Recently, it was revealed that not only tumor-specific CD8$^+$ T cells, but also tumor-unrelated, virus-specific bystander CD8$^+$ T cells are abundantly present in tumor tissues. In the present study, I analyzed the various antigen-specific tumor-infiltrating CD8$^+$ T cells in human metastatic ovarian cancer and non-small cell lung cancer (NSCLC), and studied how to applicate them to tumor immunotherapy. First, I compared and analyzed tumor-specific CD8$^+$ T cells and tumor-unrelated bystander CD8$^+$ T cells in tumor infiltrates, and confirmed that they can be distinguished according to the expression of CD39. The characteristics of the tumor-specific CD8$^+$ T cells (CD39$^+$ CD8$^+$ T cells) in human metastatic ovarian cancers were further identified according to the degree of expression of PD-1. I found that PD-1-high expressing cells were highly activated and functionally impaired at the same time. I found a significant increase in the expression of 4-1BB in PD-1-high expressing CD39$^+$ CD8$^+$ T cells, and reinvigorated those functionally impaired cells by 4-1BB-agonistic antibodies. Next, I evaluated the characteristics of tumor-infiltrating bystander CD8+ T cells from non-small cell lung cancer (NSCLC) tissues and their activation by IL-15 to repurpose them for cancer immunotherapy. I found that various virus-specific bystander CD8$^+$ T cells coexist in human NSCLC tissues. I stimulated tumor-infiltrating CD8$^+$ T cells (CD8$^+$ TILs) ex vivo using IL-15 without cognate antigens and found that IL-15 treatment upregulates NKG2D express on CD8$^+$ TILs and results in NKG2D-dependent production of IFN-gamma, which changes tumor cells into immune favored conditions. Finally, I evaluated if IL-15 treatment can control tumor growth in a murine NSCLC model with or without a history of murine cytomegalovirus (MCMV) infection. I confirmed that MCMV-specific bystander CD8$^+$ TILs produced IFN-gamma after IL-15 treatment and that IL-15 treatment in MCMV-infected mice turns TC-1 tumors into immune favored conditions. My findings present various novel strategies to applicate various antigen-specific tumor-infiltrating CD8$^+$ T cells to tumor immunotherapy.
최근 종양 조직에는 종양 특이적 CD8$^+$ T 세포 뿐 아니라, 종양과 무관한 바이러스 특이 방관자 CD8$^+$ T 세포가 풍부하게 존재하는 것이 발견되었다. 본 연구에서는 사람 전이성 난소암 및 비소세포성 폐암에서 종양 침윤 CD8$^+$ T 세포의 다양성을 분석하고, 각각을 종양 면역치료로의 활용하는 방안에 대해 연구했다. 먼저, 종양 침윤 CD8$^+$ T 세포에서 종양 특이적 CD8$^+$ T 세포 및 방관자 CD8$^+$ T 세포를 비교 분석하여 CD39 의 발현 여부에 따라서 구분지을 수 있음을 확인하였다. 사람 전이성 난소암에서 CD39 를 발현하고 있는 종양 특이적 CD8$^+$ T 세포의 특징을 자세히 규명하여 이 중 PD-1 의 발현 정도에 따라 세포군을 구분지을 수 있음을 확인하였고, PD-1 을 높게 발현 하고 있는 세포들이 종양 항원으로 인해 가장 활성화되어 있는 동시에 기능을 잃어버린 세포인 것을 확인하였다. 이 세포에서 4-1BB 의 발현이 유의미하게 증가하여 있는 것을 확인하여, 4-1BB 작용 항체를 이용하여 기능을 잃어버린 세포들의 기능을 회복시켰다. 다음으로, 사람 비소세포성 폐암 조직으루부터 얻은 종양 침투 CD8$^+$ T 세포를 특이 항원 자극 없이 인터루킨-15 를 사용하여 자극한 결과, 인터루킨-15 자극은 종양 침투 CD8$^+$ T 세포에서 NKG2D 의 발현을 증가시키고, NKG2D 의존적으로 인터페론 감마의 생성을 유발하여 종양세포를 면역 선호 상태로 변화시킴을 확인하였다. 마지막으로, 나는 인터루킨-15 치료가 마우스 거대세포바이러스 감염 이력이 있는 마우스 비소세포성폐암 모델에서 종양 성장을 억제할 수 있는지 평가했다. 나는 마우스 거대세포바이러스 특이적 방관자 CD8$^+$ T 세포가 인터루킨-15 치료 후 인터페론 감마를 생성했고, 이는 체내 비소세포성폐암 세포를 면역 선호 조건으로 전환하여 종양 성장을 억제함을 확인했다. 나의 연구결과는 현재 다양한 항원 특이적 종양 침윤 CD8$^+$ T 세포를 여러가지 방법으로 활용하여 종양 면역치료에 도움을 줄 수 있는 새로운 방법들을 제시한다.
