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1 R&D 동향분석보고서 암백신의 개발 동향 손은수

2 <목 차> Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 기술개발동향 1 1. 기술의 개요 및 특성 1 2. 연구개발동향 3 1) 해외동향 5 2) 국내동향 8 Ⅲ. 기술특성분석 9 1. 암백신의 개발특성 9 2. 암백신의 개발 전략 10 1) T세포에 의해 인식되는 specific 암항원 13 2) Shared 암특이 항원 13 3) 조직특이 분화항원 13 4) 암항원으로서 암인자와 암억제인자 14 5) 바이러스와 관련된 암항원 14 Ⅳ. 결론 및 전망 15 <표 차례> <표 1> 암백신의 종류와 제조방법 3 <표 2> 암백신 개발의 접근방법 4 <표 3> 임상시험 중인 백신12) 6 <표 4> 수지상세포(DC)를 이용한 암백신 개발 현황 7 <표 5> T세포 이용한 암백신 개발 현황 8 <표 6> 암관련 항원16) 12 <그림 차례> <그림 1> 암 및 바이러스 감염과 면역반응과의 관계1) 11

3 <그림 2> 암백신의 개발 전략 15

4 Ⅰ. 서론 암백신(cancer vaccine)은 암세포가 지니는 암특이항원(tumor-specific antigen) 을 암환자에게 투여하여 면역시스템을 활성화시킴으로써 생체내 면역기능을 활 성화 시켜 암세포를 공격하여 암을 제거하는 능동적 면역치료법이다. 현재는 예 방보다는 치료 개념의 치료백신(therapeutic vaccine)으로 임상연구가 진행중이 나, 향후 이 분야의 많은 연구는 예방용 암백신(prophylactic cancer vaccine)의 개발도 가능하게 할 것이다. 지금까지는 암백신 개발을 위해서 대부분 해당 암세포들을 직접 사용하는 방법을 이용하였으며, 세포에 기초한 암백신 개발 초기단계에는 면역보조제 와 혼합된 불활성화시킨 암세포 전체 또는 암세포 용해물질들이 이용되었다. 이후 개량된 암백신들이 기존의 백신을 대체하게 되었는데, 이것은 사이토카 인(cytokine)과 공동자극분자(co-stimulatory molecules)를 암호화하는 유전자 들을 응용하는 것이다. 흑색종(melanoma)의 경우 이러한 치료용 암백신의 효과가 크게 기대되고 있으며 기술개발이 활발히 이루어지고 있다. 이외에도 위암, 결장암, 췌장암, 전립선암 등에 있어서 암백신 요법이 시도되고 있다. 기술적 측면에서 암백신은 펩타이드백신, 재조합백신, DNA백신, 수지상세 포백신 등으로 개발이 이루어지고 있으며, 그 중에서도 항원을 도입시킨 수 지상세포(dendritic cell)를 투여하는 방법과 DNA백신에서 가장 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 DNA백신은 가장 유력한 차세대 암백신으로 기대되 고 있어 지금까지 암백신 개발 연구를 진행해온 연구자들 대부분이 DNA백 신과 유전자치료를 응용하는 데 주력하고 있다. Ⅱ. 기술개발동향 1. 기술의 개요 및 특성 인간은 외부의 유해 요인으로부터 자신을 방어하기 위한 다양한 면역기능 을 가지고 있으며, 이러한 면역기능을 이용하여 암을 치료하기 위한 면역요 법에 대한 연구개발이 활발히 시도되고 있다. 그러나 암은 암세포가 인체내 면역반응을 억제하는 물질을 스스로 분비하거나 암세포에 대한 항체생성에 필수적인 항원을 제시하지 않기 때문에 적절한 항원-항체 면역반응을 일으키 - 1 -

5 지 못하거나, 암세포에 대한 세포독성 T세포(CTL; cytotoxic T lymphocyte) 가 활성화되지 않아서 그동안 효과적인 치료가 어려웠다. 최근 암세포를 특 이적으로 파괴하는 T세포의 활성을 인위적으로 조절할 수 있는 치료용 백신 이 많이 개발되어 현재 임상시험이 진행 중이며, 머지않아 암 치료에 임상적 으로 적용될 수 있을 것이다 1,2). 암세포들을 탐색하여 파괴하는 면역능력을 나타내는 면역감시기능(immune surveillance)은 바이러스 감염과 연관된 암세포의 성장을 조절하는데 결정적 인 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 자연적으로 발생하는 암세포들의 경우에는 복합적인 유전자 돌연변이들에 의해서 생성된 새로운 항원들에 대 한 면역감시기능이 정상적으로 반응하지 않는다. 따라서 암백신의 최종 목표 는 체내 면역세포가 암세포에 의해서 발현되는 항원들을 외부물질, 즉 비자기 (non-self)로 인식하여 제거하도록 하는 것이다 2,3). 암치료 백신은 병원체에 대항하여 방어하는 예방백신과 달리 암세포 항원 이 체내 면역계와 만나게 된 후부터 면역반응을 증강시키는 작용을 한다. 이 러한 반응에는 T세포의 반응이 결정적으로 중요하다. 세포독성 T세포가 활 성화 되면 항원인식 분자인 MHC class I형을 통하여 암세포를 파괴할 수 있 기 때문이다. T-세포가 활성화되기 위해서는 암관련항원(tumor associated antigen, TAA)을 인식하는 과정이 필수적이다 1,2,4). 그러나 발견되는 암항원 중 어떠한 항원도 완전하게 암에 특이적인 항원으로 작용하지 않는다. 이러 한 항원들이 비록 암세포들에서 주로 발현되긴 하나, 이러한 항원을 인식하 기 위해 면역계를 자극하게 되면 같은 항원을 발현하는 정상세포도 공격하 여 파괴하는 결과를 초래하므로 결과적으로는 자가면역반응(autoimmune reaction)이 일어날 수도 있기 때문이다. 암치료 백신을 형태(type)별로 분류하면 <표 1>과 같다. 즉, 항원 또는 항 원결정기(epitope)를 이용한 항원백신, in vitro에서 수지상세포와 암항원을 배양하여 암세포의 항원을 제시하게 하는 수지상세포백신, 면역반응을 증강 시켜 주는 사이토카인을 이용한 사이토카인백신 등으로 분류할 수 있다. 또 한 항원의 종류 및 항원 전달방법에 따라 DNA백신, 펩타이드백신, 세포백신 등으로 구분할 수 있지만 상기와 같은 기술적 접근법이 단독으로 보다는, 즉 사이토카인을 함유하는 DNA백신 등 복합적 방법을 이용한 백신들이 연구되 고 있다

