The Korean Society For Biotechnology And Bioengineering

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Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal - Vol. 35 , No. 2

[ Review Paper ]
Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal - Vol. 35, No. 2, pp.105-119
Abbreviation: KSBB J
ISSN: 1225-7117 (Print) 2288-8268 (Online)
Print publication date 30 Jun 2020
Received 28 Feb 2020 Revised 06 Apr 2020 Accepted 10 Apr 2020
DOI: https://doi.org/10.7841/ksbbj.2020.35.2.105

암 치료를 위한 항체치료제에 대한 고찰: 면역항암제
유한진 ; 홍세영 ; 권미지 ; 이지현 ; 박희호 ; 임광석*
강원대학교 생물공학과

Therapeutic Antibodies for the Treatment of Cancer: Cancer Immunotherapy
HanJin Yu ; Seyoung Hong ; Miji Kwon ; Jihyeon Lee ; Hee Ho Park ; Kwang Suk Lim*
Department of Biotechnology and Bioengineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
Correspondence to : *Department of Biotechnology and Bioengineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea Tel: +82-33-250-6279, Fax: +82-33-243-6350 E-mail: kslim@kangwon.ac.kr
Contributed by footnote: These authors contributed equally.


© 2020 The Korean Society for Biotechnology and Bioengineering
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Abstract

Recently, biopharmaceutical drugs take a big part in the pharmaceutical market with the development of genetic engineering. Therapeutic antibodies, one of the representative biopharmaceuticals, have strong therapeutic efficacy in various diseases such as autoimmune disease, rheumatism and cancer. Antibodies are widely used as targeted delivery systems, diagnostics and therapeutics because of their high specific recognition ability. In addition, the market for therapeutic antibodies is expanding further with the development of new biologic drugs such as biosimilar and biobetter. In particular, cancer immunotherapy has shown excellent efficacy for the treatment of cancer by regulating the immune response. In recent years, antibody-drug conjugates (ADCs), immune checkpoint inhibitors and therapeutic antibodies have been developed by many researchers and pharmaceutical companies and approved by U.S. food and drug administration as a potential strategy for the treatment of cancer. Although cancer immunotherapy has a strong therapeutic efficacy, there are still limitations to overcome such as for the treatment of solid tumor, immunogenicity and resistance. To solve these problems, new biomarkers, bispecific antibodies and combinatorial therapy with chemotherapy are being investigated. In this review, we describe the mechanism of immune response with respect to antibody therapeutics, characteristics of target cancers and discuss the potentials of cancer immunotherapy.


Keywords: cancer immunotherapy, antibody therapeutics, antibody engineering, antibody-drug conjugate, immune checkpoint blockade

1. INTRODUCTION

유전공학 기술이 발전하면서 의약품 시장은 저분자의약품에서 바이오의약품 중심으로 치료제 시장이 변화하고 있다. 특히 유전자 재조합을 기반으로 단백질 및 항체 치료제 시장이 급성장 중에 있으며 바이오 신약, 바이오시밀러 (Biosimilar) 및 바이오베터 (Biobetter)의 개발로 시장은 더욱 확대되고 있다 [1-3]. 고령화에 따른 만성 질환 및 면역 질환의 증가는 면역 반응 및 생체 기전을 기반으로 하는 의약품 개발을 촉진하고 있으며, 항체 및 면역세포를 활용한 치료제 개발이 활발하게 진행중이다. 그 중 항체 치료제는 우수한 표적 능력을 통해 적은 양으로 높은 치료 효과를 보여주고 있기에 면역질환 치료제 및 항암 치료제로 개발 범위가 확대되고 있다 [2,4].

암은 전 세계적으로 높은 발병률과 사망률을 보이고 있으며, 많은 치료제가 끊임없이 개발되고 있는 질병이다. 국립암센터의 통계자료에 따르면 2017년도 국내 사망률 1위는 암 질환으로 인구 10만명당 282.8명으로 발병했으며, 암발생률은 2011년까지 연평균 3.7%씩 증가하다가 2011년 이후 매년 2.6%씩 감소하고 있다 [5]. 하지만 유방암, 전립선암, 췌장암, 신장암은 발생률이 증가 추세를 보이고 있다. 남자는 위암, 폐암과 대장암이 많이 발병하며 여자는 유방암, 갑상선암과 대장암이 많이 발병하는 것으로 알려져 있다. 암 치료는 수술적 요법, 방사선 요법과 화학요법을 통해 진행되며 최근에는 면역요법과 유전자 요법도 활용되고 있다 [5]. 암 치료법 중 화학요법으로 대표되는 저분자의약품 항암제들은 암세포의 활발한 분열 기전을 억제하는 약물들이다.이 약물들은 크게 다음의 4가지 기전으로 작용한다. (1) Akylating agent, (2)Antimetabolites, (3)Anti-microtubule agents, (4)Topoisomerase inhibitor. 하지만 이러한 기전은 정상 세포에도 적용되기 때문에 화학요법은 많은 부작용을 유발한다. 이에 화학요법의 효능을 높이고 부작용을 개선하기 위해 표적 전달 시스템이 적용된 항암제들이 개발되고 있다 [6].

항암제의 효능을 높이고 인체 내의 면역 기전을 이용하는 면역항암치료제가 현재 많이 보고 되고 있으며, 항체-약물접합체, 면역관문억제제는 물론 면역항암세포 치료제까지 다양한 바이오 신약들이 우수한 항암 효과를 보여주고 있다. 이에 본 총설에서는 면역반응 및 항체의 치료 기전을 알아보고 각 암 종의 특성과 항암 치료제로 사용되고 있는 항체 치료제들에 대해 논의하고자 한다.

1.1. 바이오의약품

바이오의약품은 사람이나 다른 생물체에서 유래 된 것을 원료 또는 재료로 하여 제조한 의약품으로써 생물학적제제, 유전자재조합의약품, 세포배양의약품, 세포치료제 및 유전자치료제 등으로 구분할 수 있다. 전 세계적으로 인구 고령화에 따른 의약품 수요가 급증하고 있는 가운데 2009년 1,160조원이던 의약품 시장은 매년 25%의 성장으로 2020년 2,780조원으로 확대될 것으로 예측되고 있다 [7,8]. 바이오의약품은 전 세계 의약품 시장에서 2014년 23%에서 2020년 27%를 차지할 것으로 보인다. 이러한 성장은 세계 10대 매출 의약품에서도 확인이 되는데 세계 10대 매출 의약품 중 2000년에는 1개 만이 진입을 했으나 2017년에는 8개의 바이오의약품이 차지하고 있다 [9]. 바이오의약품 중 항체 치료제 (Therapeutic antibody)는 지난 10년동안 암, 자가면역 등의 질병 치료에서 중요한 역할을 하고 있다 [3]. 더욱이 바이오시밀러와 바이오베터의 개발로 바이오의약품 시장은 더욱 크게 확대되고 있다. 바이오시밀러는 특허가 만료된 바이오 신약과 동일한 효능을 지니는 치료제이다. 또한 바이오베터는 바이오 신약의 효능 및 생체 이용률 등을 개선한 신약으로 기존 신약의 특허 회피 및 시장 신규 창출의 장점이 있어 많은 연구 개발이 이루어 지고 있다 [10]. 바이오시밀러와 바이오베터는 새로운 바이오텍 기업들의 시장 진입 기회가 되어 바이오의약품 전체 시장 확대에 기여하고 있다.

