AntibodySystem Product
 

이 연구에서는 AntibodySystem의 Anti-Mouse APOE Antibody (HJ6.3) (카탈로그 번호: RMB98601)를 사용하였으며, 미니 삼투 펌프를 통해 Trp53 돌연변이를 가진 마우스 GBM 모델의 두개강 내에 국소적으로 투여하였다. 연구 결과, 이 항체는 괴사된 종양 부위에서 방출된 APOE 지질 입자를 중화함으로써 단독 투여만으로도 마우스의 생존 기간을 유의미하게 연장시키는 것으로 나타났다. 이 항체의 작용 기전은 면역관문억제제와는 다르며, T 세포의 직접적인 살상 능력을 강화하는 것이 아니라, T 세포 내 지질 축적과 세포사멸을 억제하여 기능이 저하된 T 세포를 ‘구조(rescue)’하는 방식이다. 더욱이, 본 항체를 항 PD-1 항체와 병용했을 때 강력한 상승 효과가 관찰되어, GBM 면역치료를 위한 새로운 치료 전략을 제시한다.
 

Figure 1. APOE and PD-1 antibodies boost anti-tumor immunity in mouse GBM model

교모세포종(GBM)은 성인에서 가장 흔하고 공격적인 원발성 뇌종양으로, 치료법의 발전이 제한적이며 예후가 매우 불량한 것으로 알려져 있다. 현재 수술적 절제, 방사선 치료, 항암 화학요법이 표준 치료로 사용되고 있으나, 대부분의 환자에서 생존 기간은 짧고 치료 효과 또한 제한적이다. GBM의 면역 미세환경은 특히 복잡하여, 종양 세포는 다양한 기전을 통해 면역 반응을 억제하고 면역 감시를 회피한다. 최근 연구들에 따르면 종양 괴사는 GBM의 대표적인 병리학적 특징 중 하나이지만, 이것이 면역 회피에서 어떤 구체적인 역할을 하는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

암 면역편집(cancer immunoediting) 이론은 면역계와 종양 간 상호작용을 제거(elimination), 균형(equilibrium), 회피(escape)의 세 단계로 설명한다. 현재 대부분의 연구는 이미 형성된 종양이 면역계를 어떻게 억제하는지를 규명하는 ‘회피’ 단계에 집중되어 있다. 그러나 종양 발생 초기, 즉 ‘제거’ 단계에서 ‘균형’ 단계로 전환되는 과정에서 종양이 어떻게 면역 감시를 회피하는지에 대해서는 아직 충분히 이해되지 않았다. 이는 일반적으로 사용되는 동종(syngeneic) 마우스 종양 모델이 장기간의 시험관 내 배양과 생체 내 계대를 거친 확립된 세포주를 사용하기 때문으로, 이러한 세포들은 이미 면역편집을 거친 상태이며 유전체적·면역학적 특성이 초기 종양 발생 단계의 상태를 반영하지 못한다는 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해, 본 연구는 마우스 배아줄기세포(mESCs)를 활용한 동종 기형종(teratoma) 모델을 새롭게 구축하였다. 이 모델의 가장 큰 장점은 비암성(non-cancerous)이면서 면역학적으로 순수한 상태의 mESCs를 사용함으로써, 종양 발생 초기 단계에서 면역계와 새롭게 형성되는 ‘종양’ 세포 간의 상호작용을 모사할 수 있다는 점이다. 이 모델에서 전장 유전체 CRISPR 스크리닝을 수행한 결과, Trp53과 Pten과 같은 친사멸성 종양억제 유전자의 소실이 초기 면역 회피를 유도하는 핵심 사건임이 밝혀졌다.
 

연구 결과

연구진은 전장 유전체 CRISPR 스크리닝 시스템을 이용해 초기 면역 감시에 영향을 미치는 핵심 유전자들을 분석하였다. 그림 2a에 나타난 바와 같이, Brie CRISPR 라이브러리를 마우스 배아줄기세포(mESCs)에 도입한 뒤, 이를 면역 정상 마우스 또는 면역결핍 마우스에 이식하였다. 유전자 순위 분석 결과(그림 2b–c), Trp53, Pten, Usp28, Tp53bp1을 표적하는 sgRNA들이 면역 정상 마우스에서 유의하게 풍부해진 반면, Bbc3와 Bax를 표적하는 sgRNA 역시 선택적으로 증가한 것으로 나타났다. 성장 곡선 분석(그림 2d–g)에서는 Trp53⁻/⁻, Pten⁻/⁻, Bbc3⁻/⁻, Bax⁻/⁻ mESCs가 면역 정상 마우스에서 훨씬 더 효율적으로 기형종을 형성한 반면, 면역결핍 마우스에서는 이러한 차이가 유의하지 않았다. 이러한 결과는 친사멸성 종양억제 유전자의 소실이 면역 정상 숙주 환경에서 선택적으로 종양 성장을 촉진함을 의미한다.

 

Figure 2. Genome-wide CRISPR screen for immunosurveillance genes

기전적 수준에서, Trp53 결손 기형종은 현저히 더 넓은 괴사 영역을 보이는 것으로 확인되었다. 단일세포 RNA 시퀀싱 분석 결과(그림 3a–e), Trp53⁻/⁻ 기형종에 침윤한 T 세포는 비정상적인 상태를 보였으며, Pdcd1과 Lag3와 같은 탈진 표지자를 발현할 뿐만 아니라 소포체 스트레스 및 지질 대사와 관련된 유전자들의 발현도 증가되어 있었다. 면역조직화학 염색과 유세포 분석 결과(그림 3f–i), Trp53⁻/⁻ 기형종 내 T 세포에서 지질 방울 관련 단백질인 PLIN2와 콜레스테릴 에스터의 수준이 유의하게 증가했으며, 동시에 절단형 Caspase-3와 절단형 PARP1과 같은 세포사멸 표지자의 발현도 상승한 것으로 나타났다. 이는 해당 T 세포들이 지질 축적과 기능 장애 상태에 놓여 있음을 시사한다.

