabe Y, et al. Gefitinib versus cisplatin plus docetaxel in patients with non-small-cell lung cancer harbouring mutations of the epidermal growth factor receptor (WJTOG3405): an open label, randomized phase 3 trial. Lancet Oncol 2010;11:121-8.
8. Mok TS, Wu YL, Thongprasert S, et al. Gefitinib or carboplatin-paclitaxel in pulmonary adenocarcinoma. N Engl J Med 2009;361:947-57.
9. Sasada T, Komatsu N, Suekane S, Yamada A, Noguchi M, Itoh K. Overcoming the hurdles of randomised clinical trials of therapeutic cancer vaccines. Eur J Cancer 2010;46(9): 1514-9.
10. van de Vijver MJ, He YD, van't Veer LJ, et al. A gene-expression signature as a predictor of survival in breast cancer. N Engl J Med 2002;347(25): 1999-2009.
11. Bedognetti D, Wang E, Sertoli MR, Marincola FM. Gene-expression profiling in vaccine therapy and immunotherapy for cancer. Expert Rev Vaccines 2010;9(6): 555-65.
12. Bogunovic D, O'Neill DW, Belitskaya-Levy I, et al. Immune profile and mitotic index of metastatic melanoma lesions enhance clinical staging in predicting patient survival. Proc Natl Acad Sci U S A 2009;106(48): 20429-34.
13. Pham MX, Teuteberg JJ, Kfoury AG, et al. Gene-expression profiling for rejection surveillance after cardiac transplantation. N Engl J Med 2010;362(20): 1890-900.
14. Noguchi M, Kakuma T, Uemura H, et al. A randomized phase II trial of personalized peptide vaccine plus low dose estramustine phosphate (EMP) versus standard dose EMP in patients with castration resistant prostate cancer. Cancer Immunol Immunother 2010;59(7): 1001-9.
15. Mine T, Sato Y, Noguchi M, et al. Humoral responses to peptides correlate with overall survival in advanced cancer patients vaccine with peptides based on pre-existing, peptide-specific cellular responses. Clin Cancer Res 2004;10:929-37.
16. Ugurel S, Schrama D, Keller G, et al. Impact of the CCR5 gene polymorphism on the survival of metastatic melanoma patients receiving immunotherapy. Cancer Immunol Immunother 2008;57(5): 685-91.
17. Liu D, O'Day SJ, Yang D, et al. Impact of gene polymorphisms on clinical outcome for stage IV melanoma patients treated with biochemotherapy: an exploratory study. Clin Cancer Res 2005;11(3): 1237-46.
18. Leibovici D, Grossman HB, Dinney CP, et al. Polymorphisms in inflammation genes and bladder cancer: from initiation to recurrence, progression, and survival. J Clin Oncol 2005;23(24): 5746-56.
19. Breunis WB, Tarazona-Santos E, Chen R, Kiley M, Rosenberg SA, Chanock SJ. Influence of cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 (CTLA4) common polymorphisms on outcome in treatment of melanoma patients with CTLA-4 blockade. J Immunother 2008;31(6): 586-90.
20. Yurkovetsky ZR, Kirkwood JM, Edington HD, et al. Multiplex analysis of serum cytokines in melanoma patients treated with interferon-alpha2b. Clin Cancer Res 2007;13(8): 2422-8.
21. Sabatino M, Kim-Schulze S, Panelli MC, et al. Serum vascular endothelial growth factor and fibronectin predict clinical response to high-dose interleukin-2 therapy. J Clin Oncol 2009;27(16): 2645-52.
22. Nagai Y, Miyazawa H, Huqun, et al. Genetic heterogeneity of the epidermal growth factor receptor in non-small cell lung cancer cell lines revealed by a rapid and sensitive detection system, the peptide nucleic acid-locked nucleic acid PCR clamp. Cancer Res 2005;65:7276-82.
23. Harada M, Kobayashi K, Matsueda S, Nakagawa M, Noguchi M,Itho K. Prostate-specific antigen-derived epitopes capable of inducing cellular and humoral responses in HLA-24+ prostate cancer patients. Prostate 2003; 57(2): 152-9.
24. Komatsu N, Shichijo S, Nakagawa M, Itoh K. New multiplexed flow cytometric assay to measure anti-peptide antibody: a novel tool for monitoring immune responses to peptides used for immunization. Scand J Clin Lab Invest 2004; 64: 535-45.
25. Goeman JJ. L1 penalized estimation in the Cox proportional hazards model. Biometrical J 2010; 52: 1 70-84.
26. Everitt BS. An R and S-PLUS Companion to Multivariate Analysis. 2005. Springer-Verlag London Limited.
27. Heagerty PJ, Lumley T, Pepe MS. Time-dependent ROC curves for censored survival data and a diagnostic marker. 2000; 56: 2 337-344.
28. Ogiso H, Ishitani R, Nureki O, et al. Crystal structure of complex of human epidermal growth factor and receptor extracellular domains. Cell 2002; 110: 775-787.
29. Garrett PJ, Mckern NM, Lou M, et al. Crystal structure of truncated epidermal growth factor extracellular domain bound to transforming growth factor alpha. Cell 2002; 110: 763-773.
30. Leahy DJ, and Cho HS. Structure of extracellular region of HER3 reveals an interdomain tether. Science 2002; 297: 1330-1333.
31. Lemmon MA. Ligand-induced ErbB receptor dimerization. Exp Cell Res. 2009; 315:638-648.
32. Bose R, Zhang X. The ErbB kinase domain: structural perspectives into kinase activation and inhibition. Exp Cell Res 2009; 315: 649-658.
33. Zhang X, Dureasko J, Shen K, et al. An allosteric mechanism for activation of the kinase domain of epidermal growth factor receptor. Cell 2006; 125: 1137-1149.
34. Talavera A, Friemann R, Gomez-Puerta S, et al. Nimotuzumab, an antitumor antibody that targets the epidermal growth factor receptor, blocks ligand binding while permitting the active receptor conformation. Cancer Res 2009; 69: 5851-9.
35. Li S, Schmitz KR, Jeffrey PD, et al. Structural basis for inhibition of epidermal growth factor receptor by cetuximab. Cancer Cel 2005; 7:301-311.
36. Schmiedel J, Blaukat A, Li S, et al. Matuzumab binding to EGFR prevents the conformational rearrangement required for dimerization. Cancer Cell 2008; 13:365-373.
37. Kimura H, Kasahara K, Kawanishi M, et al.Detection of epidermal growth factor receptor mutations in serum as a predictor of the response to gefitinib in patients with non-small-cell lung cancer. Clin Cancer Res 2006; 12: 3915-21.