후루카와 요시키 순천당대 대학원 의학연구과 혈액내과학 대학원생, 이시이 미도리 조교, 안도 미키 교수, 세포요법·수혈학 안도 준 교수, 산부인과학 테라오 야스히사 교수 및 스탠퍼드대 의대 줄기세포생물학·재생의료연구소 나카우치 히로미츠 교수 등 공동연구진은 건강한 사람으로부터 수립한 iPS 세포로 게놈 편집을 수행함으로써 해당 iPS 세포에서 제작한 인간유두종바이러스 특이적 세포 상해성 T세포(CTL)가 환자 면역세포로부터 거부당하지 않고 자궁경부암을 강력하게 억제할 수 있다고 밝혔습니다.
또한 iPS 세포유래 CTL가 대량의 조직 레지던트 메모리 T세포를 포함하기 위해 높은 세포 상해 활성을 갖는다는 것을 밝혀냄으로써 난치성 자궁경부암에 대해 유망한 신규 치료법이 될 수 있는 가능성을 보여주었습니다.본 성과는, 내년 여름에도 개시를 예정하고 있는 자궁 경부암을 대상으로 한 iPS 세포 유래 CTL 요법의 의사 주도 치험의 기초적 데이터가 되는 것입니다.
자궁경부암 iPSC 유래 HPV 항원 개발배경
자궁경부암은 인유두종바이러스(HPV) 감염이 원인이 되어 발병합니다.선진국에서는 백신 보급으로 환자 수, 사망률 모두 감소하고 있는 가운데 일본내에서는 증가세가 지속되고 있어 연간 1만 명 이상의 환자가 새로 자궁경부암 진단을 받고 약 3,000명이 사망하고 있습니다.
일본내에서는 자궁경부암 백신 접종률이 여전히 15% 이하로 저조하고 있어 20~30대 자궁경부암 발병 수 증가는 특히 심각한 문제입니다.자궁경부암은 마더킬러로 불리며 결혼, 임신, 육아세대 젊은 여성의 경우 그 진행이 매우 빠르고 예후 불량이기 때문에 유효한 신규 치료법 개발이 필요합니다.
연구진은 2020년 자궁경부암에 대한 iPSC 유래 HPV 항원 특이적 CTL(HPV-CTL) 개발에 성공해 그 지속적이고 강력한 항종양 효과를 증명했습니다.그러나 항암제 치료 중 자궁경부암 환자 혈액으로부터의 CTL 제작은 어렵고, 또 시간이 걸리고, 게다가 제작에는 고액의 비용이 드는 것이 실용화를 향한 과제였습니다.
한편, 정상인의 CTL로부터 수립한 타가 iPS 세포를 이용하면 상기 문제는 해결되는 한편, 환자 면역 세포로부터의 동종 면역 반응이 일어나 항종양 효과가 감소하는 문제가 생깁니다.이를 위해 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 CRISPR/Cas9 기술를 이용해 HLA 클래스 I를 게놈 편집한 정상인 유래 타가 HPV-CTL 개발을 시도했습니다.
자궁경부암 iPSC 유래 HPV 항원 개발 내용
자궁경부암 iPSC 유래 HPV 항원 개발 연구에서는 최초로 HPV-CTL을 정상인의 말초혈의해 유도 후 iPS 세포를 수립하였습니다.이어서 환자 면역세포로부터 공격받지 않도록 하기 위해 iPS 세포의 HLA 클래스 I 항원을 편집하였습니다.게놈 편집은 임상에서 이용하는 세포를 제작하기 위해 안전성을 고려하여 오프 타겟 작용이 적은 CRISPR/Cas9 2단계 편집법을 이용하하였습니다.
먼저 HLA클래스Ⅰ 분자의 존재에 중요한 B2M 유전자를 녹아웃시켜 HLA클래스Ⅰ 항원의 발현을 소실시킴으로써 환자 면역 T세포로부터 공격받지 않도록 하였습니다.그러나 이것만으로는 환자 NK세포(내추럴 킬러세포)는 HLA클래스Ⅰ 항원의 발현이 없는 세포를 공격하기 때문에 다음에 공격을 회피할 수 있도록 몇몇 등급Ⅰ분자를 강제로 발현시켰습니다.
