여러 질환에서 중심적인 병태인 동시에 면역계를 매개한 생체방어의 반응인 염증이 최근들어 분자세포생물학의 발전과 함께 연구대상으로서 주목받고 있다.
얼마전 도쿄에서 열린 제9회 국제염증학회에서는 관련 기초 연구자가 참석하여 최신의 연구 성과를 보고했다. 여기서는 류마티스관절염(RA)과 골파괴에 관한 최신 지견과 치료 전략을 시사한 심포지엄 ‘Novel Therapeutic Approaches’와 질환 모델을 이용해 다양한 병태를 검토한 보고를 소개한다.
카뎁신K억제제와 NFATc1, Tec, CaMK억제 기대
도쿄의치과대학 대학원 분자정보전달학 다카야나기 히로시 교수는 파골세포 분화에서 Receptor activator of NF-κB ligand(RANKL)와 카뎁신K억제제의 작용 기전과 파골세포 분화의 마스터 전사인자인 Nuclear factor of activated T cells(NFAT) c1의 역할, 칼슘(Ca) 시그널의 중요성에 대해 설명했다. NFATc1 표적치료나 Tec, 카르모듈린키나제(CaMK) 억제제의 가능성에 대해서도 언급했다.
美서 임상 중인 카뎁신K 억제제
파골세포 분화에 필수인 RANKL은 염증성 사이토카인에 의해 활막세포상에 유도된다. 반면 활성화 T세포(Th17)가 생산하는 인터루킨(IL)-17도 골아세포나 섬유아세포에서 RANKL를 유도하지만, Th1가 생산하는 인터페론(IFN)-γ등은 RANKL의 작용을 억제한다.
다카야나기 교수는 파골세포에 발현하는 효소인 카뎁신K 억제제(NC-2300)를 소개하면서 동물모델의 경우 비스포스포네이트 보다 골파괴 외에 RA의 활동성을 더 크게 개선시켰다고 설명했다.
이 염증 억제는 수상세포에 들어있는 Toll-like receptor(TLRs) 9의 시그널 전달 경로에 작용하며 면역응답의 활성화를 억제시키는 것으로 추측된다.
교수는 이어 파골세포 분화를 조절하는 여러 인자를 RANKL의 시그널 전달의 관점에서 설명했다. NFATc1가 RANKL 시그널 전달을 통합하여 파골세포의 분화를 조절하는 마스터 레귤레이터로서 기능한다는 점에서 볼 때 “NFATc1를 표적으로 한 RANKL 시그널의 특이적인 조절법을 개발한다면 파골세포를 효과적으로 조절하는 RA치료제를 기대할 수 있다”고 말했다.
NFATc1 활성화에는 Ca시그널이 필수적이며, 파골세포의 분화 과정에서 Ca활성화에 관여하는 수용체에는 osteoclast-associated receptor(OSCAR), paired immunoglobulin-like receptor(PIR)-A, triggering receptor expressed on myeloid cells(TREM)-2, signal-regulatory protein(SIRP)β1이라는 면역 글로블린양 수용체가 있다.
파골세포 전구에는 immunoreceptor tyrosine-based activation motif(ITAM)라는 모티프를 가진 Fc receptor(FcR)γ와 DNAX activating protein of 12 kDa(DAP12)가 풍부하게 발현돼 있어 OSCAR와 PIR-A는 FcRγ와 TREM-2 및 SIRPβ는 DAP12와 만나게 된다.
이러한 지견은 파골세포 분화에 필수인 마크로파지 콜로니 자극인자(M-CSF)나 RANKL 외에 제3의 시그널계에 면역 글로블린양 수용체가 관여하여 새로운 치료 표적이 될 수 있음을 시사하는 것이다.
RANKL과 ITAM을 연결시키는 시그널에는 RANKL 자극을 통해 Btk나 Tec등의 티로신키나제가 활성화되고 동시에 FcRγ와 DAP12의 ITAM에 의해 활성화된 Syk가 BLNK등의 어댑터 단백을 인산화시켜 PLCγ를 포함한 복합체를 형성. 그 후 PLCγ가 인산화되어 NFATc1 활성화에 필요한 Ca 오실레이션이 일어난다고 생각된다.
TLRs에 대한 내인성 리간드가 RA 발병 악화에 관여
노스웨스턴대학 내과 리처드 포프(Richard M. Pope) 씨는 “활막에서 마크로파지의 지속적 활성화에 TLRs가 관여하고 있기 때문에 Gp96는 TLR2중인성 리간드로서 치료 표적이 될 수 있다”고 말했다.
RA에서는 발병 약 10년 전부터 류마토이드인자(RF)나 항환상시트룰린화 펩티드항체(항CCP 항체) 치가 높아지고 발병 단계에서는 다양한 면역반응이 일어난다.
RA로 TLR2·TLR4 발현 증가
RA는 마크로파지의 지속적 활성화가 특징이지만 포프 씨 등은 자연면역계에 중요한 역할을 가진 TLRs에 주목했다. 특히 세포 표면에 존재하는 TLR2와 TLR4, 이러한 내인성 리간드와 활막에서 나타나는 염증 반응의 관계를 검토했다.
