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샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease)에 대한 이해와 연구 동향
샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease)에 대한 이해와 연구 동향 저자 조규본, 이명수 (㈜툴젠)
등록일 2020.10.13
자료번호 BRIC VIEW 2020-T36
조회 771  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease, CMT)은 유전성 말초신경병증(Hereditary Peripheral Neuropathy)의 가장 흔한 질환 중 하나이다. 샤르코-마리-투스병을 앓고 있는 환자들의 말초 근육은 대체로 위축되며, 손과 발의 형태가 비정상적으로 변하게 된다. 유전성인 샤르코-마리-투스병의 원인 유전자로 알려진 것만 수십 가지가 있으며, 그 중, 샤르코-마리-투스병 1A형(Charcot-Marie-Tooth disease type 1A, CMT1A) 환자가 다수를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 현재 샤르코-마리-투스병에 대한 근본적인 치료제는 전무한 실정이다. 본 동향리포트에서는 샤르코-마리-투스병 1A형에 대해 발병 기전과 진단뿐만 아니라, 그로 인한 삶의 질 그리고 치료 대상으로서 샤르코-마리-투스병 1A형의 최신 유전자치료 연구 동향에 대해서 살펴보고자 한다.
키워드: 유전성 말초신경병증(Hereditary Peripheral Neuropathy), 샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease), 샤르코-마리-투스병 1A형(CMT1A), 바이오마커(Biomarker), 질병 모델(Disease model), 유전자편집(Genome editing), CRISPR/Cas9
분야: Neuroscience, Biotechnology

목 차

1. 서론
2. 본론
  2.1. 발병 기전
  2.2. 진단(Diagnosis)
    2.2.1. 유전적 검사
    2.2.2. 임상적 검사
      2.2.2.1. 샤르코-마리-투스병 점수화 체계
      2.2.2.2. 신경전도검사(Nerve Conduction Study, NCS)
  2.3. 샤르코-마리-투스병 환자의 삶의 질과 경제적 비용
  2.4. 치료 대상으로서 샤르코-마리-투스병 1A형
    2.4.1. 질병 모델과 연구 결과
      2.4.1.1. 세포주
      2.4.1.2. 동물 모델
    2.4.2. 임상 현황
      2.4.2.1. PXT3003 (Baclofen, naltrexone hydrochloride, D-sorbitol)
      2.4.2.2. Vitamin C
      2.4.2.3. Vitamin B
      2.4.2.4. ACE-083
    2.4.3. Potential Blood 바이오마커
    2.4.4. 최신 유전자치료 연구 동향
      2.4.4.1. Gene Addition (NT3)
      2.4.4.2. Gene Knockdown (ASO, siRNA, shRNA)
      2.4.4.3. Gene Editing (CRISPR/Cas9)
      2.4.4.4. 유전자 치료제의 전달
3. 결론
4. 참고문헌


1. 서론

샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease, CMT)은 가장 흔한 유전성 말초신경병증 (Hereditary Peripheral Neuropathy) 중의 하나로, 전 세계적으로 유병률이 약 2,500명당 1명인 희귀 질환이다 [1]. 주요 증상으로는 사지 형태의 변형 (그림 1)과 더불어 근 위축으로 인한 운동능력 저하이며, 증상이 심각한 경우 심폐보조장치가 필요한 경우도 있다. 샤르코-마리-투스병은 유전성 질환으로, 연관 유전자만 수십 종에 달한다 [2]. 그러나, 아직까지 연관 유전자가 명확하게 밝혀지지 않은 샤르코-마리-투스병도 존재한다. 샤르코-마리-투스병의 발병 시기는 유아 시기부터 청년에 이르기까지 다양하나 10대 시기에 주로 발병하는 것으로 알려져 있다. 증상과 병기 진행 또한 환자별로 편차가 크게 차이가 나지만, 시간이 흐름에 따라 병세가 느리게 발전하는 양상이 있다. 샤르코-마리-투스병은 크게 탈수초성(Demyelinating) 샤르코-마리-투스병과 축삭퇴행성(Axonal degenerative) 샤르코-마리-투스병으로 구분할 수 있다. 탈수초성 샤르코-마리-투스병은 신경세포를 둘러싸고 있는 수초의 탈수초화로 인한 샤르코-마리-투스병으로 말초신경에서 수초를 구성하고 있는 슈반 세포(Schwann cell)의 이상에서 나타나고, 슈반 세포의 발달이상이나 불안정성으로 인해 병기가 나타나고 진행된다. 축삭퇴행성 샤르코-마리-투스병은 축삭(Axon)의 분해로 인해 신경세포 자체의 손상으로부터 병기가 나타나고 진행된다. 탈수초성 샤르코-마리-투스병과 축삭퇴행성 샤르코-마리-투스병은 신경전도검사에 의해서 구분이 가능하다. 탈수초성 샤르코-마리-투스병 환자는 대부분 신경전도속도(Nerve Conduction Velocity, NCV)가 38 m/s 이하로 나타난다. 실제로 대부분의 환자에서 평균적으로 10~20 m/s의 NCV 값을 가지는 것으로 나타났다 [3]. 제1형 샤르코-마리-투스병은 샤르코-마리-투스병의 대부분을 차지하는 유형으로 그중에서도 PMP22 유전자를 포함하는 염색체 17p11.2의 중복으로 나타나는 샤르코-마리-투스병 1A형이 가장 흔한 유형으로 나타난다.

본 동향리포트에서는 샤르코-마리-투스병 1A형에 대해 발병 기전과 진단뿐만 아니라, 그로 인한 삶의 질 그리고 치료 대상으로서 샤르코-마리-투스병 1A형의 최신 유전자치료 연구 동향에 대해서 살펴보고자 한다.

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그림 1. 샤르코-마리-투스병으로 인해 변형된 발의 모습을 그린 그림.

 

2. 본론

2.1. 발병 기전

1990년대에 샤르코-마리-투스병 1A형을 연구하는 과학자들은 샤르코-마리-투스병 1A형의 발병을 야기하는 유전적 요인을 찾고자 하였다. 이 시기는 인간게놈프로젝트로 대변되는 인간의 유전자에 대한 폭발적인 연구가 진행된 시기로 이와 맞물려 샤르코-마리-투스병 1A형 유발 유전자에 대한 활발한 연구가 진행되었다. 과학자들이 마침내 찾아낸 샤르코-마리-투스병 1A형의 발병을 야기하는 유전적 요인으로 염색체 17p12에서 PMP22 유전자를 포함한 1.4 Mb 부분이 복제되어있는 것으로 밝혀졌다 [4-9]. PMP22 유전자는 주로 말초신경의 축삭(axon)을 감싸는 수초(myelin)를 구성하는 슈반 세포에서 발현하며, PMP22 단백질은 좌골신경(sciatic nerve)의 발달 과정 중 수초 형성과 관련이 있다는 것이 알려졌다 [10]. 또한, 샤르코-마리-투스병 1A형 환자들의 비복신경 생검(sural nerve biopsy)에서 onion bulb 형성을 비롯한 탈수초화가 일어나는 것이 밝혀졌다 [11]. 이 발견들을 계기로 샤르코-마리-투스병 1A형의 발병 기전으로서 PMP22의 발현과 수초화의 관련성에 대해 많은 연구가 이루어지고 있으나, 아직 정확한 발병 기전은 알려진 바 없다.

 

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그림 2. Gene Dosage Effect of PMP22.

 

확실한 것은 유전자량효과(gene dosage effect)를 갖고 있다는 것으로 (그림 2), PMP22 가 과발현되면 ‘샤르코-마리-투스병 1A형’이라는 질병이 나타나고, PMP22 발현이 감소되면 ‘압박마비 유전성 신경병증(Hereditary Neuropathy with liability to Pressure Palsies, HNPP)’이라는 질환을 갖게 된다 [12].