1.2. 면역반응 (Immune response)과 항체 (Antibody)

외부로부터 유해물질이나 병원균 (항원)이 체내로 유입될 경우 이를 제거하기 위한 반응을 면역 반응이라 한다 [11,12]. 면역반응에는 크게 내재 면역 (Innate immunity)과 적응 면역 (Adaptive immunity)로 구분할 수 있다. 내재 면역은 선천적인 면역으로 짧은 시간 안에 반응하여 병원균을 제거할 수 있으며, 대식세포 (Macrophage), 과립백혈구, 자연살해세포 (Natural Killer Cell, NK cell) 등에 의해 일어난다. 적응 면역에는 B세포와 T세포라고 불리는 면역세포들이 항원을 인식하고 이를 직접 공격하여 제거하거나 항체를 분비하여 외래물질을 제거 또는 중화시켜 우리 몸을 보호하게 된다. 특히 항원에 대한 기억을 통해 동일한 항원의 재침입시에 빠르게 항체를 형성하여 항원을 공격하게 되고 우리 몸을 보호한다. 항체는 항원과 우리 몸의 체내 세포를 구별하는 능력을 갖고 있기 때문에 항원에 대해 선택적으로 작용하는 우수한 선별 기능을 갖고 있다. 적응 면역계는 T세포가 매개하여 항원을 제거하는 세포성 면역 반응과 항원과 B세포에 의해 선택적으로 결합하는 항체를 생산하는 체액성 면역반응으로 구분할 수 있다. 항체의 이러한 항원 선택적 결합 특성을 질병 치료제에 활용한 것이 바로 항체치료제이다 [2,3]. 항체는 Y자 모양을 하고 있는데 양 팔에 각각 항원 결합 부위 (Antigen-binding site)가 존재하며 상보적 결정부위 (Complementarity-determining regions, CDR)에 의해 항체는 표적 항원을 선택적으로 인지하게 된다 (Fig. 1(a)). 또한 항체는 크게 5종류 (IgM, IgD, IgG, IgA 및 IgE / Immunoglobulin(Ig))가 있으며 주로 IgG가 항체 치료제에 사용되고 있다 (Fig. 1(b)).


Fig. 1. 
Immunoglobulin G(IgG) structure and subclasses [Merck and Abcam]

1975년 하이브리도마 (hybridoma) 기술이 개발되어 쥐 단일클론 항체 (monoclonal antibody, mAb)의 대량생산이 가능하게 되었다. 이에 따라 항체 치료제 및 진단 시약의 개발이 활발하게 이루어 졌으나 쥐 단일클론 항체를 반복적으로 주사할 경우 면역반응이 생겨 지속적인 치료제로서의 사용이 불가능함을 알게 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 항체 치료제를 쥐 단일클론항체에서 인간화 항체 (Humanized antibody)로 대체하는 기술이 개발되었다 (Fig. 2(a)). 개발초기에는 인간의 Fc부분이 부분적으로 결합된 키메라 항체 (Chimeric antibody)가 개발되었다 [3,13]. 단백질공학기술이더욱 발전됨에 따라 인간화 항체의 제조기술이 개발되었고, 항체에 대한 서열 분석이 진행되면서 전체 항체가 아닌 항체의 일부만을 활용한 융합 단백질 형태의 항체 치료제 및 표적 전달체 등이 개발되고 있다 [14] (Fig. 2(b)).


Fig. 2. 
A schematic of mouse, chimeric, humanized and human antibody and various genetically engineered antibody fragments for therapeutic application [3,13].

1.3. 항체 치료제의 Mechanism

항체 치료제는 항원에 대해 선택적으로 반응을 하면서 항원을 제거할 수 있다. 이를 위해 다양한 기전을 활용하게 되는데 항체 치료제에서 이용하는 대표적인 기전의 특징들은 다음과 같다 [2] (Fig. 3). 첫 번째 기전은 차단 기능이다 (Blocking). 항체는 세포의 표적 수용체에 선택적으로 결합하게 되고 표적 세포의 생리학적 기능을 차단한다. 세포 표면에서 발현되는 리간드 또는 수용체에 항체가 결합하여 표적 신호 전달 경로를 차단하고, 감소된 신호 전달로 인해 세포활성상실, 증식억제 및 세포사멸 등을 일으킨다. 두 번째 기전은 항체-의존적 세포-매개 세포 독성 기전이다 (Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity, ADCC). 암세포의 경우 일반 세포와 다른 특이한 수용체 또는 과발현 수용체를 가지고 있으며 면역계가 이를 인식하여 항체를 생산하고 세포 표면에 결합하게 된다. NK cell이 Fc receptor(FcγRIII)를 인식 후 활성화되면 세포사멸 (Apoptosis)을 유도한다. 세 번째 기전은 보체-의존적 세포독성이다 (Complement-Dependent Cytotoxicity, CDC). 암세포 표면에 결합하여 보체 단백질 (C1q)을 활성화시켜 classical pathway를 일으켜 세포막을 공격해 구멍 (pore)을 만들어 표적세포의 용해를 일으킨다. 이외에도 옵소닌 작용 (Opsonization), 중화 작용 (Neutralization)과 염증반응 등의 기전이 있다.


Fig. 3. 
Mechanisms of tumor cell killing by antibodies [2].


2. 항체를 활용한 항암 치료제

항체 치료제는 Fig. 4에서 보는 것과 같이 표적 항원을 인지하여 다양한 기전을 통해 항암 효과를 나타낸다 [4]. 많은 항체 치료제들이 개발되어 FDA 승인을 받았으며 대표적으로 아래와 같은 항암 치료제를 확인 할 수 있다 (Table 1).


Fig. 4. 
Monoclonal antibody-based cancer therapeutic strategies [4].

