대한피부과학회지 26;44(2):141 148 악성흑색종은예후가매우나쁜종양으로멜라닌세포에서유래하며, 피부, 눈, 상부호흡기, 위장관그리고비뇨생 접수 : 25년 9월 2일 본논문은 2년도스티펠상연구비에의하여연구되었음. 교신저자 : 이민걸주소 : 12-752 서울특별시서대문구신촌동 134 연세대학교의과대학피부과학교실전화 : 2)2228-285, Fax: 2)393-9157 E-mail: mglee@yumc.yonsei.ac.kr 식기등에서발생한다 1. 악성흑색종의발병률은전세계적으로증가하고있으며 2, 최근우리나라도증가하는추세이다 3. 악성흑색종은앞으로도오존층의파괴와함께계속발병률이증가할것으로예상된다. 악성흑색종의초기병변은외과적절제로완치될수있으나, 대부분의악성흑색종은이미진단시외과적절제범위를벗어나있으며, 기존의치료방법인항암치료나방사선치료에는잘반응하지않는다. 따라서다양한보조치료법또는대체치료법에대한많은연구가진행중이며, 최근면역반응을시작하는항원전달세포인수지상세포를이용한면역치료가다양하게시도되고있다 4-6. 특히악성흑색종의경우, 종양의자연소실과종양내면역세포들의침윤그리고여러가지싸이
대한피부과학회지 : 제 44 권제 2 호 26 년 토카인에대하여부분적인반응을보인다는점때문에면역치료의좋은대상으로이용되고있다 7,8. 수지상세포는수지 (dendrite) 를가지고있는형태때문에붙여진이름으로, 생체내가장강력한항원전달세포로알려져있다 9. 골수의전구세포로부터기원하는수지상세포는뇌를제외한거의모든조직에산재해있으며, 말초단핵구 (PBMC) 에는 1% 미만으로존재한다 1. 수지상세포는다른세포에비하여항원전달분자 (CD1a, MHC-I, MHC-II), 부속 / 동시자극분자 (CD4, CD58, CD8, CD86 등 ), 세포내부착분자 (CD5, CD54) 그리고항원흡수에필요한다양한수용체 (CD11b, CD32, CD64, macrophage mannose receptor, DEC-25) 를많이발현한다 11-13. 따라서이와같은많은표면항원분자와수용체들때문에수지상세포는다양한감염원과항원그리고주위환경의변화에민감하게반응한다. 수지상세포를이용한면역치료는 B 세포림프종환자를대상으로처음시도되었으며, 치료후종양특이적 T 세포반응이유발되어임상적효과가있음이보고되었다 14. 그이후악성흑색종 15,16, 다발골수종 17, 신장암 18, 전립선암 19, 대장암 2 그리고자궁암 21 의치료에사용되어, 부분적으로치료효과가있음이보고되었다. 그러나면역치료시사용되는수지상세포의성숙정도 ( 미성숙수지상세포와성숙수지상세포 ), 수지상세포의주사부위, 주사하는수지상세포의수및횟수, 그리고수지상세포자극에필요한항원의종류등아직확립되지않은부분들이많다. 이연구에서연구자들은 C57BL/6 마우스에 B16F1 세포주로악성흑색종을유발하고악성흑색종세포용해질 ( 종양항원 ) 로감작된수지상세포를종양내에주사하는면역치료를시도하여그치료효과를관찰하고자하였다. 수지상세포배양및악성흑색종모델에 6 8 주령의암컷 C57BL/6 마우스를사용하였다. 수지상세포배양및 C57BL/6 마우스악성흑색종유래세포주 (B16F1) 를배양하기위하여 RPMI 164 (Gibco, BRL, Grand Island, NY, USA) 배지에 56 o C 에서 3 분간비동화시킨우태아혈청 1%, 1 IU/ml penicillin, 1 g/ml streptomycin, 2 mm L-glutamine, 1 mm HEPES (Sigma, Saint Louis, MO, USA) 그리고 5 M 2-mercaptoethanol (Sigma) 을첨가하여사용하였다. 