EGFR에 독립적인 RAS/RAF/MEK/MAPK 경로의 활성화는 세툭시맵(cetuximab) 에 대한 저항성이 유도되는 기작들 중 하나이다. 이태리 나폴리 대학의 에리카 마티넬리 (Erika Martinelli) 교수 연구팀은 세툭시맵에 대한 초기나 획득된 저항성을 갖고 있는 인간 대장 암 세포들 중에서 선택적인 MEK1/2 길항제인 BAY 86-9766 의 효과를 시험관과 생체 내에서 평가했다. 대장암 세포주들 중에서 KRAS 돌연변이 5 개 (LOVO, HCT116, HCT15, SW620, SW480) 와 BRAF 돌연변이 1개 (HT29) 세포주는 세툭시맵의 항 증식 효과에 저항성을 갖고 있었지만 GEO 와 SW48 2개 세포주들은 매우 민감했다. BAY 86-9766로 처리하면 HCT15 세포를 제외하고 세툭시맵에 획득된 저항성을 갖는 인간 대장암 세포인 GEO-CR과 SW48-CR은 약물의 양에 비례하여 그 증식이 제한되었다. 세툭시맵과 BAY 86-9766 의 혼합 치료는 세툭시맵에 저항성을 갖고 있는 세포들에서 MAPK와 AKT 경로를 차단함으로 항증식과 세포 사멸을 유도하는데 시너지 효과를 나타냈다. 항-증식의 시너지 효과들은 세툭시맵과 MEK 1/2 길항제들인 셀루메티닙 (selumetinib) 과 피마서팁 (pimasertib)의 혼합을 통해 확인되었다. 또한 siRNA를 통한 MEK 발현의 억제는 저항성 세포들에서 세툭시맵의 민감성을 회복시켰다. 인간 HCT15, HCT116,SW48-CR, GEO-CR이 이종 이식된 누드 생쥐를 세툭시맵과 BAY 86-9766로 혼합 치료를 하면 종양 성장이 억제되었고 생쥐의 생존도 향상되었다. 이러한 결과들은 MEK의 활성화가 세툭시맵에 대한 초기와 획됙된 저항성에 관여하고 EGFR과 MEK의 억제가 대장암 환자들에서 항-EGFR 저항성을 극복하는 전략이 될 수 있음을 제안하고 있다.
세계적으로 대장암은 암 발생률과 사망률에서 주요한 원인이 되고 있다. 전이성 대장암으로 진단된 환자들의 예후는 지난 15 년간 현저하게 향상되어 왔다. 예를 들어 프루로피리미딘즈 (fluropyrimidines), 옥살리프래틴 (oxaliplatin) 과 이리노테칸 (irinotecan) 과 같은 적극적인 약물들과 베바시쥬맵 (bevacizumab), 세툭시맵 (cetuximab), 패니튜무맵 (panitumumab), 아플리버셉트 (aflibercept)와 레고라페닙 (regorafenib)과 같은 표적 치료제의 사용으로 인해 그 평균 생존율이 6개월에서 2년으로 증가하였다.
세툭시맵과 페니튜무맵은 EGFR (epidermal growth factor receptor) 과 그 하위 신호전달 경로인 RAS-RAF-MEK-MAPK와 PTEN-PIK3CA-AKT 경로들을 차단하는 단일항체들이다. 특별히 세툭시맵은 전이성 대장암 환자들의 경우 단일 치료나 기존의 약물 요법과 병행할 경우 효과적인 것으로 알려져 있다. 항-EGFR 치료에 대한 저항성은 세포에서 EGFR의 하위 단계나 독립적으로 작용하는 신호전달 경로들이 지속적으로 활성화되기 때문이다. 실제적으로 KRAS 유전자의 엑손 2에서 코돈 12나 13의 포인트 돌연변이는 세툭시맵 효능에서 주요한 음성적 예후로 알려져 있다. 따라서 현재 세툭시맵은 정상적인 KRAS를 갖고 있는 전이성 대장 암 환자들에서 단일 치료나 다른 약물과 혼용하여 사용되고 있다.
