항 종양면역반응과 면역 치료에 있어서 조절 (Regulatory) T 세포의 역할
2018-10-11
org.kosen.entty.User@682806b5
윤창호(changhovirus)
1. 개요
우리의 면역체계는 감염 (infection) 시 인지 및 체액성 및 세포성 반응을 통하여 감염물질을 제거하며 면역계가 제 기능을 수행하지 못할 때 감염성 질환이 발생할 뿐만 아니라 암 억제기능도 떨어지게 된다. 또한, 과도하게 활성화된 면역세포는 알러지나 자가 면역 질환 (류마티스 관절염, 건겅 등)의 원인이된다. 따라서 면역반응 활성화와 억제 간의 균형을 유지하는 면역 항상성이 중요한 요소로 알려지고 있다. 특히, 암(cancer)에서 일어나는 면역반응의 조절과 이해에 대한 활발한 연구가 진행중에 있다. 특히, 조절 T 세포 (Tregs)로 알려진 면역억제 세포들은 종양특이적인 면역반응을 억제하고 면역 억제성 종양 미세환경을 확립함으로써 종양면역회피를 가능하게 하여 이러한 역할에 대해 집중적인 연구가 진행 중에 있다. 또한 Tregs은 기원 등에 따라 다양하게 분류할 수 있으며 종양에 침입한 Tregs은 기능과 특성에 따라 암의 진행 및 임상치료에 다르게 작용한다. 따라서 암 및 종양 미세환경에서의 Treg의 이해는 효과적인 암치료를 하는데 중요하다. 본 보고서는 암의 진행, 종양미세환경에서 Treg의 역할과 항 종양 면역 반응을 강화시킬 수 있는 다양한 치료 방법 등에 대해 서술하고자 한다.
2. 주요 내용
2.1. 조절 T 세포 (Regulatory T cells; Tregs)
Tregs은 다양한 면역 항상성 및 자가 관용을 유지하는데 중요한 역할을 수행하는 면역억제성 세포의 한 부분이다. 또한, Tregs은 자가 면역, 감염, 염증, 종양면역을 조절하는데 중요한 역할을 수행한다[1]. Tregs은 흉선에서 유도된 tTregs (thymic-derived; 흉선에서 자가항원과 결합하여 자가활성을 지닌 T cells)와 naïve T cells에서 유도되는 pTregs (peripheral;말초)로 구분할 수 있다. tTregs이 자가면역관용 및 자가면역을 보호하는데 중요한 역할을 수행하는 반면 pTregs은 외부 항원을 인지하고 장점막에서 말초조직의 면역관용을 유지하는데 중요하다. 두 Tregs은 전통적으로 Forkhead Box P3 (FoxP3) 전사조절인자 및 IL-2 수용체 알파 체인 (CD25)의 발현으로 정의된다. FoxP3+ Tregs은 다음과 같은 기전을 통해 면역을 억제하는 중요한 역할을 수행한다. 첫째로 억제성 사이토카인 (IL-10, TGF-b, IL-35 등) 분비를 통한 면역반응의 억제가 잘 알려져 있다. 이러한 사이토카인을 통해 선천 면역세포 및 effector T 세포에 작용해 면역반응을 억제한다. 두번째로 물질 대사 억제를 통한 면역반응 억제 기전이 존재한다. 사이토카인 결핍을 통해 효과 T 세포의 활성화 억제 및 세포 자살을 유도한다고 알려져 있다. 이와 관련하여 새로운 두가지 억제기전이 제시되고 있다. 세포 내부 및 세포 외부에 아데노신 뉴클레오시드 방출을 유도하는 기전 및 세포막에 존재하는 외부 효소인 CD39, CD73에 의해 효과 T 세포를 억제하는 기전에 관한 연구로 추가 연구가 필요한 실정이다. 마지막으로 수지상세포와 같은 항원을 제공하는 세포에 의한 억제 기전이 존재한다. FoxP3+ Tregs 세포 표면에 많이 발현되는 공동자극분자인 CTLA4와 수지상세포 표면에 존재하는 CD80/86과의 상호작용을 통하여 관용유도 수지상세포로 전환시키는 역할을 한다. 이러한 수지상세포를 통해 T 세포는 억제작용을 하게된다.