6 <표 1> 암백신의 종류와 제조방법 백신의 형태 DNA백신 펩타이드백신 바이러스 벡터 백신 사이토카인, 공동자극분자 백신 수지상세포 백신 세포(whole cell)백신 백신 제조 항원을 발현하는 plasmid 이용 emulsion 중의 CTL epitope liposome 중의 CTL epitope lipopeptide 중의 CTL epitope 암항원 또는 암항원+cytokine을 발현하는 adenovirus 및 vaccinia virus cytokine 또는 B7 gene을 도입시킨 암세포 암항원을 가하고 cytokine gene을 도입시킨 항원제시 세포 암항원을 가한 수지상세포 암항원을 발현하는 유전자를 도입시킨 수지상세포 방사선 조사한 암세포 또는 세포용해물 2. 연구개발동향 효과적인 암백신을 개발하기 위해 크게 3종류의 접근방법이 진행되어 왔 다. 즉, 암세포 등을 이용한 다가 백신(polyvalent vaccine), 특이적인 암항원 을 이용한 항원백신(antigen-defined vaccine), 그리고 수지상세포 등을 이용 한 백신(dendritic cell-based vaccine)이다 5,6) (<표 2>). 특히, 지금까지 대부분의 암백신을 위한 접근방법으로는 해당 암세포들을 항원의 재료로서 직접 사용해 왔다. 세포에 기초한 암백신 개발의 적합 여부 는 암세포에서 널리 발현되는 자가항원들에 대한 것보다도 암특이 (tumor-specific) 또는 암선택항원(tumor-selective)들에 대해서 강한 면역성을 생성하게 되는 그들의 능력에 달려 있다 1,6). 암세포백신은 외과적 수술로 제 거한 암세포 자체를 이용하는 것으로 더 이상 암세포를 형성하지 않도록 방 사선을 조사하여 암세포를 사멸시킨 후 환자에게 주사한다. 1970년대부터 melanoma 등에 대한 방법이 시도되어 왔다. 이러한 방법으로 처리하더라도 암세포 표면에는 암항원(tumor antigen)이 존재하기 때문에 특이적인 면역반 응을 자극시킬 수 있다. 따라서 이러한 암항원을 갖고 있는 암세포는 체내에 주사시 체내 면역계에 의해 인식되고, 공격을 당하게 된다. 때로는 화학물질 의 처리나 유전자 조작을 통한 암세포의 변형이나 또는 면역증강작용이 있 는 다른 물질, 즉 면역보조제(adjuvant) 등과 혼합하여 면역작용을 보다 증강 시켜 사용하기도 한다 5)

7 <표 2> 암백신 개발의 접근방법 백신 종류 백신 조성 내용 Polyvalent vaccines Whole tumor cell Autologous or allogeneic tumor cells that can be genetically engineered to secrete cytokines No need to know the molecular identity of TAA Lysate tumor cell Mechanical, enzymatic, or viral tumor lysates No need to know the molecular identity of TAA shed antigens TAA or TAA-derived peptides released in vitro by allogeneic tumor cell lines No need to know the molecular identity of TAA Heat shock proteins Prepared from autologous tumor cells No need to know the molecular Antigen-defined vaccines Dendritic vaccines identity of TAA TAA proteins(eg., CEA, p53), idiotypes(lymphoma, multiple myeloma), glycoproteins(eg., MUC-1), glycolipids(eg., gangliosides) Peptides HLA class I or class II restricted Recombirart DNA Genetically engineered to express TAA±cytokines Recombinart vins Genetically engineered TAA±cytokines to express Anti-idiotypic antibody Mimicking the natural TAA cell-based Tumor-DC hybrids No need to know the molecular identity of TAA Peptide loaded DC HLA class I or class II restricted Whole tumor cell Autologous or allogeneic tumor cells loaded DC No need to know the molecular Tumor mrna loaded DC Genetically engineered DC 주; TAA, tumor associated antigens; DC, dendritie cell identity of TAA No need to know the molecular identity of TAA Engineered to secrete cytokines or express TAA 최근의 연구에서는 수지상세포에 이러한 처리된 암세포를 융합시켜 면역 작용을 증강시키려는 시도들이 이루어지고 있다 7,8). 이러한 암항원만이 아닌 암세포 자체를 백신으로 개발하려는 시도는 아직까지도 모든 암항원이 알려 져 있지 않기 때문이며, 암세포 전체를 이용함으로써 아직 밝혀지지 않은 암 항원을 포함한 많은 중요 암항원을 체내 면역계에 노출시킴으로써 보다 효 과적인 면역반응을 유도하기 위함이다