PMP22를 전사하는 promoter는 P1과 P2으로 두 가지로 존재하는데 엑손(exon) 1번의 a와 b의 차이가 있는 PMP22를 발현시키며, 세포마다 둘 사이의 활성 정도가 다르다 [13]. 특이한 점은 P1 promoter를 통해 발현되는 PMP22 (P1-PMP22)는 슈반 세포 특이적으로 발현하는 반면, P2 promoter를 통해 발현되는 PMP22 (P2-PMP22)는 온몸에서 발현된다. P2-PMP22 단백질의 역할로는 수초 형성도 있지만, 수초의 안정화에도 기여한다. 이러한 점에서 적당한 수준의 PMP22 단백질의 발현이 슈반 세포의 기능에 필수적이다. PMP22 유전자의 발현 증가는 슈반 세포의 성장에 영향을 미치거나, 분화 양상을 변화 시켜 병증을 유발하는 표현형을 나타나게 한다 [14, 15]. 이러한 현상은 신경세포 외의 세포에서 PMP22 유전자의 발현을 증가시켰을 때, 세포사멸 현상(apoptotic phenotype)이 나타나는 것으로 확인할 수 있다 [16]. 이와 관련하여, PMP22 단백질의 축적으로 형성된 어그레솜(aggresome)이 수초화의 안정화에 영향을 끼친다는 가설이 있다. 새로 합성된 PMP22 단백질의 80%는 빠르게 분해되는데, 이 과정은 유비퀴틴화(ubiquitination)와 프로테아좀(proteasome)이 관여한다. 이 경로를 억제하면 핵 주위의 세포질(perinuclear cytoplasm)에 PMP22 단백질이 축적되는데, 이를 어그레솜이라고 한다. 이와 비슷하게, 잘못 접힌 단백질의 분해 경로(misfolding protein degradation pathway)는 정상이나 슈반 세포의 PMP22 gene이 과발현되어있는 샤르코-마리-투스병 1A형에서도 어그레솜 의 형성을 관찰할 수 있다. 결국, 이 현상은 프로테아좀의 처리 용량 초과로 인해 발생하는 것이라고 생각된다. 즉, 분해되어야 하는 잘못 접힌 단백질이 증가하여 어그레솜의 형성을 촉진하고, 이 어그레솜이 질환 발생에 관여한다고 추정한다 [17].

탈수초화의 과정은 수초의 분해가 일어나는 것으로 일종의 면역반응의 관점에서도 볼 수 있다. 여분의 PMP22 유전자를 삽입한 샤르코-마리-투스병 1A형 동물 모델 쥐(C61)의 말초 신경에는 CD8 림프구(lymphocyte)와 F4/80-양성 대식세포(macrophage)가 상향규제(upregulation) 되어 있다. 여기에는 샤르코-마리-투스병 1A형 동물 모델에서 증가되어 있는 MCP-1 (Monocyte Chemoattractant Protein-1)이 관여하여 면역세포를 활성화하여 탈수초화를 유발하는 것으로 여겨진다 [18]. 더 나아가, 샤르코-마리-투스병 1A형 동물 모델 쥐에서는 MCP-1으로 인해 증가된 대식세포가 탈수초화뿐만 아니라, 축삭퇴행과도 연관이 있고, 이는 감소된 복합 근육 작용 전위(Compound Muscle Action Potential, CMAP)와 근 위축으로 나타난다 [19]. 그러나, 다른 샤르코-마리-투스병 타입에서는 T 세포 면역과 연관이 있는 반면에, 적어도 샤르코-마리-투스병 1A형에서만큼은 T 세포 upregulation이 보이지만 이는 병의 발병과 관련해서는 연관이 없는 것으로 밝혀졌다 [19].

결국, 샤르코-마리-투스병 1A형의 발병에는 유전적 요소에서 출발하여 면역반응의 관점까지 여러 수준에서 복합적으로 작용하고, 임상적인 수준에서 샤르코-마리-투스병 1A형의 증상은 탈수초화부터 시작해서 최종적으로 축삭퇴행으로부터 오는 근 위축의 수준까지 다양하다는 것을 알 수 있다 (그림 3) [20].

 

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그림 3. 샤르코-마리-투스병 1A형 발병 기전에 대한 모식도(modified from Fledrich et al.).

 

2.2. 진단(Diagnosis)

샤르코-마리-투스병 1A형의 진단에는 환자의 혈액 샘플을 이용해 PMP22 유전자의 중복으로 인한 복제 수(Copy number)를 직접적으로 확인하는 유전적 진단과 환자의 운동능력을 점수화하거나. 신경의 전기전도도를 확인하여 간접적으로 확인하는 임상적 진단이 있다. 유전적 진단의 경우, 환자의 PMP22 유전자 중복의 확인을 통한 샤르코-마리-투스병 1A형 여부를 확진하는 의미를 가지기는 하나, 심각성의 판단은 불가능한 단점이 있다. 따라서, 임상적 진단으로 증상의 정도를 파악하는 것이 일반적이다. 그러나, 현재 샤르코-마리-투스병 1A형 심각성에 대한 임상 진단을 완벽하게 커버하는 시스템은 아직 없으며, 여러 임상의들과 관련 학회 및 협회에 의해 다양한 진단 방법이 계속 개발 중에 있다.

샤르코-마리-투스병 1A형의 심각도는 다양한 요소에 의해 결정된다. 동물모델에서는 pmp22 유전자의 복제 수가 많을수록 증상이 심하다 [21, 22]. 샤르코-마리-투스병 1A형 환자에서도 마찬가지로, 4 copy의 경우인, 동형접합체 중복형(homozygous duplication) PMP22인 경우 더 심한 증상이 나타난다는 보고가 있으나 [4], 복제 수 외 다른 요소(ex. Cis or trans factors interaction)이 심각도에 관련되어 있을 수 있다는 보고도 있다 [23]. 환자별로 증상의 발현 시기, 발현 후 진행 양상이 모두 다르나, 증상 발현시기보다는 증상 발현 후의 기간이 심각도와 주로 관계가 있다고 보고되어 있다 [24]. 이에 따라, 유전적 진단을 통한 정확한 환자군의 선별과 더불어 임상적 진단을 통한 현재 심각도를 바탕으로 환자의 샤르코-마리-투스병 1A형 진행 예후 및 최종 양상을 예측하고, 이에 맞게 샤르코-마리-투스병 1A형의 진행에 대해 대처하는 것이 중요하다. 또한, 이러한 정확한 진단은 향후 샤르코-마리-투스병 1A형 맞춤치료에 적합한 환자군 설정에 꼭 필요할 것이다.

2.2.1. 유전적 진단

초창기 샤르코-마리-투스병 1A형의 유전적 진단은 임상적인 방법을 통해 선별된 환자군의 DNA에 대해 프로브(probe)와 FISH (Fluorescence in situ hybridization) 기법을 통하여 PMP22 유전자를 포함한 지역의 중복을 확인하는 방법으로 진행됐다 [4, 5, 25]. 이후, PMP22 유전자가 특정되고, 특이적인 프라이머가 제작되면서부터 PMP22-특이적 진단이 시작되었다고 할 수 있다 [6]. 이를 이용하여, Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE) 방법으로, 접합부 조각(junction fragment)의 검출을 통한 진단, FISH 분석을 통한 중복 확인 등의 방법이 쓰이고 있었다. 2000년대 들어서, 낮은 민감도를 가지는 RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)을 대신해서 다중 PCR의 방법이 확립되었다. 처음에는 환자의 혈액 샘플로부터 8개의 미소부수체 표지자(microsatellite marker)에 대하여 두 번의 다중 PCR을 진행하는 방법으로 검출하고자 하였으며 [26], 여기서 더 나아가 6개의 미소부수체 표지자에 대해 한 번의 PCR을 통한 Hexa-plex PCR 방법을 이용하여 미량의 DNA (5 ng)로 빠른 시간에(3 hour) 샤르코-마리-투스병 1A형을 진단하는 방법이 확립되어 현재까지 이용되고 있다 [27].

2.2.2. 임상적 진단

2.2.2.1. 샤르코-마리-투스병 점수화 체계

샤르코-마리-투스병 1A형 질환은 유전적으로 판명된 환자의 경우라도, 그 증상의 발현과 정도는 사람마다 제각각이며, 증상의 정도에 따라 요구되는 치료의 방법도 매우 다양하다. 따라서 임상의들은 증상의 정도를 수치화하여 이를 관리하고, 이를 치료제 개발에 있어서 치료제로 인한 효과를 객관화된 지표로 확인할 필요성을 느끼게 되었다. 과거 샤르코-마리-투스병 질환에 대한 특이적인 임상적 진단 방법이 없던 때에는 TNS (Total Neuropathy Score) [28]와 NIS (Neuropathy Impairment Score)를 임상 진단 체계로서 사용하였다. TNS는 축삭돌기 신경병증(axonal neuropathy)로 인한 장애를 측정하기 위해 고안되어 검증된 점수체계이나, 감각실조에 치중되어 운동능력 손상이 나타나는 샤르코-마리-투스병 환자 특유의 증상을 반영하지 못하는 한계점이 분명하게 존재했다. 따라서, 샤르코-마리-투스병 질환을 연구하는 임상의들은 TNS를 기반으로 몇 가지 요소를 추가 혹은 수정하여 샤르코-마리-투스병 환자 특이적인 임상 진단 점수 체계인 Charcot-Marie-Tooth Neuropathy Score (CMTNS)를 고안하게 되었다 [29].

