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RAS 표적화 치료법: 불가능에서 가능으로?
RAS 표적화 치료법: 불가능에서 가능으로? 저자 하자인 (중앙대학교)
등록일 2021.01.14
자료번호 BRIC VIEW 2021-R02
조회 1421  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
10년 전만 해도 RAS를 표적으로 하는 치료제는 ‘발굴 불가능(Undruggable)'으로 여겨졌다. 최근 비소세포성 폐암(non-small-cell lung cancer)에서 가장 많이 나타나는 돌연변이 RAS 대립유전자인 KRASG12C 특이적 공유 억제제의 개발로 RAS-유발 암의 치료 전략을 논의할 수 있게 되었다. RAS 돌연변이의 생화학적 특성과 발생 조직은 치료 효과에 영향을 미친다. 현재, 대립유전자 특이적 억제제로 돌연변이 RAS를 직접 억제하는 것이 가장 좋은 치료 방법이다. 또한 이런 RAS 억제제, 면역 체크포인트 억제제 또는 T세포 표적화 등을 RAS 활성화/이펙터(effector) 경로 표적화와 병용하여 RAS-돌연변이 종양을 치료할 수 있다. 이 리뷰에서는 이와 같은 돌연변이 RAS 단백질의 표적화 치료법 및 병용 전략을 다룬다.
키워드: RAS, 신약개발, 공유 억제제
분야: Cancer Biology/Oncology, Medicine, Molecular_Biology

본 자료는 RAS-targeted therapies: is the undruggable drugged?. Nat. Rev. Drug. Discov. 19, 533–552 (2020). 의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

목 차

1. 서론
2. RAS 돌연변이와 스플라이스 변이체(Splice variants)
3. 돌연변이 RAS의 생화학적 특성
4. RAS 직접 표적화 방법
  4.1. KRAS-G12C 공유 억제제
  4.2. 다른 돌연변이-특이적 방법
  4.3. RAS–이펙터 상호작용 억제제
5. RAS 간접 표적화 방법
  5.1. 뉴클레오티드(GDP-GTP) 교환 억제제
    5.1.1. SOS 억제제
    5.1.2. SHP2 억제제
  5.2. RAS 프로세싱(processing) 억제제
  5.3. RAS 다량체화와 이펙터 결합
  5.4. RAS 경로 표적화
    5.4.1. 합성 치사 스크리닝(Synthetic lethal screens)
    5.4.2. EGFR 계열
    5.4.3. MAPK 경로: RAF 억제제
    5.4.4. MAPK 경로: MEK 억제제
    5.4.5. MAPK 경로: ERK 억제제
    5.4.6. PI3K 경로 억제제
6. 새로운 치료법
  6.1. Small interfering RNA (siRNA) 치료법
  6.2. 자가포식(Autophagy)
  6.3. 면역치료
    6.3.1. 면역 체크포인트 억제제
    6.3.2. 입양 면역 치료
    6.3.3. 암 백신
7. 결론


1. 서론

RAS (KRAS, NRAS HRAS)는 암에서 가장 많이 돌연변이가 일어나는 유전자군으로 그중에서도 KRAS 돌연변이는 폐암, 대장암 및 췌장암의 원인이다. 최근 FDA가 대립유전자 특이적 공유 억제제인 AMG 510을 패스트트랙(Fast Track)으로 지정함에 따라 돌연변이 KRAS 선택적 치료법의 임상 승인이 가시화되고 있다. AMG 510이 비소세포성 폐암에 가장 많이 발견되는 RAS 돌연변이인 KRAS-G12C에 결합하여, KRAS-G12C를 성공적으로 억제함으로써 다양한 돌연변이 RAS 대립유전자 특이적 표적화 가능성을 엿볼 수 있게 되었다.

정상 세포에서 RAS는 표피 성장인자 수용체(epidermal growth factor receptor; 이하 EGFR) 계열을 비롯한 성장인자 수용체의 세포막 내부 하위에서 활성화된다 (그림 1). RAS는 스위치 역할을 하는 신호전달 GTPase로서 GTP-결합의 활성 상태와 GDP-결합의 비활성 상태를 오간다. RAS 단백질은 내재적 GTP 가수분해 및 뉴클레오티드(이 리뷰에서는 RAS에 결합하는 GDP와 GTP를 가리킴) 교환 능력을 가진다. 그러나, 세포 내 신호전달에서 RAS 단백질의 활성은 주로 GTP 결합을 촉매하는 구아닌 교환인자(guanine exchange factors; 이하 GEF)에 의한 활성화와 GTP 가수분해를 증가시키는 GTPase 활성화 단백질(GTPase-activating proteins; 이하 GAP)에 의한 비활성화로 조절된다. GTP-결합 RAS는 마이토젠-활성 단백질 키나아제(mitogen-activated protein kinase;이하 MAPK)와 포스파티딜이노시톨 3-키나아제(phosphatidylinositol 3-kinase; 이하 PI3K) 경로를 포함한 여러 하위 이펙터(effector) 경로와 직접 상호작용하며 해당 경로를 활성화한다. 일반적으로 RAS 돌연변이는 GAP가 필요하지 않은, 활성 GTP-결합 상태의 RAS로 ‘고정’시킨다. 이를 통해 구아닌 교환 주기를 방해하여(RAS의 비활성화가 일어나지 않으므로) 종양 세포 성장에 필요한 하위 신호전달 경로를 활성화한다.