8 1) 해외동향 1970년대 암백신에 대한 연구가 시작된 이래로 많은 진전이 있어 왔으며, 최근 Melacine과 Canvaxine이 주목받고 있다. Melacine은 Corixa 社 가 개발하 고 있는 백신으로 2종의 동결건조된 melanoma 세포 용해물과 Ribi adjuvant 로 구성되어 있으며, Canvaxine은 CancerVax 社 가 개발하고 있는 것으로 3종 의 방사선처리 동결건조된 전세포에 BCG를 첨가한 것이다. Melacine과 Canvaxine은 암진행 단계 4기의 환자를 대상으로 시험한 결과 5~10%의 비 록 적은 효과이지만 암의 진행을 억제시키는 효과를 나타내었다 9,10). Melacine은 임상2상시험에서 약 7%의 치료율을 나타내었으며, 대규모로 임 상3상시험을 진행중이다. 특히 HLA-A2+환자에게 유효한 것으로 보아, Melacine은 HLA-A2-제한적인 면역반응을 유도하는 것으로 알려져 있다. 한편, 암세포에 사이토카인 gene을 도입한 시도도 활발히 진행 중이며, 자 가유래 암세포에 GM-CSF gene을 도입시킨 백신을 시험한 결과, 전임상시험 에서 매우 유용한 것으로 알려져 있으며, GM-CSF를 분비하는 암세포를 도 입시킨 adenovirus를 이용한 백신의 연구에서 melanoma 4기 환자에서 유의 성 있는 암세포의 괴사와 증식억제가 보고된 바 있다 11). 췌장암환자에게 외 과적 수술후 화학요법과 함께 동종이계 GM-CSF gene을 도입한 암세포 백신 을 투여한 결과 1년, 3년까지의 생존율에서 유의성 있는 효과가 나타났다. 따라서 이러한 암백신이 각기 다른 사람에게서 면역증강 효과를 나타낸다는 것이 보다 명확해지고 있다. 최근 백신의 임상시험 대부분은 1상과 2상에서 안전성에 초점을 맞추고, 백 신의 유효성에 대하여는 최소한으로만 관찰하여 왔다 1,5). 최근에 보고된 모든 임상시험의 약 50% 이상은 melanoma이며, 다양한 백신이 시도되고 있다(<표 3>). 이것은 기존의 치료법이 melanoma에 대하여 약 10%대의 낮은 치료율을 보이며, melanoma의 암세포는 세포의 melanine 과립성 구획에서 발현되는 항원 분화의 결과로 상대적 면역원성을 갖기 때문이다. 암백신에 대한 3기 및 4기 melanoma 환자들의 반응은 DTH(delayed-type hypersensitivity) 반응과 상관관계가 있었지만, 다른 연구에서는 DTH 반응으로 암환자들의 면역반응 증가능력을 정확히 측정할 수 없다는 결론을 내리고 있다. 이러한 모순은 후 자의 경우 면역회피 기전이 효과적인 면역을 저해하는 것으로 설명이 가능 하다. 따라서 기존의 parameter만으로는 백신의 효능에 대하여 완전하게 평 가할 수 없기 때문에, 백신의 임상적 효능을 정확히 평가하기 위한 임상 parameter들에 체액성 및 세포성 반응의 parameter들을 추가하여 분석하여 - 5 -

9 야 한다. 여기에는 유도된 T세포들의 정량적인 면은 물론이고, 분비된 사이 토카인 등 기능적인 문제를 함께 고려해야 한다. <표 3> 임상시험 중인 백신 12) 암종 백신명 연구기관 백신의 특징 시작연도 Breast Follicular B-cell Non-Hodg kin's Lymphoma Kidney Lung Melanoma Multiple Myeloma Prostate Cervival Cancer Theratope Not Named GTOP-99 Oncophage (HSPPC-96) BEC2 Vaccine Oncophage (HSPPC-96) Not Named Not Named Not Named HSPCC-96 Not Named Biomira Inc.EMD Pharmaceuticals Merck KGaA National Cancer Institute Genitope Corporation Antigenics European Cooperative (EORTC) Antigenics EORTC EORTC National Cancer Institute Jonsson Comprehensive Cancer Center National Cancer Institute Not Named National Cancer Institute HPV quadrovalent vaccine Northwest Biotherapeutics Theratope vaccine contains a synthetic version of a carbohydrate antigen, sialyl Tn, (STn), which is frequently found on the outer surface of many cancer cells. Synthetic STn is fused to KLH to promote an immune response. The vaccine is composed of portions of antibodies that are unique to a patient's own tumor cells. These iodiotype proteins are chemically attached to KLH. GM-CSF is used to enhance the immune response. The vaccine consists of portions of antibodies that are unique to a patient's tumor. This idiotype protein is chemically attached to the adjuvant protein, KLH. GM-CSF (Sargramostim) is also used to enhance the immune response. The vaccine (gp 96 + associated peptides) is made from individual patients' tumors. The vaccine contains a mouse antibody engineered to resemble the human protein GD3 ganglioside, found on small cell lung cancers. The vaccine combines the antibody, BEC2, with the adjuvant, BCG. The vaccine -- heat shock proteins and associated peptides -- is made from individual patient's tumor. The vaccine consists of GM2, a common antigen on melanoma cells, which is conjugated to the adjuvant, KLH. QS21 is used to enhance the immune response. The vaccine contains several melanoma differentiation peptides. The vaccine contains a combination of 3 melanocyte-specific antigens: tyrosinase, gp100, and MART. GM-CSF (Sargramostim) is used to enhance the immune response. Heat shock protein gp96 plus associated peptides is prepared from surgically removed melanoma tissue. The vaccine contains gp100, IL-2, and Montanide ISA-51. Montanide ISA-51 is an oil used to enchance the immune response. Patient-derived vaccine consists of the myeloma immunoglobulin idiotype protein attached to KLH. GM-CSF is used to enhance the immune response. Cells from patient's blood (PBMC) plus IL-4 and GM-CSF are used to generate dendritic cells, which are then treated with the adjuvant BCG and stimulated with prostate-specific membrane antigen. The HPV quadravalent vaccine contains viral proteins from four HPV strains: HPV 16 & 18, the types that account for Merck & Co., Inc about2/3 of the world-wide cases of cervical cancer, and HPV 6 & 11, the types most commonly associated with genital warts

