[simple review] 암의 치료에서 면역 요법이 성공하려면?

진행된 암의 치료에서 면역 요법의 성공이 점차 증가하고 있음에도 불구하고, 암 환자의 극소수만이 이러한 면역 치료에서 임상적인 치료효과를 보고있는 것이 현재의 실정이다.

최근의 바이오 마커 연구는 anti PD-1 monoclonal antibody, anti-CTLA4 monoclonal antibody 및 암 백신으로 치료를 받고있는 대부분의 환자가 초기 치료시점에서 볼때 이미 병변부위에 T 세포 염증성 종양의 미세 환경을 가지고 있는 상태에서 만이 치료효과를 보인다는 것이다.

anti PD-1 mAb를 투여받은 흑색 종 환자의 치료 후 생검(조직검사) 결과로 보면 CD8 + T 세포가 종양 미세 환경 속으로 깊게 침투되어 그 수가 증가되는 것을 보여줬다.

전임상 데이타에서 보여주는 이러한 증거들은 결국 checkpoint 억제제들의 치료효과는 암세포속에 이미 존재하고 있었던 CD8+ T cells의 활성화를 통하여 나타난다는 것이다.

그러나 적응성 면역 세포 침윤(adaptive immune cell infiltration)이 완전히 없는 암 환자의 경우에는 T 세포가 들어갈 수 있는 환경으로 만들어 주어야만 현재의 면역 요법에 반응 할 수있는 새로운 치료과정이 필요할 수 있다. (왜? T-cell이 있어야만 anti PD-1 mAb이 치료효과를 나타내기에...)

이와 같이 T 세포가 없을때 혹은 배제 되었을때의 기본 메커니즘을 완전히 이해하는 것은 임상적으로 중요한 생물학적 질문이 되어버렸다.

실험실에서는 개별 환자에서 T 세포 염증성 종양 미세 환경 표현형(phenotype)의 존재 또는 부재를 설명 할 수있는 환자들 간의 이질성(inter-patient heterogeneity)의 3 가지 잠재성에 대하여 깊이있게 연구를 아래와 같이 해왔다.

1. 종양 세포 수준에서의 신체적 차이(somatic differences at the level of the tumor cells)
2. 숙주 수준에서의 생식선 다형성 차이(germline polymorphism differences at the level of the host)
3. 장내 미생물 수준에서의 환경 차이(environmental differences at the level of the intestinal microbiota)

특정 종양 유전자 경로(specific oncogene pathways)의 활성화가 개인별 환자의 종양에서 면역반응 회피(immune exclusion)를 중재 할 수 있다는 가설을 시작으로, Cancer Genome Atlas (TCGA)의 266 종양 샘플의 전이성 흑색종 데이터를 활용하여 T 세포 염증 표현형을 나타내는 유전자 표지의 유무에 따라 분류 하였다.

이 같은 종양을 사용하여 exome sequencing과 pathway analysis를 수행하여 비 T 세포 염증 종양(non-T cell-inflamed tumors)의 48 %가 Wnt / β-catenin 경로의 활성화를 보였다.

β- 카테닌 경로의 활성화가 면역 회피가 인과 관계가 있는지를 확인하기 위해 conditional BrafV600E induction, PTEN deletion 및 / 또는 β- catenin의 stabilization와 쌍을 이루는 melanocyte-specific, tamoxifen-regulated Cre를 이용하여 자가 흰쥐 모델을 개발 하였다.

BrafV600E 및 PTEN deletion에 의해 유도 된 암세포에서는 T 세포 침윤(infiltrate)이 실제로 관찰 되었지만, 이 T 세포 침윤물(infiltrate)은 active β- catenin을 추가로 발현하는 암세포에서는 전혀 나타나지 않았다. 그러니까 active β- catenin이 있는 경우에는 T-cell infiltration은 일어나지 않았다는 것이다.

SIY antigen-reporter mouse (Rosa26-Lox-Stop-Lox-SIY)를 SIY-specific TCR transgenic T cells (2C T 세포)의 adoptive transfer와 함께 사용하여 T 세포가 배제되는 기전을 더 조사 하였다.

rafV600E / PTEN 마우스에서 전달 된 T 세포의 활발한 activation 및 암세포 축적이 관찰 되었지만, active β-catenin을 추가로 발현하는 종양을 갖는 마우스에서는 이러한 T 세포의 활성화 또는 암세포 축적이 관찰되지 않았다.

이 관찰은 β-catenin이 발현된 암세포에서 CD103 / CD8α 수지상 세포 (DCs)의 현저한 감소를 보여주는 두개의 암세포 타입에서 antigen-presenting cell의 별도의 다른 구획(영역)이 있다는 사실을 인지하게 되고 이에 대한 분석을 하게되는 계기가 되었다.

Flt3 ligand-derived DCs의 종양 내 주사를 이용하여 복원시키는 실험은 T 세포 침윤의 회복을 보여 주었다.

Batf3-lineage DCs의 recruiting에 실패한 메커니즘을 더 깊이 탐구하기 위해 두 종양 유전자형(two tumor genotypes)의 유전자 발현 프로파일링(gene expression profiling)을 chemokine에 초점을 맞추어 수행했다.

