미래창조과학부(장관 최양희)는 “우리 몸에 세균이 침입했을 때 분비되는 면역단백질이 과도하게 분비되는 것을 차단하고, 부작용을 줄이면서 염증성 질환을 치료할 수 있는 펩타이드 신약을 최상돈(사진) 교수(아주대)팀이 개발했다”고 밝혔다.
류마티스 관절염을 비롯한 자가면역질환, 패혈증 등은 톨-유사수용체4(TLR4)가 과도하게 반응하여 나타나는 염증성 질환이다. 우리 몸의 면역센서 중 하나인 TLR4 신호전달경로를 타깃으로 염증성 사이토카인 분비를 차단하는 새로운 치료제가 개발되었다.
인체 내에서 면역세포와 결합해 치료하는 원리로 부작용이 적고 소량의 치료제로도 질환을 치료할 수 있는 가능성이 제시되었다.
* 자가면역질환 : 면역세포가 자신의 몸을 공격하는 병. 루프스, 자가면역성 갑상선 질환, 1형 당뇨병, 류마티스
관절염, 다발성 경화증 등 100여 가지 정도의 질병이 있음.
* 톨-유사 수용체(Toll-like receptor; TLR) : 우리 몸에 병원체가 침투하면 TLR이 그 성분들을 인식하고
선천면역 반응을 개시하게 됨. TLR은 외인성 병원체 또는 일부 내인성 인자를 인식하여 면역반응을
활성화시키는 수용체. TLR4는 그 중 하나로 가장 중요한 역할을 하고 있음.
* 사이토카인(cytokine) : 세포신호 전달에 관여하는 비교적 작은 크기의 다양한 단백질로 면역, 증식, 분화, 사멸 등 신호체계 관리에 주요한 기능을 하며 낮은 농도로 시스템 전체에 복잡한 효과를 나타냄. 염증성 질환에서는 염증성 사이토카인이 과도하게 분비되므로 이의 분비를 막아주는 것이 치료제로 활용됨.
최상돈 교수 연구팀(아주대)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 교육부 중점연구소지원사업, 보건복지부·한국보건산업진흥원 질환극복기술개발(질병중심 중개기반연구)사업의 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 국제적인 학술지 바이오머터리얼스(Biomaterials) 2월 27일자에 게재되었다.
기본적으로 면역반응은 인간의 몸을 보호하기 위해 필요하지만, 면역반응의 과활성은 각종 염증성 질병을 발병 및 악화시키는 원인이 되기도 한다. 면역반응에서 중요한 역할을 하는 톨-유사수용체(Toll-like receptor; TLR)는 외부에서 침입하는 이물질을 인식하여 우리 몸의 면역력을 증강시키나 특수 환경에서는 과도하게 반응하여 질병상태를 유발하기도 한다.
따라서 TLR의 과활성에 의해 유발되는 류마티스 관절염, 패혈증, 기타 자가면역질환 등을 비롯한 염증성 질병은 TLR 신호차단을 통해 증상을 완화 또는 치료할 수 있다.
자가면역질환은 현재 소염제, 면역억제제, 진통제 등의 치료제가 사용되고 있으나 증상을 완화시키는 정도의 치료만 하고 있으며, 특히 사용되는 치료제중 스테로이드제는 장기복용 시 심각한 부작용을 보이기도 한다.
따라서 강력한 약리작용을 가지면서도 생체 친화적인 특성을 가져 적은 부작용을 보이며, TLR를 찾아가는 생체 내 특이성이 높아 자가면역질환을 효과적으로 치료하는 치료제의 개발이 필요하다.
톨-유사수용체4(TLR4) 신호전달경로를 제어하는 신규 펩타이드 치료제를 발굴하기 위해 항체 제조방법으로 널리 쓰이는 파지 디스플레이(phage display)* 기술을 응용하여 아미노산 길이 12개 및 15개 길이의 다양한 풀의 펩타이드 파지 라이브러리*를 제조하였고, 바이오패닝(biopanning)* 기술로 스크리닝 하여 TLR4에 결합하는 펩타이드를 발굴했다.
* 파지 디스플레이(phage display) : 파지란 세균에 감염하여 증식하는 바이러스를 말하며, 파지 표면 단백질에 융합시킨 형태로 파지미드 벡터(phagemid vector)안에 무한대 조합의 유전자 서열을 클로닝하여 대장균에서 발현시킨 후 헬퍼파지를 감염시킴으로써 파지의 표면에 가능한 모든 조합의 펩타이드 서열이 나타나게 만드는 방법.
* 펩타이드 파지 라이브러리 : 다양한 펩타이드 서열이 파지 표면에 들어난 파지들의 집합체.
* 바이오패닝(biopanning) : 항체 라이브러리로부터 항원에 대한 hit 항체를 선별하는 과정. 항원과 파지 항체의 결합력에 의해서 선별함.
스크리닝을 통해 발굴된 펩타이드들을 쥐의 면역세포(RAW264.7), TLR4 발현 인간신장세포(HEK), 및 인간 말초혈액 단핵구 세포에 TLR4 리간드*인 지질다당체(lipopolysaccharide; LPS)*와 함께 처리했을 때 TLR4 신호전달경로가 현저하게 차단됨을 확인하였다. 쥐를 이용한 동물실험에서도 LPS에 의해 유도된 TLR4 매개 염증성 사이토카인 분비를 펩타이드 치료제가 유의적으로 감소시켰고 류마티스 관절염 증상도 치유함을 확인했다.
* 리간드(ligand) : 효소나 수용체와 같은 단백질에 특이적으로 결합하는 물질. 효소에 있어서는 기질이나
보효소이고 수용체에 있어서는 항체, 호르몬, 약제 등의 분자임.
* 지질다당체(lipopolysaccharide; LPS) : 그람 음성균주의 세포벽 성분으로 TLR4를 자극하여 염증을 일으키는 인자.
파지 라이브러리 제작과 바이오패닝 기술을 이용한 펩타이드 스크리닝 시스템을 활용하여 강력한 약리작용 및 활성을 나타낼 수 있는 TLR4 신호 제어 펩타이드 치료제를 개발하였다. 펩타이드의 특성상 먹는 단백질 성분을 사용하여 다른 치료제와 비교했을 때 부작용이 적으며, 대상 세포의 TLR4를 정확히 찾아가서 차단하는 특이성도 높다.
개발된 펩타이드 신약은 소량으로 강력한 약리작용, 손쉬운 제조, 품질관리 및 산업화 용이성 등의 장점을 가지고 있으며, 효과적으로 TLR 경로를 제어함으로써 류마티스 관절염, 패혈증 등 각종 염증성 질병의 새로운 치료제로 개발될 것으로 기대된다.
최상돈 교수는 “이 연구는 기존 연구에 비해 부작용이 적어 생체친화적이고, 대상 세포의 TLR4 타깃을 정확히 찾아가서 차단하는 특이성 높은 염증성 질환용 펩타이드 치료제를 개발한 것이다. 동물실험에서도 류마티스 관절염과 신장조직 손상을 치료하는 것으로 나타났다. 임상용 주사제를 개발 중에 있어 상용화 가능성이 높다. 류마티스 관절염, 패혈증, 자가면역질환 등 염증성 질병의 새로운 치료제로 개발될 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.