10 <표 4> 수지상세포(DC)를 이용한 암백신 개발 현황 물질 회사 특징 다발성골수종백신 APC8020 전립선단백질 APC8015 Provenge Mylovenge APC8024 ex vivo 텔로메라제 암백신 수지상세포/암항원백신 수지상세포 암세포융합 유방암백신 다발성골수종 대상의 수 지상세포 백신 DC-I 세포치료 키트 DCVax-Prostate DCVax-Brain IL13과 수지상세포를 이 용한 암백신(IDD3) 수지상세포 치료제 CpG올리고뉴클레오티드 Dendreon사(미국), 기린비루(일본) Dendreon사(미국) Geron사(미국) Genzyme Molecular Oncology사(미국), Massachusetts종합병원(미국) Genzyme Molecular Oncology사(미국), Beth Israel Deaconess의료센터(미 국), Dana-Farber암연구소(미 국) Aastrom Biosciences사(미국), Stanford대학(미국), 미국국립 위생연구소 Aastrom Biosciences사(미국), 동사의 유럽자회사인 Zellera 사 Northwest Biotherapeutics사 (미국) Sanofi-Synthelabo사(프랑스), Immuno-Designed Molecules 사(프랑스) 동경대학의과학연구소(일본) Coley Pharmaceutical사(미국) 환자의 혈액에서 수지상세포를 분리하여 특이단백 질인 이디오타입으로 활성화하여 환자체내로 재투 여함. 임상1상( 02) 전립선암 항원과 수지상세포를 이용한 암백신. 공동 개발, 임상시험중( 02) 전립선암을 대상으로 한 수지상세포요법. 임상3상 ( 02) 다발성골수종을 대상으로 한 수지상세포요법. 임상2 상( 02) 유방암, 난소암, 대장암을 대상으로 한 수지상세포 요법. 임상1상( 02) 수지상세포 등 항원제시세포를 환자로부터 분리하 고 체외에서 텔로메라제 단백질단편이나 텔로메라 제 항원을 세포내에서 생산하기 위한 핵산으로 처 리하여 환자에게 다시 주입하는 방식의 암면역요법. 환자의 수지상세포에 Melan-A/Mart-1과 gp100라 는 두개 항원을 제시하여 백신으로서 재주입하는 ex vivo 백신을 악성흑색종환자에 투여. 임상1/2상 ( 02) 환자의 종양세포와 수지상세포를 화학적으로 융합 하여 백신으로서 이용한 말기유방암 대상의 임상 1/2상시험 다발성골수종에 대한 신형 수지상세포 백신의 임상 계획 사람 수지상세포의 ex vivo 제조를 위한 DC-I 세포 치료키트의 유럽내 시판허가 전립선암을 대상으로 한 수지상세포백신. 임상1/2상 종료 글리오블라스토마를 대상으로 한 수지상세포백신. 임상2상. 멜라노마를 대상으로 한 암백신. 임상2상 종료( 02) 암 면역요법의 개발판매를 목적으로 제휴. Sanofi사 는 IDM사의 세포치료제로부터 최대 20품목 선택키 로 함. 세포를 분리하는 유닛을 이용하여 분리한 미숙한 수지상세포를 유전자를 도입하지 않고 암환자에게 투여하는 실험 개시 CpG 올리고뉴클레오티드를 이용하여 수지상세포 활성화. 특허등록 - 7 -

