바이오인

면역항암제의 효능평가를 위한 차세대 PBMC 인간화마우스 개발 동향

◈ 목차

1. 서론

2. 본론

  2.1. 면역부전마우스를 이용한 유용한 인간화마우스 연구동향

  2.2. 이식편대숙주병 저감 인간화마우스 모델의 개발

     2.2.1. PBMC-NSG (NOG) 마우스를 이용한 면역세포 인간화

     2.2.2. PBMC-NSG-MHC-class I/ II 결손 마우스를 이용한 면역세포 인간화

     2.2.3. PBMC-NOG-MHC-dKO 마우스를 이용한 면역세포 인간화

     2.2.4. GVHD 저감 PBMC 인간화마우스 제작에 있어서 고려 사항

  2.3. PBMC 모델에 있어서 보다 효율적인 면역세포의 이식 및 생존을 위해 고려되어야 할 사항

     2.3.1. NK 세포

     2.3.2. 골수세포

  2.4. 맞춤의료에 있어서 인간화 모델

  2.5. PBMC 인간화 모델 연구에 대한 미래 방향

3. 결론

4. 참고문헌

◈본문

요약문
 면역항암제는 항암효과가 뛰어난 3세대 항암제이지만 일부 환자들에게만 치료 효과가 있어, 항암효과를 향상시키고 내성 및 독성을 극복할 수 있는 연구개발이 필요하다. 면역항암제의 비임상 평가를 위해 신뢰성 높은 마우스 모델이 필요한데, 최근 인체 말초혈액단핵세포(Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs)가 이식된 면역인간화마우스가 개발되어 널리 활용되고 있다. PBMC 인간화마우스는 제작기간이 짧고 인체의 성숙한 T 세포의 기능이 반영되어 면역항암제의 항암효능평가에 적합한 모델이다. 하지만 PBMC 인간화마우스 모델은, 인체 골수세포의 결여 등의 면역세포 인간화에 문제가 있어 이들을 해결하는 추가 연구가 필요하였다. 본 총설에서는 PBMC 인간화마우스의 연구동향 및 활용에 대해 살펴봄으로 면역항암제의 비임상평가에 유용한 정보를 제공하고자 한다.

 1. 서론

 면역요법은 암환자들에게 전례 없는 항암효과를 보여주었지만, 10-30%의 일부 환자들에게 치료 효과가 있고 나머지 환자들에게는 반응이 없거나 미미하여, 면역항암제의 치료 효과를 향상시 키고 내성을 극복하며 바이오마커를 확보하는 동시에, 독성을 줄이는 연구개발이 절실한 상태이다. 면역항암제의 비임상 평가를 위해 신뢰성 높은 마우스 모델이 필요한데, 그 중에서 인체면역세포가 함유되고 인체 암조직이 이식된 인간화마우스가 유망한 후보로 떠오르고 있다. 암면역치료를 위해 이상적인 모델은 임상에서 사용 중인 면역항암제의 작용기전을 이해하는 데 사용될 수 있고, 새로운 면역요법의 우선순위를 매기며 병용치료 효과를 테스트하는 도구로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 임 상 반응을 예측할 수 있는 모델이어야 한다. 이러한 예측은 신약의 임상중개를 단축하거나 재발 기에 맞춤치료를 조정하는 데 도움이 될 것이다. 그렇지만 인간화마우스 모델이, 치료 가이드로써 사용되기 위해서는, 환자의 면역시스템과 암과의 상호작용을 설명할 수 있어야 한다. 그러나, 실상 인간화마우스는 이 목적을 단지 부분적으로 충족하고 있을 뿐이다. 필자는 이 지면을 통해 이용 가 능한 인간화마우스에 대한 최신 지견을 제시하고, 특정 연구를 위해 가장 적절한 모델을 선정하는 데 도움을 주기 위해서는 어느 정도의 인간화마우스가 인간의 질환을 모델링할 수 있는지, 그리고 향후 기술개발 방향에 대해 설명하고자 한다.

2. 본론

2.1. 면역부전마우스를 이용한 유용한 인간화마우스 연구동향

 인간화마우스 모델은 인체면역세포를 함유한 면역부전마우스에 인체 암세포의 이종이식(Cell Line Derived Xenografts, CDXs), 그리고 원발성 고형암조직 또는 환자 유래 혈액세포의 이종이식 (Patient-Derived Xenografts, PDXs)에 의한 접종에 의해 만들어지고 있다. 인체면역세포를 지닌 면역 부전마우스, 즉 면역인간화마우스는 인체 CD34+ 조혈모세포(Hematopoietic Stem Cells, HSCs) 또는 말초혈액단핵세포(Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs)를 이식하여 제작되는데, CD34+ 인간화마우스는 여러 가지 면역계, 즉 T 세포, B 세포, 수지상세포 그리고 골수세포가 발달하여, 이식편 대숙주병(Graft-versus-Host Disease, GVHD) 증상이 적게 일어남으로 안정적으로 장기간 인간화된다 는 장점이 있어, 장기간 분석이 필요한 인체 암 모델의 생물학적 평가에 적합하다. 한편 PBMC 인간화마우스는 주입된 PBMCs에 의해 GVHD 증상이 유도됨으로, 치료 관찰 기간이 4-5주로 줄어들 뿐만 아니라 인체 T 세포 집단의 기능적 평가를 교란시킬 수 있다. 하지만, 인체 PBMC 접종은 인체 의 성숙한 T 세포의 기능 조사를 가능하게 하므로, 성숙한 면역 시스템의 기능을 검사하는데 적합하 고, 또한 PBMC 공여자와 종양조직의 HLA가 일치되면 항원 특이적 반응을 검사하는데도 적합한 모 델이다.