CMTNS는 3가지 큰 범주에 속해 있는 9가지의 세부 항목으로 구성되어 있다. 각 범주는 증상, 운동능력, 신경생리를 나타낸다. 이때, 증상 범주만을 점수화한 것을 CMTSS (Charcot-Marie-Tooth symptomatic score), 증상에 더하여 운동능력을 합한 범주를 점수화 한 것을 CMTES (Charcot-Marie-Tooth Exercise Score), 증상, 운동능력 그리고 신경생리학적 범주까지 모두 포함한 것을 CMTNS로 정할 수 있다. 따라서, 각 개별 범주의 범위에서도 비교 가능하므로 샤르코-마리-투스병 질환 별로 다양한 분석이 가능할 수 있게 하였다. CMTNS를 구성하는 9가지 항목은 각각 최대 4점의 점수로 배정되어 총 36점을 최대치로 하는 점수 체계를 가지고 있다. 이를 토대로 환자별로 증상의 정도를 세 가지로 구분하는 체계를 제시하였다. CMTNS가 10점 이하 일 때(CMTNS ≤ 10)를 Mild, 11점 이상부터 20점 이하일 때(11 < CMTNS ≤ 20)를 Moderate, 21점 이상일 때(CMTNS ≥ 21)를 Severe 한 상태로 설정되어 있다. 샤르코-마리-투스병 1A형은 진행 양상이 더디며 차츰 악화되는 경향이 있어서 이에 대한 변화를 확인하기 어려웠으나, 임상의들은 CMTNS를 이용하여, 샤르코-마리-투스병 환자들의 시간에 따른 샤르코-마리-투스병의 진행 양상을 점수로 쉽게 확인할 수 있게 되었고, 예후에 대한 예측이 가능할 수 있게 되었다 [30, 31]. 그리고 이 점수체계를 이용한 임상에서의 활용으로도 이어지게 되었다 [32].

그러나, 초기의 CMTNS는 특정 항목에 대해서 천장-계단 효과가 나타나는 단점이 존재했다. 이는 특정 항목에 대해서 환자별로 점수가 고루 분산되지 않고 특정 점수에만 위치해 있거나, 최고점에 위치하여 해당 항목에 대한 변별력과 민감도가 떨어지는 점이었다. 그 결과, 이를 보완하여 CMTNS version 2 (CMTNSv2)가 고안되었다 [33]. CMTNSv2는 CMTNS보다 환자 간 variation이 더 적었으며, 특정 항목의 천장효과를 줄였다. 또한, CMTNSv2는 몇몇 환자에서는 작지만, 통계적으로 유의미한 변화를 관찰할 수 있을 만큼 더 높은 민감도를 보였다 [33]. 장기적인 CMTNSv2 점수를 관찰하였을 때, 환자들은 매년 평균 일정 점수가 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 이러한 변화를 관찰하기 위해서는 최소 1년 내지 2년 이상의 시간이 필요했다. 이를 토대로, 샤르코-마리-투스병의 진행을 늦추는 것이 아닌 치료제를 개발하기 위한 임상에는 최소 1~2년의 시간이 필요할 것으로 생각된다.

그럼에도 불구하고, CMTNSv2는 여전히 mild에서 moderate, moderate와 severe 사이 작은 변화를 확인하기에는 어렵다는 한계점이 있다. 이를 보완하기 위하여 Rasch analysis를 이용, 점수에 가중치를 주어 질환에 미치는 영향을 세부화 하여 Rasch-modified CMTNSv2가 고안되었다 [34]. 기본적으로는 CMTNSv2와 비슷한 체계이나, 총점은 40점으로 변환하여 mild한 환자 내에서도 증상의 차이를 확인할 수 있도록 하였다. 그러나, 이 또한 “완벽한” 샤르코-마리-투스병 측정 방식은 될 수 없고, 계속하여 수정하여 보다 정확한 측정 기준과 방식을 제시하기 위한 노력을 하고 있다.

 

표 1. Charcot-Marie-Tooth disease scoring system.
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샤르코-마리-투스병의 대부분은 소아일 때 발병하여 천천히 진행되기 때문에, 소아에서부터 그 변화를 확인할 필요성이 대두되었다. 이를 CMTNS는 샤르코-마리-투스병 질환을 점수화하여 획기적으로 증상도를 나눌 수 있었지만, 소아에게 적용할 수 없는 문제가 있다. 이를 보완하기 위하여 CMTPedS (Charcot-Marie-Tooth Pediatric Score)가 고안되었다 [35]. CMTPedS는 소아에서 진행할 수 없는 신경학적 검사를 대신하고 기능적으로 관련된 한계를 포착하기 위해 설계되었다. 이렇게 설계된 CMTPedS는 CMTNSv2와 비례하는 관계를 보임에 따라 CMTPedS에서 시작하여 CMTNSv2로 이어지는 질병 양상 변화 관찰이 가능하게 되었다 [36]. 또한 성인의 경우와 마찬가지로 소아에서도 샤르코-마리-투스병 의 진행을 CMTPedS를 통해 드라마틱하게 관찰할 수 있게 되었다 [37, 38].

이 외에도 CMTNSv2의 일부 항목과 이를 보조하기 위한 항목으로 쓰이던 몇 가지 항목 중 샤르코-마리-투스병 환자군에서 민감도 및 변별력이 높은 항목으로 구성하여 새로운 점수화 체계로 구성한 CMTNSmod [39], CMTPedS와 비슷하게 샤르코-마리-투스병의 기능적 항목을 성인에서 측정할 수 있는 점수 체계인 CMT-FOM [40]이 고안되었다. 샤르코-마리-투스병 중에서도 드물게는 유아에서부터 발병이 나타나는 경우도 존재한다. 이러한 경우에는 CMTInfS (Charcot-Marie-Tooth Infant Score)를 이용하여 3세 이하부터 샤르코-마리-투스병 진행 양상을 측정할 수 있게 되었다 [41]. 그러나, 앞서 설명한 것과 같이 샤르코-마리-투스병 진행 양상을 완벽하게 나타내는 점수 체계는 계속 개발 중에 있다.

최근 CMTNSv2-R나 CMTPedS를 이용한 대규모 장기 추적 조사 결과를 살펴보면, 샤르코-마리-투스병은 증상이 mild한 환자에서 증상의 진행 속도가 더 빠르게 나타나며, 현재 사용할 수 있는 점수 체계는 mild하거나 moderate한 증상의 환자에서는 민감하게 그 변화를 반영하지만, severe한 환자에서는 진행 양상을 관찰하는데 실패했다는 것을 보여주었다. 그러나 안타깝게도 개선된 CMTNSv2-R에서 조차 민감도가 낮은 항목을 발견하였다 [38, 42]. 이러한 점이 샤르코-마리-투스병 점수 체계의 계속적인 개발과 더불어 임상적으로 민감도가 낮은 항목보다는 증상과 직접적인 연관성을 가지는 바이오 마커와 같은 보조 요인에 대한 개발의 필요성을 보여준다. 또 이러한 결과를 바탕으로 치료제 개발에 어떠한 측면에서 다가가야 하는지에 대한 방향을 보여준다.

2.2.2.2. 신경전도검사(Nerve Conduction Study, NCS)

신경전도검사는 임상에서 전극을 이용, 해당 신경에 전류를 흘러주고 그것이 전도되는 것을 수치로 확인함으로써 해당 신경의 활성화 및 기능 정도를 파악하는 검사이다. 신경전도검사는 생검에 비해서 덜 침습적이고, 간접적이지만 수치상으로 샤르코-마리-투스병 1A형의 증상 및 진단에 사용할 수 있는 편리함이 있다. 이 신경전도검사는 CMTNS를 구성하는 항목이기도 하다 [29]. 그러나, 검사에 필요한 특수한 장비가 필요하고, 검사 비용에 대한 문제와 더불어 이 검사에 숙련된 임상의가 필요하다는 점에서 접근성이 떨어지는 점이 단점으로 나타난다.