11 <표 5> T세포 이용한 암백신 개발 현황 물질 회사 특징 활성화 자가 임파구 移 入 요법 악성흑색종환자에 T세포 養 子 이식 瀨 田 클리닉(일본) 미국 국립암연구소(NCI) 진행 암환자에 대해 세포면역요법이 30%이상 효과를 얻었 음, 139증례 중 완전관해4예, 부분관해23예, 최저 6개월 이 상 변하지 않은 환자가 15예임( 01) NCI의 Rosenberg는 체외에서 환자 T세포와 암세포단편을 배양, 양자이식하고 암과 싸우는 T세포중심으로 환자의 면 역계를 재구축하는 치료를 악성흑생종환자 13명에 적용, 6 명에서 종양50%이상 축소함, 이식세포는 4개월 이상 생존 함( 02) 세포치료제 Xcellerated T Cells Xcyte 국) Therapies사(미 15명의 호르몬요법 불응성 전립선암 환자를 대상으로 안전 성과 효과를 검토하는 임상1/2상 개시( 02), 환자자신의 T 세포를 체외로 꺼내어 활성화한 다음 재주입함 2) 국내동향 백신은 다른 의약품에 비해 개발기간 및 비용이 많이 들어 외국에서도 몇 몇 업체가 시장 및 기술을 주도하고 있으며, 국내에서는 B형 간염백신 등을 개발하고 있다. 백신의 개발이 감염성 질환에 국한하는 것이 아니라 자가면 역질환을 포함한 각종질환에 대한 백신을 응용한 신개념의 백신으로 이루어 지고 있으며, 치료백신의 개발이 한층 가속화되어 국내에서도 AIDS백신과 암백신의 개발이 연구되고 있다. 동아제약과 바이오벤처 크레아젠이 공동으로 임상시험 허가를 받아 삼성 서울병원에서 임상중인 신장암 치료제 크레아백스 는 환자의 백혈구 가운데 하나인 단핵구를 수지상세포로 분화시켜 만든 자가면역 세포치료제이다. 크 레아백스는 신장암 환자의 혈액에서 얻은 단핵구를 체외에서 분화시켜 수지 상세포를 만든 뒤, 이를 환자의 암조직과 섞어 면역기능을 강화시킨 뒤 다시 환자 몸에 주입해 암을 치료하는 방식이다. 생존기간이 7~8개월인 신장암은 국내에서 매년 1200~2000명의 환자가 발생하는 것으로 집계되고 있다. 근화제약과 바이넥스, 부산대에서 개발한 자기면역 항암 세포치료제 DC-Vac/IR 주사 가 식약청으로부터 임상시험승인을 받았다. 2003년 11월 생 물학제제의 GMP시설을 준공한 바이넥스로부터 기술이전을 받아 공동으로 개발하고 있는 근화제약은 수지상세포를 이용한 폐암 및 대장암 치료제로서 2004년 부산대병원, 동아대의료원에서 임상 1 2상을 진행하고 있으며 200 5~2006년에 상품화를 목표로 하고 있다. 자가면역세포를 이용한 이 치료제 - 8 -

12 는 환자의 혈액으로부터 높은 활성의 수지상세포를 대량 분화시킨 뒤 방사 선을 조사한 종양부위에 직접 주사함으로써 항암면역기능을 강화시켜 암을 치료하는 맞춤형 암세포 치료제이다. 환자의 종양 부위에 방사선을 조사, 종 양의 세포사멸(apoptosis)를 유발시켜 내부에 환자 본인의 자가유래 수지상세 포를 투여하는 것으로서 환자로부터 혈액을 채취하여 분화 유도한 수지상세 포를 투여하므로 안전한 치료제로 평가받는다. 수지상세포를 이용한 암백신 의 상용화 사례는 국내가 처음이며, 본 치료법은 맞춤식 의약품으로서 기존 항암치료의 부작용을 없애고 면역증강을 일으켜 치료효율을 높이는 최신 기 술로 전이암의 경우에도 효과를 발휘하여 환자들에게 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 특히 이 세포치료제는 국내에서 발생빈도가 높은 폐암과 대장암을 대상으로 하고 세계적으로도 상용화가 되는 최초의 암세포 치료제로 경쟁력 이 높을 것으로 기대된다. 한편, 라이프코드는 아주대의대 혈액종양내과팀과 수지상세포를 이용한 유 방암 세포치료제 및 진단키트 상용화 과제로 2003년 초까지 보건복지부 예 산지원을 받았다. 이에 암환자의 말초혈관 혈액에서 조혈모세포를 분리한 뒤, 사이토카인 성장인자 등을 처리해 T세포의 면역능력을 강화시키는 수지 상세포를 인체 밖에서 대량으로 만들어내는데 성공했다. 또 수지상세포에 유 방암 환자에게 특이적으로 많이 발현되는 맘마글로빈 항체를 붙여 유방암세 포만 공격하도록 고안한 세포치료제도 개발했다. 라이프코드는 보건복지부 자금으로 내년 유방암 환자를 대상으로 한 임상시험을 할 예정이다. 또 세포 치료센터와 조직공학센터를 설립하여 간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell) 를 이용한 조직재건치료법과 치료제를 개발하고 있다. Ⅲ. 기술특성분석 1. 암백신의 개발특성 암백신 개발에 가장 중요한 초점은 항원특이 T세포 반응(antigen specific T-cell response)을 유도하는데 있다 13). 감염성 질환을 위한 대부분의 백신과 는 달리 암백신은 암세포의 항원에 이미 노출되어 면역계를 활성화시키는 치료백신을 의미한다. 그러나, 세포의 형질전환 중에 암 neoantigens에 대한 효과적인 면역반응은 잘 관찰되지 않고 있다. 암에 대한 효과적인 면역반응 을 유도할 수 없는 이유는 항원소실 변이체(antigen-loss tumor variants)의 - 9 -