NK세포와 억제성 결합을 하는 것으로 알려진 HLA-E와 HLA-A24 두 분자를 발현시킴으로써 효과적으로 NK세포의 공격을 억제할 수 있었습니다.게놈 편집한 iPS 세포에서 CTL을 분화 유도 후 동종 면역 반응을 해석한 결과 게놈 편집한 iPS 세포 유래 HPV-CTL은 T 세포에 거절당하지 않으며 또한 NK 세포로부터의 공격도 피할 수 있음을 증명할 수 있었습니다.
또한 게놈 편집을 통해 자궁경부암에 대한 항종양 효과가 줄어들지 않는지 확인했습니다.그 결과 게놈 편집한 iPS 세포 유래 HPV-CTL은 편집 여부와 상관없이 강력하게 자궁경부암 증식을 억제할 수 있었습니다.말초혈에서 유도한 원래 HPV-CTL보다 단기간에 강력하게 항종양 효과를 발휘하고 또 장기간 생존기간 연장 효과도 인정했습니다.
그래서 처음부터 같은 T세포 수용체 배열을 가진 CTL임에도 불구하고 이렇게 iPS 세포 유래 HPV-CTL에서는 세포 상해 활성이 증강되는지 그 기전을 알아보기 위해 싱글셀 해석을 수행하고 그 유전자 발현을 비교했습니다.
그 결과 iPS 세포유래 HPV-CTL은 말초혈유래 HPV-CTL에 비해 세포상해 활성에 관한 유전자(IFNG, PRF1, GZMB) 및 조직 레지던트 메모리 T세포와 관련된 유전자(ITGAE, CD69, TGFBR1)의 발현 수준이 유의하게 높은 것으로 나타났습니다.플로사이트메트리에 의한 해석에서도 iPS 세포 유래 HPV-CTL에서는 조직 레지던트 메모리 T세포를 풍부하게 포함하는 것을 나타냈습니다.
기능해석 결과 iPS 세포유래 HPV-CTL은 TGFβ시그널링을 통해 CD103 발현 수준을 유의하게 상승시켰고, 그 결과 HPV 항원 특이적 세포 상해 활성이 증강됨을 증명하였습니다.
이상 본 연구에서는 iPS 세포기술과 게놈 편집기술을 이용하여 정상인 유래 iPS 세포로부터 환자 면역세포의 공격을 피할 수 있는 HPV-CTL을 성공적으로 제작하였으며, 제작한 HPV-CTL은 조직 레지던트 메모리 T세포를 풍부하게 포함하는 결과 자궁경부암에 강력한 세포 상해 활성을 가져온다고 밝혔습니다.
동종 면역반응을 경감할 수 있고 T세포의 기능도 강화된 차세대 T세포요법 개발에 성공함으로써 HPV-CTL은 자궁경부암에 대한 획기적인 신규 치료가 될 수 있음을 시사했습니다
iPSC 유래 HPV 항원 개발의 전개
연구진은, 중증 환자에게도 신속하게 투여할 수 있는”off-the-shelf” T세포 요법을 목표로, 게놈 편집한 임상용 iPS 세포를 제작했습니다.또한 안전성을 충분히 확인한 후, 이 임상용 iPS 세포를 증폭해 동결 보존함으로써 마스터 셀 뱅크를 제작했습니다.향후 자궁경부암에 대한 본 치료의 의사주도치험을 시작할 예정입니다.산모 킬러 자궁경부암 극복을 위한 중요한 발걸음이 될 것으로 기대됩니다.
자궁경부암 iPSC 유래 HPV 항원 개발의 연구자
자궁경부암 iPSC 유래 HPV 항원 개발 연구에서는 게놈 편집한 iPS 세포유래 HPV-CTL이 면역세포 공격을 피할 수 있다는 것, 자궁경부암에 대한 항종양 효과를 유지하는 것, 그리고 그 강력한 세포 상해 활성의 기전을 증명할 수 있었습니다.동시에 순천당대학 세포요법·수혈학의 셀 프로세싱 센터내에서, 이 방법으로 임상용 세포의 제작을 진행하고 있습니다.
이러한 결과로부터, 다음 연도의 의사 주도 치험의 개시를 목표로 하고 있습니다.