2.2. 암에서의 Tregs
Tregs은 일반적으로 림프 기관에서 발견되고 말초혈액의 CD4+ t 세포의 5-10%를 차지하고 있다 [2] Tregs은 CCR1, CCR2, CCR4, CCR5, CCR6, CCR8, CCR9, CXCR3, CXCR4, CXCR5, CXCR6, a4b1 integrin 및 P- 혹은 E-selectin ligand와 같은 homing receptor를 발현하며 수지상세포는 케모카인을 분비하여 Tregs을 끌어 당기기 때문에 림프 기관에 많이 존재하고 있다. 폐암 또는 난소암 환자의 말초 혈액 단핵세포에서 Tregs의 수치는 정상인들 보다 높게 관찰되고 있다. 또한 유방암, 대장암, 위 식도암, 위암 및 간세포 암종, 백혈병, 췌장암에서도 Tregs의 증가가 보고되고 있다. 종양에서의 Tregs 증가는 TGF-b, IL-10, VEGF 및 사이토카인에 의한 국소적인 iTregs의 유도 및 증식으로 알려져 있다. 또한 미성숙 수지상세포의 활성화에 의해 Tregs이 증가가 보고되고 있다. 대부분의 백신 기반 면역요법은 수지상세포 기능에 촛점을 맞추고 있어 백신의 효능을 극대화하기 위해서는 Tregs 조절이 중요하게 작용할 것이다. 많은 연구자들이 FOXP3+ Tregs이 종양에 침투하여 환자의 예후를 악하시킨다는고 보고하고 있다. 하지만 최근 혈액학적 악성 종양에서 FOXP3+ 세포가 생존율의 개선과 관련이 있는 것으로 보고되고 있기도 하다. 따라서 Tregs과 종양 환자 사이의 예후에 관한 상관관계는 여전히 논란이 되고 있기도 하다. Tregs의 면역 조절 효과는 내장 염증으로 부터 보호 및 치료에 효과적일 수 있지만 면역시스템의 억제는 암 면역을 조절에 치명적일 수 있다. 실제로 FoxP3의 발현은 다양한 암에서 안좋은 예후와 연관되어 있고 Tregs은 항종양 반응을 감소시킨다. 다양한 연구들은 종양 미세환경에서 림프구의 침투와 염증성 매개체들의 존재를 강조하고 있고 면역세포들에 의한 염증이 종양 촉진에 중요한 역할을 수행함은 다양한 연구를 통해 보고되고 있다. 현재 대장암에서 몇 가지 연구들이 Tregs의 높은 숫자와 상태악화의 연관성을 보여주고 있지만 염증과 관련한 대장암에서는 Tregs의 기능이 잘 밝혀지지 않고 있다.
또한 Foxp3+ Treg의 숫자는 암 주위에서 영향을 받지 않은 점막보다 인간 대장 암들에서 높다. 대장암의 몇 가지 연구들은 Treg 의 높은 숫자와 좋은 예후와의 역설적인 연관성을 보여 주었지만 염증이 연관된 대장 암에서 Treg 의 기능은 잘 이해되지 않고 있다. 몇몇 연구에서 장염-연관 대장 암의 생쥐 모델을 통한 종양 진행과 종양 회부에서 Tregs의 역할에 초점을 두고 있다. 이러한 연구들을 통하여 염증이 유도하는 대장암의 미세환경에서 FoxP3+ Tregs의 표현형과 기능을 조사하고 종양 발달 과정에서 Tregs을 제거하는 방법이 잠재성 있는 치료전략이 될 수 있음을 보여주고 있다.