13 생성, MHC 발현의 소실, 항원제조가공과정(antigen processing)의 down regulation, 그리고 암괴사요소(tumor necrosis factor)와 Fas-ligand 등의 특 정부위 억제물질(inhibitory molecules)들의 발현 등으로 보고되고 있다 1). 면 역계가 새로운 항원에 대처하게 될 때 전체 면역계의 활성이 필요한 것은 아니지만, 종종 성숙된 T세포에서 deletion에 기인한 ignorance, anergy 또는 물리적 내성(tolerance)이 일어난다. 면역계가 활성화되어 있음을 나타내는 대표적인 현상으로는 바이러스나 박테리아 감염에 따른 염증반응 또는 조직 괴사 반응이다. 항원인식(antigen recognition)시 T세포 수준에서의 면역반응 은 공통자극 신호들에 의존한다. 어떤 염증성 사이토카인 반응에서 항원제시 세포(antigen presenting cell, APC)들은 T세포 활성을 촉진하는 B7과 같은 공통자극 분자들(co-stimulatory molecules)을 발현한다. 그러나 적절한 공통 자극 물질들의 부재시에는 T세포 수용체의 항원결합은 항원특이 T세포의 ignorance, anergy 또는 apoptosis를 초래하게 된다 1,14). 암세포의 경우 항원특이 T세포의 내성을 유도하는 특성을 지니고 있는데, 그 증거로 murine의 암 시스템에서 antigenic 암세포들이 immunocompetent 숙주 내에서 acute 또는 memory T세포의 반응 없이 계속 성장해 가는 것을 들 수 있다. 이러한 사실은, 암들이 면역반응에 충분하지 않는 자극제라는 것과 내성을 매우 적극적으로 유도할 능력을 가졌을 가능성을 제시한다. 결 국 효과적인 암백신이 되기 위해서는 내성을 극복할 수 있거나, 암세포에서 발현된 항원들과의 낮은 친화성에 의한 내성을 탈출할 은폐된 T세포 집단들 을 활성화시켜야 한다 15). 2. 암백신의 개발 전략 모든 암백신의 주요 목표는 골수에서 유도된 적절한 APC에 항원을 면역 시키는 것으로, 백신의 종류에 따라서 여러 가지 경로를 통하게 될 것이다. 그 중 가장 중요한 exogenous경로는 항원 수용(uptake)을 들 수 있다. 최근 연구결과에 따르면, APC에서 노출된 골수에 의해 endocytosis된 암 항원들 은 MHC class II 뿐만 아니라, class I processing 경로를 경유하는 것으로 밝혀졌다. 두번째 경로로서 항원을 골수로 직접 도입하는 transduction이 있 다. 이 경로는 어떤 재조합 바이러스 백신이나 박테리아 백신에서 운용될 수 있다. 항원이 APC에 표적되는 세번째 경로로는 펩타이드백신의 운용을 들 수 있다. 펩타이드가 APC 표면에 비워져 있는 MHC 분자들에 도입됨으로써 processing 과정을 우회하게 된다 1) (<그림 1>)

14 <그림 1> 암 및 바이러스 감염과 면역반응과의 관계 1) *red line: stimulatory effect, black line: inhibitory effect T세포에서 인식되는 암항원에 대한 대부분의 연구는 CD8 + T세포와 MHC class I에 제한된 항원에 집중되어 있으나, MHC class II에 제한된 CD4 + T세 포의 반응도 결국 간과해서는 안된다. 그것은 모든 항암 백신에 있어서 CD4 + T세포들이 CTL과 항원 비특이 effector 면역 반응성의 priming에 매우 중요하기 때문이다. T세포에 의해 인식되는 암항원의 식별은 암환자로부터 얻어진 암특이 T세포주 또는 clone이 in vitro 상태로 배양되기 시작하면서 용이하게 되었으며, 배양이 용이한 melanoma가 대표적인 예이다. 쥐와 인간 암들에서 항원은 크게 몇 가지로 나뉘어진다 16) (<표 6>). 첫째, 식별된 암에서 주로 발현된 specific 또는 unique한 암항원, 둘째, 정상 성인조직에서는 발현되지 않고, 암에서만 발현되는 shared 암 특이항원, 셋째, 암이 발생하는 개체의 정상적인 조직에서 발현되는 조직특이 분화항원, 넷째, 암인자, 암억제인자, 바이러스 관련암들의 바이러스 항원들이다

15 <표 6> 암관련 항원 16) 범위 암항원 항원발현 암종 * (1) Cancer testis antigens MAGE-1 Melanoma, MAGE-2 Brcast, Head/neck MAGE-3 bladder, gastric, lung MAGE-12 BAGE GAGE NY-ESO-1 (2) Differentiation antigens Tyrosinase Melanoma TRP-1 TRP-2 gp100 MART-1 MCIR (3) Tumour-specific antigens Ig Idiotype B-ceII NHL, MM CDK4 Melanoma Caspase-B Head/neck β-catenin Melanoma CLA Bladder BCR/ABL CML Mutated p21/ras Pancreatic, colon, lung Mutated p53 Colorectal, lung, bladder, head/neck (4) Overexpressed self Proteinase 3 CML antigens WT1 CML, ALL, AML MUC-1 Breast adenocarcinoma nonmal p53 Breast, colon, other cancers Her2/neu Breast, ovary, hung PAP Prostate PSA Prostate PSMA Prostate G250 Renal cell carcinoma (5) Viral antigens HPV E6/E7 Cervical and penile cancer EBV LMP2a EBV+Hodgkin's discase HCV Liver cancer HHV-8 Kaposi sarcoma (6) Onco foetal antigens CEA Colon, breast, pancreatic cancer α-fetoprotein Liver Cancer 5T4 Many Carcinomas Onco-trophoblast (including colon, glycoprotein gastric, breast, cervix, ovary, lung, renal cell) 주; NHL=non-Hodgkin lymphoma; MM=multiple myeloma; CML=chronic myeloid leukaemia; ALL=acute lymphoblastic leukaemia; AML=acute myeloid leukaemia; CEA=carcinoembryonic antigen; HPV=human papilloma virus; EBV=Epstein-Barr virus; HCV=hepatitis C virus; HHv= human herpes virus. * proportion of antigen-positive tumour types is very variable