샤르코-마리-투스병 환자들의 초기 연구 결과에서 샤르코-마리-투스병 환자들 중 샤르코-마리-투스병 1A형 환자들이 신경전도검사 상에서 이상 있음이 발견되었다 [43]. 그중 모든 신경에서 운동 신경 전도도(Motor Nerve Conduction Velocity, MNCV)의 현저하고 한결같은 감소(≤ 33ms)가 특징적으로 발견되었다 [31]. 이러한 감소는 나이와 관계없이 모든 연령대에서, 관찰되는 결과이며 [44]. 또한, CMAP 진폭(amplitude)이 근육의 약화와 더불어 근 위축과 관련되어 있음이 밝혀졌다 [45]. 일반적으로 CMAP의 감소는 축삭 소실로 인해 유발된다. 결국, 지속적인 탈수초화로 인한 2차적인 결과로 축삭 소실을 유발하여 근 위축을 유발, CMAP 감소의 형태로 나타나는 것이다 [46]. 이러한 점은 샤르코-마리-투스병을 치료했을 때 신경전도검사도가 향상될 수 있는 요인으로 가정하고 이를 반영한 임상이 설계되고 시행되었다. 실제로, 임상에서 기능적인 향상은 나타나지 않았지만 MNCV에 있어서 향상은 나타난 것으로 밝혀졌다 [47]. 또한, 샤르코-마리-투스병 1A형 동물모델에 샤르코-마리-투스병 1A형 치료 후보 물질을 처리하였을 때, MNCV와 CMAP이 상승하고 이것이 모델 동물의 운동능력 향상에 기여하는 것을 알 수 있다 [48, 49]. 이는 실제로 샤르코-마리-투스병 1A형을 치료하기 위해서는 수초화 뿐만 아니라 그로부터 이어지는 신경의 재생성(axon regeneration)이 필요한 것을 입증한다.

2.3. 샤르코-마리-투스병 환자의 삶의 질과 경제적 비용

샤르코-마리-투스병 환자들은 질환이 진행됨에 따라 근 위축으로 인한 사지의 형태 변화나 근력의 약화로 추가적인 보조 기구나 시술 없이는 일반적인 생활을 영위하는데 어려움이 늘어나고 이는 삶의 질(Quality of Life, QoL)의 저하로 이어진다. 이러한 삶의 질을 수치화 하여 객관적으로 판단하고 더 나아가 수치화한 삶의 질을 치료제로 인한 증상 완화 여부에도 사용할 수 있게 하고자 하는 임상의들의 노력이 이어지고 있다. 그러나, 샤르코-마리-투스병에 특이적으로 적용되는 삶의 질 평가 방식이 아직 정립되지 않았다. SF-36 (Short Form 36)를 이용한 삶의 질 평가에서, 샤르코-마리-투스병 환자들과 일반인 간에 현저한 삶의 질 차이가 존재한다. 특히, 샤르코-마리-투스병 환자의 경우 증상이 점차 심해짐에도 불구하고, 삶의 질 평가에 있어 크게 변화되지 않았다. 이는 SF-36 또한 정확한 판단에 있어 현실과 괴리가 발생한다는 것을 의미한다 [50].

그러나, 환자들 사이에서 성별이나 나이, 생산 활동의 유무에 따라 유의미한 차이를 나타내는 항목이 존재한다 [51, 52]. 샤르코-마리-투스병 1A형 환자들을 대상으로 한 아스코르브산(Ascorbic acid) 임상에서 실제로 어떠한 항목이 환자들의 QoL에 영향을 미치는 지 살펴보았을 때, Leg cramps, Tremor, Agility, Endurance 그리고 ankle flexibility가 가장 관련이 있었다 [53]. 이는 치료제 개발에 있어서 이 항목들의 삶의 질 수치가 향상되는 방향으로 목표를 정하면 될 것이라는 기대를 주었다. 이와 더불어, 샤르코-마리-투스병 특이적인 삶의 질 평가 방법이 새로 제시될 필요성이 대두되었다. CMT-HI (Charcot-Marie-Tooth-Health Index)는 샤르코-마리-투스병 특이적인 삶의 질 평가 방법으로, 18가지 테마로 이루어져 있다. 이 평가 방법은 CMTES와 mDSI (mobility-Disability Severity Index) [54]와 더불어 함께 사용될 수 있다 [55].

낮아진 삶의 질과 더불어 질환의 진행 상황을 늦추기 위해 샤르코-마리-투스병 환자들은 매년 많은 경제적 비용을 치르고 있다. 삶의 질과 더불어 경제적 비용은 치료제를 개발하는 제약 업계에서 약가 산정을 위한 자료로써 참고할 수 있는 좋은 자료이다. 하지만, 샤르코-마리-투스병의 경우 이에 대한 공개 자료가 많지 않은 실정이다. 독일인을 대상으로 한 조사에서, 샤르코-마리-투스병 타입 별, 증상의 정도 등으로 매년 소요되는 경제적 비용의 차이가 크게 난다 [56]. 또한, 샤르코-마리-투스병 질환에 대해 매 년 평균적으로 소요되는 비용은 약 미화 2만 달러에 달한다. 이렇게 소요되는 비용은 CMTNS로 측정되는 증상도가 증가함에 따라 같이 상승하는 것으로 나타났지만 심각도 외 다른 요인들 또한 함께 작용하여 비용 상승에 작용하는 측면이 있음을 보여주었다. 다만, 독일에서 시행된 이 결과는 다른 국가-특이적인 요소(의료 체계, 의료 보험, 요소 별 가격)이 달라 일반화하기에는 무리가 있다는 한계가 있다. 따라서, 국가별로 다양한 요소를 반영할 수 있는 모델을 구축할 수 있는 것이 향후 샤르코-마리-투스병 질환으로 인한 경제적 비용 산출에 중요한 요소가 될 것이다.

2.4. 치료 대상으로서 샤르코-마리-투스병 1A형

2.4.1. 질병 모델과 연구 결과

2.4.1.1. 세포주

샤르코-마리-투스병 1A형을 위한 초기 실험은 S16, RT4-D6P2T과 같은 슈반 세포와 유사한 Schwannoma 세포주를 사용한다. S16은 Rat의 좌골 신경(sciatic nerve)에서 유래한 세포주로, 발생 초기 단계의 슈반 세포를 닮아서 Myelin-associated Glycoprotein (MAG) 혹은 기타 수초와 관련된 구성 요소를 연구할 때 쓰인다 [57-59]. 그러나, 샤르코-마리-투스병 1A형 연구에 필요한 PMP22의 경우 전사는 활발히 일어나지만, 단백질은 검출되지 않는다고 밝혀졌다가 [57], 후에 단백질 확인에 성공한다 [60]. RT4-D6P2T 역시 Rat의 말초신경계에서 유래한 세포주인데, 이 세포주 역시 PMP22 전사가 활발히 일어나지만, 단백질 발현은 보이지 않는다 [61]. 그 밖에도 S42, S16Y, JS-1, RSC96, R3 등의 슈반 세포주가 있다. 세포주는 계대 유지가 편하다는 장점이 있지만, 재현성이 떨어진다는 단점이 있다. 재현성을 높이기 위해 동물 모델에서 슈반 세포를 얻는 Primary culture 혹은 환자유래 iPSC에서 분화된 Schwann cell에서 실험을 수행할 수 있다 [62-64].