이 연구는 일반적인 보통의 BrafV600E / PTEN 종양 세포의 경우는 케모카인 CCL4를 분비 할 수 있는 반면, stabilized β-catenin을 추가로 발현하는 종양 세포에서는 CCL4 발현이 관찰되지 않았음을 보여 주었다.

이러한 발견은 마우스 모델 뿐만 아니라 active β-catenin signaling를 함유하거나 함유하지 않은 인간 흑색 종 세포주(human melanoma cell line)에서 유래 된 종양 세포주를 사용하여 확인되었다.

active β-catenin이 CCL4 유전자 발현을 억제하는 능력은 ChIP 분석으로 확인되었는데, CCL4 프로모터에 결합하는 것으로 확인 된 전사 억제 인자(transcriptional repressor) 인 ATF3의 유도로 맵핑되었다.

이 2 가지의 종양 유전자형(two tumor genotypes)을 이용하여 checkpoint 억제제에 대한 in vivo효능을 조사하기 위해, 마우스를 anti-CTLA4 와 anti-PD-L1 mAb의 조합으로 치료 하였다.

이 치료법은 BrafV600E / PTEN 마우스에서 종양 성장을 지연 시켰지만, active β-catenin을 추가로 발현하는 종양을 보유한 마우스에서는 치료 효과가 관찰되지 않았다.

checkpoint 억제제에 대한 반응성은 FLt3L induced DC의 직접 주입(direct injection)을 통해 회복되었으며 이런 결과로 종양 항원 특이적 T 세포(tumor antigen-specific T cells)를 활성화 하기위해 DC가 중요한 역할(rate-limiting role)을 한다는 것이 증명되었으며 결국 checkpoint 억제제에 대한 반응이 나타났다.

<그러니까 checkpoint 억제제가 반응성이 나타나지 않은 것은 DC가 없어서이고 DC를 넣어주면 T-cell의 활성화로 checkpoint 억제제가 약효를 보이게 된다.>

결과적으로;

종양 세포 내의 종양 발생 경로가 항 종양 면역 반응에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다는 연구결과로 이 분야의 연구 방향과 새로운 표적 억제제의 임상 개발의 우선 순위에 영향을 미칠 가능성이 있다.

면역 체계로부터의 회피는 잘 알려진 현상이지만, 지금까지 항원 분비 변이에 대한 면역 매개 선택에 초점을 맞추어 왔으며, 잔류 항원에 대한 중간 친화도 TCR을 갖는 잔류 T 세포의 역할을 방해하는 면역 억제 기전의 상향 조절과 결합한다.

그러나, 이러한 기전은 항원을 발현하는 종양 세포를 포함하지만 그럼에도 불구하고 숙주 면역 반응(host immune response)와의 대화를 하는데 실패한 non-T cell-inflamed tumor microenvironment phenotype의 존재를 설명하지 못했다.

사실, 비 T 세포 염증 표현형(non-T cell-inflamed phenotype)은 사람 표본(human sample) 및 종양 유형의 스펙트럼 전반에 걸친 TCGA 데이터 분석에서 관찰되는 가장 일반적인 패턴이므로 면역 저항의 메커니즘(mechanism of immune resistance)에 대한 생물학적 이해가 무엇보다 중요하다.

Wnt / β-catenin 경로의 활성화가 흑색 종 이상의 추가 암에서의 면역 회피와 관련이 있을 수 있다.

예비 자료에 의하면 β-catenin pathway는 방광암(bladder cancer)과 두경부 암(head and neck cancer)에서 T 세포 배제(T cell exclusion)와 관련이 있음이 밝혀졌다.

PI3K / PTEN 경로도 조사 중이지만 지금까지 다소 모순 된 데이터가 있다.

트리플 네거티브 유방암 환자(triple negative breast cancer patients)의 샘플을 분석 한 결과, PTEN의 소실(loss of PTEN)은 종양 미세 환경(microenvironment) 내 T 세포의 존재와 관련이 있음이 나타났다.

그와는 대조적으로, 악성 흑색 종(malignant melanoma)에 대한 데이터는 반대를 나타낸다.

따라서 이 질문에 명확하게 대답하기 위해서는 암 유형별 역학 연구가 필요할 수 있다.

종양 유형의 전 범위에서 이들 및 기타 종양 유전자 경로에 대한 조사는 계속되어야 하고 연구에 있어 높은 우선 순위로서 확립되어야 한다.

면역회피에 의해 발생되는 종양의 메카니즘이 기계적으로 규명이 됨으로써 이 경로를 차단하는 약리학적 접근법은 anti PD-1과 같은 면역 요법(immunotherapeutics)과 함께 조합 연구(combination study)가 진행 되어야 할 것이다.

내성 면역 요법(resistance immunotherapy)과 병용 요법(combination therapy)의 분자 기작을 확인하는 양방향 반복 번역 연구 프로그램(translational research program)이 궁극적으로 암 환자의 대다수를 포괄하는 임상적 영향의 확대로 이어질 것으로 예상되는데 그것이 얼마나 빨리 이루어질지는 좀 더 두고 봐야 할 것이다. ^^*