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그림 1. RAS-돌연변이 종양 억제제의 임상 개발.
수용체 티로신 키나아제인 표피 성장 인자 수용체(EGFR) 계열은 RAS의 GDP-GTP 교환을 촉진하여 RAS를 활성화한다. EGFR를 억제하여 RAS 활성화를 저해할 수 있다. SOS 또는 SHP2의 억제는 GDP-GTP 교환 비율을 감소 시켜 GTP-결합 RAS의 양이 줄어든다. 돌연변이 RAS 단백질은 GTP-결합 상태로 축적된다. KRAS-G12C에 결합하는 대립유전자 특이적 억제제를 비롯하여 RAS를 직접 억제하는 다양한 접근법이 개발되었다. GTP-결합 RAS는 RAF와 p110과 같은 이펙터 단백질의 RAS 결합 도메인에 결합하여 MAPK와 PI3K 경로의 하위 신호전달을 활성화한다. MAPK 및 PI3K 경로는 각각의 키나아제 단계에서 억제할 수 있다.

 

이 리뷰에서는 돌연변이 RAS 단백질을 표적으로 하는 치료법의 최근 발전을 설명하고, RAS 억제의 임상적 효과를 증가시킬 수 있는 병용법을 다룬다 (그림 1). RAS 이소체(isoforms)에 따른 유병률과 생화학적 특성의 차이를 설명하고, KRAS-G12C를 표적으로 하는 치료법과 Son of Sevenless homologue 1 (이하 SOS1), SHP2 (PTPN11) 및 RAS 막 결합을 차단하는 억제제를 중심으로 RAS를 직간접적으로 억제할 수 있는 전략을 다루고자 한다. 또한 RAS와 연관된 MAPK 및 PI3K 경로를 표적으로 하는 억제제를 알아보고, 마지막으로 RAS-돌연변이성 종양을 치료하기 위한 새로운 치료 전략을 논의할 것이다.

 

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그림 2. 인간 암에서 RAS 돌연변이 빈도와 분포.
(A)종양 유형에 따른 RAS 이소체(KRAS, NRAS, HRAS) 돌연변이 분포 및 빈도. (B) 췌장, 대장, 폐 선암 조직 유형별 KRAS 코돈 12 돌연변이의 백분율; 흑색종 NRAS 코돈 61 돌연변이의 백분율.

 

2. RAS 돌연변이와 스플라이스 변이체(Splice variants)

RAS 돌연변이는 대장암, 췌장 선암(pancreatic ductal adenocarcinoma; PDAC), 폐 선암(lung adenocarcinoma; LUAD; 비소세포성 폐암의 하위 유형), 흑색종, 특정 혈액암 등 수 많은 암의 유전적 요인이다. 종양은 RAS 돌연변이로 인해 발병하지만, 돌연변이가 일어나는 RAS 이소체(KRAS, NRAS, HRAS), 코돈(codon), 돌연변이 빈도는 조직에 따라 다르다 (그림 2). 예를 들어, 폐 선암(32%), 췌장 선암(86%) 및 대장 선암(41%)의 많은 비율은 주로 KRAS 코돈 12의 돌연변이에 의해 일어난다 (그림 2). 반면 흑색종의 29%는 NRAS의 돌연변이에 의해 유발되며, KRAS와 달리 NRAS는 주로 코돈 61에 돌연변이가 발생한다 (그림 2). HRAS 돌연변이는 KRASNRAS의 돌연변이보다 발생 빈도가 낮지만, 일부 두경부 편평상피세포암(head and neck squamous cell carcinoma; HNSCC; 5%) 및 방광암(6%)이 HRAS 코돈 12 또는 61의 돌연변이에 의해 발생한다 (그림 2A). 유전적 조작 쥐 모델 (genetically engineered mouse models; 이하 GEMM)을 통해 환자 종양에서 관찰된 이소체와 코돈 돌연변이 선호도를 연구할 수 있었다. 결장 상피 세포(colonic epithelial cell)에서 KrasG12D 발현은 세포의 과다증식을 초래했지만, Nras G12D의 발현은 세포 증식에 영향이 없었다. 멜라닌 세포(melanocytes)에서는 Nras G12D가 아닌 Nras Q61R의 발현이 흑색종을 유발했다. 따라서 RAS-유발 암을 표적으로 할 때에는 특정 이소체 및 코돈 돌연변이를 염두에 두어야 한다.