2.4.1.2. 동물 모델

C22 mouse는 근위부 약 40kb를 포함한 human PMP22를 7-8개 가지고 있다 [65]. 생쥐의 좌골 신경(sciatic nerve)에서 qRT-PCR로 확인해보았을 때 endogenous pmp22 보다 human PMP22의 발현 정도가 2.6배로 높다. 이유 시기인 3주령 정도에 행동학적 이상 상태가 확연히 드러난다. 걸음이 불안정하고 공중으로 들어 올리면 부들부들 떨며, 갑작스러운 소음이나 다른 교란 자극에 대해 정상 쥐보다 격렬하게 반응한다. 주령이 높아질수록 점차 퇴행적으로 뒷다리 조절감을 잃는다. 샤르코-마리-투스병 1A 환자와는 다르게, 암컷의 경우 생식에 문제가 없으나, 수컷의 경우 거의 교배를 하지 않고 2~5달 정도에 갑자기 죽는다. 샤르코-마리-투스병 1A형 환자는 질병의 정도가 심각할수록 발등을 굽히는 행동을 어려워하고, 때문에 걷는 행위에 제약을 받는다. 앞서 언급했듯이 발등 굽히는 능력이나 걷는 능력을 측정하여 질병의 심각성 정도를 매긴다 [29]. 또 샤르코-마리-투스병 1A형 환자는 청력에도 이상이 생기는데, 특히, 소음이 있는 환경에서 다른 사람의 말 인식을 힘들어하고 소리를 시간 순서대로 처리하는 걸 어려워한다 [66, 67]. 샤르코-마리-투스병 1A형 환자들은 살아가며 많은 제약을 받지만, 기대 수명이 C22 mice만큼 짧지는 않다. 전체적으로 C22 mice는 샤르코-마리-투스병 1A형의 심각하고 극단적인 표현형을 보이는 동물 모델이다.

또 다른 생쥐 모델인 C3 mouse는 C22 mouse로부터 C57BL/6 와 10세대 정도 역교배를 거쳐 만들어졌다. PMP22는 gene dosage effect를 보인다 [68]. 많은 copy의 유전자를 지니고 있을수록 샤르코-마리-투스병 1A의 표현형이 강해진다는 뜻이다. C3 mice는 C22 mice보다 절반 정도인 3~4 개의 human PMP22를 가지고 있고, C22 mice에 비해 약한 표현형을 보인다 [69]. C3 mice는 이유기인 3주령 정도에는 C22 mice와 다르게 확실한 증세가 보이지 않는다. 또 양파상 수초(onion bulb)는 발견되지 않는다. 전기생리학적 특징도 C22 mice보다 샤르코-마리-투스병 1A형 환자와 유사하다.

mouse뿐 아니라 rat을 이용한 동물 모델 또한 있다. ‘Charcot-Marie-Tooth 1A rat (CMT1A rat)’라고 부른다 [70]. Sprague-Dawley Rat에 129SV mouse 유래 pmp22 유전자를 포함하는 43kb cosmid copy를 넣어 만들었다. mouse pmp22 유전자를 3개 가지고 있는 heterozygous의 경우 두 달째에 불안정한 걸음걸이와 근 손실을 바 테스트와 로타로드 테스트를 통해 관찰된다. 6주 경부터 전기생리학적으로 NCV가 감소하고 조직학적으로 초기 형태의 양파형 수초가 관찰된다. 6달 정도에는 이러한 양파형 수초 형성이 두드러지며, 척수를 따라 부분적으로 탈수초화 현상이 관찰된다. Mouse pmp22를 6개 가지고 있는 homozygous의 경우 훨씬 더 심각한 증상을 보인다. 정상적인 걸음걸이를 보이지 않으며 4주경에는 마비 증세와 뇌전증을 보이며, 대부분 1달을 살지 못하고 죽는다.

 

표 2. 샤르코-마리-투스병 환자와 모델 동물들 간의 전기생리학 지표 비교.
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표 2에 세 종류의 샤르코-마리-투스병 동물 모델과 정상 동물, 그리고 환자와 건강한 사람에서 측정한 전기 생리학적 지표를 정리해보았다. 모델 동물이나 환자군은 정상인 경우와 비교하여 운동신경전도속도(motor nerve conduction velocity)가 그 절반 정도로 느려지고 근육의 행동전위(compound muscle action potential, CMAP)가 낮아져 있는 것을 확인할 수 있다. 각 동물모델이 샤르코-마리-투스병 1A 환자들의 특징을 확대해서 보여주는 부분과 축소되어 보여주는 부분이 있다. 예를 들어 C22 mice를 사용하면 운동신경전도속도가 정상 쥐에 비해 약 1/10이 감소되어 있기 때문에 극단적으로 회복되는 모습을 보여주기 쉬울 것이다. 또 C3 mice와 C22 mice의 경우는 사람의 PMP22를 과다하게 가지고 있는 반면, CMT1A rat의 경우 생쥐의 PMP22를 과다하게 발현하고 있다. 이 같은 것들을 고려하여 실험의 목적이나 형편에 따라 동물 모델을 선택하여 시험하면 좋을 것이다.

2.4.2. 임상 현황

2.4.2.1. PXT3003 (Baclofen, naltrexone hydrochloride, D-sorbitol)

Pharnext의 PXT3003은 baclofen, naltrexone hydrochloride, D-sorbitol의 조합으로 만들어진 내복용 액제이다. 세 약물 모두 시판 중인 약물로, Baclofen은 GABA B형 수용체의 길항제이고 경련을 치료할 때 쓰인다. Naltrexone hydrochloride는 오피오이드 수용체 길항제로, 아편∙알코올 중독을 치료할 때 쓰이는 약물이다. 그리고 D-sorbitol은 무스 카린 수용체 길항제로, 장 질환에 처방되는 물질이다. 다양한 경로로 질병을 다스려보겠다는 의도로 기존에 승인된 약물들, 특히나 각종 수용체의 길항제들 조합으로 임상을 진행 중이다. 2014년 CMT1A rat을 이용해 약물 용량-효과 관계를 검증한 논문을 게재하였다 [72]. 모델 쥐에서 수초화가 증가하고 pmp22 발현이 감소하였고, 운동과 감각 신경이 회복된 듯한 행동 실험 결과를 확인하였다. 또 신경생리학적으로 증상의 완화를 관찰하였다.

성인 환자 대상으로 한 2상 임상을 실시, 12개월 동안 PXT3003을 복용하였을 때 안전성과 유효성을 RAE, CMTNS, ONLS를 이용해 측정하였다 [73]. 위약(Placebo), 저용량(LD), 중간 용량(ID), 고용량(HD) 환자군으로 나누어 실험하였다.

 

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그림 4. 약식으로 보는 임상 결과 가능성.
CMTNS, ONLS는 증상이 심각할수록 점수가 높다. 그림 1은 임상에서 치료 약물을 투여했을 때 발생 가능한 임상의 결과를 간략하게 표현하였다. 평균적인 샤르코-마리-투스병 1A형 진행과 비교하여 점수 변화폭이 증가하면 약물이 질병을 악화, 감소하면 약물이 증상을 경감 혹은 호전시켰다고 평가할 수 있다.

 

흔히 임상 시험의 끝점 혹은 유효성을 평가하기 위해 CMTNS, ONLS와 같은 점수의 변화를 기준으로 쓴다. PXT3003 임상 2상에서도 CMTNS, ONLS를 측정하여 유효성을 평가하였고, 고농도에서만 증상의 완화를 확인하였다 (그림 4).

2상 결과에 따라 3상은 고용량(high dose; HD)과 그 두 배의 용량(2 x HD)을 투여하였다. 임상 12개월 차인 2017년 9월에 두 배 용량 PXT3003에서 약물 안정성 문제로 며칠 뒤인 9월 18일 Pharnext 측에서 전 세계적으로 두 배 용량 투여 임상을 중단시켰다 (clinicaltrials.gov, NCT02579759) [74]. 현재는 3상 임상에 참여하였던 환자들 대상으로 연장 시험을 설계, 진행 중이다(clinicaltrials.gov, NCT03023540). 3상 시험에서는 고용량 환자군에게도 PXT3003 5 mL, 두 배 용량 환자군에게도 두 배 농도로 baclofen, naltrexone hydrochloride, D-sorbitol을 녹인 PXT3003 5 mL 액제를 사용하였다. 연장 시험에서는 이와 달리 두 배 용량 환자군에 고농도와 같은 농도의 PXT3003 5 mL을 두 개 복용하게끔 하여 원래의 용량을 투여해 안정성 문제를 피해갔다.