그 결과, RA의 활막에 존재하는 마크로파지에서는 TLR2와 TLR4의 발현이 증가하는 것으로 나타났다, 또한 TLR에 TLR2/4의 리간드로 알려진 세균 유래 성분인 펩티드글리칸(PGN) 또는 리포 다당체(LPS)를 라이게이션(ligation, DNA나 RNA를 연결시키는 것)하자 종양괴사인자(TNF)α가 더 많이 생산된다는 사실도 밝혀졌다.
아울러 RA환자의 관절활막액(SF)을 채취하여 마크로파지에 첨가하면 TNFα, IL-8생산이 SF의 용량에 의존적으로 증가하고, SF로 유도된 마크로파지의 활성화가 TLR2/4의 항체로 억제된다는 사실도 판명됐다.
포프 씨는 질환이 발병한 상태에서 TLR2/4와 결합하여 면역응답에 큰 역할을 담당하는 리간드를 구한 결과, gp96라는 분자가 마크로파지의 TLRs에서 마스터 샤프롱 분자로서 기능한다는 사실을 밝혀냈다.
Gp96는 TLR2/4의 세포외 도메인과 반응하여 RA환자의 활막조직 및 SF에서 강하게 발현한다. 다만 Gp96를 매개한 시그널 전달은 TLR2와 결합하여 더욱 강력해져 Gp96는 TLR2의 발현을 더욱 강하게 유도했다. Gp96에 의한 마크로파지의 활성화 역시 TLR2를 매개한 경우가 강했으며 TNFα생산량도 많았다.
이러한 검토는 모두 in vitro에서 실시됐지만 glucose-6-phosphate isomerase(GPI) 항체로 관절염을 일으킨 마우스의 검토에서도 내인성의 TLRs 리간드는 염증, 골파괴, 판누스를 악화시키는 것으로 판명됐다.
이상의 결과를 근거로 연구팀은 “RA에서 나타나는 염증 반응에는 자연면역계 경로가 관계하고 있으며 그 치료 표적으로 TLRs의 내인성리간드, 특히 Gp96가 중요하다”고 설명했다.
~새로운 개념의 RA치료~
CDK4/6 억제제과 TREM-1 억제가 효과적
도쿄의과치과대학 대학원 교원병·류마티스 내과 고사카 히토시 교수는 사이클린의존성키나제(CDK)를 치료 표적으로 하는 세포주기 제어요법에 관한 연구 성과를 보고하고 “면역억제를 동반하지 않는 RA치료법으로서 기초 연구에서 효과가 입증됐다”고 말했다. 또한 기대되는 새로운 치료법으로서 TREM-1을 억제시키는 염증증폭 억제요법도 소개했다.
alvocidib가 염증 개선
CDK는 세포 증식을 주관하는 단백질로서 이를 억제하는 인자는 INK4 패밀리, Cip/Kip 패밀리로서 분류되고 있다. 고사카 교수는 래트·아주반트 관절염에 대해 INK4 패밀리의 하나인 p16INK4a라는 유전자를 도입. 그 결과, 염증이 매우 확실하게 개선된다는 사실을 확인했다.
CDK 억제에는 증식억제 뿐만 아니라 매트릭스메탈로프로테아제(MMP)-3등의 염증성 메디에이터의 생산도 억제시키는 항염증작용도 보고되고 있으며 지금까지 많은 약제가 항암제로서 연구되고 있다. 그러나 모두 충분한 종양축소효과가 얻어지지 않아 항암제로 승인된 약제는 없다.
교수가 이러한 항암제의 하나인 alvocidib(알보시딥)을 마우스·콜라겐 유도관절염(CIA)에 투여한 결과, 관절염 스코어가 매우 확실히 개선됐다.
특히 항체치에는 변화가 나타나지 않아 이 약제의 작용은 임파구 억제를 통한 면역억제가 아닌 것으로 판명됐다.
Alvocidib의 이러한 효과는 T세포나 B세포가 없는 RAG2 결손 마우스 실험에서도 확인됐다. 새롭게 개발된 소분자의 CDK4/6 선택적 억제제를 이용한 실험에서도 CIA에 대해 같은 효과가 나타났지만 콜라겐에 대한 면역반응은 억제되지 않는 것으로 나타났다.
한편 TREM-1은 골수세포에 발현하는 가용성 수용체로서 TLR 자극이나 패혈증 등의 세균감염으로 인해 발현이 상승하며 염증을 과도하게 증폭시킨다고 알려져 있었다.
이 TREM-1이 RA활막에도 발현하여 TREM-1을 억제시키는 단백(아데노바이러스 유래)이나 펩타이드(LP17)를 CIA 마우스에 투여한 결과, 염증반응이 유의하게 개선됐다. 또한 이러한 치료가 임파구를 억제시키지 않았다.
이러한 결과를 근거로 교수는 “면역억제를 중심으로 한 항사이토카인 요법을 대신해 세포주기 조절요법과 염증증폭 억제요법이 향후 RA치료로 기대할 만하다”고 결론내렸다.