KRAS 유전자는 서로 다른 엑손 4를 포함하는 두 개의 스플라이스 변이체를 암호화하여 KRAS4AKRAS4B를 생성한다. KRAS4A는 C 말단(C terminus)에 추가로 22~23개의 아미노산이 있어 번역 후 변형(post-translational modification; 이하 PTM)과 세포막 위치가 다르다. KRAS4B는 모든 인간 암에서 발현되고 또한 과발현되어 오랫동안 주요 이소체로 간주되었다. 그러나, 최근에 KRAS4A가 암 세포주에서 널리 발현되고 대장 종양에서는 KRAS4B와 동등한 수준으로 발현되는 것으로 밝혀졌다. GEMM은 KRAS4A가 없어도 생존 가능하다; 엑손 4A를 유전적으로 제거하여도 배아는 생존했지만, Kras가 없을 경우 배아는 죽게 된다. 최근 Kras4B 또한 없어도 쥐 생존에 문제가 없는 것으로 나타났는데, 발달 과정에서는 두 이소체가 중복적인 기능을 수행하기 때문에 가능한 것이었다. 그러나 Kras4A 또는 Kras4B의 결실은 폐 종양 형성에 대한 내성을 초래했다. 즉, 종양 생성에는 두 가지 이소체가 모두 필요한 것으로 보인다. 또한 이 두 가지 이소체는 종양 미세환경에서 각각 특정한 역할을 수행할 수 있다. KRAS4A 발현은 저산소증과 같은 스트레스에 대한 적응성을 증가시키고, KRAS4B는 줄기세포 및 전구세포에서 발현된다. 이런 최근 연구 결과로 종양 형성에서 KRAS4A의 역할이 새롭게 조명되었다.

3. 돌연변이 RAS의 생화학적 특성

RAS와 같은 Small GTPase는 GDP-결합 비활성 상태와 GTP-결합 활성 상태를 순환한다 (그림 3). SOS 또는 Ras guanyl nucleotide-release protein (RasGRP)과 같은 GEF는 RAS의 GDP를 GTP로 바꾸는 과정을 촉진한다. Neurofibromin (NF1), p120GAP를 비롯한 GAP는 GTP 가수분해를 매개하여 RAS를 비활성 GDP-결합 상태로 되돌린다. RAS의 코돈 12, 13 및 61에 일어난 돌연변이는 GAP에 의한 GTP 가수분해를 방해하여 돌연변이 RAS가 지속적으로 GTP-결합 상태로 축적된다 (그림 3). 이렇게 축적된 GTP-결합 RAS는 하위 경로(특히 MAPK 및 PI3K 경로)를 활성화하여 세포 증식을 촉진한다.

RAS 돌연변이마다 내재된 GTPase 활성도와 GDP-GTP 교환 속도는 다를 수 있다. 예를 들어, 코돈 12, 13 및 61 돌연변이는 일반적으로 p120GAP에 의한 가수분해 속도를 감소시킨다. KRAS-G12C 역시 p120GAP에 의한 가수분해 속도는 감소하지만, 내재된 GTPase 활성은 WT (wild-type)와 거의 비슷하다. 실제로 KRAS-G12C의 이러한 고유한 생화학적 특성은 GDP-결합 KRAS-G12C의 공유적 억제제를 사용하여 KRAS-G12C를 표적화하기 위해 활용되었다. 반면 KRAS-G13D는 WT RAS에 비해 내재적 교환 활성도가 증가하여, GDP-결합 상태로 머무는 시간이 짧아진다 (그림 3). 코돈 13 돌연변이 KRAS는 부분적으로 NF1 GAP-매개 가수분해에 반응하지만, 코돈 12나 61 돌연변이 KRAS는 NF1에 영향을 받지 않는다. 흥미로운 점은, KRAS의 코돈 13 돌연변이는 빈번하게 NF1 돌연변이와 함께 보고된다는 것이다. 이와 같은 RAS 돌연변이의 생화학적 특성 차이를 이해하는 것이 대립유전자 특이적 억제제가 RAS의 어떤 결합 상태를 표적으로 삼는 것이 적합할지 결정하는 데 도움이 된다.