 

Figure 3. Profiling in filtrating Tcells in teratomas by scRNA-seq

그림 4a–f에서는 종양 연관 대식세포(tumor-associated macrophages, TAMs)에서도 유사한 표현형이 나타남을 추가로 보여준다. Trp53⁻/⁻ 기형종 내 대식세포는 지단백 입자 반응과 내인성 세포사멸 신호 전달과 관련된 경로가 상향 조절된 반면, 단핵세포 증식 및 해당작용과 같은 과정은 하향 조절되어 있었다. 면역조직화학 염색 결과, 이들 대식세포 역시 PLIN2와 절단형 Caspase-3의 발현 수준이 증가되어 있었으며, 죽상동맥경화 플라크에서 관찰되는 거품세포(foam cell)와 유사한 형태를 보였다. 이러한 결과는 괴사된 종양 세포로부터 방출된 APOE 함유 지질 입자가 T 세포와 대식세포를 포함한 다양한 항종양 면역세포에 광범위한 억제 효과를 미친다는 것을 시사한다.

 

Figure 4. Lipid accumulation an dapoptosis of macrophages in Trp53^–/– teratomas

친사멸성 유전자의 소실이 어떻게 면역 회피로 이어지는지를 규명하기 위해, 연구진은 먼저 Trp53⁻/⁻ 기형종에서 넓은 괴사 영역이 형성됨을 관찰하였다(그림 5a–b). 이어서 수행한 지질체학 분석 결과, 해당 기형종의 간질액에는 다양한 지질, 특히 다중불포화 인지질, 콜레스테릴 에스터, 트리아실글리세롤의 농도가 유의하게 증가되어 있었다(그림 5a). 면역조직화학 분석을 통해 괴사 영역에 풍부한 세포외 APOE가 존재함이 확인되었으며, 이 영역에 침윤한 T 세포와 대식세포 모두에서 강한 APOE 흡수가 관찰되었다(그림 5b–f). 이러한 결과는 종양 괴사, APOE 함유 지질 입자의 방출, 그리고 면역세포에 의한 지질 흡수 간의 직접적인 연관성을 명확히 보여준다. 주목할 점은 이러한 지질 축적과 기능 장애 현상이 T 세포뿐만 아니라 종양 연관 대식세포에서도 공통적으로 관찰되었다는 것이다.

 

Figure 5. Necrotic teratoma cells release APOE lipid particles into tumor microenvironment

괴사를 차단하면 면역 회피를 되돌릴 수 있을까? 연구진은 mPTP의 핵심 구성 요소들을 표적하는 5중 유전자 결손(quintuple knockout, QKO) 배아줄기세포(ESC) 라인을 구축하였다. 그 결과, QKO는 Trp53⁻/⁻ 기형종에서 괴사 영역의 크기와 간질액 내 APOE 수준을 유의하게 감소시키는 것으로 나타났다(그림 6a–c, f). 더욱 중요한 점은, 이러한 변화가 T 세포 기능 회복으로 이어져, T 세포 내 콜레스테릴 에스터 함량과 세포사멸 수준이 현저히 감소하였다는 것이다(그림 6g–h). 이 괴사성 세포사멸 경로의 특이성을 검증하기 위해, 연구진은 중요한 대조 실험으로 핵심 네크롭토시스 단백질인 MLKL을 결손시켰으나 동일한 효과는 관찰되지 않았다. 이를 통해 네크롭토시스 경로의 관여를 배제하고, mPTP 의존적 괴사가 이 면역 회피 메커니즘에서 결정적인 단계임을 입증하였다.
 

Figure 6. Infiltrating T Cells in TP53-mutated human GBM uptake APOE lipid particles and undergo apoptosis

 

결론
 

본 연구는 ‘종양 괴사’에서 ‘APOE 방출’, 그리고 ‘면역세포의 지질 축적과 기능적 탈진’으로 이어지는 새로운 면역 회피 경로를 최초로 체계적으로 규명하였으며, 종양 면역 회피 메커니즘에 대한 새로운 관점을 제시한다. 특히 면역관문억제제와 병용하는 항 APOE 치료 전략은 교모세포종과 같은 난치성 종양의 면역치료에 새로운 방향성을 제공한다. APOE 항체는 이미 알츠하이머병 치료제로 개발이 진행된 바 있어, 본 전략은 임상적 전환 가능성이 높으며 향후 암 면역치료 분야에서 새로운 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.

다만, 본 연구는 마우스 모델에서 긍정적인 결과를 도출하였으나, 항 APOE 항체 치료를 실제 임상에 적용하기까지는 여전히 여러 과제가 남아 있다. 예를 들어, 사람에서의 항체 전달 효율을 최적화하고 장기적인 안전성을 평가하는 과정이 필요하다. 또한 정상 조직에 대한 영향을 최소화하면서 괴사된 종양 부위를 정밀하게 표적화하는 전략 역시 향후 중요한 연구 과제가 될 것이다. 더 나아가 항 APOE 항체를 CAR-T 세포 치료와 같은 다른 면역치료법과 병용하는 전략에 대한 탐구 또한 폭넓은 가능성을 지닌다.