2.3. 종양에 침윤된 Tregs의 면역억제
종양에 침윤된 Tregs은 종양미세환경 및 면역회피를 증진시키는 기능을 수행한다고 알려져 있다 [3] 이들은 억제능력의 강화와 활성화에 연관된 cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4 (CTLA-4), T-cell immunoglobulin and mucin-domain containing-3 (TIM-3/HAVCR2), lymphocyte activation gene-3 (LAG-3), programmed-death 1 (PD-1), inducible T-cell co-stimulator (ICOS), and glucocorticoid-induced TNFR family related gene (GITR); and T cell activation markers, CD25 and CD69와 같은 마커를 통해 기능을 수행한다. 많은 수의 논문들이 암환자의 말초 혈액에서 억제성 Tregs의 subset을 확인하였다. 그러나 종양 미세환경에서의 억제성 Tregs의 기능은 잘 알려져 있지않다. 종양학은 암 진행 및 전이된 암을 치료하는 방식의 패러다임 전환에 의해 진보되고 있다. 특정 억제제를 사용하여 종양세포를 표적화하는 대신, 면역세포는 항 종양 면역을 유도하거나 증가시키는 것으로 가장 유망한 암 면역 요법은 면역 체크포인트의 봉쇄이며 면역반응의 진폭과 지속시간을 조절하하는 억제 분자를 이용하는 것이다. 체크포인트를 차단할 수 있는 수용체, 예를 들면 세포 독성 T 림프구 관련 항원 (CTLA4) 및 프로그래밍 된 세포 사멸 유도 단백질 1 (PD1)은 유용한 임상 효과를 보이고 있다. 하지만 면역억제성 기전은 암 면역 요법에 대한 내재적인 저항성을 유발할 수 있다. 종양 미세 환경의 면역 억제 활성을 가지는 세포는 암 관련 섬유 모세포, 골수에서 유도된 억제 세포 및 전사인자 FoxP3를 발현하는 CD4+ T 조절 세포 (Tregs) 등이 있다. 특히, Tregs은 자가 항원 및 항 종양 면역 반응에 대한 비정상적인 면역 반응을 억제하는데 필수적인 역할을 수행한다. Tregs은 effector T 세포의 강력한 억제 인자로 작용하며 종양에 침투되어 있는 Tregs의 밀도 증가는 많은 암에서 불량 예후와 관련이 깊다. Tregs은 억제 cytokines의 분비 및 granzyme 매개 cytolysis 및 effector T 세포의 대사장애를 유발하는 등 다양한 메커니즘을 통해 effector T 세포를 억제할 수 있다. 또한 수지상 세포 성숙 및 기능의 억제와 같은 간접적인 기작도 존재한다. 다양한 연구를 통하여 종양 성장에 관여하는 것으로 알려져 있지만 종양에 침투된 Tregs의 분자 표현형 특성에 대한 연구는 미비한 편이다. 게놈 전체 및 전사체 분석을 통해 종양 내 Tregs에서 특이적으로 발현되는 분자 등의 동정은 치료제 개발을 위한 중개 연구에 중요할 것이다. 이러한 분자를 표적으로 종양에 침투된 Tregs의 조절은 면역 억제에서 종양세포에 대한 면역 활성화로 균형이 바뀔 것이다. 현재 면역 억제세포에 대한 대부분의 지식은 말초 혈액 Tregs의 연구에서 기초하였지만 Tregs 특이적인 마커를 포함한 종양에 상주하는 Tregs의 특징은 부족한 상황이다. 최근 Rudensky(4)와 Pagani (5) 그룹에서는 인간 암에 침투하는 Tregs의 특징을 밝혀내는 연구가 진행되었다. Rundensky 실험실은 인간 유방암, 말초 혈액 및 정상 유방 실질에서 분류된 Tregs의 특징을 RNA 염기서열 분석을 통해 특징지었다. Triple negative 유방암과 같은 악성 표현형을 가진 종양에서 Tregs의 빈도가 높았으며 이는 암 진행에서 Tregs이 중요한 역할을 한다는 것을 시사해 준다. 유전자 발현 분석은 유방 종양 및 정상 조직에 존재하는 Tregs간에 유사하게 나타났지만 RNA 염기 분석은 종양 및 조직에 상주하는 Tregs과 말초혈액에 존재하는 Tregs사이에 현저한 차이를 보여주었다. 이는 종양 환경이 아니라 조직 자체가 Tregs 세포의 표현형을 결정한다는 것을 의미한다.또한 유전자 발현 프로파일에서는 종양에 침입한 Tregs의 활성이 강화되었으며 케모카인 신호 전달 및 면역 세포 이동에 관여하는 유전자 또한 증가되었다. 특히, 대장암에서 면역 반응을 조절하는 케모카인 수용체 8 (CCR8)이 종양 내 Tregs에서 현저히 증가됨을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 대장암, 폐암, 흑색 종 및 혈관 육종을 비롯한 다른 종류의 암에서 분리된 Tregs에서도 확인되었다. 따라서 CCR8/Foxp3 발현 세포의 비율과 환자 생존율 간에 음의 연관성이 있음을 발견하였다.