Table 1. 
Summary of antibody therapeutics for the treatment of cancer
Main cancer indication Monoclonal antibody Target Characteristic FDA approved Structure
Breast cancer Trastuzumab (HerceptinⓇ) Extracellular domain IV of HER2 Inhibit MAPK and PI3K / Akt signaling pathway ADCC Decrease of p95HER2
Natural killer (NK cell) activation
1998 Recombinant humanized monoclonal antibody, IgG1 (κ)
Trastuzumab Emtansine (T-DM1, KadcylaⓇ) Composed of Trastuzumab and Maytansine
Cytotoxic drug Maytansine delivery
Disrupts the PI3K/Akt signaling ADCC
Inhibits the HER2 ectodomain shedding
2013 Recombinant humanized monoclonal antibody, IgG1 (κ), ADC
Pertuzumab (PERJETAⓇ) Extracellular domain II of HER2 Inhibitor of HER2–HER3 dimer formation ADCC 2012 Fully humanized monoclonal antibody, human IgG1 (κ)
Non-Hodgkin's lymphoma Rituximab (RituxanⓇ) CD 20 1st generation CD20 mAb
Induce direct signaling of apoptosis CDC / ADCC
1997 Chimeric monoclonal antibody, IgG1
Ibritumomab tiuxetan (ZevalinⓇ) Improved form of Rituximab
Radioisotope (Yttrium90 or Indium111) delivery
Bystander effect Myelosuppression
2002 Murine monoclonal antibody, IgG1(κ)
Tositumomab (BexxarⓇ) Radioisotope (Iodine131) delivery
Myelosuppression
2003 Murine monoclonal antibody, IgG2a
Hodgkin's lymphoma, anaplastic large cell lymphoma Brentuximab vedotin (AdcetrisⓇ) CD 30 Composed of chimeric mAb cAC10 and Auristatin E
Cytotoxic drug Auristatin E delivery
Bystander effect Inhibit of cell growth
2011 Chimeric monoclonal antibody, IgG1
ADC
Chronic
Lymphocytic
Leukemia, CLL
Ofatumumab (OFA) CD 20 2nd generation CD20 mAb
Binding to CD20 molecules in extracellular loops (ECL)
Induce direct signaling of apoptosis
CDC / ADCC
2009 Fully humanized monoclonal antibody, human IgG1 (κ)
Obinutuzumab (GA101) 3rd generation CD 20 mAb
Increase binding affinity to FcγRIIIa receptor
Reduced internalization by lipid raft
Increase direct signaling of apoptosis
Decrease CDC
Increase ADCC
2013 Type II
glycoengineered anti-CD20 monoclonal antibody
Lung cancer Necitumumab (PortrazzaⓇ) EGFR Inhibit MAPK and PI3K / Akt signaling pathway
Bind to domain III of the extracellular region of EGFR
Prevents dimerization ADCC
2015 Fully humanized monoclonal antibody, human IgG1
Bevacizumab (AvastinⓇ) VEGF-A isoform Inhibition of VEGF signalling
Inhibit angiogenesis
Reciprocal inhibition of VEGF and HER1/EGFR
2004 Recombinant humanized monoclonal antibody, IgG1 (κ)
Ramucirumab (CYRAMZAⓇ) Extracellular domain of VEGF receptor 2 Inhibit angiogenesis 2014 Fully humanized monoclonal antibody, human IgG1
PD-1 overexpression cancer Nivolumab (Opdivo®) PD-1 Immune Checkpoint Inhibitors
Inhibit PD-1 / PD-L1 immune checkpoint pathway
2014 Human monoclonal antibody, human IgG4
Pembrolizumab (Keytruda®) 2017 Humanized monoclonal antibody, isotype human IgG4
Atezolizumab (TECENTRIQⓇ) Immune Checkpoint Inhibitors
Inhibit PD-1 / PD-L1 immune checkpoint pathway
Interacting with CD80
2016 Fully humanized monoclonal antibody, isotype human IgG1
Durvalumab (IMFINZIⓇ) Immune Checkpoint Inhibitors
Inhibit PD-1 / PD-L1 immune checkpoint pathway
Non binding with PD-L2
2017 Human monoclonal antibody, isotype human IgG1
CTLA-4 overexpression cancer Ipilimumab (YERVOYⓇ) CTLA-4 Block interaction between CTLA-4 and B7.1 / B7.2 2011 Human monoclonal antibody, isotype human IgG1

2.1. 수용체 (Receptor) 표적 항체치료제

항체는 표적 항원에 대해 선택적으로 결합하는 특성이 있으며 이 특성으로 나타나는 항체 치료제의 기전이 blocking이라고 할 수 있다. 세포 표면의 수용체 (Receptor)를 표적으로 하여 항체가 수용체에 결합을 하게 되면 수용체의 구조를 변화 시키거나 수용체에 결합해야 하는 인자가 결합을 하지 못하게 하여 세포 내 신호 전달을 억제하고 이를 통해 세포의 성장 및 분화를 통제할 수 있게 된다. 또한 항체가 수용체에 결합하게 되면 수용체가 세포 내 유입 기전에 의해 세포 내로 들어가게 되어 세포 표면의 수용체 수가 감소하게 되면서 세포의 생리 기전을 조절할 수 있다. 이 기전으로 우수한 효과를 나타내는 대표적인 항체 치료제는 Human epidermal growth factor Receptor(HER/EGFR/ERBB) 중 하나인 HER2 양성 유방암을 표적으로 하는 Trastuzumab(Herceptin®)이 있다 (Fig. 4(a)).

2.2. 항체-약물 접합체 (Antibody-Drug Conjugate, ADC)

항체는 표적 항원을 특이적으로 인지하는 표적 능력이 매우 우수하기 때문에 약물의 표적 전달을 위해 활용되고 있다. 표적 전달을 위해 항체를 도입한 나노입자 (Nanoparticle) 및 리포좀(Liposome) 등이 보고 되고 있으며 이 중 우수한 효과를 보이고 있는 시스템은 항체에 세포 독성 약물을 직접 결합시킨 항체-약물 접합체 (Antibody-Drug Conjugate, ADC)이다 (Fig. 4(e)). ADC는 항체와 세포 독성 약물을 화학적으로 결합하여 표적 전달을 통해 높은 항암 효과를 보이는 치료제이다. 세포 독성 약물은 payload라고 불리며 매우 높은 세포 독성을 갖고 있기에 표적 전달을 통해 소량의 약물만 전달하더라도 매우 효과적으로 암세포를 죽일 수 있게 된다. 대표적인 ADC 약물은 캐사일라 (Kadcyla®)로 불리는 치료제로 Trastuzumab(Herceptin®)과 Emtansine의 결합 형태를 갖고 있다.

2.3. 면역관문억제제 (Immune Checkpoint Inhibitor 또는 Immune Checkpoint Blockade)

면역시스템을 이용한 항암제 개발이 지속적으로 이루어져 왔으며, 최근 인체의 면역시스템을 이용한 면역항암치료제들이 의약품으로 승인을 받고 있다. 그 동안 다양한 종류의 표적치료제가 개발되었지만 이러한 표적치료제는 암세포가 면역세포 회피 능력을 획득하여 치료제에 대한 내성을 갖는 한계점에 부딪혔다. 암세포의 면역세포 회피 능력은 다음과 같다 [10,15]. 먼저 항원제시세포(Antigen Presenting Cell, APC)가 암세포의 일부를 항원으로 만들어 주조직 적합성 복합체 (Major Histocompatibility Complex, MHC)분자에 결합한다. 그 다음 T세포의 항원 수용체 (T-Cell Receptor, TCR)가 결합하여 항원을 인지한 후 APC에서 CD80, CD40 등이 T세포 표면의 CD28, CD40L 등과 결합되고 동시에 암세포에 대한 면역 반응이 활성화된다. 이 때 암세포는 T세포의 Programmed cell Death protein-1(PD-1)과 Cytotoxic T-Lymphocyte-Associated protein(CTLA-4)에 대한 Programmed Death-Ligand-1(PD-L1)과 APC의 CD80/CD86과의 결합을 통해 비활성화 억제 신호를 보내는 것을 이용하여 T세포의 공격을 회피하게 된다. 이 암세포의 방어 기전을 억제하여 면역세포의 항암 효능을 높이기 위해 PD-1과 PD-L1, CTLA-4와 CD80/CD86 사이의 작용을 항체를 통해 막은 치료제가 면역관문억제제이다 (Fig. 4(c)).


3. 유방암

전 세계적으로 2018년에 유방암으로 진단된 여성은 약 210만 건으로, 대략 암 진단을 받은 여성 중 4명당 1명이 유방암 진단을 받았으며, 국립 암센터의 분석에 따르면 국내에서도 여성 발병 1위가 유방암으로 보고되고 있다 [5]. 유방암에서는 에스트로겐 수용체 알파 (Estrogen Receptor alpha, ERα), 프로게스테론 수용체 (Progesterone Receptor, PR)와 표피 성장 인자2 (ERBB2, HER2 또는 HER2/neu)가 주요 바이오 마커로 알려져 있다. 유방암은 바이오 마커의 발현 유무에 따라서 대표적으로 3가지 유형으로 분류된다. Hormone receptor positive/ HER2 negative(HR+/HER2−), HER2 positive(HER2+)와 삼중음성암 (Triple-negative). ER 또는 PR이 과발현되면 HR+로 분류되며, HER2가 과발현되면 HER2+로 분류되고, ER, PR 및 HER2의 발현이 부족한 유방암은 삼중 음성 유방암 (Triple-Negative Breast Cancer, TNBC)으로 분류된다 [16-18].