재조합마우스 GM-CSF 와 IL-4 는 Endogen (Woburn, MA, USA) 에서구입하였으며 1 ng/ml 로배양배지에첨가하여사용하였다. 단클론항체를분비하는 hybridoma cell lines 을배양하기위하여 DMEM (Gibco) 과 RPMI 164 을사용하였다. 약 6 8 주령의암컷 C57BL/6 마우스의대퇴골과경골로부터골수세포를수집하였다. 골수세포에적혈구용해완충액을처리하여적혈구를용해시켰다. 단클론항체 anti- CD4 (GK1.5, ATCC TIB27), anti-cd8 (53-6.72, ATCC TIB15), anti-b22 (RA3-3A1/6.1, ATCC TIB146), 그리고 anti-i-a b,d,q & I-E d.k (M5/114.15.12, ATCC TIB12) 혼합액을준비된골수세포에섞어 4 o C 에서 3 분간처리한후배양배지로 2 회세척하였다. 세척후보체 (Cedarlane, Ontario, CANADA) 를첨가하고 37 o C 항온수조에서 1 시간방치하였다. 보체처리후골수세포를 24 well 배양판에 1 ml (7 1 5 /ml) 씩나누어분주하고 GM-CSF 와 IL-4 를 1 ng/ml 농도로첨가한후배양하였다. 배양 2 일째에배지내에떠있는과립구만선택적으로제거하기위하여배양판을부드럽게흔든후배지를완전히제거하고같은농도의싸이토카인이포함된새로운배지로채워주었다. 배양 4 일째배양판을부드럽게흔든후배지를완전히제거하고같은농도의싸이토카인이포함된새로운배지로채워주었다. 제거된배양액의세포는원심분리하여새로운 24 well 배양판에 1 ml (5 1 5 /ml) 씩분주하고 GM-CSF 와 IL-4 를 1 ng/ml 농도로첨가한후배양하였다. 배양 6 일째배지에떠있는세포를수집하여이실험에사용하였다. 배양 6 일째의세포가수지상세포인지를확인하기위하여 1 2 1 5 개의세포를.4% BSA/PBS (BSA/PBS) 로 2 회세척한후 Pharmingen (San Diego, CA, USA) 으로부터구입한 CD11c, CD8, CD86 에대한항체와단클론항체배양액 (anti-i-a b,d,q & I-E d,k ) 을 1 차항체로첨가하고 3 분동안 4 o C 에방치하였다. 동종형 (isotype) 은 Pharmingen 의 hamster IgG 와 rat IgG2a 를사용하였다. 3 분후 BSA/PBS 로 2 회세척한후적정농도의 FITC-conjugated goat anti-rat Ig s (Biosource, Camarillo, CA, USA) 과 FITC-conjugated anti-hamster IgG (Pharmingen) 를 2 차항체로첨가하고, 3 분동안 4 o C 에방치하였다. 3 분후 BSA/PBS 로 2 회세척하고 BSA/PBS 4 l 로세포를현탁시킨후 FACS Calibur (Becton Dickinson, Mountain View, CA, USA) 를이용하여유세포계측을시행하였다. 배양된악성흑색종세포주 (B16F1) 를수집하여인산염완충식염수로세척한후적정량의인산염완충식염수로다시현탁하였다. 냉동 / 해동 (3 회 ) 으로현탁된세포를파쇄하고 12, rpm 으로 4 o C 에서 3 분간원심분리하여상등액을얻었다. 이상등액을항원으로사용하였다. 항원의감작은배양 6 일째의수지상세포배양액에 15 g/ml 항원을첨가하고 18 시간정도배양하였다.