 

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그림 3. 돌연변이 RAS 단백질의 생화학적 특징.
RAS 단백질의 코돈 12, 13, 61 돌연변이는 RAS 단백질의 내재적인 GTP 가수분해와 GDP-GTP 교환을 방해한다. (A) 코돈 12나 61 돌연변이가 일어날 경우, 일반적인 생화학적 가수분해와 교환 속도의 변화. 일반적으로 코돈 12 돌연변이는 RAS의 GTPase 활성을 방해하여 GTP 가수분해 속도를 감소 시켜 돌연변이 RAS가 GTP-결합 상태로 축적된다. 코돈 61 돌연변이는 GDP-GTP 교환 속도를 가속화하는 동시에 GTP 가수분해 속도를 감소 시켜 이 돌연변이도 GTP-결합 상태의 비율이 높아진다. (B) KRAS 코돈 12, 13 또는 61 특정 아미노산 치환의 생화학적 특성; 내재적 가수분해 수준에 따라 정렬됨.

 

4. RAS 직접 표적화 방법

4.1. KRAS-G12C 공유 억제제

쥐 발달 과정에서 Kras는 필수지만, NrasHras는 없어도 쥐의 발달이 진행된다. 만약 인간도 이와 비슷하다면, WT KRAS 단백질을 표적화하는 것은 KRAS 의존성 때문에 독성 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 RAS 억제제 개발은 모든 RAS 이소체를 억제할 경우 나타날 독성을 피하고자 KRAS-G12C 공유 억제에 초점을 맞추었다.

활성 부위의 시스테인(cysteine)을 공유적(covalently)으로 표적화하는 것은 신약 개발에서 널리 사용되는 전략이다. KRAS-G12C 코돈 12 시스테인도 마찬가지로 공유결합 저분자 억제제 개발에 활용할 수 있다. WT KRAS에는 활성 부위 시스테인이 없기 때문에, 이 방법으로 KRAS-G12C만 특이적으로 억제할 수 있다.

돌연변이 KRAS-G12C 단백질에서 switch-II 뒤에 있는 새로운 알로스테릭(allosteric; 다른 부위에 결합하는 방식) 결합 포켓인 switch-II 포켓이 확인되었다. KRAS-G12C를 비가역적으로 표적화하는 화합물은 GDP 상태의 KRAS-G12C에 결합하여 SOS의 뉴클레오티드 교환 촉매 과정 및 RAF와 KRAS-G12C 사이의 결합을 차단했다 (그림 3).

 

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그림 4. KRAS-G12C에 결합하는 화합물 화학 구조.
Shokat 연구팀은 최초로 KRAS-G12C에 결합하는 저분자를 개발했다. 화합물 12는 가장 강한 효능을 보였다. 링커와 소수성 결합 포켓의 변형을 통해 더 강한 세포 활성을 보이는 화합물 ARS-853 개발이 이어졌다. 퀴나졸린 계열과 플루오로페놀 소수성 결합 모이어티 등을 활용한 개선을 통해 효능 및 약리학적 특성이 향상된 ARS-1620이 개발되었다. 스위치-II 포켓의 His95의 방향성을 이용하여 방향족 고리를 추가한 AMG 510을, 구조 기반 약물 설계 접근법과 최적화로 MRTX849를 개발하였다. (*Chemical 구조 출처; 셀레캠)

 

AMG 510은 KRAS G12C 표적화 억제제 중 임상시험에 진입한 첫 번째 화합물이다 (그림 4 하의 중). 특히, 비소세포성 폐암에서 1상 예비시험 결과가 유망하게 나타났다; 960 mg을 투여 받은 13명의 환자 중 7명이 부분 관해(partial response)를 보였고 6명은 안정 병변(stable disease) 상태였다. 대장암에서는 주목할 만한 효능을 보이지 않았다. 연구에 참여한 총 34명의 환자에게서 투여를 중단할 만한 용량 제한 독성이나 부작용은 나타나지 않았다. 전임상 모델에서 AMG 510은 KRAS-G12C 세포주에서만 세포 생존을 강하게 억제했고 이종이식(xenograft) 모델에서는 종양 퇴행을 유도했다. AMG 510은 RAS를 활성화시키거나 RAS에 의해 활성화되는 단백질(MEK, AKT, PI3K, SHP2 및 EGFR 등)의 억제제와 병용하거나 면역요법과 함께 사용하면 시너지 억제 효과를 보였다.

MRTX849도 I/II상 임상시험 중이다. 초기 임상 연구에서 비소세포성 폐암 환자 5명 중 3명, 대장암 환자 2명 중 1명이 부분 관해를 보였다. 전임상 모델에서 MRTX849는 KRAS-G12C 세포주에서만 세포 생존력을 크게 감소시켰고 이종이식 모델에서 종양 퇴행을 유발했다. MRTX849는 EGFR 계열, SHP2, mTOR, 사이클린 의존 키나아제(cyclin-dependent kinase 4; 이하 CDK4)와 CDK6의 억제제와 병용하였을 때 시너지 효과를 보이며 종양 퇴행을 초래했으며, MRTX849-저항성 종양에서도 이런 병용요법은 효과를 보였다.

