이중 특이성 항체들은 T 세포의 CD3와 종양 연관 항원을 동시에 목표로 하고 있어 호르몬 요법에 저항성을 갖는 전립선 암을 치료하는데 새로운 접근법으로 등장하고 있다. 미국 스크립스 연구소 (The Scripps Research Institute)의 피터 슐츠 (Peter G. Schultz) 교수 연구팀은 전립선 암의 특정한 세포막 항원에 부착되는 저분자인 DUPA를 자연에서는 존재하지 않은 아미노산인 p-아세틸페닐알라닌 (p-acetylphenylalanine)을 갖고 있는 항-CD3 Fab 의 특정 부위에 결합시킨 이중 특이성 항체와 같은 치료 물질을 생산하는 새로운 방법을 발표했다.
균일한 결합체가 높은 양으로 생산되었고 우수한 수용성을 보였다. 결합체의 효능은 링커 구조, 상대적인 부착 방향과 리간드의 화학양론을 조절하여 최적화되었다. 최적화된 결합체는 시험관에서 매우 강력하고 특이성(EC50 ∼100 pM)을 갖춘 세포독성을 보였고 우수한 혈청 내 반감기와 이종 이식된 생쥐 모델에서 뛰어난 치료 효과를 보였다. 이러한 반합성적인 접근법은 다른 세포 표면 수용체들에 대해 선택적인 약물과 같은 리간드를 이용한 다른 이중 특이성 항체들을 생산하는데 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

전립선 암은 미국에서 2012년에 28,000명의 사망자와 240,000 명 이상의 새로운 환자들이 진단되는 남성에서 발생되는 가장 일반적인 암들 중 2위를 차지하고 있다. 외과 수술, 방사선 치료와 항안드로겐 치료법들이 지속적으로 효과를 보이고 있지만 전립선 암은 호르몬 치료에 대한 저항성과 전이로 이어져 빈약한 예후(종양 재발 후 평균 1~2년 생존)를 보인다. 최근들어 전립선 암세포에 선택적으로 세포독성 약물을 전달하기 위해 항체-약물 결합체의 사용에 대한 관심이 집중되고 있다. 전립선에 특이적인 항체, 전립선 산 포스포테이즈 (acid phosphatase)와 전립선 특이성 세포막 항원(prostate-speci?c membrane antigen, PSMA)과 같은 종양 연관 항원들을 목표로 한 면역 치료법은 전립선 암 세포를 선택적으로 제거하는 대체적인 전략을 제공하는 반면, 정상 조직에 대한 손상은 최소화시킬 수 있다. T 세포 표면 항원(CD3)과 종양 연관 항원들에 부착되는 이중 특이성 항체들은 내인성 세포독성 T 세포를 암 세포로 호출하여 T 세포를 활성화한 후 암 세포의 사멸을 유도한다. 또한 이중 특이성 항체들은 다양한 종양이나 휴지기 암 줄기 세포들을 간접적인 효과를 통해 제거할 수 있다. 실제로 2개의 이중 특이성 항체인 카투막소맵 (catumaxomab, αEpCAM/αCD3)과 브리나투모맵 (blinatumomab αCD19/αCD3)은 악성 복수 (malignant ascites)와 저항성 급성 림프아세포 백혈병 (acute lymphoblastic leukemia)에 각각 효과를 보이고 있다.

이중 특이성 항체들은 많은 관심의 대상이지만 생산을 위한 현재 기술은 한계성이 있어 보인다. 예를 들어, 재조합 단일 체인 가변성 조각 (single-chain variable fragment, scFv) 포맷은 빈약한 특성을 갖고 반감기도 짧으며 몇몇 하이브리드 IgG 구조는 인간 항-생쥐 항체나 인간 항-쥐 항체의 개발로 인해 인간에서 면역 반응을 유도할 수 있다. 그 대안으로 항체들을 독립적으로 발현시켜 화학적으로 결합시키는 반합성적인 방법으로 이중 특이성 항체를 생산하는 것이 유전적인 방법과 비교해 볼 때 몇 가지 이점이 있다. 예를 들어 N→C 유전적인 융합의 고정된 방향과 다르게 반합성적인 방법들은 이중 항체의 효능을 최적화시키기 위해 2개의 항원 부착 부위의 방향과 거리를 조절할 수 있는 여유가 있다. 그러나 라이신(lysine)이나 시스틴(cysteine)의 화학을 이용하는 전통적인 화학적 접근법들은 생체 내에서 면역학적인 시냅스의 형성을 위한 생산적인 기하학을 조절하는 능력이 서로 다른 항체들을 생산하고 항체의 안정성이나 반감기를 감소시키는 단점이 있다.

이전에 연구팀은 항원 조각(Fabs)의 특정한 부위에 직각(orthogonal) 화학적 반응으로 자연에 존재하지 않은 아미노산을 도입하여 다양한 기능을 지닌 링커들을 부착하여 균일하고 화학적으로 잘 정의된 이중 특이성 항체들을 생산하는 반합성적인 방법을 보고했다. 이중 특이성 치료제를 개발하기 위한 반합성 접근법을 더 발전시키기 위해 연구팀은 이중 특이성 항체들과 유사한 작용을 갖고 있는 하이브리드 항체-저분자를 생산하는 방법을 보고하고 있다. 연구팀은 PSMA에 선택적으로 부착되는 합성 저분자 리간드인 2-[3-(1, 3-dicarboxy propyl)-ureido] pentanedioic acid (DUPA)를 암 목표화를 하는데 사용하여 항-CD3 Fab에 결합시켰다. 자연에 존재하지 않은 아미노산을 항체의 특정 장소에 도입하는 방법은 항체-저분자 결합체의 결합 장소와 화학량론을 최적화시키는 것을 가능하게 했다. 이러한 결합체는 인간 혈액 단핵구의 존재하에서 PSMA+ 전립선 암에 대해 강력한 세포독성(EC50 ∼100 pM)을 나타냈고 결합되지 않은 Fab에 비해 약물 동력학을 크게 향상시켰으며 생쥐의 이종이식 암 모델에서 그 효과가 뛰어났다.

(그림 설명) (A) 말단 아미노옥시 (aminooxy) 그룹에 짧은 ethylene glycol (Tet, 1), 긴 ethylene glycol (Und, 2), Phthal (3), DNP (4)로 변형된 DUPA의 구조. (B) P-링커들로 항-CD3 Fab를 갖고 있는 pAcF의 p-acetylphenylalnine (pAcF) 과 oxime의 구조 (C) Jurkat (CD3+) 과 C4-2 (PSMA+) 세포 주들을 P-αCD3 결합체 (100 nM)로 염색한 FACS 결과. 서로 다른 P-링커들을 항-CD3 Fab의 동일한 잔기 (HC-138)에 결합시킨 결과.

 

출처 : http://www.pnas.org/content/early/2013/10/10/1316026110.abstract?sid=a727a10f-0f77-47f5-b747-a2afb3293da7 / KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-11-04