연구진은 산모 킬러 자궁경부암 극복을 목표로 꾸준히 노력을 이어갑니다.
iPSC 유래 HPV 항원 용어
* 1 인유두종 바이러스 (Human papillomavirus: HPV) : 자궁경부암의 원인 바이러스.HPV 감염 후 대부분 자연스럽게 바이러스가 배제되지만 배제되지 않았을 경우 전암 상태를 거쳐 자궁경부암이 발병한다.
*2 항원 특이적 세포 상해성 T세포 (Antigen-specific cytotoxic T lymphocytes: CTL): 면역세포인 T림프구 중에서도 바이러스 항원이나 종양 항원을 인식하여 이상세포를 공격하는 림프구.환자의 바이러스 특이적 세포 상해성 T세포를 체외에서 증폭했다가 다시 환자 체내로 되돌려 보내는 CTL 요법은 중증 바이러스 감염증이나 바이러스 관련 종양에 유효하다.킬러 T세포라고도 부른다.
*3 iPS 세포 유래 CTL: iPS 세포로 제작한 항원 특이적 CTL. iPS 세포 기술은 세포의 회춘법의 하나라고 할 수 있다.이 기법을 이용하여 HPV 감염 종양에 반응하는 말초혈중 HPV 항원 특이성을 갖는 CTL로부터 iPS 세포를 제작하여 다시 T세포로 분화시킴으로써 종양을 공격하는 젊은 CTL을 무한 공급하는 것이 가능해진다.
*4 메모리 T세포 : 항원과 만나기 전 나이브 T세포가 항원인식에 의해 활성화되면 이펙터 T세포가 되고, 그 일부가 장기 생존하여 다음 항원폭로에 대비하기 위해 분화된 T세포. 2차 항원폭로에 의해 메모리 T세포는 즉시 이펙터 T세포가 되어 최초 항원폭로에 비해 빠르고 효율적으로 반응한다.
*5 CRISPR/Cas9 기술과 오프 타겟 작용: 부위 특이적 뉴클레어제를 사용한 간편한 유전자 변형 도구.DNA의 두 가닥 절단을 통해 복구기구를 이용함으로써 게놈의 특정 장소를 삭제, 치환, 삽입할 수 있다.그렇지만, 통상의 표적 이외의 장소에서 유전자 절단이 발생할 수 있어, 그것을 오프 타겟 작용이라고 부른다.
*6 HLA(Human Leukocyte Antigen): 인간 백혈구 항원이라고 불리는 백혈구형. 면역계에서 ‘자기’를 ‘타인’과 구별하는 역할을 한다.서로 다른 개체에서 HLA가 다르기 때문에 조혈모세포 이식이나 면역세포 요법 시 면역반응에 중요한 역할을 한다.
*7 싱글 셀 해석 : 한 세포에서 RNA 정보를 획득하여 개별 세포의 유전자 발현 패턴을 상세하게 조사하는 차세대 시퀀싱 해석. 이를 통해 서로 다른 세포의 개별 특성을 이해할 수 있으며 암과 면역 반응의 미세한 변화를 파악하는 데 도움이 된다.
*8 TGFβ시그널링: TGFβ란 세포 증식·분화를 제어해 세포사를 촉진하는 것으로 알려진 사이토카인.TGFβ시그널링이 암화를 미연에 막는 것으로 여겨진다.
*9″off-the-shelf” T세포요법: 환자유래세포가 아닌 정상인유래의 타가 iPSC유래 T세포를 제작하여 뱅킹함으로써 필요시에 언제든지 충분한 양의 치료용 T세포를 제공할 수 있는 치료.
원저 논문
본 연구는 Cell Reports Medicine지 온라인판에 2023년 12월 12일자(미국 동부시간)에 공개되었습니다.
제목 : iPSC-derived hypoimmunogenic tissue resident memory T cells mediate robust anti-tumor activity against cervical cancer
제목 ( 번역) : iPS 세포 유래 레지던트 메모리 T세포의 자궁경부암에 대한 강력한 항종양 효과
저자：Yoshiki Furukawa1†, Midori Ishii1†, Jun Ando1,2, Kazuya Ikeda3, Kyomi J. Igarashi4, Shintaro Kinoshita1, Yoko Azusawa2, Tokuko Toyota1, Tadahiro Honda1, Mahito Nakanishi5, Koichi Ohshima6, Ayako Masuda7, Emiko Yoshida7, Mari Kitade7, Matthew Porteus3, Yasuhisa Terao7, Hiromitsu Nakauchi4*, Miki Ando1*