한양대학교 공구 교수, 이정연 교수 연구팀이 기존 항암제인 허셉틴*에 내성을 갖는 HER2 양성 유방암*의 새로운 치료법을 발견했다고 과학기술정보통신부(장관 유영민)는 밝혔다.
    * 허셉틴(Herceptin) : HER2 양성 유방암에 사용하는 표적치료제
    * HER2 양성 유방암 : HER2 암유전자가 과도하게 증가하는 특성을 보유한 유방암

이 연구는 세계적 저명 학술지 미국 국립 암연구소 학술지(Journal oftheNational Cancer Institute) 9월 28일자 온라인판에 게재됐다.
    ※논문명:Role of MEL-18 amplification in Anti-HER2 Therapy of Breast Cancer
    ※저자정보:공구 교수(교신저자, 한양대), 이정연 교수(제1저자, 한양대), 주형석(제1저자, 한양대)

전체 유방암의 약 20~25%를 차지하는 HER2 양성 유방암은 재발 및 전이의 위험이 높으며 환자 중 약 50%가 기존 치료제에 대해 내성을 나타내어 효과적인 치료방안이 필요하다.

연구팀은 국내외 유방암 환자들의 빅데이터 분석을 통해 MEL-18 유전자* 증폭이 HER2 양성 유방암의 예후 및 치료 반응성과 밀접한 연관이 있음을 확인하였으며, 동물모델 실험에서 MEL-18 유전자 발현을 제어함에 따라 항 HER2 치료 반응성이 달라짐을 증명하였다.
    * MEL-18 유전자 : ADAM10/17 등의 발암 유전자들의 발현과 효소 활성을 억제하는 유전자로 유방암에서 종양억제 기능이 있음

 ◦ 또한, 이를 통해 ADAM10/17*의 활성이 항 HER2 치료 내성의 주요 원인임을 밝혔으며, ADAM10/17 활성억제제와 항HER2 치료제를 복합투여 시 종양의 크기가 최대 83%까지 감소함을 증명하였다.
    * AMAM10/17 : 세포 내에 활성화된 ErbB 리간드들의 분비를 촉진하는 효소로, ErbB 리간드-수용체의 활성을 촉진함으로써 HER2 치료제 내성을 유발

공구 교수는 “이번 연구결과를 통해 HER2 양성유방암에서 MEL-18 유전자 관찰이 치료 반응을 예측하는데 유용하게 사용될 수 있으며, ADAM10/17 저해제가 허셉틴의 내성을 극복하는데 활용 될 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과기정통부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받아 수행되었다.

연 구 결 과  개 요

 1. 연구배경
 ㅇ HER2 양성 유방암은 ErbB 수용체의 멤버인 HER2 (ErbB2) 암유전자의 증폭(amplification) 또는 과발현(overexpression)을 보유한 유방암으로, 전체 유방암 환자의 약 20%를 차지한다.
 ㅇ HER2 표적치료제인 허셉틴(Herceptin, 성분명: Trastuzumab)의 개발은 HER2 양성유방암의 치료효과를 증대시켰으나, HER2 양성 유방암은 다른 유방암에 비해 공격적인 양상을 나타내며 환자의 과반수 이상이 기존 표적치료에 저항성을 갖거나 치료 중 내성이 생긴다. 따라서 항HER2 치료 내성의 원인을 규명하고, 이에 대한 새로운 치료법 개발이 필요하다.