이태형외 : 수지상세포를이용한마우스악성흑색종의면역치료 BALB/c 마우스의비장세포를적혈구용해완충액으로처리하여적혈구를제거한후대식세포를제거하기위하여 T75 플라스크에배양하였다. 배양 9 분후플라스크바닥에부착되지않은비장세포를수집하였다. B 세포를제거하기위하여 nylon wool 칼럼을통과시켰다. 칼럼통과후얻어진 T 세포 (R) 와수지상세포또는항원에감작된수지상세포 (S) 를 96 well 배양판에각각넣어준후 37 o C 세포배양기에서 96 시간동안함께배양하였다 (R S=1 1, 1 1, 1, 1). 배양 96 시간후각각의 well 에 [ 3 H] thymidine 1 Ci 를첨가하고 16 시간추가배양하였다. 배양된세포는 Harvester 96 (Tomtec, Hamden, CT, USA) 을이용하여유리섬유필터에수집한후섬광계측기 (Wallac, Truku, Filand) 로측정하였다. 마우스악성흑색종을유발하기위하여 B16F1 (1 1 5 / 1 l 인산염완충식염수 ) 세포주를 C57BL/6 마우스오른쪽옆구리에피하주사하였다. 면역치료는악성세포주주사일주일후수지상세포 (1 1 6 /1 l 인산염완충식염수, n=5) 또는항원으로감작된수지상세포 (n=5) 를종양내에주사하였다. 일주일후수지상세포를한번더주사하였다. 대조군 (n=5) 에는인산염완충식염수를주사하였다. 인산염완충식염수와항원으로감작된수지상세포를 (1 1 6 /1 l 인산염완충식염수 ) 6 8 주령의 C57BL/6 마우스등에피하주사하였다. 일주일후인산염완충식염수와동일한수지상세포를한번더주사하였다. 마지막주사일주일후종양항원 (1 g/5 l 인산염완충식염수 ) 을마우스의오른쪽발바닥에주사하였다. 지연성과민반응결과는 48 시간후마우스발바닥의부기 (swelling) 로확인하였다. 발바닥의부기를비교하기위하여마우스왼쪽발바닥에는인산염완충식염수를주사하였다. 수지상세포를마지막으로주사한후 2 3 일간격으로죽을때까지종양의장축 (A) 과단축 (B) 의길이를계측하였다. 대조군과종양의부피변화를비교하기위하여다음과같이종양의부피를환산하였다 (Tumor Vol.=1/2 A B 2 ). 또한종양의부피변화를이용하여각군간의종양성장지연차이를비교분석하였다. 생존율은대조군의마우스가모두죽은후실험군의생존한마우스를백분율로환산하였다. CD4 CD8 CD86 Number of cells 1 1 1 1 2 1 3 1 4 MHC II 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 1 1 1 2 1 3 1 4 CD11c 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 1 1 1 2 1 3 1 4 Fluorescence intensity Flow cytometric analysis of mouse bone marrow-derived dendritic cells (DC). Bone marrow cells were cultured with rmgm-csf and rmil-4. On days 6 the surface phenotypes of bone marrow-derived DC were examined by flow cytometry using CD4, CD8, CD86, MHC class II and CD11c mab. Similar results were obtained from three experiments. The data shown are from one representative experiment. In this study, Ag (tumor lysate)-pulsed DC on day 7 were used.