이러한 공유 억제제는 KRAS-G12C가 GDP-결합된 상태여야 하기 때문에, KRAS G12C의 GTPase 활성을 비활성화하거나 GTP-GDP 교환을 촉진하는 저항성 돌연변이가 생길 수 있다. CRISPR 스크리닝을 통해 KRAS-G12C 공유 억제제의 내성 기전을 조사해본 바, NF1이나 RAS 이소체 중 하나(NRASHRAS)의 손실이 보고되었다. 최근 GDP-결합 KRAS와 GTP-결합 KRAS 모두에 결합하는 분자가 발견되었다. 이 발견은 RAS의 두 가지 결합 상태를 억제제로 표적화할 수 있다는 가능성을 제시한다.

4.2. 다른 돌연변이-특이적 방법

KRAS G12DKRAS G12V는 활성 부위의 반응성 시스테인이 없기 때문에 다른 접근법이 필요하다. Revolution Medicines는 화합물이 KRAS-G12C를 비롯한 돌연변이 KRAS 단백질과 샤페론(chaperone) cyclophilin A 사이의 비천연(non-natural) 단백질-단백질 상호작용을 매개하는 삼중 복합 플랫폼 RAS (ON)를 개발 중이다. 이 복합체의 형성은 돌연변이 KRAS가 RAS 결합 도메인(RAS-binding domain; 이하 RBD)이 있는 이펙터 단백질과 SOS에 결합하는 것을 막는다. 이런 분자(RM-007, RM-008)는 각각 GTP-결합 상태의 KRAS-G12C와 KRAS-G13C에 공유결합하고, 세포 증식을 저해한다. GTP-결합 RAS 활성 상태를 표적화하는 분자는 일반적인 GTP 결합을 막거나, 이펙터와의 상호작용을 차단할 수 있다. 따라서 이런 접근법은 GDP-결합 KRAS-G12C의 공유결합 억제제 활용 시 잠재적으로 나타날 저항성을 방해할 수 있을 것이다.

4.3. RAS–이펙터 상호작용 억제제

돌연변이 특이적 상태를 표적으로 하는 것은 효과적이지만, 동시에 각 돌연변이 RAS 단백질에 대한 효과적 치료제를 확보하는 것은 복잡한 과정이다. 모든 RAS 단백질(KRAS4A, KRAS4B, NRAS, HRAS)에 존재하는 리간드 결합 부위를 직접 표적화하면 다양한 돌연변이와 종양에서 RAS를 억제할 수 있다. 화합물 3144는 스위치-I의 Asp38에 결합하여 RAS 이펙터 결합을 차단한다. 시험관에서(in vitro) 화합물 3144는 WT KRAS, NRAS 및 HRAS에 결합하고, 생체 내에서 KRAS-G13D 종양의 성장을 억제했지만, 독성과 비표적에 대한 활성(off-target activity)이 나타났다. RAS가 정상 세포 신호 전달에 필수적이기 때문에 실제로 pan-RAS (모든 RAS) 억제제는 독성이 나타날 가능성이 높다.

초기 개발된 저분자 DCAI는 RAS에 결합하여 SOS1에 의한 RAS의 뉴클레오티드 교환을 약하게 억제한다. 결과적으로 RAS 단백질은 GTP-결합 활성 상태로 돌아갈 수 없다. 단백질-단백질 상호작용 화합물 시리즈인 Abd-와 Ch-는 가역적으로 RAS에 결합한다. 이에 의해, 돌연변이 KRAS, NRAS, HRAS와 CRAF, RAlGDS, PI3K p110α 또는 p110γ 서브유닛 사이의 상호작용을 억제한다. 세 번째 화합물인 BI-2852 또한 RAS에 결합하여 SOS1-매개 뉴클레오티드 교환을 감소 시켜, 하위 키나아제인 ERK 그리고 AKT의 인산화를 저해하였다.

위에 열거한 화합물들은 pan-RAS 억제제다. 화합물들이 RAS에 결합하는 부위가 돌연변이 RAS뿐 아니라 WT RAS 단백질에도 존재하므로, 돌연변이 특이적으로 작용할 수 없다. 모든 RAS를 억제하는 것은 독성 문제를 수반하기에, 돌연변이 선택성을 최적화하기 위한 추가 연구가 필요하다.

