암은 전 세계적으로 수많은 사람들의 생명을 앗아가는 무서운 질병입니다. 현대 과학은 암을 정복하기 위해 다양한 약물을 개발하고 새로운 치료법을 연구하고 있습니다. 그중, CAR-T 치료법은 특정한 암세포만을 공격하도록 설계되어 정상 세포에 미치는 영향이 적고, 환자의 면역 세포를 이용하여 부작용이 적으며 효과가 뛰어난 신기술입니다. 과연 CAR-T 치료제는 암과 맞서는 전쟁의 게임체인저가 될 수 있을까요? 이번 게시글에서는 CAR-T 치료제에 대해 알아보고 그 작용기전을 소개합니다.
면역반응을 매개하고 암세포를 제거하는 T 세포
우리 몸에는 외부로부터 유래한 항원의 공격에 대비하는 면역세포들이 있습니다. 그중에는 T 세포가 있는데, 이들은 세포-매개 면역 반응에서 중요한 역할을 하며, 종양세포를 사멸시키는 역할도 수행합니다.
이에 따라 과학자들은 지금까지 종양에 대항하여 T 세포의 기능을 향상하거나 개조하는 많은 시도들이 수행하였습니다. 그중 대표적인 예시로는 T 세포 기반 세포이식 면역요법이 있는데, 이는 특히 혈액암을 치료하기 위한 새로운 수단으로 발전하고 있습니다. 다양한 T 세포 기반 면역요법이 있지만, 가장 유망한 치료법은 CAR-T 세포 요법입니다.
CAR-T 세포 치료법의 원리
CAR-T 세포 요법은 체외에서 환자의 T 세포를 유전자 변형을 통하여, 종양 세포를 특이적으로 표적화하고 파괴하도록 만든 후 환자에게 투여하는 치료법입니다. CAR-T 세포 치료법의 기본적인 원리는 다음과 같습니다. 우선, 환자로부터 T 세포를 채취한 다음, 이를 실험실에서 Chimeric antigen receptor 즉, CAR라고 불리는 특수한 수용체로 개조합니다. 이렇게 개조되어 강화된 T 세포는 다시 환자에게 주입되며, 이들은 특정 암세포를 인식하고 공격하는 능력을 갖게 됩니다.
일반적인 T 세포와 CAR-T 세포의 차이점
일반적인 T 세포는 APC(Antigen Presenting Cell, 항원제시세포)라고 불리는 또 다른 면역세포들이 제시하는 항원을 인식합니다. 항원을 인식하는 과정에서 T 세포의 막단백질이 인산화되며 1차 신호 전달을 일으킵니다. 1차 신호 전달에 이어 연쇄적인 신호전달 과정이 일어나며 2차 신호를 받는 T 세포는 완전히 활성화 상태에 돌입하게 됩니다. 이렇게 활성화된 T 세포는 사이토카인을 분비하고 본격적인 면역 반응을 매개하게 됩니다. 반면, CAR는 암세포의 항원만을 인식할 수 있는 막단백질로 개조함으로써 일반 T 세포와 달리 종양 세포의 표면에 있는 종양 항원을 인식합니다.
CAR-T 세포가 암세포를 죽이는 메커니즘
CAR로 엔지니어링 된 T 세포는 크게 두 가지 기전을 통해 암세포를 제거합니다. 첫 번째로, CAR-T 세포가 암세포를 만나 결합하면, 세포 독성을 가진 Perforin과 Granzyme이 분비됩니다. Perforin은 암세포 표면에 구멍을 내서 Granzyme이 세포 내로 진입할 수 있게 하고, 그 후 Granzyme은 일련의 캐스페이즈(caspase) 연쇄반응을 유발하여 암세포의 사멸을 일으킵니다.
두 번째는 Fas-FasL과 같은 세포사멸 수용체-리간드 간의 상호작용을 통해 표적 세포를 죽이는 원리입니다. 암세포를 인식한 CAR-T 세포는 세포표면에 Fas 리간드를 발현하고, 이는 암세포 표면에 있는 Fas 분자에 결합합니다. 그 후 세포사멸유도신호복합체(DISC)가 소환되고, 이것이 Fas 연관 사멸유도부위 (FADD) 단백질과 결합하여 세포사멸 과정을 유발합니다.
CAR-T 세포 치료 개발 동향 및 전망
현재 전 세계의 연구진들은 CAR-T 세포의 활성화와 증식, 세포독성의 효과, 사이토카인의 분비 등을 고려하여 다양한 모델의 CAR를 만들기 위해 노력하고 있습니다. 또한 기존에 있던 항암 치료제와의 병행 연구나 종양 미세 환경 (tumor microenvironment, TME)을 고려한 여러 연구들이 진행 중에 있습니다. 특히, CAR-T 치료법은 현재까지 주로 혈액암, 그중 급성 및 만성 림프구성 백혈병에 대한 치료와 림프종의 치료에서 임상적으로 유의미한 결과를 보이며 기술이 크게 발전하였습니다.
맺음말
이처럼 CAR-T 치료법은 환자 본인의 면역세포를 이용하여 부작용이 적고 치료 효과가 큰 개인 맞춤형 항암 치료법입니다. 그러나 CAR-T 치료법은 아직 체내에서 증식과 지속성에 한계를 가지고 있습니다. 이를 해결하기 위해서는 새로운 CAR 모델의 개발과 다른 화학 요법 등 다양한 치료법과 병행하는 연구가 진행되어야 할 것입니다.
오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 다음에도 좋은 내용으로 돌아오겠습니다.
참고문헌
1. 권미지, 박희호, 고형암을 표적으로 한 CAR-T 치료법, Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 35(2): 95-104 (2020)
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3. 박현모, 권미지, 임광석, 박희호, 혈액암을 표적으로 한 키메라항원수용체-T세포 (CAR-T) 치료법, Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 35(3): 183-191 (2020)
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