3.1. Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 (HER2)

Receptor tyrosine-protein kinase 슈퍼 패밀리의 서브클래스I은 ERBB 또는 Epidermal Growth Factor(EGF)로 이루어져 있으며, EGFR/HER1(ERBB1), HER2(ERBB2), HER3(ERBB3) 및 HER4(ERBB4) 네 가지의 멤버를 포함한다. 모든 HER패밀리는 서열 및 구조적 유사성을 나타내며 구조는 세포 외 리간드-결합 도메인, 단일 소수성 막 횡단 도메인 및 세포 내 티로신 키나제 도메인으로 구성된다 [16,19]. HER패밀리는 주로 동종 및 이종으로 결합하여 수용체가 형성되고 이에 대한 각각의 특정 리간드가 존재한다. 그 중 HER2는 결합하는 특정 리간드가 없는 것이 특징이나, HER2가 포함된 이량체는 HER2가 리간드 해리 속도를 감소시켜 신호 전달 경로를 강화시킨다 [16,20]. 신호 전달 경로의 종류에는 Mitogen-Activated Protein Kinase(MAPK), Phosphatidylinositol 3-kinase(PI3K)-AKT, Signal Transducer and Activator of Transcription proteins (STATs), SRC tyrosine kinase(non-receptor tyrosine kinase), mammalian Target of Rapamycin(mTOR) 등이 존재하며 이는 세포의 생존 및 생장에 관련된 경로로 암 세포의 빠른 성장에 영향을 주는 경로이다. 정상적인 세포에서 HER2는 낮은 수준으로 발현되지만 암 세포에서는 높은 수준으로 발현되며 유방암에서 가장 잘 알려진 표적 인자로 알려져 있다.

3.2. Trastuzumab(Herceptin®)

유방암에서 HER2의 과발현은 HER2유전자 증폭에 의해 발생된다고 알려져 있다 [21]. 과발현 된 HER2때문에 HER시스템의 항상성 조절 장애가 나타나며, 이로 인해 세포의 분열 및 증식을 가속화하여 과발현 된 HER2가 종양 성장에 기여하게 된다. 이러한 기전을 억제하기 위해 HER2에 대한 쥐 단일클론 항체 (murine monoclonal antibody)인 mumAb 4D5가 개발되었다. 하지만 쥐 유래 단일클론 항체는 사람에게 면역 반응을 일으킬 수 있기 때문에 임상 실험에 있어 제한이 있었다. 면역 반응을 해결하기 위해서 인간화 항체인 humAb4D5-1가 개발되었다. HumAb4D5-1는 mumAb 4D5에서 오직 항원 결합 루프 (Antigen binding loop)만을 포함하며, 그 외에는 IgG1의 원형을 유지하고 있다.

Trastuzumab은 여러 경로를 통하여 암 세포를 억제한다고 알려져 있다 [16] (Fig. 5(a)). 첫째, PI3K/Akt 신호 전달 경로를 방해하여 증식 억제 또는 세포자멸사 (Apoptosis)를 유발한다. PI3K는 생존 인자 또는 HER2의 과발현에 의해 활성화된다. 활성화된 PI3K는 phosphoinositide를 생성하며 Akt를 원형 질막으로 전위시키고 인산화하여 활성화시킨다. Trastuzumab은 tumor suppressor phosphatase와 tensin homologue (PTEN)의 tyrosin 인산화를 감소시켜 Akt를 억제하며, 결과적으로 PI3K 신호 전달을 억제한다. 둘째, 유방암 환자의 혈청에서 HER2 extracellular domain(ECD)은 비정상적인 수치를 나타낸다. HER2가 과발현 될 때, HER2는 metalloprotease ADAM10에 의해 단백질 구조 변화가 일어나고 이는 막에 결합된 kinase active carboxy terminal fragment(CTF)인 p95HER2를 형성한다. p95HER2는 유방암 환자의 혈청에서 발견되는데 trastuzumab을 처리하였을 때에 환자의 혈청에 존재하는 p95HER2의 양이 감소되었다는 연구 결과가 보고되었다. 이는 trastuzumab이 유방암 세포의 사멸을 유도했으며 이에 따라 혈청 내 HER2 ECD의 감소가 있음을 나타낸다. 셋째, Antibody-Dependent Cellular Cytotoxicity(ADCC)에 의한 유방암 세포의 사멸이다. Trastuzumab의 Fc도메인과 결합 할 수 있는 Fc감마 수용체를 가지고 있는 NK cell의 활성화에 의해 암 세포의 사멸이 일어난다.


Fig. 5. 
Mechanisms of action of Trastuzumab(Herceptin) and Trastuzumab-Emtansine (T-DM1, Kadcyla). [16,17]

3.3. Trastuzumab Emtansine(T-DM1, Kadcyla®)

T-DM1은 HER2 수용체를 표적으로하는 trastuzumab과 cytotoxic moiety(Emtansine(DM1), derivative of maytansine)으로 이루어진 항체-약물 접합체 (Antibody-Drug Conjugate, ADC)이다 [17] (Fig. 5(b)). DM1은 뛰어난 항암 효과를 나타냈지만, 정상 세포에도 높은 독성을 나타내어 항암제로 사용하지 못하였다. 또한 trastuzumab은 우수한 효과에도 불구하고 투여환자에서 내성 환자가 발생하였다. Emtansine의 독성 및 trastuzumab의 내성에 대한 문제를 극복하고자 trastuzumab과 DM1을 링커로 연결하여 새로운 항암제가 개발되었다. T-DM1은 클라트린-매개 내포작용(Clathrin-mediated endocytosis, CME), 카베올라-매개 흡수 (Caveolae-mediated uptake) 및 음세포작용 (Pinocytosis)에 의해서 암세포 내로 흡수된다. 흡수된 복합체는 리소솜에 의해 항체가 분해되고, 항체에 붙어있던 약물이 암세포 내로 방출된다. 방출된 DM1은 미세 소관 조립을 억제하여 암세포 사멸을 유도한다. ADC는 세포 독성 항암제들을 표적으로 효과적으로 전달하여 낮은 농도에서도 우수한 항암 효과를 유발하여 뛰어난 효과를 보여주고 있으며, 현재 많은 ADC의약품이 임상 시험 중에 있다 [22].

3.4. Pertuzumab(PERJETA®)

Pertuzumab은 PI3k/Akt 신호 전달 경로를 활성화시키는 리간드인 헤레굴린 (Heregulin, HRG)의 존재 하에 HER패밀리의 이량체화의 필수적인 HER2의 도메인II에 결합한다. 이는 HER2-HER3의 이량체화 형성을 막아 암 세포 증식 및 분화에 관한 신호 전달을 억제한다. 또한 trastuzumab과 마찬가지로 ADCC를 유발하여 암 세포 사멸을 유도할 수 있다. Trastuzumab은 HER2 도메인 IV에 결합하며, 이량체화의 억제효과를 나타내지 않는다 [16,23]. Pertuzumab과 trastuzumab의 상세한 차이점은 다음과 같다 (Table 2).