2019년 분자 수준 기전과 단기 독성평가 결과를 발표하였다 [75]. 이어서 2020년 세 종류의 약물의 시너지 효과와 장기 독성평가 결과를 발표하였다 [76]. 이 때에도 PXT3003은 수초화 비율을 증가시켰지만, 악력을 비교하는 시험(Grip strength, Bar holding)에서 큰 차도를 보이지 못했다. 전기 생리학적인 지표에서도 마찬가지로 큰 차이를 만들지 못했다. 특히 pmp22 mRNA 발현 정도에도 변화를 가져오지 못했다. 수초화된 축삭의 비율이 정상 쥐에서는 지름이 6 μm 이상인 제2형 근섬유부터 80% 이상으로 올라간다. 그보다 얇은 축삭의 수초화 비율은 10% 미만으로 유지된다. 그러나, PXT3003은 CMT1A rat에 어떤 농도로 처리해도 6 μm 이하인 축삭에서만 수초화 비율을 높이고, 그 이상인 근섬유에 대해서는 수초화 비율을 높이지 못했다. 두꺼운 축삭을 충분히 수초화 시켜 빠르고 정확한 신호 전달을 하는 것이 중요한데, PXT3003은 정작 작은 축삭들의 수초화 비율만 높인 것이다. 신경근접합부에서의 차이나 근섬유 비율 변화에서 유의미한 결과를 확인했다고 보고하고 있지만, 사실 PXT3003는 RT4-D6P2T cell line에서 pmp22를 downregulate하는 criteria를 가지고 screening된 약물이므로, in vivo에서 같은 기작, 즉 pmp22 downregulate한다고 볼 수 없고, 정확히 밝혀지지 않은 indirect한 기작으로 peripheral neuropathy 완화 효과가 있다고 판단된다. 현재 환자를 대상으로 한 2번째 임상 3상을 진행하고 있고, 임상 시험 종료 예정일은 오는 2020년 12월 31일이다. 어떤 임상 결과를 발표할지 기대가 된다.

2.4.2.2. Vitamin C

우리에게 친숙한 물질도 샤르코-마리-투스병 1A형 치료약 후보로 올랐는데, 그 중 하나가 고용량 비타민 C이다. 2004년 샤르코-마리-투스병 1A형 동물 모델 중 C22 mice를 이용하여 비타민 C의 유효성을 입증한 결과를 발표하였다 [77]. 비타민 C를 섭취시킨 샤르코-마리-투스병 1A 모델 동물에서는 수초화가 증가하고 암수에 상관없이 pole test를 통해 막대(pole) 위에서 버티는 시간이 증가했다. 비타민 C가 샤르코-마리-투스병 1A형 치료약 후보로 대두된 것은 PMP22 inducer 중 하나로 알려진 cyclic-AMP level을 비타민 C가 저해하면서 PMP22 level을 낮게 조절한다는 것이 알려지면서 이다 [78].

이후 2009년 암스테르담 대학에서 임상이 실시되었는데, 환자에게 250 mg 비타민 C 캡슐을 4개씩 하루에 두 번, 하루 총 2000 mg을 1년 동안 섭취하게 했다(clinicaltrials.gov, NCT00271635). 일반적으로 성인에게 권장하는 비타민 C 섭취량은 하루 평균 2 g, 14세에서 18세 청소년에게는 1.8 g, 9세에서 13세 어린이는 1.2 g이다 [79]. 임상에 참여한 환자의 나이는 12세에서 25세로, 하루 최대치 혹은 그 이상의 비타민 C를 투여하였다. 1년 동안 투여한 후 평균 신경 최소 F 파 반응 지연시간(median nerve minimal F response latency)의 변화를 측정했을 때 위약군에서는 약 3.5 ms 만큼 지연시간이 증가한 반면, 비타민 C를 섭취한 환자군에서는 약 5.6 ms 정도 지연시간이 감소, 통계학적으로 유의미하지 않았지만(p = 0.06), 증상이 호전되는 듯한 결과를 보였다. 또 중앙 신경(median nerve)의 운동 신경 전도 속도가 위약군에서는 0.8 m/s 감소한 반면, 비타민 C 투여 환자군에서는 0.5 m/s 증가하였다. 이 역시 통계적 유의성을 갖지는 못했지만(p = 0.11), 임상 지휘 현장에서는 기뻐했을 수도 있다. 그 이유를 임상 시험에서 설정한 Primary, Secondary Endpoint에서 찾아볼 수 있는데, 임상의 primary endpoint는 중앙 신경의 운동 신경 전도 속도의 변화로 설정하였고, secondary endpoint로는 CMTNS를 측정하는 것으로 설정하였다. 여기에는 재수초화가 진행된다면 운동 신경 전도 속도가 빨라질 것이고, 그 결과 축삭의 기능이 회복되는 것을 관찰할 수 있을 것이며 그 결과 CMTNS 점수의 변화를 확인할 수 있을 거라는 가설에 근거함을 예측해 볼 수 있다 (그림 5).

 

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그림 5. 재수초화에 따른 운동 신경 전도 속도의 회복과 축삭의 회복.

 

구체적으로 운동 신경 전도 속도를 적어도 10 m/s 올리는 것이 고용량 비타민 C를 이용한 임상 2상의 목표였으나 실망스럽게도 거의 차이를 보이지 못했다. 전체적으로 위약군에서는 운동 신경 전도 속도가 감소하는 방향으로 변화하였고 비타민 C를 섭취한 환자군에서는 약간 호전되거나 현상을 유지하였다. 치료제로써는 실패한 결과이지만, 비타민 C가 퇴행성 질환의 진행을 막을 수 있는 영양소라는 가능성을 보았을 것이다.

암스테르담의 임상은 1년 동안 관찰한 결과였기 때문에, 확실히 효과가 있는지 없는지 밝히기 위한 임상이 MD Michael Shy 주도하에 Wayne State University에서 진행되었다 (clinicaltrials.gov, NCT00484510). 샤르코-마리-투스병 1A형 환자를 대상으로 500 mg 비타민 C 네 정을 아침저녁으로 복용하여 하루 총 4 g을 투여하는, 이전 임상의 두 배 용량으로 두 배 기간인 24개월간의 임상 시험을 진행하였다 [80].

자연사 측정값이나 이전 임상의 위약군의 경우 2년에 CMTNS 수치가 약 1점 정도 증가하거나, 변화가 없다는 연구 결과가 있다. 그러나 이 때 임상 당시 위약군은 CMTNS 수치가 2년 동안 평균 1점이 감소하였고, 비타민 C 투여군에서는 오히려 수치상 변화가 없었다. 저자는 샤르코-마리-투스병 1A형이 퇴행성 질환이긴 하지만, 어른 환자군에서 CMTNS가 크게 변하지 않기 때문에 차이를 보기 어렵다고 적고 있다. 또 천천히 진행되기 때문에 2년의 임상 기간 동안 유의미한 차이를 보기 힘들다고 결론을 낸다. 임상적인 효과를 확인하기 위해 더 민감한 측정법이 필요하다고도 주장한다. 간단히 말하면, 비타민 C로는 효과적인 차이를 보지 못했다. 비타민 C를 이용한 다른 샤르코-마리-투스병 임상에서는 비타민 C 고용량 투여군에서 구강 내 이상 증상이나 복통과 같은 문제로 투여 중지된 경우도 있다 (ISRCTN61074476, EudraCT2006-000032-27) [81]. 샤르코-마리-투스병 환자든 환자가 아니든 건강을 위하여 비타민 C는 하루 권장량 정도를 섭취하도록 하는 것이 좋을 것이다.

2.4.2.3. Vitamin B

비타민 C뿐만 아니라 비타민 B 또한 샤르코-마리-투스병 1A형의 치료제로 조명되었다. MedDay에서 이전부터 퇴행성 다발성 경화증(Multiple Sclerosis) 치료제로 임상이 진행되고 있었는데, 그 농도는 일반 하루 권장량의 약 10,000배인 300 mg이다 (clinicaltrials.gov, NCT02936037). 고농도의 비타민 B는 수초가 복구될 수 있게 촉진시키는 역할을 한다는 가설이 있었기 때문이다 [82]. 샤르코-마리-투스병 1A형에서도 수초가 망가지기 때문에 비슷한 접근 방식을 이용해 임상 1/2상을 진행 중이다 (clinicaltrials.gov, NCT02967679).

