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[바이오토픽] 중국, 유전자 편집된 줄기세포로 HIV 치료 최초 시도
의학약학 양병찬 (2019-09-17 09:14)

HIV 양성인 남성에게 이식한 지 19개월 후, 변형된 세포들은 살아남았지만 바이러스 부하(負荷)를 줄이기에는 충분하지 않았다.
 

중국, 유전자 편집된 줄기세포로 HIV 치료 최초 시도

@ 華商網(참고 1)

과학자들은 사상 최초로 CRISPR 유전자편집 기술을 이용하여 HIV에 감염된 사람의 치료를 시도했다.

중국의 과학자들은 인간 줄기세포의 유전자를 편집하여 '희귀한 자연면역(natural immunity)'을 부여한 다음, HIV와 혈액암을 보유한 남성에게 이식했다. 유전자가 편집된 세포들은 남성의 체내에서 1년 이상 생존하며 '탐지 가능한 부작용'을 초래하지 않았지만, 세포의 수가 불충분하여 혈중 HIV 양을 유의미하게 감소시키기에는 역부족이었다.

"이것은 '유전자편집을 이용한 인간질병 치료'를 향한 중요한 첫걸음이다"라고 UC 버클리의 표도르 우르노프(생물학)는 논평했다. "이번 연구 덕분에, 우리는 유전자 편집된 세포가 환자의 몸 안에서 생존할 수 있고, 그곳에 머물 거라는 사실을 알게 되었다."

이번 연구는 《NEJM(The New England Journal of Medicine)》 9월 11일호에 발표되었다(참고 2). 주요저자인 중국 베이징 대학교(北京大学)의 생물학자 덩훙쿠이(邓宏魁)는 "10여 년 전의 괄목할 만한 '골수이식을 통한 (외견상) HIV 치료' 사례에서 영감을 얻었다"고 말했다.

변이의 힘

2007년 티모시 레이 브라운―처음에는 '베를린 환자'로 알려졌음―은 백혈병 치료를 위해 골수를 이식받았다. 그러나 골수 공여자는 특별한 사람이었다. 왜냐하면 HIV에 대한 자연면역을 제공하는 CCR5 유전자 버전을 보유하고 있었기 때문이다.

CCR5 유전자는 통상적으로 백혈구 표면의 수용체를 코딩하는데, HIV는 그 수용체를 이용하여 세포 안으로 침투한다. 그러나 두 개의 CCR5 변이를 보유한 사람들의 경우, 그 수용체가 비뚤어져 특정 HIV 주(strain)의 침투를 차단한다. 이러한 HIV-저항성 유전자 버전은 희귀하여, 유럽계 혈통의 1%에서만 발견되며, 다른 인종집단에는 사실상 존재하지 않는다.

의사들은 골수이식이 브라운의 'HIV-감수성 혈구'를 '면역성 혈구'로 대체하기를 바랐는데, 그게 현실이 되었다(참고 3). 골수이식을 받은 지 13년 후, 브라운의 혈액 속에서 HIV의 징후가 발견되지 않았으며, 백혈병도 완화(remission)되었으니 말이다. 그리고 지난 3월, 연구자들은 "영국에서 제2의 환자가 비슷한 수술을 통해 완쾌되었다(참고 4)"고 보고했다(참고 5).

邓은 "CRISPR 유전자편집을 이용하여 '평범한 공여자'의 줄기세포를 'HIV-저항성'으로 만들 경우, 잠재적 치료법의 접근성을 향상시킬 수 있을 것"이라 생각했다. 邓이 이끄는 연구진은 이러한 접근방법을 27세의 중국인 남성에게 적용해 보기로 했다. 그 남성은 HIV와 백혈병으로 진단받아, 골수이식을 필요로 하는 환자였다. 연구진은 공여자에게서 골수줄기세포를 채취한 다음, CRISPR–Cas9를 이용하여 CCR5 변이체로 전환했다.

처음에, 연구진은 CRISPR를 이용하여 줄기세포의 CCR5를 녹아웃 시키는 데 실패했다. 그러나 결국 공여자 줄기세포의 17.8%를 편집할 수 있었다. "공여자의 줄기세포들은 정말 끈질겼다"라고 邓은 술회했다.

첫째는 안전

이식으로 인한 백혈병 치료의 가능성을 극대화하기 위해, 연구진은 '편집된 줄기세포'와 '편집되지 않은 줄기세포'를 혼합했다. 이식수술 후, 연구진은 '편집된 세포가 살아남아 복제하는지', '편집된 세포가 HIV 감염을 치료하는지', 그리고 가장 중요한 것은 '치료가 안전한지' 여부를 모니터링했다.