5. RAS 간접 표적화 방법

5.1. 뉴클레오티드(GDP-GTP) 교환 억제제

5.1.1. SOS 억제제

초기 개발된 저분자는 KRAS의 스위치-I과 스위치-II 사이에 결합하여(Kd = 190 μM) SOS 결합과 SOS에 의한 뉴클레오티드 교환을 억제했다. 이후 시도는 오르토스테릭(orthosteric; 내재적 리간드가 주로 결합하는 부위에 결합하는 방식) SOS1 나선을 모방한 분자를 활용하여 SOS1과 RAS 상호작용을 저해하는 것이었다. 이 화합물은 SOS1에 나노몰 수준의 친화성(affinity)을 보였지만, 세포 활성이 매우 낮게 나타났다. 이후 초점은 SOS1의 저분자 억제제를 개발하는 쪽으로 옮겨갔다.

SOS1과 KRAS의 상호작용을 나노몰 수준에서 억제하는 저분자 억제제가 새롭게 개발되었다(BAY-293; 그림 1). 그러나 BAY-293은 KRAS 돌연변이 세포 증식보다(IC50 = 3 μM) WT KRAS 세포 증식을 강하게 억제했다(IC50 = 1 μM). 참고로, BAY-293과 KRAS-G12C 공유 억제제인 ARS-853 병용요법은 KRAS-G12C 세포 성장을 억제하였다. SOS1을 억제하면 GDP-결합 상태의 KRAS-G12C가 증가하므로, SOS1 억제제와 GDP-결합 KRAS-G12C에 작용하는 억제제와 병용할 수 있다. 현재 SOS1 억제제 BI-1701963은 단일 제제로서, MEK 억제제 트라메티닙(trametinib)과 병용하여 1상 임상시험 중이다.

5.1.2. SHP2 억제제

SHP2는 MAPK 경로를 완전히 활성화하는 데 필요한 비수용체 단백질 티로신 포스파타제(non-receptor protein tyrosine phosphatase)다. SHP2를 인코딩하는 PTPN11의 돌연변이는 RAS질환(RASopathies; RAS-MAPK 경로에 발생한 돌연변이에 의한 유전적 질환)을 유발하며, 그 중 대표적인 질환인 누난 증후군(Noonan syndrome) 환자의 약 50 %에서 발견된다. 현재까지 SHP2는 스캐폴드 단백질로 기능하고, GRB2와 SOS1에 결합하여 RAS 뉴클레오티드 교환을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. SHP2의 억제는 SOS1 억제제와 비슷한 효과를 보이고 WT RAS의 GTP 결합을 방해한다. KRAS 돌연변이 종양은 SHP2에 의존적이다; Ptpn11의 결실이 종양 발달을 지연시키지만, 종양 퇴행을 유도하진 못했다.

KRAS-G12D 췌장 선암과 비소세포성 폐암 환자에서 유래된 오가노이드와 이종이식 모델에 SHP-099를 트라메티닙과 병용 투여하면, 시너지 효과를 보이며 세포 증식을 감소시켰다. 그러나 KRAS-G13D-돌연변이 세포주인 MDA-MB-213에서는 SHP-099에 대한 반응성이 관찰되지 않았다.

강력한 SHP2 선택적 알로스테릭 억제제인 RMC-4550은 SHP-099와 동일한 부위에 결합하여 자가억제 형태(auto-inhibited conformation; 효소 활성이 억제되는 특정 구조적 상태)의 SHP2를 안정화한다. RMC-4550을 사용한 치료는 전임상 모델에서 세포 증식을 감소시켰지만, KRAS 코돈 12 돌연변이가 있는 세포에서만 효과를 보였다.

5.2. RAS 프로세싱(processing) 억제제

RAS는 세포막에 위치해야 활성화된다. 막과 결합하기 위해 RAS는 PTM 효소에 의한 아래의 세 가지 단계가 필요하다:
  1) 파르네실트랜스퍼라제(farnesyltransferase; 이하 FTase) 또는 게라닐게라닐트랜스퍼라제(geranylgeranyltransferase; 이하 GGTase)에 의한 CAAX 박스의 프레닐화(prenylation);
  2) RAS-전환 효소(RAS-converting enzyme; 이하 RCE1)에 의한 말단 AAX 잔기 절단;
  3) 이소프레닐시스테인 카르복실 메틸트랜스퍼라제(isoprenylcysteine carboxyl methyltransferase; 이하 ICMT)에 의한 CAAX 박스의 시스테인 잔기 메틸화.