Pagani 연구진은 폐암, 대장암 및 정상 조직에 침투된 T helper 1 및 T helper 17 세포 뿐만 아니라 CD4+ Tregs을 분석하기 위해 RNA 염기서열 분석을 수행하였다. 그 결과 말초 혈액 Tregs과 조직 및 종양에 침입한 Tregs의 유전자 발현 프로파일에 현저한 차이가 있음을 확인하였다. 또한 종양에 침입한 Tregs에서 309개의 전사인자가 특이적으로 상향 조절되는 것도 확인하였다. 특히 가장 높은 발현 변화를 보인 Layilin (LAYN), MAGE family number H1 (MAGEH1), CCR8은 대장암 및 폐암 환자의 5 년 생존율과 유의한 관련을 보여주었다.
2.4. 암 면역치료의 새로운 전략
종양 미세 환경에서 Treg의 존재는 성공적인 암 면역 치료의 주요한 장애 요인으로 작용한다. 그들의 면역 억제 작용이 다양한 기전을 통해 나타나기 때문에, 종양에 침투한 Tregs의 선택적 제거 및 억제는 강력한 항 종양 반응을 유발할 수 있을 것이다. 위와 같은 연구들은 Tregs을 표적으로 하는 잠재적인 수단을 제공해 줄 것이다. 앞서 제시된 두 연구 모두 CCR8이 종양 미세 환경에서 Tregs 면역 억제 활성을 선택적으로 제거할 수 있는 유망한 표적임을 암시하며 다양한 종양 유형에서 Tregs 특이적으로 발현된다는 것을 보여준다. 이 연구들은 종양에 침입된 Tregs과 말초 혈액 유래 Tregs 사이의 현저한 차이는 종양 부위에서 면역세포의 표현형을 확인하는 중요한 요소임을 강조하고 있다. 앞으로 다양한 종양에 침윤된 면역세포의 transcriptomic 결과와 같은 추가 연구를 통하여 종양-면역 세포 상호작용의 기전을 확인하는데 엄청난 발전이 있을 것이다. 하지만 이와 관련된 실험과 임상연구 등 많은 노력이 필요한 실정이다. 예를 들어 TNBC와 같은 악성 암에서 Tregs의 증가 된 침투 및 암 예후에 대한 보고는 파악하기 어려우며 종양에 침투하는 Tregs의 이질성 (heterogeneity) 등에 대한 연구도 다루어지지 않고 있다. 최근 Tregs의 특정한 세포 (subpopulation)이 대장암 예후 결정에 반대되는 방식 (억제 능력이 활성화된 특정의 Tregs의 종양부위 침윤은 비 억제 Tregs의 침윤에 비해 현저히 나쁜 예우를 보이고 있음)으로 기여함이 밝혀졌다. 따라서 다양한 암 유형에서 이러한 관찰을 검증하기 위한 추가적인 연구가 필요한 실정이다. 치료제 개발을 위한 유망한 후보 물질인 CCR8이 심근세포와 간에서도 발현된다는 점에 유의해야한다. 따라서 CCR8 억제제를 이용한 전신적 치료는 심각한 면역 부작용을 초래할 수도 있다. 따라서 다양한 종양 부위에서 면역세포의 표현현적 특징을 알아내는 것이 암 면역요법에 대한 내성 예방에 가장 중요한 포인트가 되고 있다.
3. 결론
Tregs은 종양 면역에서 중요한 역할을 수행함이 밝혀지고 있으며 암 면역치료를 위한 효과적인 치료 표적으로 떠오르고 있다. 그러나, 현재 암 면역치료에서 Tregs의 역할에 대해서는 다양한 암의 발생원인 및 암특이적 미세환경 등의 변화등으로 완전히 알지 못한다. 종양의 진행과정 및 특정암에 대한 자세한 면역 세포 표현형의 동정 및 탐구 등 많은 연구가 필요할 것이다.