 인체면역세포 이식이 가능하게 된 첫 번째 인간화마우스는 1988년 protein kinase DNA-activated catalytic polypeptide (prkdc)가 돌연변이 된 CB17-SCID 마우스의 발견에 의해 가능하게 되었다. CB17-SCID 마우스는 T 및 B 세포가 결핍되어 있어 보통 인체 세포의 이식이 가능하다. 1995년 마우스 선천성면역시스템을 줄이기 위해, SCID마우스를 nonobese diabete (NOD) 마우스와 교배하여 NOD/SCID 마우스가 개발되었다. 이 마우스는 CB17-SCID 마우스에 비교하여, NK세포, 마크로파지 그리고 보체 시스템의 결핍이 축적되어, 인체면역성분의 재구성이 5배나 향상되었다. 이런 모델의 대안은 Rag1 및 Rag2 유전자가 결손된 마우스이다. 이 마우스는 T 및 B 세포의 수용 체 생산에 필요한 VDJ (variable-diversity-joining) 재구성(recombination)을 방해하여, T 및 B 세포 발 달과 생존이 차단된다.

 다음으로 진보된 인간화마우스를 만드는 데 필요한 면역부전마우스는 IL-2 receptor γ chain (IL2rg) 유전자 적중 마우스의 개발에 의해 2002년에 이루어졌는데, 마우스 NK 세포가 완전 결핍된 마우스다. 이들 마우스는 중증면역부전마우스로 기존의 마우스보다 상당히 높은 수준의 인체조혈모세포 이식을 도와주어 기능적인 인체면역시스템의 발달을 가능케 하였다. 이들은 NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Sug/JicTac (NOG), NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wjl/SzJ (NSG), 그리고 C;129S4- Rag2tm1.1FlvIl2rgtm1.1Flv/J (BRG) 마우스이다. NOG 마우스는 IL2rg 체인의 세포질 도메인이 결손되어 사 이토카인을 결합하는 데 필요한 신호를 줄 수 없고, NSG 및 BRG 마우스는 IL2rg 체인이 완전히 결 손된 표현형을 지니고 있다. 이들 3계통의 마우스는 인체조혈모세포의 이식을 허용하지만, NOD 배 경의 계통은 선천면역세포가 결핍되어, BRG 마우스보다 더 높은 수준의 인체 세포 이식이 가능하다. 또한 본 연구팀이 Crispr/cas9 기법으로 제작하여 연구현장에 공급하고 있는 NIG 면역부전마우스가 있다. 즉, NOD.CB17/PrkdcSCID-JKrb 마우스의 수정란에 IL-2 receptor γ 유전자의 gRNA와 cas9을 미 세 주입함으로써 유전자교정기법에 의해 IL-2 receptor γ 유전자 2bp가 결손된 마우스로 NSG 마우스 와 흡사한 면역부전마우스이다.

 BALB/c 및 C57BL/6에 비해, NOD 마우스는 signal regulatory protein alpha (SIRPα)에 유전다 형성(polymorphism)을 지니고 있어 인간 CD47과의 친화력이 증가되어 있고, SIRPα/CD47 상호작용 에 의해 마우스 마크로파지에 의한 인체 세포의 식세포작용(phagocytosis)이 저해된다. 따라서 인간 또는 NOD 마우스의 SIRPα가 BALB/c (BRGS, SRG, 그리고 MISTRG 계통) 및 C57BL/6 (B6RGS) 마우스의 유전적 배경 하에 발현되면, 인체 조혈모세포 이식률이 증가한다.

 마우스에서 인체면역시스템을 재구성하는 것은 주로 3가지 접근법에 의해 이루어진다: Ⓐ 인체 PBMC 면역인간화 모델; Ⓑ 인체 CD34+ HSC 면역인간화 모델; Ⓒ 그리고 BLT (bone marrow-liver-thymus) 모델이다. 이들 모델은 각각 특징이 있는데 가장 인간화된 모델은 BLT 모델이지만 제 작하기가 매우 어렵기 때문에 주로 PBMC와 CD34+ 모델이 사용되고 있다. 본 총설에서는 우선 연구 현장에서 접근하기 용이한 PBMC 면역인간화 모델에 대해 소개하고자 한다.

 앞에서 언급한 것처럼 NOG/NSG 마우스를 이용한 PBMC 인간화 모델의 강점은 마우스 제 작이 쉽고 빠르다는 점이다. PBMC 이식 후 2주가 되면, 인체면역세포들이 혈중에서 검출되고 3주 안에 말초혈액에 인체 면역 성분이 관찰된다. 골수세포, NK 세포, 그리고 NK T 세포들의 일부는 수 일에서 수주 간 남아있지만 대부분은 적절한 생존 신호(survival signals)가 없어 사라진다. 따라서 사 이토카인을 외인성(exogenous) 또는 유전자 도입으로 발현시키면, 그들의 생존에 도움을 줄 수 있다. PBMC 인간화 모델의 약점은 접종된 PBMCs에 의해 GVHD 증상이 일어나 치료반응을 관찰할 수 있 는 폭이 4-5주로 제한된다는 점이다. 따라서 PBMC 인간화 모델은 GVHD 증상 분석, T 세포의 기능 을 보고자 하는 면역관문저해제(immune check-point inhibitors: ICIs)의 효능 평가, 또는 T 세포 부착 이중항체(bispecific T cell engager) 단독 또는 병용치료 효과를 평가하는 데 주로 적합하다. PBMC 모 델의 도전과제는 PBMC 공여자가 서로 다르기 때문에 각 PBMC에 대한 면역 반응 분석 결과가 공 여자 간에 차이가 있다는 점이다.

...................(계속)

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