"이것은 첫 번째 임상시험이므로, 가장 중요한 것은 안전성을 테스트하는 것이었다"라고 邓은 말했다.

CRISPR 유전자편집을 사람에게 적용하는 것에 대해서는 논란이 많은데(참고 6), 그 부분적 이유는 부작용이 우려되기 때문이다. 선행연구에서는 CRISPR가 in vitro에서 원치 않는 변이를 초래했다고 보고되었는데(참고 7), 그런 일이 인간에게 일어날 경우에는 참사를 초래할 수 있다.

19개월이 지난 후, CRISPR로 편집된 줄기세포는 살아남았지만, 수혜자가 보유한 줄기세포 중에서 5~8%를 차지하는 데 그쳤다. 이는 편집된 세포 중 절반 이상이 이식 후 사망했다는 것을 의미한다. 그리하여 환자는 백혈병이 치료되었음에도 불구하고, 여전히 HIV에 감염되어 있다.

"5%가 바이러스 부하를 줄이는 데 불충분하다는 것은 놀랍지 않다"라고 우르노프는 말했다. "지금 이 시점에서 중요한 것은, CRISPR로 편집된 세포가 오랫동안 존재할 수 있으며, 비율을 5% 이상으로 끌어올려야 한다는 것이다."

邓에게 가장 중요한 것은, 환자가 유전자 편집된 세포로 인해 아무런 부작용을 경험하지 않았다는 것이다. 그리고 편집된 세포들의 유전체를 시퀀싱한 결과, 의도치 않은 유전적 변화의 증거가 발견되지 않았다는 것이다.

계속 전진

"이번 연구결과는 「유전자편집을 이용한 질병치료」 분야에 희소식이다"라고 필라델피아 소재 펜실베이니아 대학교의 칼 준(면역학)은 말했다. "이번 연구 덕분에, 우리는 다음과 같은 세 가지 원칙을 알게 되었다. 첫째, CRISPR를 이용하여 인간의 줄기세포를 편집할 수 있다. 둘째, 편집된 세포는 환자의 몸속에서 오랫동안 생존할 수 있다. 셋째, 유전자편집은 안전하다."

"이러한 개념증명(proof of concept)으로 인해, CRISPR를 이용한 다른 혈액질환(예: 겸상적혈구빈혈증)의 치료 가능성을 타진할 수 있는 길이 열렸다"라고 준은 덧붙였다. 또한 이번 연구에서, 연구진이 표준화된 윤리적 프로토콜(예: 참가자에게 '정보에 입각한 동의'를 얻음)을 준수했다는 점도 주목할 필요가 있다.

"이번 논문은 사실상 실패(incomplete success)이지만, 「유전자편집을 이용한 질병치료」 분야의 연구자들에게 '계속 전진'의 동기를 부여할 뿐이다"라고 우르노프는 말했다. 만약 이번 연구가 안전하지 않은 것으로 판명되었다면, 규제기관에서는 향후 연구를 중단시켰을 것이다. 그러나 안전성이 확인된 만큼, 연구자들은 이번 연구를 '안전할 뿐만 아니라 잠재적으로 유익하다'는 개념증명으로 간주할 수 있다.

"「질병 치료를 위한 인간 유전체 편집」이라는 배는 아직 순항중이다. 그 기념으로, 나는 오늘 밤 아이스크림 대형스푼을 흡입할 것이다"라고 우르노프는 말했다.

그러나 방심은 금물이다. 유전자편집 기술의 향상을 감안할 때, 연구자들은 줄기세포를 더욱 효율적(17.8%보다 높은 성공률)으로 편집할 수 있다. 그러나 거기에는 위험이 수반된다. CRISPR가 유전체에서 DNA를 절단할 때마다, 뭔가가 잘못될 가능성이 상존하기 때문이다. 세포를 효율적으로 편집한다는 것은 '더 많은 절단'을 한다는 것을 의미하며, 절단을 많이 하다보면 실수를 저지를 기회가 증가하기 마련이다.

※ 참고문헌
1. http://news.hsw.cn/system/2019/0913/1114721.shtml
2. https://doi.org/10.1056%2FNEJMoa1817426
3. https://www.nature.com/news/2009/090211/full/news.2009.93.html
4. https://www.nature.com/articles/d41586-019-00798-3 (한글번역 https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=302908&SOURCE=6)
5. https://doi.org/10.1038%2Fs41586-019-1027-4
6. https://www.nature.com/articles/d41586-019-01906-z
7. https://doi.org/10.1101%2Fgr.162339.113

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-019-02719-w

 

 


 

 

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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