우리의 면역체계는 감염 (infection) 시 인지 및 체액성 및 세포성 반응을 통하여 감염물질을 제거하며 면역계가 제 기능을 수행하지 못할 때 감염성 질환이 발생할 뿐만 아니라 암 억제기능도 떨어지게 된다. 또한, 과도하게 활성화된 면역세포는 알러지나 자가 면역 질환 (류마티스 관절염, 건겅 등)의 원인이된다. 따라서 면역반응 활성화와 억제 간의 균형을 유지하는 면역 항상성이 중요한 요소로 알려지고 있다. 특히, 암(cancer)에서 일어나는 면역반응의 조절과 이해에 대한 활발한 연구가 진행중에 있다. 특히, 조절 T 세포 (Tregs)로 알려진 면역억제 세포들은 종양특이적인 면역반응을 억제하고 면역 억제성 종양 미세환경을 확립함으로써 종양면역회피를 가능하게 하여 이러한 역할에 대해 집중적인 연구가 진행 중에 있다. 또한 Tregs은 기원 등에 따라 다양하게 분류할 수 있으며 종양에 침입한 Tregs은 기능과 특성에 따라 암의 진행 및 임상치료에 다르게 작용한다. 따라서 암 및 종양 미세환경에서의 Treg의 이해는 효과적인 암치료를 하는데 중요하다. 본 보고서는 암의 진행, 종양미세환경에서 Treg의 역할과 항 종양 면역 반응을 강화시킬 수 있는 다양한 치료 방법 등에 대해 서술하고자 한다.
2. 주요 내용
2.1. 조절 T 세포 (Regulatory T cells; Tregs)
Tregs은 다양한 면역 항상성 및 자가 관용을 유지하는데 중요한 역할을 수행하는 면역억제성 세포의 한 부분이다. 또한, Tregs은 자가 면역, 감염, 염증, 종양면역을 조절하는데 중요한 역할을 수행한다[1]. Tregs은 흉선에서 유도된 tTregs (thymic-derived; 흉선에서 자가항원과 결합하여 자가활성을 지닌 T cells)와 naïve T cells에서 유도되는 pTregs (peripheral;말초)로 구분할 수 있다. tTregs이 자가면역관용 및 자가면역을 보호하는데 중요한 역할을 수행하는 반면 pTregs은 외부 항원을 인지하고 장점막에서 말초조직의 면역관용을 유지하는데 중요하다. 두 Tregs은 전통적으로 Forkhead Box P3 (FoxP3) 전사조절인자 및 IL-2 수용체 알파 체인 (CD25)의 발현으로 정의된다. FoxP3+ Tregs은 다음과 같은 기전을 통해 면역을 억제하는 중요한 역할을 수행한다. 첫째로 억제성 사이토카인 (IL-10, TGF-b, IL-35 등) 분비를 통한 면역반응의 억제가 잘 알려져 있다. 이러한 사이토카인을 통해 선천 면역세포 및 effector T 세포에 작용해 면역반응을 억제한다. 두번째로 물질 대사 억제를 통한 면역반응 억제 기전이 존재한다. 사이토카인 결핍을 통해 효과 T 세포의 활성화 억제 및 세포 자살을 유도한다고 알려져 있다. 이와 관련하여 새로운 두가지 억제기전이 제시되고 있다. 세포 내부 및 세포 외부에 아데노신 뉴클레오시드 방출을 유도하는 기전 및 세포막에 존재하는 외부 효소인 CD39, CD73에 의해 효과 T 세포를 억제하는 기전에 관한 연구로 추가 연구가 필요한 실정이다. 마지막으로 수지상세포와 같은 항원을 제공하는 세포에 의한 억제 기전이 존재한다. FoxP3+ Tregs 세포 표면에 많이 발현되는 공동자극분자인 CTLA4와 수지상세포 표면에 존재하는 CD80/86과의 상호작용을 통하여 관용유도 수지상세포로 전환시키는 역할을 한다. 이러한 수지상세포를 통해 T 세포는 억제작용을 하게된다.