Table 2. 
Trastuzumab and Pertuzumab comparisons [23]
Characteristic Trastuzumab Pertuzumab
Structure Recombinant humanized monoclonal antibody, IgG1 (κ) Fully humanized monoclonal antibody, human IgG1 (κ)
Two heavy chains (451 residues) and two light chains (214 residues) Two heavy chains (449 residues) and 2 light chains (214 residues)
Produced in CHO cell culture Produced in CHO cell culture
Epitope-binding region Extracellular domain of HER2 (domain IV) Extracellular domain of HER2 (domain II)
Half-life 25.5 days 10 days
Route of administration Intravenous Intravenous
Type of inhibitor Dimerization
Induces ADCC Yes Yes
Inhibitor of HER2–HER3 dimer formation in a ligand-induced fashion No Yes
Inhibitor of HER2–HER3 dimer formation in a ligand-independent fashion Yes No
Prevents HER2 extracellular domain shedding Yes No
Efficacy affected by formation of p95HER2 Yes No
Reduces cross-talk, resistance No Yes


4. 림프종 (Lymphoma)

림프종은 백혈구의 한 유형인 림프구에서 발생하는 혈액암으로 호지킨 림프종(Hodgkin’s disease, HL)과 비호지킨 림프종 (non-Hodgkin's lymphoma, NHL)으로 나눌 수 있다. 림프종의 약 90%는 비호지킨 림프종에 속하며 치료법으로는 mAb를 단독으로 사용하거나 화학요법과 결합하여 이루어지고 있다. 치료 목적으로 표적이 된 최초의 항원은 B세포 림프종의 99% 이상에서 발현되는 막관통성단백질인 CD20 항원이다 [24,25].

4.1. CD20

CD20은 B세포 분화 동안 발현되는 일반적인 B세포의 마커로 CD20의 생리학적 리간드 및 정확한 생물학적 기능은 현재 알려져 있지 않다 [26,27]. 골수 세포에는 이 수용체가 없지만 림프종 세포에는 존재하기 때문에 항암제 전달을 위한 주요 표적이 된다. 비접합 CD20 mAb는 면역 이펙터 메커니즘의 활성화를 포함하는 Fab- 및 Fc-매개 효과를 통해 항 종양 효과를 발휘할 수 있다. CD20 mAb는 결합시 CD20 분자의 lipid rafts로의 재구성을 유도하는 능력에 기초하여 I형 및 II형으로 분류될 수 있다. 유형I CD20 mAbs는 CD20 분자의 lipid rafts로의 재구성을 유도하고 보체 시스템의 고전적인 경로를 효율적으로 활성화시킨다. 대조적으로, II형 CD20 mAb는 보체를 제대로 활성화시키지 않지만 2차 Ab에 의한 가교없이 CD20에 결합시 세포 사멸을 직접 유도 할 수 있다. 두 유형 모두 효과기 세포의 존재하에 ADCC를 유도할 수 있다.

4.1.1. Rituximab(Rituxan®)

RTX는 1세대 CD20 mAb로 림프종 환자의 치료를 목적으로 FDA의 승인을 받은 최초의 mAb로 키메릭 항체이다 [24,25]. 1997년 FDA의 승인 이후, RTX는 소포림프종(FL), CLL 및 공격적인 림프종의 치료 기준이 되었다. RTX의 세포 독성에 관한 메커니즘은 불분명하지만, RTX는 보체 의존적 세포독성 (CDC)과 항체 의존적 세포독성 (ADCC)을 유도할 수 있는 것으로 알려져 있다 (Fig. 6(a)) [28]. 보체 의존적 세포독성은 종양 세포에 결합된 RTX의 Fc부분에 의한 보체 cascade의 활성화로 막 공격 복합체가 조립되어 나타난다. ADCC는 항체로 코팅된 종양 세포가 활성 Fc수용체를 가진 주효 세포 (Effector cell)에 의해 나타나게 된다. 항체가 세포 표면 CD20 분자에 결합되어 유도되는 직접적인 효과는 아직 불분명하지만 성장 억제, 세포 주기 변화, 외부 세포막의 phosphatidylserine 잔류물의 노출을 통해 사멸을 일으킬 수 있는 것으로 보인다. 말초 혈액으로부터 순환하는 세포들은 보체 단백질에 쉽게 노출된 상태로 간과 비장 같은 ADCC이펙터 조직을 통해 ADCC 또는 CDC가 일어 날 수 있다. 반면에 림프절과 절외 조직의 종양 세포 덩어리는 면역 이펙터 메커니즘에 대한 접근성이 낮은 것으로 나타났다.


Fig. 6. 
Mechanisms of action of Rituximab(Rituxan) and Brentuximab vedotin(Adcetris) [28,34].

4.1.2. Ibritumomab tiuxetan (Zevalin®)

Ibritumomab tiuxetan은 쥐의 항체로 parent anti-CD20 항체이고 RTX를 개선하기 위해 제작되었으며, Ibritumomab은 CD20에 대한 쥐의 단클론 면역글로불린 G1 kappa항체이다 [29]. 90Y-Ibritumomab tiuxetan은 Ibritumomab에 chelator tiuxetan을 통해 이미징을 위한 111In과 치료를 위한 90Y가 접합되었다. 림프종은 방사선에 매우 민감하기 때문에 비호지킨 림프종의 치료에 있어 방사면역치료법 (Radioimmunotherapy, RIT)이 면역치료법보다 더 효과적일 것으로 예상된다. 방사면역치료법은 방사성면역접합체를 이용하여 종양세포에 세포독성 방사선을 전달하는데 방사성면역접합체는 종양 관련 항원을 표적으로 하는 mAb에 화학적으로 연결된 방사성핵종을 말한다. 방사면역치료법과 관련된 방사선 유도 세포 독성은 방사성면역접합체가 결합된 종양 세포만이 아니라 방사성 핵종 방출 경로 내에 있는 다른 종양 세포 또한 영향을 미치게 되는데 일종의 방관자효과 (Bystander effect)가 나타난다고 할 수 있다. 그 결과, 이론적으로 방사성면역접합체가 종양의 모든 세포에 결합하여 전체 종양을 방사선 처리할 필요가 없게 되는 것이다. RIT의 효능은 표적 종양 세포에 대한 특정 항원의 발현을 증가시키거나, 종양 세포가 방사선의 효과에 민감하게 반응하도록 만드는 물질을 사용하는 등의 다양한 접근방식에 의해 향상 시킬 수 있다 [30].

4.1.3. Tositumomab(Bexxar®)

Tositumomab은 CD20 항원에 대한 쥐 면역글로불린 G2a 단클론항체로, B림프구 전 세포와 성숙한 B림프구에서 발현되는 transmembrane 단백질이다. Bexxar 치료 요법 (Tositu-momab과 131I-tositumomab)은 단클론항체인 tositumomab과 방사선 표지 된 단클론항체인 131I-tositumomab로 구성된 단클론항체 기반 방사면역치료요법이다. Bexxar 요법에 의한 종양사멸에 대한 기전은 (1)세포사멸, (2)보체 의존적 세포독성 (CDC), (3)항체 의존적 세포독성(ADCC), (4)방사성 동위원소로부터의 전리 방사선이 있다 [31,32].

4.2. CD30

종양 괴사 인자 (TNF)-수용체 패밀리의 구성원인 CD30은 모든 Hodgkin/Reed-Sternberg(HRS) 세포 상에 존재하는 일체형 막 당 단백질이다. CD30은 활성화 된 B림프구와 T림프구를 포함하는 정상 조직에서 발현이 낮기 때문에 무독성 항체-기반 면역 요법의 표적으로 활용 할 수 있다. HRS 세포에서 CD30수용체의 활성화는 신호 전달에 따라 anti-apoptosis 유전자의 유도를 통해 HRS 세포 생존에 필수적인 NF-κB의 활성화를 조절하는 것으로 생각된다. 그러나 NF-κB는 세포사멸 경로를 유발할 수 있으며 다양한 항-CD30 항체는 NF-κB 신호 전달을 방해하는 능력이 상이하기 때문에 CD30-표적화 항체 중 일부만이 HL(Hodgkin lymphoma) 세포주에서 세포 사멸을 유발하는 것으로 보인다. CD30L은 활성화된 T 세포, 대식세포, B 세포 및 비만 세포 등에서 발현되며 HRS 세포의 성장 및 생존에 영향을 주는 것으로 나타난다. 직접 세포 사멸 이외에도 CD30 표적 치료 항체는 ADCC, CDC 또는 항체 의존적 식세포 작용 (Antibody-Dependent Cellular Phagocytosis, ADCP)를 통해 간접적으로 세포 사멸을 매개할 수 있다 [33].