16 1) T세포에 의해 인식되는 specific 암항원 Specific 항원들은 돌연변이나 유전적 재배열에 의해 발생된 암들에서 특이 하게 발현되는 것을 말한다. 만약 거의 모든 암거부(tumor rejection) 반응이 특정한 항원에 의한 것이라면 암백신은 해당 환자로부터의 암세포 사용이 필수적일 것이다. 돌연변이에 의해서 유도된 다수의 MHC class I에 제한된 melanoma 항원들이 식별되었다. 돌연변이의 일부분은 형질전환과 직접 관련 된 것이다. 예를 들면 한 펩타이드는 p16ink4a와의 결합을 방해하는 cdk4 유전자에서 돌연변이된 것이며, unique squamous cell carcinoma 항원에서 는 세포사멸(apoptosis)의 중요한 조절자인 caspase-8 유전자의 비활성 포인 트 돌연변이가 관찰되었다 2). 2) Shared 암특이 항원 생쥐 암에서의 crossprotection 실험을 통해서 가장 면역원성이 있는 암항 원들은 특이성이 있다는 결과가 있지만, 실제로 shared 암항원의 존재를 암 시하는 cross immunization 경우도 다수 관찰되었다. 생쥐와 인간의 암에서 분리된 대부분의 shared 암항원은 보통 성인조직에서는 발현되지 않고 특정 암에서만 전사적으로 활성화된다. 인간에서 가장 잘 연구된 예로는 mage 유 전자를 들 수 있다. mage 유전자는 melanoma에서는 흔히 발현되지만 다른 형태의 암에서는 그렇게 흔하지 않다. 그리고 많은 암항원의 원형으로서 발 현이 암과 고환(testis) 부분에만 국한되어 있다. MAGE-1과 MAGE-3 공여 펩타이드는 melanoma 특이 CD8 + T세포에 의해서 인식되어 지고, 암에서 shared 그리고 selective 발현 양상 때문에 이 항원들은 항원특이 암백신을 위한 적절한 후보 중 하나로 평가되고 있다 17). 3) 조직특이 분화항원 Melanoma 환자의 대부분의 T세포가 melanocyte 특이 분화항원에서 유도 된 돌연변이 되지 않은 펩타이드를 인식한다는 melanoma 특이 항원의 식별 은 매우 흥미 있는 사실이다. 이것은 자가항원에 특이한 T세포들이 deleted 되거나 기능적으로 tolerant 되어지기 때문에 다소 기대하지 않았던 결과이 다. Melanoma 환자들에서 가장 흔히 인지되는 MHC class I에 제한된 조직 특이항원들은 색소(pigment) 생합성에 관련된 melanosomes의 단백질

17 (melanocytes에서는 pigment granules)로부터 유도된 것들이다. 이러한 두 melanosomal 항원들로부터의 HLA-A2에 제한된 펩타이드, Mart-1/melan-A 와 gp100은 많은 환자들의 T세포에 의해 인식되어지고, melanoma 특이 CTL에서 dominant reactivities를 나타낸다 18). 4) 암항원으로서 암인자와 암억제인자 암인자와 암억제인자는 흔히 특정 암과 밀접하게 연관되어 있으며, 항암 면역성을 위한 흥미있는 표적들이다. 그 중에서도 암에서 형질변화가 가장 잘 연구된 p53은 대표적인 암항원으로 연구되고 있다 1). p53단백질은 거의 대부분의 정상조직에서 발현되기 때문에 적절하지 않은 후보로 분류되어지 나, 암에서 단백질의 발현정도가 정상조직에서 현저히 높은 수준이기 때문에 암백신의 표적으로 이용될 수 있다. 그 예로서 야생형 p53 펩타이드에 특이 한 세포독성 T세포(CTL)가 p53을 다량 발현하는 암에 적용될 수 있음이 보 고되었다 19). 그 외에도 암항원후보로서 많이 연구된 암인자중에 Ras를 들 수 있다. 실제로 돌연변이체 Ras에 대한 항체생성과 T세포 면역반응이 위장관 계 암환자에서 식별되었다 2). 또 다른 항암 면역증강을 위한 표적으로 평가되 고 있는 암인자로서 her-2/neu가 있다. 이것은 membrane tyrosine kinase receptor로 유방, 난소와 다른 상피에서는 낮은 수준으로 발현되나, 유방과 난소에서와 같은 다수의 carcinomas에서는 높은 수준으로 발현이 증가한다. 전형적인 세포 매개성 면역증강작용 이외에도, her-2/neu의 membrane localization은 임상적용에 이익을 줄 수 있는 항체에 기초를 둔 면역증강요 법에서 암관련항원으로 가능하게 한다 20). 5) 바이러스와 관련된 암항원 인간에서 많은 종류의 암은 특정한 바이러스와 직/간접적으로 관련되어 있고, 바이러스 항원은 중요한 암관련 항원으로 다시 거론되고 있다. 대표적 으로 간암과 자궁경부암은 이와 같은 바이러스 감염과 직접 관련되어 있다 5). 간암의 경우 B형간염 바이러스가 etiologic agent로서 알려져 있으며, 자궁경 부암의 80~90%는 'high risk' human papillomavirus(hpv)의 type-16, -18, -31 그리고 -45의 E6과 E7 항원들의 발현과 직접 관련되어 있다. 바이러스와 관련된 암에서 가장 중요한 질문은 초기감염단계에서 바이러스의 면역계로 부터의 도피과정과 암에서 연속적으로 발현되는 바이러스 항원들의 면역내