대한피부과학회지 : 제 44 권제 2 호 26 년 적혈구, 림프구그리고호중구가제거된 C57BL/6 마우스의골수세포를재조합마우스 GM-CSF 와 IL-4 로배양하였다. 배양 6 일째떠있는세포를수집하여 CD11c, CD4, CD8, CD86, 그리고 MHC class 의표면항원을유세포계측기로분석하였다. 분석결과배양된마우스골수세포가재조합마우스 GM-CSF 와 IL-4 에의해수지상세포로분화되었음을확인하였다 (Fig. 1). 그러나배양 6 일째종양항원을첨가하여, 18 시간교육된수지상세포의표면항원은종양항원을처리하지않은군에비하여별다른변화가없었다. 수지상세포의항원흡수및항원제시능력을확인하기위하여, BALB/c 마우스의 nylon-wool 비부착비장세포를이용하여동종 (allogeneic) 혼합림프구반응을수행하였다. Fig. 2 에서처럼, T 세포를 1, 개의수지상세포로배양 (R S=1 1) 하였을때, 항원에감작시키지않은수지상세포에비해종양항원으로감작된수지상세포에서 T 세포의증식반응이약 3 배증가하였다. 수지상세포주사에의한항종양면역반응을확인하기위하여, 종양항원에대한지연성과민반응을관찰하였다. 인산염완충식염수를등에주사한대조군에서는오른쪽과왼쪽발바닥의부기에차이가없었다. 그러나종양항원으로감작시킨수지상세포를주사한군에서는종양항원을주사한발바닥의평균두께는 3.67 mm 로인산염완충식염수를주사한발바닥 (2.5 mm) 에비하여약 1.8 배정도더많이부었다 (Fig. 3). 이결과는항원으로감작된수지상세포가생체내에서효과적으로특이적항종양면역반응을유도할수있음을나타낸다. B16F1 세포주를 C57BL/6 마우스오른쪽옆구리에주사하였다. 주사일주일후, 수지상세포또는항원으로감작된수지상세포 (1 1 6 /1 l 인산염완충식염수 ) 를악성흑색종내에주사하였다. 대조군은인산염완충식염수를악성흑색종내로주사하였다. 주사후 2 3 일간격으로종양의크기변화를관찰하였다 (Fig. 4). 악성흑색종에수지상세포를주사한군은인산염완충식염수를주사한대조군과같이종양의생장억제효과가없었다. 반면항원으로감작된수지상세포를주사한군은치료 15 일후부터종양생장의억제효과가나타났다. B16F1 접종 23 일후, 대조군, 수지상세포주사군, 그리고항원으로감작된수지상세포주사군의종양크기는각각 3±49 mm 3, 619±26 mm 3 그리고 463±25 mm 3 로통계학적유의성 (p=.122) 은없지 Allo-mixed lymphocyte reaction. Splenocytes were obtained from BALB/c mice and then RBC, macrophage and B lymphocytes were removed. Triplicate samples of 1 1 5 cells were seeded in 96 well round-bottom plates. The splenocytes were stimulated with DC or Ag-pulsed DC treated with irradiation (3, rad). The cells were incubated at 37 o C for 96 h, then 1 Ci/well [ 3 H] thymidine was added for another 16 h. [ 3 H] thymidine incorporation (CPM) was counted on a scintillation counter. The data shown are the mean values and their standard errors. Delayed hypersensitivity. Two cycles of Ag-pulsed DC in total were injected into C57BL/6 mice at 7 days intervals subcutaneously. Seven days after the last DC injection, Ag (1 g/5 l PBS) and PBS were injected into right (arrow) and left footpad, respectively.
이태형외 : 수지상세포를이용한마우스악성흑색종의면역치료 Tumor volume changes after various treatments. Melanomas were generated by subcutaneously injecting B16F1 melanoma cells (1 1 5 cells) suspended in 1 l of PBS into the flanks of C57BL/6 mice. After seven days, DC were injected two times at 7 days intervals intratumorally. Mean tumor volumes were reduced in the Ag-pulsed DC-treated group on day 23 (PBS; 3±49 mm 3, DC; 619±26 mm 3 and Ag-pulsed DC; 463±25 mm 3 ). The data shown are the mean values and their standard errors. 