2.2. 암에서의 Tregs
Tregs은 일반적으로 림프 기관에서 발견되고 말초혈액의 CD4+ t 세포의 5-10%를 차지하고 있다 [2] Tregs은 CCR1, CCR2, CCR4, CCR5, CCR6, CCR8, CCR9, CXCR3, CXCR4, CXCR5, CXCR6, a4b1 integrin 및 P- 혹은 E-selectin ligand와 같은 homing receptor를 발현하며 수지상세포는 케모카인을 분비하여 Tregs을 끌어 당기기 때문에 림프 기관에 많이 존재하고 있다. 폐암 또는 난소암 환자의 말초 혈액 단핵세포에서 Tregs의 수치는 정상인들 보다 높게 관찰되고 있다. 또한 유방암, 대장암, 위 식도암, 위암 및 간세포 암종, 백혈병, 췌장암에서도 Tregs의 증가가 보고되고 있다. 종양에서의 Tregs 증가는 TGF-b, IL-10, VEGF 및 사이토카인에 의한 국소적인 iTregs의 유도 및 증식으로 알려져 있다. 또한 미성숙 수지상세포의 활성화에 의해 Tregs이 증가가 보고되고 있다. 대부분의 백신 기반 면역요법은 수지상세포 기능에 촛점을 맞추고 있어 백신의 효능을 극대화하기 위해서는 Tregs 조절이 중요하게 작용할 것이다. 많은 연구자들이 FOXP3+ Tregs이 종양에 침투하여 환자의 예후를 악하시킨다는고 보고하고 있다. 하지만 최근 혈액학적 악성 종양에서 FOXP3+ 세포가 생존율의 개선과 관련이 있는 것으로 보고되고 있기도 하다. 따라서 Tregs과 종양 환자 사이의 예후에 관한 상관관계는 여전히 논란이 되고 있기도 하다. Tregs의 면역 조절 효과는 내장 염증으로 부터 보호 및 치료에 효과적일 수 있지만 면역시스템의 억제는 암 면역을 조절에 치명적일 수 있다. 실제로 FoxP3의 발현은 다양한 암에서 안좋은 예후와 연관되어 있고 Tregs은 항종양 반응을 감소시킨다. 다양한 연구들은 종양 미세환경에서 림프구의 침투와 염증성 매개체들의 존재를 강조하고 있고 면역세포들에 의한 염증이 종양 촉진에 중요한 역할을 수행함은 다양한 연구를 통해 보고되고 있다. 현재 대장암에서 몇 가지 연구들이 Tregs의 높은 숫자와 상태악화의 연관성을 보여주고 있지만 염증과 관련한 대장암에서는 Tregs의 기능이 잘 밝혀지지 않고 있다.
또한 Foxp3+ Treg의 숫자는 암 주위에서 영향을 받지 않은 점막보다 인간 대장 암들에서 높다. 대장암의 몇 가지 연구들은 Treg 의 높은 숫자와 좋은 예후와의 역설적인 연관성을 보여 주었지만 염증이 연관된 대장 암에서 Treg 의 기능은 잘 이해되지 않고 있다. 몇몇 연구에서 장염-연관 대장 암의 생쥐 모델을 통한 종양 진행과 종양 회부에서 Tregs의 역할에 초점을 두고 있다. 이러한 연구들을 통하여 염증이 유도하는 대장암의 미세환경에서 FoxP3+ Tregs의 표현형과 기능을 조사하고 종양 발달 과정에서 Tregs을 제거하는 방법이 잠재성 있는 치료전략이 될 수 있음을 보여주고 있다.