2.4.2.4. ACE-083

ACE-083은 Accerleron Pharma, Inc.에서 개발 중인 약물로, TGF-ß 단백질군의 기능을 방해하는 국소 부위에 작용하는 약물이다 [83]. FDA에서 2018년 신속심사(Fast Track Designation)를, 2019년 희귀의약품지정(Orphan Drug Designation)을 받아 개발이 진행되었다. 두 제도는 샤르코-마리-투스병 1A형과 같이 심각하고 치료제가 없는 질환에 대해서 심사기간을 줄여주거나 환자 수가 적어 개발이 어려운 희귀질환에 대해 비용면으로 혜택을 주는 제도이다. ACE-083은 건강한 폐경기를 맞은 여성을 대상으로 임상 1상을 진행하여 안전성을 확인하였다 (clinicaltrials.gov, NCT02257489). 임상 2상에서는 근육 주사를 3주에 한 번 맞아 근육 크기 증가까지 확인하였으나 기능 면에서 차도가 없어 유효성 검증에 실패하였다 (clinicaltrials.gov, NCT03124459). Acceleron Pharma, Inc.는 Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD)라는 질환에 대해서도 ACE-083을 이용해 임상 2상을 진행하였으나 마찬가지로 근육 부피 증가뿐, 근육 기능 향상에는 실패했다 (clinicaltrials.gov, NCT03943290).

2.4.3. Potential Blood 바이오마커

신경섬유실(neurofilament, NfL)은 신경세포와 축삭에 가장 많이 존재하며 축삭의 세포골격 유지에 중요한 역할을 한다 [84]. 축삭의 막이 부서질 때 신경섬유실이 체액으로 뿜어져 나오고, 뇌척수액과 혈액으로 나오게 된다. 때문에 루게릭병이나 파킨슨병, 다발성경화증, 알츠하이머병 등 신경퇴행성 질환자들의 혈액에서도 신경섬유실이 농도가 높게 발견된다 [84]. 샤르코 마리 투스병 환자들 중 신경섬유실 돌연변이를 가지고 있는 환자들이 다수 발견이 되었는데, 탈수초화가 축삭을 퇴행시켰거나, 혹은 축삭의 퇴행이 탈수초화에 기여했을 가능성이 있다. 또, 혈청 신경섬유실 농도가 샤르코 마리 투스 환자들(평균 26 pg/mL)은 건강한 사람들(평균 14.6 pg/mL)에 비해 확연히 높았다. 신경섬유실은 ELISA 등의 기술로도 측정할 수 있다. 그러나 Quanterix 사에서 개발한 Single Molecule Array (SiMoA) 기술은 ELISA보다 126배 민감하여 신경섬유실과 같은 작은 물질을 더욱 정확하게 측정할 수 있게 되었다 [85].

또 다른 potential 바이오마커로는 수초화 중인 슈반 세포의 마커인 TMPRSS5가 있다 [86]. TMPRSS5는 신경섬유실과는 다르게 슈반 세포 특이적으로 발현한다. 신경 손상 이후 재수초화 과정이 일어나면서 발현량이 증가하는 것으로 알려져 있다. 다양한 샤르코-마리-투스병 환자군에서도 유독 샤르코-마리-투스병 1A형 환자들에게서 과량 검출이 된다. 신경섬유실은 일반인과 환자 그룹 간 농도가 경향성 차이를 보이긴 하나 검출되는 농도 정도는 상당히 겹친다. TMPRSS5는 기타 샤르코-마리-투스병 환자군이나 일반인보다 샤르코-마리-투스병 1A형 환자에서 검출되는 농도가 확연하게 높다. 다만 환자마다 질병의 심각성 수준에서 차이가 나기 때문에 신경섬유실과 마찬가지로 일반인과 유사한 농도의 TMPRSS5가 검출된 샤르코-마리-투스병 1A형 환자도 있다.

2.4.4. 최신 유전자치료 연구 동향

2.4.4.1. Gene Addition (NT3)

샤르코-마리-투스병 1A형에 대한 유전자 치료제 개발 또한 활발하게 진행되고 있다. Sarepta Therapeutics에서는 수초화 재생을 증가시킨다고 알려진 Neurotrophin-3 (NT-3)를 발현하는 AAV 벡터를 AAV1에 packaging하여 근육주사로 전달, 발현시키는 전략을 사용하고 있다. 이미 샤르코-마리-투스병 1A형 환자에게 재조합 인간 NT-3 단백질을 주입하면 장딴지 신경의 수초화 재생이 향상된다는 것을 확인했다 [87]. NT-3가 mTOR 경로를 활성화시켜 근섬유 지름을 증가시킨다는 기전에 대한 연구도 샤르코-마리-투스병 모델 동물에서 확인된 상태다 [88]. NT-3는 또 자가면역성 말초다발신경병증을 없애는 효과도 있다 [89]. 현재 장딴지근과 앞정강이근에 NT-3를 발현하는 바이러스를 주입하여 안전성과 유효성을 확인하는 임상 1/2a를 진행 중이다 (clinicaltrials.gov, NCT03520751). scAAV1.tMCK.NTF3는 근육 특이적으로 NT3를 발현시킨다. scAAV1.tMCK.NTF3를 세 명의 환자에게 2e12 vg/kg씩 주입하여 안전성을 확인한 후, 6명의 환자에게 6e12 vg/kg씩 주입하여 유효성을 검증할 계획이다. 임상 primary endpoint는 2023년 3월이다. NT-3의 과발현이 샤르코-마리-투스병 1A형의 근본적인 원인을 제거하는 방법은 아니라, 여전히 PMP22 유전자의 과발현이 있는 상황에서 NT-3의 과발현으로 인한 치료효과는 아마 증상 완화에 가까울 것이라 유추해 볼 수 있다.

2.4.4.2. Gene Knockdown (ASO, siRNA, shRNA)

IONIS Pharmaceuticals에서는 ASO (Antisense Oligonucleotide)를 이용해 다양한 질환에 대해 치료제를 개발하고 있다. ASO는 전사된 mRNA와 왓슨-크릭 염기 짝을 이루며 RNase H에 의한 분해를 유도한다 [90]. ASO는 임상적으로도 적어도 어린 환자의 신경계로 원활하게 전달되어 타겟 mRNA를 성공적으로 억제할 수 있다는 것이 밝혀졌다 (clinicaltrials.gov, NCT02193074) [91, 92]. IONIS는 샤르코-마리-투스병 1A형을 치료하기 위해 PMP22의 3’UTR 부분을 target하여 과발현된 PMP22 양을 감소시키는 전략을 취하고 있다. 샤르코-마리-투스병 1A형 동물 모델 C22 mice와 CMT1A rat을 이용하여 ASO를 처리했을 때 PMP22 발현 감소에 반비례하여 운동신경전도속도와 근육행동전위의 증가를 확인하였다 [93]. 다만 C22 mice에서 수초화는 정상 쥐의 90%가량 수준으로 회복되었고, 전기생리학적으로 정상 쥐의 삼분의 일 정도까지 회복하는 효과를 보였다. C22 mice에서 다양한 단백질 전사 프로파일을 비교하여 보여준 것도 흥미롭다. C22 mouse control에 비해 ASO투여한 C22 mice 그룹에서 수초화에 관여하는 Sc5dsms와 Mpz는 C22 mice에서 감소했고, 수초화와 관련된 단백질의 전사를 방해하는 Id2, Pou3f1 등은 증가했다.

C22 mice나 CMT1A rat에 ASO를 처리했을 때의 결과나 ASO의 신경계 전달 능력과는 별개로, ASO는 RNA target 기작이므로, 그 치료 효과를 유지하기 위해서는 주기적인 투여가 필요하다. Nusinersen (SPINRAZA)의 경우 첫 번째~세 번째 용량을 14일 간격으로 투여 후 30일 후 4번째 용량을 투여하는 식이고 [94], 이 사이클이 계속 반복된다. 이러한 양상은 샤르코-마리-투스병 1A의 경우에도 적용될 수 있다. 특히, 척수강 내 주사를 해야 하는 SPINRAZA의 경우, 매번 전문의에 의한 투여가 실시되어야 하기 때문에, 환자의 부담이 있을 수 있고, 또한, 환자의 키, 무게 등 신체조건이 변화함에 따라, ASO의 distribution이 바뀔 수 있기 때문에, 이를 고려한 임상개발이 필요하다고 판단된다.