18 성에 대한 기전에 관한 문제이다. 바이러스 관련 암항원들은 치료용 암백신 과 예방용 암백신을 위한 중요한 표적으로 연구되고 있다. 실제로 예방용 B 형 간염 바이러스 백신에 관한 보고가 있다 1). <그림 2> 암백신의 개발 전략 Ⅳ. 결론 및 전망 지난 수십 년간의 암과 관련된 종양면역학의 발전에도 불구하고, 암과 면 역반응과의 관계에 대한 규명은 아직 부족한 상태이다. 특히 암의 백신요법 은 아직도 제한적이며, 임상시험의 단계를 벗어나지 못하고 있다. 그러나 그 동안의 전임상 및 임상시험으로부터 얻은 결과는 체내 면역계가 여러 면역 요법들에 의해 암세포 또는 종양조직에 대하여 능동적으로 변화될 수 있다 는 사실이다. 이것은 어떠한 환경에 의해 자연적으로 침묵하고 있던 면역세 포들이 암세포에 대항하여 효과적으로 반응하고, 내부적인 무기로 활용될 수 있다는 것을 의미한다. 최근의 종양면역학의 여러 발견들은 보다 효과적이고 특이적인 면역치료

19 (active specific immunotheraphy) 전략의 발전에 박차를 가하게 하고 있으 며, 다음 세대의 백신개발에 의미있는 변화를 제공하고 있다 1,6) (<그림 4>). 특 히 면역내성(immunological tolerance)에 대한 기전의 이해는 암을 제거하기 위해서는 세포독성 T세포(CTL), 활성화된 T 헬퍼세포(HTL), B세포 등이 동 시에 유기적으로 협력하여야 함은 물론이고, innate immunity와 adaptive immunity와의 상호관계에 대한 중요성을 인식하게 하고 있다. 이러한 사실 들의 폭넓은 이해는 면역요법의 개발에 대한 보다 많은 방법을 제시해 줄 것으로 보인다. 또한 수지상세포에 사이토카인 gene의 삽입, 백신과 다른 면 역보조제의 동시투여 등 면역요법의 병용요법이 기존 면역치료가 가진 여러 단점을 극복할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 그동안 암백신은 예방목적 또는 암절제 수술 후 재발 방지에 대하여 안정 성과 유효성이 입증되어 왔으며, 현재의 백신 연구 과제는 면역반응을 보다 향상시키고 존재하는 암세포를 줄이는 것이다. 따라서 면역보조요법의 지속 적인 개발과 새로이 각광받고 있는 수지상세포 등에 대한 보다 많은 이해가 이러한 백신의 개발에 크게 기여할 것으로 본다

20 <참고문헌> 1. Silmone M. et al.. Cancer vaccine development: on the way to break immune tolerance to malignant cells. Experimental Cell Reserch. 299, , Stern P. et. al.. Cancer vaccines and immunotheraphy. Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, Dunn G.P. et. al.. Cancer immunoedition:from immunosurveillance to tumor escape. Nat. Immunol., 3, , Parmiani G. et. al., Cancer immunotheraphy with peptide-based vaccines:what have we achieved? where are we going?, J. Natl. Cancer. Inst., 94, , Antonia S. et. al., Current developments of immunotherapy in the clinic, Current Opinion in Immunology, 16, , Yanneli J. R. et. al., On the road to a tumor cell vaccine: 20 years of cellular immunotherapy, Vaccine, 23, , Schuler G. et. al., The use of dendritic cell in cancer immunotherapy, Current Opinion in Immunology, 15, , Kaminski E. R. et. al., Dendritic cells and their potential therapeutic role in haematological malignancy, Leuk Lymphoma, 44(10), , Hsueh E.C. et. al., Correlation of specific immune responses with survival in melanoma patients with distant metastses receiving polyvalent melanoma cell vaccine, J. Clin. Oncol., 16, , Mitchell M. S., Cancer vaccines, a critical review-part I, Curr. Opin. Investig. Drugs, 3, , Soiffer R. et. al., Vaccination with irradiated autologus melanoma cells engineered to secrete GM-CSF by adenoviral-mediated gene transfer augments anitumor immunity in patients with metastatic melanoma, J. Clin. Oncol., 21, , Pierre G. C. et. al. T-cell responses of vaccinated cancer patients. Current Opinion in Immunology. 15, , Pardoll, D.M.. Cancer Vaccine. Nature Medicine. 4, ,

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