2.3. 종양에 침윤된 Tregs의 면역억제
종양에 침윤된 Tregs은 종양미세환경 및 면역회피를 증진시키는 기능을 수행한다고 알려져 있다 [3] 이들은 억제능력의 강화와 활성화에 연관된 cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4 (CTLA-4), T-cell immunoglobulin and mucin-domain containing-3 (TIM-3/HAVCR2), lymphocyte activation gene-3 (LAG-3), programmed-death 1 (PD-1), inducible T-cell co-stimulator (ICOS), and glucocorticoid-induced TNFR family related gene (GITR); and T cell activation markers, CD25 and CD69와 같은 마커를 통해 기능을 수행한다. 많은 수의 논문들이 암환자의 말초 혈액에서 억제성 Tregs의 subset을 확인하였다. 그러나 종양 미세환경에서의 억제성 Tregs의 기능은 잘 알려져 있지않다. 종양학은 암 진행 및 전이된 암을 치료하는 방식의 패러다임 전환에 의해 진보되고 있다. 특정 억제제를 사용하여 종양세포를 표적화하는 대신, 면역세포는 항 종양 면역을 유도하거나 증가시키는 것으로 가장 유망한 암 면역 요법은 면역 체크포인트의 봉쇄이며 면역반응의 진폭과 지속시간을 조절하하는 억제 분자를 이용하는 것이다. 체크포인트를 차단할 수 있는 수용체, 예를 들면 세포 독성 T 림프구 관련 항원 (CTLA4) 및 프로그래밍 된 세포 사멸 유도 단백질 1 (PD1)은 유용한 임상 효과를 보이고 있다. 하지만 면역억제성 기전은 암 면역 요법에 대한 내재적인 저항성을 유발할 수 있다. 종양 미세 환경의 면역 억제 활성을 가지는 세포는 암 관련 섬유 모세포, 골수에서 유도된 억제 세포 및 전사인자 FoxP3를 발현하는 CD4+ T 조절 세포 (Tregs) 등이 있다. 특히, Tregs은 자가 항원 및 항 종양 면역 반응에 대한 비정상적인 면역 반응을 억제하는데 필수적인 역할을 수행한다. Tregs은 effector T 세포의 강력한 억제 인자로 작용하며 종양에 침투되어 있는 Tregs의 밀도 증가는 많은 암에서 불량 예후와 관련이 깊다. Tregs은 억제 cytokines의 분비 및 granzyme 매개 cytolysis 및 effector T 세포의 대사장애를 유발하는 등 다양한 메커니즘을 통해 effector T 세포를 억제할 수 있다. 또한 수지상 세포 성숙 및 기능의 억제와 같은 간접적인 기작도 존재한다. 다양한 연구를 통하여 종양 성장에 관여하는 것으로 알려져 있지만 종양에 침투된 Tregs의 분자 표현형 특성에 대한 연구는 미비한 편이다. 게놈 전체 및 전사체 분석을 통해 종양 내 Tregs에서 특이적으로 발현되는 분자 등의 동정은 치료제 개발을 위한 중개 연구에 중요할 것이다. 이러한 분자를 표적으로 종양에 침투된 Tregs의 조절은 면역 억제에서 종양세포에 대한 면역 활성화로 균형이 바뀔 것이다. 현재 면역 억제세포에 대한 대부분의 지식은 말초 혈액 Tregs의 연구에서 기초하였지만 Tregs 특이적인 마커를 포함한 종양에 상주하는 Tregs의 특징은 부족한 상황이다. 최근 Rudensky(4)와 Pagani (5) 그룹에서는 인간 암에 침투하는 Tregs의 특징을 밝혀내는 연구가 진행되었다. Rundensky 실험실은 인간 유방암, 말초 혈액 및 정상 유방 실질에서 분류된 Tregs의 특징을 RNA 염기서열 분석을 통해 특징지었다. Triple negative 유방암과 같은 악성 표현형을 가진 종양에서 Tregs의 빈도가 높았으며 이는 암 진행에서 Tregs이 중요한 역할을 한다는 것을 시사해 준다. 유전자 발현 분석은 유방 종양 및 정상 조직에 존재하는 Tregs간에 유사하게 나타났지만 RNA 염기 분석은 종양 및 조직에 상주하는 Tregs과 말초혈액에 존재하는 Tregs사이에 현저한 차이를 보여주었다. 이는 종양 환경이 아니라 조직 자체가 Tregs 세포의 표현형을 결정한다는 것을 의미한다.또한 유전자 발현 프로파일에서는 종양에 침입한 Tregs의 활성이 강화되었으며 케모카인 신호 전달 및 면역 세포 이동에 관여하는 유전자 또한 증가되었다. 특히, 대장암에서 면역 반응을 조절하는 케모카인 수용체 8 (CCR8)이 종양 내 Tregs에서 현저히 증가됨을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 대장암, 폐암, 흑색 종 및 혈관 육종을 비롯한 다른 종류의 암에서 분리된 Tregs에서도 확인되었다. 따라서 CCR8/Foxp3 발현 세포의 비율과 환자 생존율 간에 음의 연관성이 있음을 발견하였다.
