바이오마커 연구들은 종양 세포의 표면에서 T 세포 보조 조절 리간드인 PD-L1의 발현이 PD-1 항체인 니볼루맵 (nivolumab) 에 대한 임상적인 반응들과 연관 관계가 있음을 보여주고 있다. 미국 존스홉킨스 의대 (Johns Hopkins University, School of Medicine)의 영 김 (Young J. Kim) 교수 연구팀은 암 백신의 전임상적인 결과가 종양 미세환경에서 상승 발현되는 PD-L1과 연관관계가 있다고 발표했다 (Cancer Research, 2014 년 5 월 온라인판). 연구팀은 활성화 수지상 세포들의 숫자를 증가시키는 GM-CSF와 몇 가지 톨라익 (toll-like) 수용체 자극제들을 혼합한 TEGVAX 라 불리고 인터페론 감마를 유도하는 암 백신을 합성했다. TEGVAX로 종양을 치료하면 전신에 걸친 항-종양 면역의 향상과 연관된 방식으로 종양 성장을 저지했다. 예상외로 TEGVAX는 종양 미세환경에서 PD-L1의 발현을 상승시켰는데 이러한 결과는 종양이 완전히 제거되지 않은 현상을 설명하고 있다. 이러한 조건에서 PD-L1 의 상승 발현은 인터페론 감마를 발현하는 종양 침투 CD4+ 와 CD8+ T 세포에 의존적이었고 TEGVAX와 함께 PD-1 차단 항체를 주사한 경우 형성된 종양을 완전히 제거했다. 종합해 볼 때 이번 결과는 면역 체크포인트 차단과 함께 인터페론을 유도하는 암 백신의 혼용을 임상에 적용할 수 있는 이론 근거를 제시하고 있다.
임상적인 면역치료에서 주요한 발전은 면역 체크포인트라고 불리는 억제 면역 수용체들과 리간들의 차단제들을 개발한 것이다. 특별히 이피리뮤맵 (Ipilimumab)에 의한 CTLA-4 차단과 니볼루맵 (nivolumab)에 의한 PD-1 차단은 서로 다른 발전된 악성 종양을 치료하는데 임상적 효능이 있음을 보여주었다. 인터페론 감마로 인한 반응에서 종양 세포 주의 PD-L1 발현 유도와 함께 임상시료에서 인터페론을 발현하는 종양 침투 림프구 (tumor infiltrating lymphocytes, TIL) 와 PD-L1 의 공동위치화(colocalization)는 이러한 억제 리간드의 발현이 종양 미세환경에서 종양에 특정한 T 세포들에 의한 적응 반응으로 해석되고 있다. 이러한 적응 면역 억제 기작은 세포살해 항-종양 TIL을 암 세포들이 피해가는 중요한 방법으로 가정되어 왔다. 따라서 니볼루맵의 임상적인 반응과 연관되어 있는 PD-L1 발현은 항-종양 면역 반응들의 존재의 중요성을 강조하는 반면 낮은 발현은 항-종양 면역 반응의 부재를 의미한다. 이러한 점에서 B16과 같은 빈약한 면역 자극 종양은 최소한의 PD-L1 발현을 나타낸다.
이러한 발견은 비효능적인 항-종양 면역 반응을 갖고 있는 환자들에게서 종양에 대한 특정한 면역을 향상시키기 위해 체크포인트 차단제를 혼용하는 치료법 개발로 발전되고 있다. 이러한 목적을 위한 직접적인 접근법은 항-PD-1 차단제를 이용하여 종양에 특정한 TH1 인터페론 감마를 분비하는 림프구들을 향상시킬 수 있는 암 백신들과 결합시키는 것이다.
다양한 종양 항원들과 함께 안전성을 갖고 있는 GM-CSF를 발현하고 방사선으로 처리된 종양 세포 백신들은 환자들에서 면역 체크포인트 차단 항체들과 혼용할 수 있는 잠재성을 갖고 있다. 국소적인 GM-CSF 의 주입은 골수 전구체들을 이동시켜 수지상 세포들 (dendritic Cells, DC) 의 분화를 유도하지만 이러한 사이토카인은 DC 활성화를 유도하지는 않는다. 따라서 GM-CSF 분비 종양 백신 (secreting tumor vaccine, GM-vaccine) 은 면역 시스템에서 적절한 종양 항원 제시에 필수적인 항원 제시 세포 (antigen-presenting cells, APC)를 활성화시키는데 한계성이 있다. 프라즈마싸이토이드 DC (plasmacytoid, pDC)를 자극함으로써 항원을 기반으로 한 암 백신의 효능을 향상시키기 위해 종양 라이세이츠 (tumor lysates)와 함께 TLR9 자극제와 GM-CSF 를 혼합하여 생체 내의 효능을 향상시키는 백신이 개발되었다.
이러한 혼합적인 방법을 최적화하기 위해 연구팀은 선천성 면역 시스템에서 전형적인 DC (conventional/classical, cDC) 와 pDC 를 활성화시킬 수 있는 종양 항원들과 다양한 TLR 자극제들과 함께 GM-CSF와 세포 기반 백신들을 개발했다. 연구팀은 환자들에서 안전성이 확보된 글루코피란노실 지방 A (glucopyranosyl lipid A (GLAa TLR4 자극제) 와 레시큐모드 (resiquimod, R848- a TLR7/8 자극제)와 종양 세포 기반 백신을 이용하여 TEGVAX (TLR agonists enhanced GMvaccine)를 합성했다. 연구팀은 이 백신을 이용하여 적극적인 면역 치료제에 대해 가장 저항적인 B16 모델에서 항종양 효능을 조사했다.
연구팀은 처음으로 TEGVAX가이 B16 흑색종의 전신 치료에서 DC 활성화, 종양에 특정한 CTL 작용과 생체 내 항-종양 반응들을 현저히 향상시킨다고 보고하고 있다. 그러나 어떤 생쥐도 완치되지 않았고 이러한 백신 치료는 인터페론에 의존적인 방식으로 종양에서 PD-L1 의 발현을 증가시켰다. 연구팀은 이러한 백신에 PD-1 차단제를 혼용하여 생쥐에서 종양을 현저히 감소시키는 결과를 얻어냈다.
(그림 설명) 항-PD-1 치료와 함께 TEGVAX 의 혼용 치료가 확립된 B16 종양의 감소를 유도한 결과를 보여주고 있음. 생체 내에서 TEGVAX + anti-PD-1 항체 치료가 GM-vaccine + anti-PD-1 항체 치료보다 뛰어난 항-종양 반응을 유도한 결과.
