등록일2015-10-28
FAK, 새로운 면역체계조절 약물 표적 가능성
2015년 9월 24일지판 Cell 저널에서 FAK (Focal Adhesion Kinase)이 새로운 면역체계조절 약물 표적이 될 수 있는 가능성을 제시했습니다. 상피세포암에서 FAK의 발현이 CD8+ 세포의 활성화를 억제하여 면역회피를 일으킨다는 내용입니다 . 논문에 서술되어 있는 작용기전에 대해 간략하게 소개하고자 합니다
Focal Adhesion Kinase의 연구
FAK (Focal Adhesion Kinase)은 타이로신 키나이제로 2000년 중 후반부터 FAK에 대한 다양한 연구가 진행되었다. 기존에 알고 있었던 FAK의 기능으로는 세포성장 및 이동을 담당하는 단백질로 이해되었으나, 암세포에서는 그 성질이 변하여 tumor progression 과 tumorigensis을 촉진한다는 사실이 보고되었다. 이후 많은 암종에서 FAK의 과발현 현상을 발견했지만 암세포내의 정확한 FAK의 기능과 역할에 대해 이해가 부족했다. 본 논문에서는 암세포내의 FAK이 어떻게 pro-tumorgenic한 환경을 만드는지에 대해 연구하고, FAK이 새로운 immune check point 표적의 될 수 있음을 이야기한다.
CD8+ T세포에 의한 SCC FAK-/-종양성장 억제
유전적으로 fak gene을 제거한 SCC (squamous cell carcinoma) 종양세포 (FAK-/-) 와 wildtype (FAK-wt)을 면역적격 (FVB) 그리고 면역결핍된 (CD-1 nude) 쥐에 투여 후 종양성장을 관찰하였다. 면역결핍 군주(CD-1 nude)에서는 SCC FAK-wt 보다 SCC FAK-/- 종양세포의 성장이 더디었으며, 면역적격 군주 (FVB mice)에서는 7일까지 종양이 점진적으로 성장 후, 21일차에 완전 소멸한 것을 관찰하였다.
Antibody- T cell depletion을 통해 각각 CD4+ 제거, CD8+ 그리고 CD4+제거, 혹은 CD8+ 단일 제거를 하였다. CD4+이 제거된 쥐는 종양성장에 영향을 주지 않았으나 CD8+이 제거된 쥐에서는 종양이 성장되었다. 이 실험으로 CD8+ 세포가 FAK-/- 종양을 감소시킨다는 것을 관찰하였다 [그림 1]
[그림1] CD8+ T세포에 의한 FAK -/- SCC 종양세포의 감소
FACS 분석: FAK-/- SCC 내의 CD8+ 세포와Effector Cell의 증가
SCC FAK-/- 종양성장 7일 차에 FACS 분석을 진행하였다. SCC FAK-wt과 비교 시, CD4+세포의 숫자는 큰 변화가 없었으나 CD8+와 effector cell인 CD4+CD44hiCD62Llow 그리고, CD4+CD44hiCD62Llow의 숫자는 대폭 증가한 것으로 관찰되었다. 하지만 이 관찰에서 의문이 제기가 되었다. SCC FAK-wt에서의 CD8+ 증가에도 불구하고 종양성장이 감소되지 않았기 때문이다. 위의 관찰은 단순히 CD8+ 숫자의 부족으로 면역회피반응이 일어나는 것이 아님을 확인했다 [그림 2].
[그림2] FAK이 제거된 종양에 CD8+의 활성화를 관찰
FAK의 발현이 면역결핍 환경을 조성한다
Flow cytometric 분석을 통해 macrophage나 MDSC (myeloid-derived suppressor cells)의 수가 종양성장의 감소와는 관계가 없는 것으로 관찰되었다. 하지만 많은 양의 CD4+FoxP3+CD25+ Treg이 SCC FAK-wt 에서 발견되었고 이것이 CD8+ T cell exhaustion의 관계가 있다는 것을 알 수 있었다. SCC FAK-/- 종양에서는 CD8+ 세포의 수 가 Treg 세포 수에 비해 현저히 적은 것을 관찰하였다. 추가적으로, anti-CD25 항체를 SCC FAK-wt 종양세포에 주입하여 Treg을 감소시킨 결과, 종양세포의 감소를 확인 할 수 있었다. 이로써 FAK-dependent Treg이 FAK-WT 종양세포를 증식시키기 위해 CD8+ 활성화를 억제하며 면역억제 환경을 조성한다는 것을 발견하였다 [그림3]
[그림3] FAK은 면역억제 환경을 조절하는 역할을 한다.