FTase 억제제는 KRAS 돌연변이 암에서 만족할 만한 임상효과를 보이지 못했지만, 이는 FTase와 GGTase가 기능적으로 중복되기 때문에(FTase와 GGTase가 모두 RAS의 프레닐화를 촉매하기 때문에, FTase를 억제해도 GGTase에 의한 프레닐화가 일어남) 나타난 결과로 추정된다. KRAS나 NRAS와 달리, HRAS는 FTase에 의해서만 프레닐화되기 때문에, HRAS 돌연변이 암에서는 FTase 억제제가 유용할 수 있다. 실제로 HRAS 돌연변이 두경부 편평상피세포암과 비소세포성 폐암 환자 유래 모델에서 FTase 억제제인 티피파르닙(tipifarnib)에 대한 반응이 관찰되었다.

KRAS 혹은 NRAS 돌연변이 종양에서는 FTase 억제제의 효과를 GGTase가 상쇄하는 것을 우회해야 한다. 우회 전략 중 하나는, KRAS 돌연변이 세포 생존에 필수적인 하위 RAS 프로세싱 효소 RCE1과 ICMT를 표적으로 삼는 것이다(WT KRAS 세포에서는 없어도 생존 가능). ICMT 저분자 억제제인 시스메티닐(cysmethynil)은 RAS의 막 결합을 막고, RAS 돌연변이 세포주의 성장을 저해하였다. 최근 또 다른 ICMT 억제제인 UCM-1336은 돌연변이 상태에 관계없이 네 가지 RAS 이소체의 막 결합을 모두 손상시키고 RAS 돌연변이 세포주의 성장을 감소시키는 것으로 나타났다.

PTM 이후, RAS 국소화와 이동은 파르네실화된 RAS에 결합하는 프레닐 결합 단백질인 포스포디에스테라제-δ (phosphodiesterase- δ; 이하 PDEδ)에 의해 조절된다. PDEδ의 파르네실 결합 포켓에 결합하는 저분자인 델타라신(deltarasin)은 KRAS 결합을 막아 KRAS의 세포 내 위치를 바꾸고 세포 증식을 감소시킨다. PDEδ와 KRAS 결합을 방해하는 또 다른 화합물인 NHTD는 돌연변이 KRAS 종양 세포의 성장을 억제했다. 위에서 논의한 효소들은 다른 막-관련 단백질들에도 작용하기 때문에, 비표적 효과를 일으킬 수 위험성이 있다는 점을 염두에 두어야 한다.

5.3. RAS 다량체화와 이펙터 결합

RAS 프로세싱이 끝나면 RAS는 막에 위치하게 되고, 여기에서 신호전달에 필요한 RAS의 이량체화(dimerization) 또는 다량체화(oligomerization)가 일어난다. RAS 단백질은 5~9개의 이소체별로 특이적인 5~9개의 단백질의 조합(‘나노 클러스터’)을 구성하는 것으로 관찰된다.

RAS 이량체/다량체는 시험관에서 재구성하기 어렵고, 재구성된 지질막 또는 나노 디스크의 환경에서 PTM 과정을 거친 RAS로 연구해야 한다. 명확한 구조 및 생화학적 데이터가 없기 때문에, RAS-RAS 상호작용 표면의 분자적 연구는 Protein Data Bank (PDB)에 저장된 수 백 가지의 RAS 결정 구조 정보에 기대거나 실험적 검증을 동반한 계산 모델링에 제한되었다. 나노바디 NS1은 RAS-RAS 상호작용 주요 표면인 α4–α5 표면에 직접 결합하여 HRAS와 KRAS의 자가결합을 방해한다. 이를 통해 하위 경로의 활성화를 저해하고 세포 증식을 억제한다. 이 과정에서 RAS의 세포 내 위치나 GTPase 활성에는 영향을 주지 않는 것으로 관찰되었다.

새로 발견된 RAS 자가억제 기전인 막 차단(membrane occlusion)은 RAS 단백질-단백질 상호작용을 표적으로 하는 또 다른 방법이다. 막 차단 과정에서 RAS와 지질막의 직접적인 상호작용은 이펙터가 결합하는 RAS 표면을 세포질에서 격리시키는 효과를 갖는다. 저분자 Cmpd2는 RAS와 지질막의 표면에 결합하여 막 차단을 유도한다. 그 결과, RAS의 대표적인 이펙터인 RAF의 RBD 도메인이 RAS에 결합하는 것을 막는다. RAS와 이펙터 간의 결합표면은 고도로 보존되어 있기에, 이 전략으로 RAS가 활성화시키는 하위 신호전달 경로들을 효과적으로 저해할 수 있다.