 2. 연구내용
 ㅇ 본 연구진은 HER2 양성 유방암 환자를 대상으로 유전적 변이를 조사한 결과,     HER2 양성 유방암의 약 30-50%에서 MEL-18 유전자의 증폭이 함께 나타남을     발견하였다.
 ㅇ HER2 양성 유방암 환자 중, MEL-18 유전자 증폭을 보유한 환자군(MEL-18+/HER2+)은 그렇지 않은 환자군(MEL-18-/HER2+)에 비해 낮은 재발률과 사망률을 나타냈으며, 특히 허셉틴(Herceptin)에 좋은 예후를 보였다.
 ㅇ 세포 및 마우스 실험에서 MEL-18+/HER2+ 유방암에서 MEL-18의 발현을 인위적으로 억제 시 허셉틴(Herceptin)에 대한 내성이 나타났으며, 반면 MEL-18의 발현을 유도 시 허셉틴에 대한 반응성이 증대되었다.
 ㅇ 관련 기전으로 MEL-18 유전자가 ADAM10/17 sheddase 유전자들의 발현을 후성유전적으로 억제시켜, ADAM10/17에 의한 ErbB 리간드들의 활성화와 이에 따른 ErbB 수용체들의 활성을 방해함을 증명하였다.
 ㅇ 실제로 MEL-18 유전자 소실에 의한 항HER2 치료제 내성은 ADAM10/17의 발현 증가와 이에 따른 ErbB 리간드-수용체 활성에 의해 매개되었으며, MEL-18 소실된 HER2 양성 유방암에서 ADAM10/17 저해제와 항HER2 치료제의 복합투여를 통해 항암효과를 증진하였다.
 ㅇ 세포 및 마우스 실험에서 밝힌 MEL-18과 ADAM10/17의 연관성은 유방암 환자군에서도 동일하게 나타났다. HER2 양성 유방암 환자 중 MEL-18 유전자 증폭이 없고 ADAM10/17의 높은 발현 양을 나타내는 환자군이 다른 그룹에 비해서 항HER2 표적치료에 대해 가장 나쁜 예후를 나타내었다.

 3. 기대효과
 ㅇ 본 연구 결과를 통해 HER2 양성 유방암의 새로운 진단법으로서 MEL-18과 HER2 유전자의 동반진단 가능성과, 이를 기반으로 기존 항HER2 치료제에 내성을 나타낸 MEL-18음성/HER2 양성 유방암에 대한 효과적인 치료법을 새롭게 제시할 수 있다.

★ 연구 이야기 ★

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

본 연구진은 HER2 양성 유방암의 과반수에서 항HER2 치료제에 내성을 나타내는 원인을 찾고 이에 대한 치료방안을 개발하기 위해, HER2 양성 유방암 예후에 연관된 유전적 변이를 발굴하고 관련 유전자에 의한 HER2 양성 유방암 조절 기전을 규명하고자 하였다.

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

HER2 양성유방암에서 기존 항HER2 치료제 내성의 주 원인을 분석하기 위해서 치료 반응성이 좋은 그룹과 좋지 않은 그룹 간의 유전적 변이의 차이를 비교하였으며, 그 결과 약 50%의 빈도로 나타나는 MEL-18 유전자 증폭이 HER2 양성유방암의 좋은 예후 및 치료반응성과 연관성이 있음을 확인했다. 유방암 세포주 및 동물 모델에서 MEL-18 유전자 발현의 제어에 따라 항HER2 치료 반응성이 달라짐을 증명하였고, 다양한 분자생물학적 실험 및 Next-generation sequencing 기법 등을 이용하여 관련 기전을 규명하였다. 이를 통해 ADAM10/17의 활성 증가가 MEL-18 유전자 소실에 의한 항HER2 치료 내성의 주요 원인임을 밝혔고, 이를 극복할 수 있는 치료방안으로서, 기존치료와 ADAM10/17 저해제의 복합투여를 통한 항암효과를 증명하였다. 

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

HER2 양성유방암의 환자 샘플을 확보하기 어려운 문제가 있었다. 다행히 건국대병원과의 협력을  통해 연구를 진행하기에 충분한 양의 HER2 양성 유방암 환자 샘플을 확보할 수 있었다. 

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

본 연구성과를 통해 HER2 양성유방암의 신규 동반진단법과 이를 기반으로 하는 새로운 복합 치료 전략을 제시하였으며, 이는 향후 HER2 양성 유방암 환자들의 치료효과를 증진하는데 유용하게 활용될 것으로 생각된다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표와 향후 연구계획은?

향후 본 연구 결과를 기반으로 기존 표적치료에 내성을 나타내는 MEL-18 음성/HER2 양성 유방암 환자에서 ADAM10/17 저해제를 이용한 복합치료 효과를 증명하고자 한다.