만, 항원으로감작된수지상세포군에서종양생장억제효과를관찰할수있었다. 생존율은대조군과수지상세포를주사한군에비해항원으로감작된수지상세포를주사한군에서현저히증가하였다. 대조군과수지상세포주사군은각각 36, 39 일째모두사망하였다. 그러나항원으로감작된수지상세포주사군은 39 일째에도 6% 의생존율을나타내었다 (Fig. 5). 수지상세포는특정항원에대하여강력한면역반응을유발할수있는항원전달세포이다. 생체외에서수지상세포의전구세포를취하여수지상세포로배양한후원하는항원으로감작시켜생체내로다시투여할경우특정항원에대한강력한면역반응을유도할수있다 22. 최근특정종양항원으로감작시킨수지상세포치료제를투여하여종양을치료하고자하는면역치료법에대한많은연구가진행되고있다 23. 면역치료시수지상세포의감작에이용되는종양항원으로는펩타이드, 유전자, 그리고종양세포용해질등이있다. 종양펩타이드를이용한면역치료는종양항원결정기 (epitope) 에대한세포용해성 T 림프구활성의특이성이높다는장점이있다. 그러나확인된종양펩타이드들의대부분이 HLA 형 - 제한적이기때문에특이 HLA halotype 을가진환자에게만사용할수있고, 모든종양세포에서종양 Survival rates of mice with melanoma in each treatment group. Survival rates are presented as number of animals surviving (%). PBS or DC-treated mice lived for up to 36 and 39 days, respectively. However, 3 of 5 (6%) mice in the Ag-pulsed DC-treated group remained alive on day 39. 항원결정기가발현되지않기때문에종양펩타이드사용에한계가있다. 이러한한계를극복하기위하여종양유래 RNA 24, 종양유래고사체 25, 그리고종양세포용해질등이 15 종양항원으로고려되고있다. 이중종양세포용해질을수지상세포면역치료제의항원으로사용할때다음과같은장점이있다. 첫째, 종양세포용해질의항원이 MHC class II에의해제시되고 MHC class I에의해서도교차제시된다. 따라서 MHC class I과 MHC class II에의한항원의동시제시는항원특이적 CD4 + T 세포에의한기억 (memory) CD8 + T 세포의생성촉진 26 과항종양면역반응에필수적인 CD4 + T 세포생성에중요하다 27. 둘째, 수지상세포로면역치료를하기전에환자의 HLA-type을결정할필요가없다. 셋째, 종양세포용해질에포함된저농도의종양항원이높은친화도의 T 세포를유도할수있다. 종양세포에서발현되는약 3,개의유전자중단지 3개만이종양기원으로종양세포용해질에포함될수있는종양항원의농도가매우낮다. 실험동물모델에서, 고농도의펩타이드로감작된항원전달세포는낮은친화도를가진 T세포를유도하지만, 저농도의펩타이드로감작된항원전달세포는높은친화도를가진 T세포를유도하는것이확인되었다 28,29. 따라서연구자들은마우스악성흑색종세포주의용해질을종양항원으로사용하였으며, 항원으로감작된수지상세포를직접종양내에주사하는방법으로면역치료를시행하였다. 배양 6일째의수지상세포를종양세포용해질로 18시간감작시킨후세포의표면항원변화를유세포계측기로확인하였으나표면항원의변화는없었다. 생체내에서, 미성숙수지상세포는항원을흡수하여성숙한형태로변하며,
대한피부과학회지 : 제 44 권제 2 호 26 년 이때표면항원의발현도함께증가한다 3. 그러나생체외에서종양세포용해질에의한수지상세포의표면항원변화에관하여는아직까지연구자들의상반된견해가많다. Somersan 등 31 은세포고사와세포괴사용해질은미성숙수지상세포의성숙을유도한다고보고하였다. 그러나종양세포용해질에의해미성숙수지상세포의표면항원발현이증가하지않는다는보고도있다 32. 이실험에서는종양세포용해질을수지상세포에감작시킨후혼합림프구반응이증가하였고, 수지상세포주사후종양항원에대한지연성과민반응실험에서효과적인항종양면역반응을관찰하였다. 그러므로이연구에서사용된수지상세포는종양항원에의한표면항원의변화는관찰되지않았지만, 종양항원을 T 세포에제시하여세포증식을유도하였고, 지연성과민반응을일으키는것으로보아악성흑색종의면역치료에사용될수있는세포로생각된다. 이실험에서종양항원으로감작된수지상세포로치료한군에서, 인산염완충식염수를주사한대조군이나수지상세포만을주사한군에비하여종양의성장이억제되었고생존율도증가되었다. 그러나, 항원으로감작시킨수지상세포치료만으로는만족스런치료효과를관찰할수없었다. 이에대한몇가지원인을생각해보면, 첫째, B16F1 에의한악성흑색종은다른종양에비하여성장속도가매우빠르기때문에, 종양항원에감작된수지상세포로유도된면역반응만으로는종양성장의억제효과가크지않았을수도있다. 