2.4.4.3. Gene Editing (CRISPR/Cas9)

샤르코-마리-투스병 1A의 유전자 치료전략의 마지막으로 3세대 유전자가위인 CRISPR/Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR), and CRISPR associated protein 9 (Cas9)) 기술을 응용한 예를 소개하겠다. CRISPR/Cas9은 DNA 서열의 일정 위치를 정확하게 잘라주는 유전자 가위이다 [95]. PMP22는 앞서 언급하였듯이 너무 과하게 발현해서도 안 되고 너무 적게 발현되어서도 안 되는 유전자로서, 적절한 발현 조절이 중요시되는 유전자이다. 이를 증명하듯, PMP22에 대한 전사 조절 도메인들이 여럿 존재하고 있다 [60, 96]. 그 중, 대표적으로, 수초 유전자 전사 인자(myelin gene transcription factor)들을 예로 들 수 있는데, SOX10, EGR2/KROX 등과 같은 말초의 수초화 관련 유전자 발현에 중요한 역할을 하는 전사 인자들은 모두 PMP22의 5’ UTR 부근에 binding domain이 존재하고 있고 발생 단계에서 수초화가 진행될 때 SOX10, EGR2/KROX 등의 활성을 통해 PMP22의 발현도 증가될 수 있다 [60].

뿐만 아니라, 보통 tumor suppressor 역할을 하는 적절하게 조절되어야 하는 유전자에 존재하는 super enhancer domain이 PMP22에도 존재한다는 것이 밝혀졌다 [97]. ‘Super Enhancer’란 enhancer가 많이 존재하고 있는 부위를 말하며, 전사 인자가 붙는 도메인(transcription factor-binding domain)이 많은 곳 혹은 전사를 조절하는 H3K27ac가 많이 일어나는 곳 등이 있다 [98, 99]. 앞서 소개했던 S16 세포주에서 실험을 진행했는데, rat Super Enhancer는 pmp22 유전자 위치의 5’ UTR방향으로 약 120~90 kb 떨어진 곳에 위치하고 있다. S16 세포주에서 약 37 kb의 Super Enhancer 중 13 kb를 CRISPR/Cas9을 이용해 크게 잘라내는 유전체편집을 유도한 세포를 제작한 다음, pmp22 발현의 변화를 관찰하였다. P1 promoter와 P2 promoter 의해 전사된 PMP22는 각각 1/10, 1/2 수준으로 감소하는 것을 확인했다. 이후 정상 쥐에서 마찬가지로 CRISPR/Cas9을 이용해 Super Enhancer 부분 40.5 kb를 삭제하도록 하는 유전체 편집을 한 mouse를 생산하였는데, PMP22 발현 감소와 함께 압박마비 유전성 신경병증(Hereditary Neuropathy with liability to Pressure Palsies, HNPP)과 비슷한 표현형을 보이는 것을 확인했다 [100].

Super Enhancer가 간접적으로 PMP22 발현을 낮춘다면 직접적으로 전사에 관여하는 promoter를 타겟으로 PMP22 발현을 감소시킨 연구 결과도 있다 [48]. CRISPR/Cas9을 이용하되 Schwann cell 특이적으로 발현되는 PMP22 P1 Promoter의 TATA-box를 타겟으로 하여 knockout이되 knockdown과 같은 효과를 노리는 것을 컨셉으로 진행된 실험을 통해 C22 mice에서 과발현된 PMP22의 정상화를 확인하였다. 질병의 표현형이 보이지 않는 어린 쥐 및 질병이 시작되는 시점에서 PMP22의 TATA-box에 대한 유전자 편집을 진행하였을 때 모두 PMP22 knockdown 효과를 도출할 수 있었고, 이는 신경병증의 완화 효과로 이어졌다. 이처럼 CRISPR/Cas9을 이용하여 PMP22 발현을 조절하는 약을 개발할 수 있다면 한 번의 투여로 샤르코-마리-투스병 1A를 치료할 수 있는 가능성이 있다.

2.4.4.4. 유전자 치료제의 전달

다양한 샤르코-마리-투스병 질환 치료제를 개발하기 위해 Kleopas Kleopa는 슈반 세포 특이적인 유전자 전달을 강조한다 [101]. 샤르코-마리-투스병 질환이 주로 슈반 세포의 기능 상실로 인해 생기기 때문이다. 유전자 치료제 전달에는 렌티바이러스 혹은 아데노-부속-바이러스(AAV) 등을 사용한다. 렌티바이러스는 상대적으로 크기가 큰 유전자를 전달하기 용이하고 integrating 바이러스이기 때문에, 세포분열이 활발한 세포에도 전달이 잘 된다는 장점이 있다 [102]. 하지만 인간 게놈에 무작위 삽입이 일어날 수 있다는 우려가 있다.

반면 AAV는 인간 게놈에 무작위 삽입이 잘 일어나지 않아 안전성 면에서 렌티바이러스보다 뛰어나다. 유일하게 FDA 승인을 받은 유전자 치료제 전달체이며 그 예시로 AveXis의 Zolgensma와 Spark Therapeutics의 Luxturna가 있다 [103, 104]. 유전자 발현 정도도 높게 나타난다. 기존의 wild-type AAV serotypes 외에 특정 장기 및 세포 특이성을 가진 AAV capsid 개량을 통한 engineered serotypes가 연구, 개발되고 있다. 아쉽게도 Schwann cell 특이성을 가진 serotype은 전무하다.

Off-tissue toxicity를 최소화하고 슈반 세포에서 단독적인 치료 효과를 보기 위해 모든 곳에서 유전자 발현을 시키는 ubiquitous promoter가 아닌 슈반 세포 특이적인 promoter의 중요성에 대해 언급한다. Myelin basic protein (MBP), 2, 3-cyclic nucleotide 3-phosphodiesterase (CNP), proteolipid protein (PLP) 등의 promoter는 슈반 세포와 희소 돌기 아교 세포(oligodendrocyte) 두 세포 모두에서 작용한다 [105-108]. 이들 promoter를 사용할 경우 중추신경계와 말초신경계 전체에서 유전자가 발현하게 된다. 슈반 세포나 혹은 희소 돌기 아교 세포 특이적으로 작동하는 promoter의 연구개발 필요하다. 이 때 렌티바이러스의 장점이 드러난다. AAV는 최대 약 4.7 kb의 정보를 담을 수 있지만, 렌티바이러스는 그 배 이상의 정보를 담을 수 있다 [102, 109]. 만약 세포 특이적인 promoter가 1 kb라고 하면 AAV에 담을 수 있는 정보가 약 1/5은 줄어들게 되는 것이다.

또 최근 연구에 따르면 신경계로 AAV를 전달했을 때 백혈구의 증가와 동시에 말초 신경계의 감각신경세포를 포함하는 뒤뿌리신경절(dorsal root ganglion, DRG)의 축퇴(degeneration)가 나타난다는 보고가 있다 [110]. 따라서, 샤르코-마리-투스병 1A에 대한 효과적인 유전자치료를 기획할 시 앞서 언급한, DRG 독성 등을 막으려면, Schwann cell 특이적인 프로모터를 이용하거나 새로운 전달체 개발이 필요하다.

3. 결론

샤르코-마리-투스병 1A는 아직 정복하지 못한 희귀질환이다. ‘마음대로 펜을 쥐지 못하고 걷지 못하는 것이 삶에 있어 얼마나 큰 방해물일까?’ 삶의 기간에 영향을 미치는 병은 아니지만, 삶의 질에 있어 환자 개개인에게 “심각한” 질병임에 틀림없다. 실제로 미국에서 임상을 진행 중인 프로그램들은 “심각한” 질병인 경우 미국 식약처에서 인정하는 여러 신속 심사 등의 혜택을 받으며 진행된다. 다양한 치료법이 개발되고 있지만, 특정 신호를 강화 시키거나 약화시키는 것이 증상을 완화시킬 수는 있어도 근본적인 치료법은 될 수 없다. 근본적인 치료는 과발현되고 있는 유전자를 조절함으로써 gene dosage effect를 타겟으로 하는 것이다. PMP22 발현량을 줄인다는 전략도 다양한 기술을 이용해 시험대에 오르고 있다. 다양한 기술의 발전으로 샤르코-마리-투스병 1A에 대한 근본적인 치료 방법이 지속적으로 제시되고 있고, 이들이 환자 삶의 질을 개선시킬 수 있을 것이라 기대해 본다.

4. 참고문헌

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조규본, 이명수(2020). 샤르코-마리-투스병(Charcot-Marie-Tooth disease)에 대한 이해와 연구 동향. BRIC View 2020-T36. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3621 (Oct 13, 2020)
* 자료열람안내 본 내용은 BRIC에서 추가적인 검증과정을 거친 정보가 아님을 밝힙니다. 내용 중 잘못된 사실 전달 또는 오역 등이 있을 시 BRIC으로 연락(member@ibric.org) 바랍니다.
 
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