KRAS 유전자 돌연변이 이외에 몇 가지 연구 결과들은 대장암에서 EGFR 억제에 대한 초기 저항성이 BRAF, NRAS와 PIK3CA (엑손 20)와 같은 EGFR의 하위 작용 요소들의 돌연변이와 연관되어 있다고 보고되었다. 그러나 정상적인 BRAF, NRAS 와 PIK3CA (엑손 20)를 갖고 있는 대장암 환자들의 아형에서 세툭시맵은 임상적으로 항상 효과적인 것은 아니기 때문에 초기 저항성의 또 다른 기작들이 존재함을 제안하고 있다. EGFR 신호전달 경로들에서 이러한 유전자들의 돌연변이에 대한 평가는 세툭시맵으로 치료하는 적절한 대장암 환자들을 동정하는데 사용될 수 있다. 대부분의 환자들은 초기에 세툭시맵에 반응하지만 궁극적으로 획득 저항성이 발달하게 된다. 항-EGFR 약물에 대한 초기 저항성에 연관된 기작들은 획득 저항성에서도 그 역할을 할 것으로 예상된다.
이러한 점에서 전이성 대장암 환자들에서 항-EGFR 치료에 대한 획득 저항성의 발생은 KRAS 돌연변이를 갖고 있는 암 세포 클론 때문인 것으로 제안되고 있다. 또한 HER2 유전자 증폭은 전이성 대장암 환자들의 약 3% 에서 발생되고 항-EGFR 약물 치료에 이득이 없는 정상적인 KRAS 종양을 갖고 있는 환자들에서 매우 높은 빈도로 발견된다. HER2 증폭에 대한 대체적인 경우, 세툭시맵에 저항적인 전이성 대장암 환자들의 아형에서 획득 저항성은 HER3과 HER4에 부착되는 리간드인 헤레굴린 (heregulin)의 증가된 양 때문인 것으로 추측되고 있다. 암 세포에서 HER2 유전자 증폭과 증가된 헤레구린의 생산은 RAS-RAF-MEKMAPK 신호전달의 지속적인 활성화로 인해 항-EGFR 단일 항체 치료에 대한 획득 저항성의 원인이 될 수 있다. 이러한 점에서 RAS-RAF-MEK-MAPK 신호전달 경로들은 정상 세포와 암 세포들에서 활성화된 세포막 성장 요소 수용체가 핵으로의 증식성 신호를 전달하는데 핵심적인 역할을 한다는 것을 의미한다. RAF는 MEK1과 MEK2를 인산화시킴으로 활성화된 GTP-부착 RAS 에 대한 반응으로 하위 신호전달을 활성화시키는 세린/쓰레오닌 (serine/threonine) 카이네이즈 이다. MAPK는 세포 증식과 생존에서 핵심적인 역할을 하는 세포 내 단백질들을 인산화시킨다. MEK의 직접적인 억제는 비정상적인 MEK 경로 신호전달에 의존적인 종양 성장을 조절하는 암 치료제들의 개발에서 희망적인 전략으로 등장하고 있다. MEK를 표적화하여 잠재적인 이득을 얻을 수 있는 이유는 RAS/RAF/MEK/MAPK 경로가 몇 가지 상위 신호전달 경로들을 MEK가 직접적으로 차단할 수 있는 수렴이 되는 포인트이기 때문이다. 초기 임상 개발에서 현재 사용되고 있는 MEK 길항제들의 대부분은 MEK1과 MEK2에 선택적이고 다른 카이네이즈에는 작용하지 않는다.
EGFR 의 핵심적인 신호전달의 하위 단계들 중 하나인 RAS-RAF-MEK-MAPK 경로의 지속적인 활성화는 항-EGFR 치료에 대한 초기와 획득 저항성의 원인을 제공한다. 이러한 가정을 근간으로 연구팀은 인간 대장암 모델을 이용하여 세툭시맵에 대한 저항성을 극복하는데 BAY 86-9766의 효능을 평가했다. 이러한 목적을 위해 연구팀은 8 개의 대장암 세포주들을 선택했는데 이들 중 세툭시맵의 항-증식 효과에 대한 민감성과 KRAS, BRAF, PIK3CA와 NRAS 에 대한 유전자 변형 프로파일을 분석했다. 연구팀은 세툭시맵에 민감하지만 지속적인 치료에 획득 저항성을 갖은 2 가지 암 세포주를 이용하여 세툭시맵에 대한 초기와 획득 저항성을 유도하는 분자 기작을 밝혀냈고 이를 해결할 수 있는 치료법을 제안하고 있다.
(그림 설명) HCT15 와 HCT116 에 대한 세툭시맵과 선택적인 MEK1/2 길항제인 BAY 86-9766의 혼합적인 효과. 암 세포 주를 이종 이식한 누드 생쥐에 세툭시맵 (1 주에 1 mg/dose 씩 2 회)을 주사하고 BAY 86-9766 (5 mg/kg/daily, 구강 주입)을 혼합하여 3 주간 치료한 결과.