<그림1> HER2 양성 유방암에서 MEL-18의 유전적 변이
국내외 HER2 양성 유방암 환자 코호트에서 MEL-18 유전자의 증폭(amplification) 빈도. METABRIC (캐나다-영국)과 TCGA (미국)에 등록된 HER2 양성 유방암 코호트에서는 각각 49%와 45%, 그리고 국내 (본 연구팀) 유방암 환자군(허셉틴 투여 환자, 213 사례)에서는 26.2%의 MEL-18 유전자 증폭빈도를 나타냈다. 국내 유방암 환자에서 MEL-18 유전자의 증폭 유무는 FISH (Fluorescence In Situ Hybridization, 형광직접보합법)를 통해 진단하였다 (오른쪽 사진 참조). Trz = Trastuzumab (허셉틴)

<그림2> MEL-18 유전자 증폭을 보유한 HER2 양성 유방암 환자에서 항HER2 치료 예후
허셉틴 치료를 받은 국내 HER2 양성 유방암 환자 213 사례를 대상으로 MEL-18 유전자 증폭 유무에 따라 생존분석을 시행한 결과, MEL-18 양성인 환자는 5년 후 재발률이 5.4%인 반면, MEL-18 음성 환자는 약 3배가량 높아진 15.3%의 재발률을 나타냈다.

<그림3> HER2 양성 유방암에서 MEL-18 유전자 발현에 따른 허셉틴 투여 효과
대조군 마우스(MEL-18 양성/HER2 양성 유방암 이식)에서 허셉틴 투여 후 62%까지 종양 감소를 보인 반면, MEL-18 유전자 발현을 인위적으로 억제한 HER2 양성유방암 이식 마우스에서는 허셉틴 투여에도 종양의 크기가 그대로 유지되었다.

<그림4> HER2 양성 유방암에서 MEL-18 유전자 소실에 의한 항HER2 치료제 내성 유도 기전
Polycomb group-repressive complex (PRC)의 일원인 MEL-18은 다른 polycomb group 멤버와 함께 ADAM family 유전자인 ADAM10과 ADAM17의 발현을 후성유전적으로 억제한다. MEL-18 유전자의 소실은 ADAM10과 ADAM17의 유전자 발현을 증가시켜 이들의 효소활성을 촉진하여 세포막에 부착된 ErbB 수용체의 리간드들(NRG1, HB-EGF)을 활성화시킨다. 활성화된 ErbB 리간드들은 이들의 수용체(EGFR, HER3)에 결합하여 수용체들 간의 결합(EGFR-HER2, HER2-HER3)에 의한 인산화(phosphorylation, P)를 촉매하여 세포 내 성장증식 신호를 유도한다. 이러한 과도한 ErbB 수용체의 활성화에 의해 항HER2 치료제에 내성을 나타내게 된다.

<그림5> HER2 양성 유방암 환자에서 MEL-18과 ADAM family 유전자 발현 간의 연관성
허셉틴 치료를 받은 국내 HER2 유방암 환자들(213 사례)을 MEL-18 유전자 증폭 유무 (양성+/음성-)와 ADAM17 유전자의 발현 유무 (양성+/음성-)에 따라 4 그룹으로 분류하여 각 그룹 간의 생존율을 비교분석하였다. MEL-18(-)/ADAM17(+)인 환자군은 전체 그룹 중 가장 나쁜 예후를 보였으며, MEL-18(+)/ADAM17(-)인 환자군에 비해 5년 후 재발률이 28.1%로 약 6배가량 높아졌다.

<그림6> MEL-18 유전자 소실에 의한 항HER2 치료 내성 유방암의 신규 치료법
허셉틴 치료에 내성을 보이는 MEL-18 유전자 억제한 마우스에서 허셉틴과 ADAM10/17 저해제 (GW280264, GW)의 복합투여는 종양의 크기를 최대 83%까지 감소시켰다 (비투여 vs 허셉틴+ADAM저해제 30mg/kg).