4.2.1. Brentuximab vedotin(Adcetris®)

Brentuximab vedotin은 호지킨 림프종과 역형성대세포림프종 (Anaplastic large cell lymphoma)에서 발현하는 CD30을 표적으로 하는 항체-약물 접합 치료제 (ADC)이다 (Fig. 6(b)). Brentuximab vedotin은 인간 CD30에 특이적인 단클론 키메릭 항체 cAC10와 강력한 antimicrotubule monomethyl auristatin E (MMAE)로 구성되어 있으며 MMAE와 cAC10에 공유적으로 부착되는 단백질분해성 링커로 연결된다. Brentuximab vedotin은 CD30에 결합 후 T-DM1과 마찬가지로 클라트린-매개 내포작용에 의해 암세포 내로 도입되고 MMAE가 항체에서 분리되어 리소좀으로 이동한다. MMAE는 Tubulin에 결합하여 미세관 중합 반응을 억제하여 G2-M기 상의 CD30+ 림프종 세포의 성장을 정지시켜 사멸을 유도한다. MMAE는 방관자효과에 의해 CD30 양성 림프종 세포에서 주변 미세환경으로 확산 되어 암세포를 사멸할 수 있다. Brentuximab vedotin는 FDA로부터 2011년도에 호지킨 림프종 재발 환자와 sALCL 재발 환자의 치료에 대한 승인을 받았다 [34,35].

4.3. 만성림프구성백혈병 (Chronic Lymphocytic Leukemia, CLL)

CLL은 유럽과 미국에서 가장 흔한 성인 백혈병의 유형이며, 전체 백혈병 중 25~30% 정도를 차지한다. 주로 노령인구의 질병으로 진단 시 중간 연령은 72세로 여성이 남성보다 많은 영향을 받는다. 국내 백혈병 발병률은 주로 0~14세/15~34세 젊은 층에서 높게 나타났으며 각각 10만명당 4.1명/3.0명에게서 발병하였다 [5]. CLL의 임상 과정은 치료가 필요하지 않은 만성 질환에서부터 즉각적인 치료가 필요한 급속하게 진행되는 질환의 환자에 이르기까지 다양하다. 환자의 약 95%에서 CLL은 표면 항원 CD5, CD19, CD20, CD22 및 CD52들을 발현하는 특징적인 면역표현형을 갖는 성숙한 B세포의 증식과 축적을 보여준다. CLL 치료는 fludarabine 기반 요법에 항CD20 단클론항체 RTX가 추가되는 병용요법이 적용되고 있다. 많은 노인 환자들이 더 강력한 화학요법 치료를 견디지 못할 수도 있지만, RTX을 포함하는 화학요법치료가 CLL의 표준 치료법으로 사용된다. Fludarabine 기반 요법이 적합하지 않은 환자에 대한 치료에는 chlorambucil, 항 CD52 단클론항체, alemtuzumab이 적용 될 수 있다 [36,37].

4.3.1. Ofatumumab (OFA)

2세대 anti-CD20 mAb에 속하는 OFA는 면역원성을 줄이기 위하여 인간화 되었고 완전한 인간 type 1의 anti-CD20 IgG1 kappa mAb이다. OFA는 크고 작은 세포외루프 (Extracellular loops, ECL)의 CD20 분자에 결합하며 RTX보다 표적 세포를 죽이는데 효과적이다. OFA는 다른 항-CD20 항체와 유사하게 세포 사멸의 직접적인 유도, CDC 및 ADCC의 세 가지 주요 메커니즘을 통해 작용한다. 이와 같은 메커니즘은 OFA에서 RTX보다 더 강력하게 유도된다 [38,39].

4.3.2. Obinutuzumab(GA101)

3세대 인간화된 CD20 mAb로, FcγRIIIa 수용체에 결합 친화력을 증가시키기 위해 Fc영역이 결합 되어있다. Obinutuzumab은 완전히 인간화된 typeII에 속하며 parental B-Ly1 쥐 항체의 안간화와 Fc영역의 당대사공학으로 만들어진 IgG1 mAb로 RTX 내성 세포 주에서 활성을 나타냈다. Obinutuzumab은 Cyclophosphamide/ Hydroxydoxorubicin/Oncovin(Vincristine)/ Prednisone와 조합 된 G-CHOP 혹은 Fludarabine/Cyclophosphamide과 조합 된 G-FC로 CD20 양성 relapsed/refractory FL환자를 대상으로 병행 치료가 이루어진다. 결정 구조 분석 결과 obinutuzumab은 RTX와 유사한 epitope를 인식하나, 근본적으로 다른 방식으로 상호작용하는 것으로 밝혀졌다. Obinutuzumab은 CD20+ B세포 림프구 악성종양을 위한 치료제로서 공격적인 NHL과 CLL에서 임상 2상과 3상 연구에서 화학요법과 병행하여 연구되고 있다 [40,41].


5. 폐암

폐암은 조직학적 모양에 따라 크게 소세포폐암 (Small Cell Lung Cancer)과 비소세포폐암 (Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC)으로 분류된다. 비소세포폐암 (NSCLC)은 모든 폐암의 약 80-85%를 차지하며 선암 (Adenocarcinoma: 40%), 편평상피세포암 (Squamous cell carcinoma: 30%)과 대세포암 (Large cell carcinoma) 등으로 구분된다. 비소세포폐암은 조기에 진단하면 수술적 치료를 통하여 완치를 할 수 있으며 일반적으로 편평상피세포암의 경우 흡연과 연관이 많은 반면 선암은 상대적으로 흡연과 연관성이 적은 것으로 알려져 있다. NSCLC에 대한 수술, 방사선 치료 및 화학 요법을 포함하는 일반적인 치료법은 전신 세포에 작용을 하기 때문에 몸에 부작용이 나타날 수 있다. 최근에는 mAb와 생물학적 억제제를 이용한 치료가 효과적인 대안으로 떠오르면서 부작용이 거의 없는 효과적인 결과를 보여주고 있다. 최근 몇 년 동안 mAb와 생물학적 억제제를 이용한 여러 임상시험에서 NSCLC에 잠재적 이점이 제시되었으며 다양한 기전을 이용하는 치료제에 대해 알아보고자 한다 [42,43].

5.1. Epidermal Growth Factor Receptor(EGFR)

표피 성장 인자 수용체 (EGFR)는 세포 표면의 ErbB tyrosine kinase 수용체 중 하나로 Ras-Raf-Mek 및 PI3K-Akt-mTOR로 구성된 경로를 포함하여 중요한 발암 경로를 활성화함으로 써 암 발현에 영향을 준다. 이것은 차례로 세포 증식, 생존, 침습성, 전이성 확산 및 종양 혈관 신생에 영향을 미칠 수 있다. 폐암에서 EGFR 과발현 및 카피 수 증가는 환자의 대략 40-80%에서 발생한다 [44,45].