Pagani 연구진은 폐암, 대장암 및 정상 조직에 침투된 T helper 1 및 T helper 17 세포 뿐만 아니라 CD4+ Tregs을 분석하기 위해 RNA 염기서열 분석을 수행하였다. 그 결과 말초 혈액 Tregs과 조직 및 종양에 침입한 Tregs의 유전자 발현 프로파일에 현저한 차이가 있음을 확인하였다. 또한 종양에 침입한 Tregs에서 309개의 전사인자가 특이적으로 상향 조절되는 것도 확인하였다. 특히 가장 높은 발현 변화를 보인 Layilin (LAYN), MAGE family number H1 (MAGEH1), CCR8은 대장암 및 폐암 환자의 5 년 생존율과 유의한 관련을 보여주었다.
2.4. 암 면역치료의 새로운 전략
종양 미세 환경에서 Treg의 존재는 성공적인 암 면역 치료의 주요한 장애 요인으로 작용한다. 그들의 면역 억제 작용이 다양한 기전을 통해 나타나기 때문에, 종양에 침투한 Tregs의 선택적 제거 및 억제는 강력한 항 종양 반응을 유발할 수 있을 것이다. 위와 같은 연구들은 Tregs을 표적으로 하는 잠재적인 수단을 제공해 줄 것이다. 앞서 제시된 두 연구 모두 CCR8이 종양 미세 환경에서 Tregs 면역 억제 활성을 선택적으로 제거할 수 있는 유망한 표적임을 암시하며 다양한 종양 유형에서 Tregs 특이적으로 발현된다는 것을 보여준다. 이 연구들은 종양에 침입된 Tregs과 말초 혈액 유래 Tregs 사이의 현저한 차이는 종양 부위에서 면역세포의 표현형을 확인하는 중요한 요소임을 강조하고 있다. 앞으로 다양한 종양에 침윤된 면역세포의 transcriptomic 결과와 같은 추가 연구를 통하여 종양-면역 세포 상호작용의 기전을 확인하는데 엄청난 발전이 있을 것이다. 하지만 이와 관련된 실험과 임상연구 등 많은 노력이 필요한 실정이다. 예를 들어 TNBC와 같은 악성 암에서 Tregs의 증가 된 침투 및 암 예후에 대한 보고는 파악하기 어려우며 종양에 침투하는 Tregs의 이질성 (heterogeneity) 등에 대한 연구도 다루어지지 않고 있다. 최근 Tregs의 특정한 세포 (subpopulation)이 대장암 예후 결정에 반대되는 방식 (억제 능력이 활성화된 특정의 Tregs의 종양부위 침윤은 비 억제 Tregs의 침윤에 비해 현저히 나쁜 예우를 보이고 있음)으로 기여함이 밝혀졌다. 따라서 다양한 암 유형에서 이러한 관찰을 검증하기 위한 추가적인 연구가 필요한 실정이다. 치료제 개발을 위한 유망한 후보 물질인 CCR8이 심근세포와 간에서도 발현된다는 점에 유의해야한다. 따라서 CCR8 억제제를 이용한 전신적 치료는 심각한 면역 부작용을 초래할 수도 있다. 따라서 다양한 종양 부위에서 면역세포의 표현현적 특징을 알아내는 것이 암 면역요법에 대한 내성 예방에 가장 중요한 포인트가 되고 있다.
3. 결론
Tregs은 종양 면역에서 중요한 역할을 수행함이 밝혀지고 있으며 암 면역치료를 위한 효과적인 치료 표적으로 떠오르고 있다. 그러나, 현재 암 면역치료에서 Tregs의 역할에 대해서는 다양한 암의 발생원인 및 암특이적 미세환경 등의 변화등으로 완전히 알지 못한다. 종양의 진행과정 및 특정암에 대한 자세한 면역 세포 표현형의 동정 및 탐구 등 많은 연구가 필요할 것이다.