둘째, 수지상세포면역치료후 T 세포증식과지연성과민반응을관찰하였지만, 유세포계측에서항원으로감작된수지상세포의표면항원발현에대한변화가적은것으로보아이실험에사용된수지상세포의성숙정도가약할가능성이있다. 따라서수지상세포에의해유도된면역반응이약하였거나오히려부분적으로면역관용이동반되었을가능성을생각할수있다. Dhodapkar 등 33 은항원으로감작된미성숙수지상세포는특이적면역관용을유도함을보고하였다. 또한미성숙수지상세포보다는성숙수지상세포를이용하여면역치료를시행하였을때치료효과가좋다는보고들이있다 34-37. 따라서수지상세포를이용한면역치료의효과를증대시키기위하여, 종양항원으로감작된수지상세포단독치료보다싸이토카인을이용하여수지상세포을성숙시킨후면역치료에이용하거나, 케모카인또는세포고사 / 세포괴사를유발하는물질과의병용치료를시도하면더욱만족스런치료효과를관찰할수있을것으로생각한다. 연구자들은 C57BL/6 마우스에 B16F1 세포주로악성흑색종을유발하고악성흑색종세포용해질로감작된수지상세포를종양내에주사하는면역치료를시도하여다음과같은결과를얻었다. 1. 배양된수지상세포를종양항원으로처리하였을때, 수지상세포의표면항원에는변화가없었다. 2. 혼합림프구반응에서항원에감작시키지않은수지상세포에비해종양항원으로감작된수지상세포에서 T 세포의증식반응이약 3 배증가하였다. 3. 종양항원으로감작시킨수지상세포를주사한군에서종양항원에대한지연성과민반응이나타났다. 4. B16F1 세포주접종 23 일후, 대조군, 수지상세포주사군, 그리고항원으로감작된수지상세포주사군의종양크기는각각 3±49 mm 3, 619±26 mm 3 그리고 463±25 mm 3 로항원으로감작된수지상세포군에서종양성장억제효과가나타났다. 5. 생존율결과에서, 대조군과수지상세포를주사한군에비해항원으로감작된수지상세포를주사한군은 39 일째에도 6% 의생존율을나타내었다. 결론적으로, 연구자들은악성흑색종세포용해질로감작된수지상세포를종양내에주사하는면역치료가항종양면역반응을유발함으로써, 종양의성장을억제하고생존율을증가시키는등악성흑색종의치료에효과적임을관찰하였다. 그러나앞으로더효과적인치료방법을찾기위한노력이필요할것으로생각된다. 1. Alan NH, Jason SG, Nathalie EB. Immunity against cancer: lessons learned from melanoma. Curr Opin Immunol 21; 13:134-14 2. Kim CJ, Dessureault S, Gabrilovich D, Reintgen DS, Slingluff CL Jr. Immunotherapy for melanoma. Cancer Control 22;9:22-3 3. Chung HG, Moon TK, Bang D, Lee MG. Clinical observation of cutaneous malignant tumors and premalignant lesions over 15 years (1982 1996). Korean J Dermatol 1999;37:1413-1422. 4. Nestle FO, Brug G, Dummer R. New perspectives on immunology and immunothe-rapy of melanoma. Immunol Today 1999;2:5-7 5. Colaco C. DC-based cancer immunotherapy: the sequel. Immunol Today 1999;2:197-198 6. Nouri-Shirazi M, Banchereau J, Bell D, Burkeholder S, Kraus ET, Davoust J, et al. Dendritic cells capture killed tumor cells and present their antigens to elicit tumorspecific immune responses. J Immunol 2;165:3797-383 7. Rosenberg SA, Yang JC, Topalian SL, Schwartzentruber DJ, Weber JS, Parkinson DR, et al. Treatment of 283 consecutive patients with metastatic melanoma or renal cell cancer using high dose bolus interleukin-2. JAMA 1994; 271:97-913 8. Rosenberg SA, Lotze MT, Muul LM, Chang AE, Avis FP, Leitman S, et al. A progress report on the treatment of 157 patients with advanced cancer using lymphokine-activated
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