FAK은 사이토카인/키모카인 생성을 통해 SCC 종양세포내의 Treg을 증가시킨다
Microarray와 qPCR 통하여 SCC FAK-wt 와 SCC FAK-/- 세포내의 global transcription profile을 분석하고 FAK을 조절하는 사이토카인/키모카인을 분석하였다. 그 결과, Treg 모집과 관련된 Ccl1, Ccl5, Ccl7, Cxcl10의 리간드의 발현을 확인하였다. 또한, 일반 FVB 쥐의 흉선 (thymus)과 SCC-FAK-wt 종양세포를 채집해 분석한 결과, SCC-FAK-wt 종양세포에서는 Ccr2, Ccr5, Ccr8 와 같은 수용체가 과발현 되어있는데, 위의 수용체는 lymphoid-homing 에서 memory/effector function으로 전환시키는 스위치로 알려져 있다. 마지막으로 RT-PCR 분석에서는 Ccl5, Cxcl10, 그리고 Tgfb2의 발현은 FAK kinase 활성화에 의존하는 것으로 확인하였다. 위의 실험으로, FAK은 종양세포와 종양세포를 침투하는 Treg과 관련된 사이토카인을 발현한다는 것을 알 수 있었다 [그림 4]
[그림4]. FAK은 사이토카인 생성을 통해 Treg의 발현과 모집 (recruitment)를 돕는다
FAK 억제제의 효과
FAK kinase 억제제가 SCC 종양성장을 감소 시킬 수 있는지를 관찰하기 위하여 연구진은 현재 임상개발중인 FAK/Pyk2 kinase 억제제 (VS-4718)을 사용하였다. 쥐에 FAK-wt 과 FAK-/- SCC 종양세포을 투여 후 VS-4718을 1일 2회 투여 한 결과, 24일차에 SCC FAK-wt 종양감소를 확인하였다. VS-4718의 투여 종료 이후에도 종양세포는 증가하지 않았다. 반대로, SCC FAK-/- 세포는 VS-4718에 큰 영향을 받지 않아 FAK 억제가 종양세포의 감소와 직접적인 연관성을 확인하였다. FACS를 통해 cell viability를 확인하였고, 소량의 백혈구 증가, 대량의 CD4+, CD4+CD44hiCD62Llow 그리고 CD8+ 증가를 확인하였다. 결정적으로, SCC FAK-wt 종양세포에 VS-4718을 투여 한 결과 CD4+CD25+FoxP3+ Treg의 세포의 수는 극명하게 줄었다 [그림5].
[그림5] FAK 억제제인 VS-4718로 SCC clearance 확인
결론
[그림6] 그림으로 보는 FAK의 개요
본 실험을 통해 연구진은 SCC 종양세포내의 FAK가 Ccl5와 TGFB2 와 같은 사이토카인을 생성함으로써 종양세포에 Treg을 모집하고 CD8+의 활성화를 억제하는 환경을 만든다는 것을 관찰하였다. 또한 쥐 실험으로 FAK억제제인 VS-4718을 사용하여 종양감소의 촉진을 관찰하였다.
현재 많은 check point inhibitor들이 활발히 연구 중에 있다. CTLA-4나 PD-1과 같은 면역제제는 특정 적응증에 놀라운 효과를 보여주고 있지만, 약에 저항성이 있거나 부작용을 겪는 환자도 많기에, check point inhibitor와 병용할 수 있는 약물들이 활발히 연구되고 있고 FAK inhibitor또한 그 중 하나로 주시 해 볼 필요가 있다.
Ref) Serrels, Alan, and Tom Lund et al,. "Nuclear FAK Controls Chemokine Transcription, Tregs, and Evasion of Anti-tumor Immunity." Cell 163.1 (2015): 160-73. Web