5.1.1. Necitumumab(Portrazza®)

Necitumumab은 EGFR의 세포 외 영역의 도메인III에 대한 IgG1 단일 클론 항체로 리간드 결합 부위의 차단을 통해 억제 효능을 나타낸다. Cetuximab과 유사한 epitope에 결합되지만 서로 다른 화학적 상호작용과 함께 결합하며 일반적으로 cetuximab과 panitumumab 내성을 갖는 대부분의 EGFR 변이체와 추가적으로 상호작용할 수 있다 [46]. 또한 완전히 인간화된 mAb로 과민반응이 적다. Necitumumab의 EGFR결합은 수용체의 형태 변화를 유도하고 이의 이량체화와 MAPK 및 PI3K/Akt 이후의 신호 전달 경로를 방지하여 종양세포의 증식과 생존을 막는다 (Fig. 7(a)). 더욱이 necitumumab은 ADCC를 IgG1등급의 다른 성분으로 유도할 수 있다. 임상에서 다른 mAb와 마찬가지로 necitumumab은 큰 분자 크기 및 단백질 분해로 인해 경구 투여 불가 및 조직에서 분포가 낮고 느린 특징이 있다 [44].


Fig. 7. 
Mechanisms of action of Necitumumab(Portrazza) and Bevacizumab(Avastin) [46,48].

세포 실험에서 necitumumab은 수용체 내재화/분해 및 EGFR 발현 수준과 관련된 ADCC 기전을 통해 EGFR 과발현 종양 세포의 억제 효과를 입증했다. 또한, necitumumab과 cisplatin 결합물, 특히 cisplatin-gemcitabine의 조합은 NSCLC를 포함하여 상이한 암 유형의 인간 이종 이식편 모델에서 종양 축소를 유도할 수 있음이 입증되었다. Necitumumab으로 인해 나타나는 부작용에는 일반적인 항-EGFR 약물로 인해 발생할 수 있는 발진, 구토, 설사 및 피부염의 여드름 등이 있고, 마그네슘 혈증을 일으켜 심장 박동에 영향을 줄 수 있다. 백금-화학 약물인 cisplatin 및 gemcitabine을 투약하기 전 투입하는 1차 치료제로써 승인되었으나 임상시험에서 100명 중 약 9명이 정맥 혈전 색전증이 발생했다 [47].

5.2. Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)

종양의 성장 및 확산은 기존의 모세 혈관으로부터 새로운 혈관의 형성 (Angiogenesis)에 의존적이다. 종양 혈관 신생이라 불리는 이 과정은 hypoxia-inducible factor(HIF)-1α에 의해 VEGF, 섬유아세포 성장 인자 (Fibroblast Growth Factor/FGF), angiopoietins, Interleukin-8 및 태반 성장 인자와 같은 단백질을 발현하는 혈관 신생 유전자의 전사를 촉진한다. 저산소 상태에서 이러한 혈관 생성 인자의 과발현은 내피세포의 증식을 유도하고 이동시켜 새로운 모세관을 형성하도록 촉진한다. VEGF는 대부분의 고형 종양에서 과발현되는데 폐암 환자를 포함하여 많은 암 환자에서 VEGF 발현이 향상된다 [48]. VEGF의 수준은 NSCLC 환자에서 혈관 신생 증가, 예후 불량 및 림프절 전이와 유의한 상관 관계가 있는 것으로 입증되었다. 또한, NSCLC 세포주에서 VEGF 의존적 VEGFR2 활성화는 NSCLC 세포의 subset에 관련성이 있고 종양 세포 증식과 관련이 있는 것으로 나타났다 [49,50]. 현재, 종양에서 신생 혈관 형성을 제한하기 위한 가장 확실한 접근법은 VEGF 경로의 차단이다.

5.2.1. Bevacizumab (Avastin®)

Bevacizumab은 약 93% 인간 및 7% 쥐의 아미노산 서열을 포함하는 재조합 인간화 monoclonal IgG1 항체이다. Bevacizumab은 혈액에서 순환하는 모든 VEGF-A isoform과 결합하는 친화력이 높으며 이는 모든 VEGF-A isoform의 수용체에 대한 결합을 차단하여 VEGF의 생물학적 활성을 억제한다. 이를 통해 NSCLC 환자에서의 혈관 신생 증가 등을 억제하여 암의 성장 및 확산을 방지한다 (Fig. 7(b)). Bevacizumab의 부작용에는 일반적인 항-VEGF 억제제의 부작용으로 알려진 고혈압, 피로, 출혈, 백혈구 수 감소, 두통, 구강 염증, 식욕 상실, 설사 등이 있고, 폐에 심각한 출혈의 위험이 존재한다. 이 약물은 종종 화학 요법과 함께 일시적으로 사용되며 암이 반응하면 화학 요법을 중단하고 bevacizumab만 사용한다. 또한 VEGF는 HER1/EGFR 억제에 의해 하향 조절되고 VEGF의 봉쇄가 HER1/EGFR 자가 분비 신호 전달을 억제할 수도 있다는 연구결과가 있어 이중 봉쇄를 위해 항-HER1/EGFR 억제제와 bevacizumab를 함께 사용하는 연구도 진행중에 있다 [51, 52].

5.2.2. Ramucirumab(CYRAMZA®)

Ramucirumab은 VEGFR-2의 세포 외 영역을 타겟으로 하는 immunoglobulin G1 class의 재조합형 mAb로서 VEGFR-2를 차단하여 종양 혈관 신생과 성장을 억제한다 [53]. Ramucirumab은 2차 약제로서 위암 환자에게 단독 또는 파클리탁셀 (Paclitaxel, PTX)와 병행하여 대장암, 간세포암 또는 NSCLC 환자들에게 임상적인 효용을 가지고 있다. 항 혈관 억제제가 몇몇 암의 생존을 일부 감소시키는 것으로 관찰되었지만, 치료제 적용은 종양 세포의 치료에 내성이 나타나고 일시적인 기간 후에 통상적인 성장 및 확산이 재발되는 한계와 함께 비용이 비싼 단점이 있다. 이러한 단점들을 개선하기 위해 도세탁셀 (Docetaxel, DTX)과 병용하여 2차 진행 또는 전이성 비소 세포 폐암 (NSCLC)의 치료에 대해 승인되었고 현재 임상시험을 진행 중에 있다 [54, 55].


6. 면역관문억제제

면역계에 존재하는 여러 면역 체크포인트는 생성된 조직 손상 및 염증을 예방하거나 최소화하기 위해 주변의 외래 항원에 대한 생리학적 면역 반응 조절에서 중요한 역할을 한다 [56]. NSCLC를 포함한 몇몇 종양은 면역계의 공격으로부터 회피하기 위한 방어 메커니즘으로 면역 반응 조절을 사용하여 면역 억제 및 종양 내성을 초래한다 [43].

6.1. PD-1과 PD-L1

Programmed cell Death protein 1 (PD-1)은 활성화된 T세포, B세포 및 NK세포에서 발현되는 중요한 면역 체크포인트 수용체로 조절 T세포 (Treg)에 대해서도 표현되며, 조절 T세포 (Treg)의 증식과 기능을 강화할 수 있다. Programmed Death-Ligand 1 (PD-L1 또는 B7-H1) 및 PD-L2 (또는 B7-DC)와 PD-1의 결합은 후속 억제 신호 전달에서 중요한 단계이다 (Fig. 3(b), Fig. 4(c)). PD-L1과 PD-1의 결합은 T세포의 생존, 증식 및 기능의 억제를 유도하는 특정 신호 전달 경로를 활성화 시킨다. 이러한 상호 작용은 종양 특이적 T세포의 사멸을 촉진하고 보조 T세포를 Treg으로 분화 시킨다. PD-L1은 NSCLC, 흑색종, 신장세포암 (Renal Cancer Cell, RCC), 위암, 간세포암, 각종 백혈구암, 다발성 골수종 등에서 발현되며 면역 반응에 의한 종양 파괴의 억제 및 악성 종양의 진행에 중요한 역할을 한다 [43,57,58].

6.1.1. Nivolumab (Opdivo®)

Nivolumab은 PD-1를 타겟으로 하는 인간 IgG4 monoclonal 항체로 PD-1에 높은 친화도로 결합하고 B7-H1 및 B7-DC 양쪽의 상호 작용을 차단한다. 이를 통해 PD-1/PD-L1 면역 체크포인트 경로를 억제하여 암을 사멸시키는 약물로 PD-L1 발현에 관계없이 백금 기반 화학 요법을 진행하면서 진행성 편평 및 비편평 NSCLC의 치료에 대해 미국 FDA에 의해 승인을 받았다. 부작용에는 피로, 설사 및 염증성 대장염 등이 있으며 신장 독성의 경우 다른 약물에 비해 확률이 높게 나타났다. 이러한 부작용 해결 및 치료효과 증대를 위해 docetaxel과의 병용요법을 임상시험 중이며 EGFR 억제제인 erlotinib과 병용하여 임상을 진행하였다 [58-60]. 또한 악성흑색종은 초기에는 수술로 치료를 하지만 림프절과 다른 장기에 전이되는 경향이 있어 수술로 완벽히 제거하기 어렵고, 방사선 치료, 화학 요법의 경우 비특이적이거나 효과가 거의 없고 부작용이 나타날 수 있다. 이러한 악성 흑생종에서 nivolumab이 우수한 효과를 보이고 있다. 최근 연구에서 nivolumab의 투여가 MART-1- 또는 gp100-반응성 세포 독성 T-림프구 수를 증가 시키고, T-림프구에 의한 사이토카인 생성도 증가되는 것으로 보고되었다. 또한 항 CTLA-4 항체인 ipilimumab과 병용 치료가 허가되었다 [61].

6.1.2. Pembrolizumab (Keytruda®)

Nivolumab와 유사하게 PD-1에 대한 IgG4 monoclonal 길항제 항체이다. Pembrolizumab은 PD-L1-양성 NSCLC에서 사용하도록 승인된 약물로 최근 화학 요법에 비해 OS 및 PFS를 개선시키는 것으로 보고되었다. 백금 화학 약물인 carboplatin, paclitaxel 및 pemetrexed와의 병행요법에서도 효과를 보였으며 bevacizumab과 병행하여 사용하기도 한다. 흑색종 등 다양한 고형암에도 효과가 있는 약물이다 [60,62].

6.1.3. Atezolizumab (TECENTRIQ®)

Atezolizumab은 CHO 세포에서 생산된 PD-L1에 대한 유전자 조작 인간 monoclonal IgG1 항체로 PD-L1에 결합하고 T세포 표면의 수용체 PD-1 및 B7-1에 결합하는 것을 방지하여 PD-1과 PD-L1 사이의 상호 작용을 억제한다. Atezolizumab의 Fc 영역은 Fc이펙터 기능을 감소시키고 ADCC를 최소화하도록 조작되었다. 결론적으로 PD-L1과 PD1의 결합을 면역학적으로 차단하여 T세포 고갈, 사이토카인의 downstream 억제 및 후기 면역 반응을 방지한다 [57,60,63].

6.1.4. Durvalumab (IMFINZI®)

Durvalumab (MEDI4736)는 PD-L1 단백질을 타겟으로 하는 IgG1 항체로 PD-1과 PD-L1 사이의 상호 작용을 억제하여 T 세포의 억제를 방지한다. 이를 통해 면역반응이 억제되는 것을 막고 종양을 파괴시킨다. Durvalumab은 PD-L1에 높은 친화력으로 결합하지만 PD-L2에는 결합하지 않으므로 T세포가 효과적으로 종양 세포를 인식하고 중화하며 정상적인 폐조직의 염증 위험을 줄일 수 있다. PD-L1을 발현하는 세포에 대한 항체-의존적 세포-매개 세포 독성 및 보체-의존적 세포 독성과 같은 세포 독성 이펙터 기능을 불가능 하도록 설계되었다 [60,64].

6.2. CTLA-4

흑색종 세포는 항원전달세포에 의해 처리되고 제시 될 수 있는 gp100, MART-1 및 tyrosinase 단백질을 발현한다. 이들 단백질로부터 유래된 펩타이드 항원의 T세포 인식은 항종양 면역 반응을 유발할 수 있다 [56]. 이러한 종양 특이적 T세포가 활성화되려면 2개의 신호가 필요하다. 제 1신호 (신호 1)는 펩타이드 항원이 항원-특이적 T세포상의 T세포 수용체에 의해 인식될 때 발생하는데 완전한 T세포 활성화, 증식 및 이펙터 기능을 위해서는 제 2신호 (신호 2)가 필요하다. 이 신호는 전형적으로 항원전달세포상의 B7.1 및 B7.2와 T세포상의 CD28과 같은 동시 자극 분자 사이의 상호 작용에 의해 매개된다. 특정 조건하에서 T세포는 CD28보다 더 큰 친화도로 B7.1 및 B7.2에 결합하는 CTLA-4를 향상 시키는데 이는 특정 T세포를 완전히 활성화할 수 없는 상황을 초래한다 [65,66].

6.2.1. Ipilimumab (YERVOY®)

Ipilimumab은 세포 표면상의 CTLA-4에 결합하여 CTLA-4와 B7.1/B7.2 사이의 상호 작용을 효과적으로 차단하는 인간 monoclonal IgG1 항체이다. 이는 CTLA-4에 의해 유도된 신호2의 재개 및 T-세포 활성화의 상대적 복원으로 이어진다. 부작용에는 설사, 대장염, 피부 발진, 가려움증이 있으며 방사선 치료 후 단독 사용하거나 PD-1 타겟 항체인 nivolumab과 병행하여 사용하기도 한다 [65,67].


Fig. 8. 
Overview of immune pathways and actions of immune checkpoint inhibitors [56].


CONCLUSION

바이오의약품은 지난 30년동안 빠른 속도로 발전해 왔으며 단백질 치료제부터 유전자 및 세포치료제까지 많은 바이오의약품이 치료제로 개발되었다. 특히 최근에는 항체 기반의 면역항암제가 급격한 성장을 보여주고 있다. 항체 치료제는 자가면역질환 및 림프성 질환 치료부터 혈액암과 고형암 치료제로 승인을 받고 있다. 최근에는 항체-약물 접합체 (ADC), 면역관문억제제 및 면역항암세포치료제까지 그 우수한 치료 효과가 입증되고 있다. 또한 항체는 기존 약물들의 표적 전달시스템으로 응용이 가능하기에 개발 범위는 더욱 확대되고 있다. 하지만 고형암에 대한 효능 향상, 면역원성, 미확인 기전, 내성 및 심각한 부작용 등의 한계점에 대한 연구가 요구되고 있다. 이러한 한계점들을 개선하기 위해 기존 화학요법과의 병용 치료법 개발, 이중 특이적 단일클론 항체 (Bispecific monoclonal antibody) 및 새로운 생물학적 저해제 도입 등 많은 연구가 진행되고 있다. 더욱이 바이오마커에 대한 연구가 활성화 되면서 암 및 면역 질환 등 질병에 특이적으로 결합하는 항체 개발이 진행되고 있다. 이러한 새로운 바이오마커의 개발은 항체 치료제는 물론 진단 분야의 성장에도 기여하고 있다. 전 세계 많은 연구자들 및 바이오기업들이 새로운 면역항암제 개발에 힘쓰고 있기에 우수한 효과를 갖는 항체 신약이 개발될 것으로 보이며 암을 시작으로 많은 질병들의 치료제 개발이 기대된다.


Acknowledgments

This study was supported by National Research Foundation of Korea (NRF, 2017R1C1B5074521, 2018R1A6A1A03025582, 2019R1F1A1059737).


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