5.4. RAS 경로 표적화

5.4.1. 합성 치사 스크리닝(Synthetic lethal screens)

KRAS 또는 NRAS 돌연변이 세포주에서 RAS 외에 가장 필수적인 유전자는 RAF1 (CRAF)과 SHOC2다. Kras G12V; Trp53 -/- 폐 선암 쥐 모델에서 Craf를 없앨 경우, 종양 크기가 유의하게 감소했다. Kras G12V; Trp53 -/- 췌장 선암 쥐 모델에서도 Egfr Craf의 유전적 제거는 췌장 선암 종양의 완전관해로 이어졌다. 이러한 발견은 CRAF 억제의 치료적 이점을 강조하고 CRAF에 대한 선택적 억제제의 필요성을 강조한다. 그러나 RAF 계열 키나아제 도메인들은 높은 상동성을 갖고, CRAF가 키나아제 외의 기능을 수행할 수 있기 때문에, CRAF의 선택적 억제를 위한 새로운 접근법이 필요하다.

SHOC2, MRAS, 단백질 포스파타제 1(protein phosphatase 1; PP1)으로 구성된 포스파타제 복합체는 RAF의 Ser259를 탈인산화한다. 탈인산화된 RAF는 음성조절자 14-3-3에서 떨어져 나와 RAF 이량체를 형성한다. 따라서, SHOC2는 RAF 이량체화를 유도하고, ERK가 최대의 활성을 갖기 위해서 필요하다. Kras G12D; Trp53 R172H 폐 선암 쥐 모델에서 Shoc2를 없애면, 종양 부담을 줄이고 독성 없이 생존을 연장했다. CRISPR–Cas9을 이용한 스크리닝에서 SHOC2 손실은 트라메티닙과 함께 처리 시, 합성 치사를 유도하는 것을 밝혀냈다. 즉, SHOC2 억제제는 단일 제제로서 치료적 이점을 제공할 뿐만 아니라 MEK 억제제와 병용 치료 효과를 나타낼 수도 있다.

5.4.2. EGFR 계열

EGFR은 RAS의 상위이기 때문에 이런 수용체 티로신 키나아제(receptor tyrosine kinase; 이하 RTK)의 비활성화는 RAS 활성을 저해할 수 있다. 세툭시맙(cetuximab)이나 파니투무맙(panitumumab)과 같은 EGFR에 대한 단일클론 항체는 WT KRAS 전이성 대장암 환자의 전체 생존(overall survival)과 무진행 생존(progression-free survival) 기간을 증가시켰다. 그러나, 이 항체는 KRAS-돌연변이 종양, 특히 코돈 12이나 13 돌연변이가 있는 종양에는 효과가 없었다. 임상시험 결과를 기반으로, KRAS에 돌연변이가 없는 전이성 대장암 치료를 위한 세툭시맙과 파니투무맙 사용이 승인되었다. 엘로티닙(erlotinib)과 게피티닙(gefitinib)과 같은 EGFR 티로신 키타아제 억제제(tyrosine kinase inhibitor; 이하 TKI)는 EGFR 돌연변이 비소세포성 폐암 치료를 위해 승인되었지만, KRAS 돌연변이 비소세포성 폐암에서 단일 요법으로는 효과를 보이지 않았다.

WT KRAS 대장암은 세툭시맙 치료에 반응하지만, 궁극적으로 전이성 대장암은 내성 기전으로 KRAS 돌연변이를 획득하고, 항-EGFR 치료에 반응을 보이지 않게 된다. KRAS 증폭, KRAS 체세포 돌연변이(일반적으로 G13D 변이) 등이 보고되었다. 이러한 돌연변이가 세툭시맙 처리 이전에도 존재했는지 아니면 처리 결과 발생했는지는 불분명하다.

Pan-ERBB와 EGFR 억제제는 MEK 또는 KRAS-G12C 공유 억제제와 병용 가능성을 보인다. KRAS-돌연변이 대장암 및 비소세포성 폐암 세포주에서 아파티닙(afatinib)으로 ERBB3를 억제하면 셀루메티닙(selumetinib)에 의한 MEK 억제 반응이 나타난다. KRAS-G12C 세포에 엘로티닙 또는 게피티닙과 ARS-853을 함께 처리하면 시너지 효과가 나타나고, 엘로티닙은 GTP-결합 KRAS-G12C의 비율을 감소시켰다. ARS-853과 같은 KRAS-G12C 공유 억제제는 GDP-결합 상태의 KRAS-G12C에 결합한다. EGFR이 돌연변이 RAS를 활성화하므로, EGFR을 TKI로 억제할 경우 GTP-결합 KRAS-G12C의 양을 줄임으로써 KRAR-G12C 공유 억제제의 효과가 시너지로 증가하는 것을 기대할 수 있다.

5.4.3. MAPK 경로: RAF 억제제

GTP-결합한 활성화된 RAS는 RAF의 이량체화와 인산화를 촉진, RAF 키나아제를 활성화시켜 RAF의 기질인 MEK1/2의 인산화를 유도한다. 활성화된 MEK은 인산화 캐스케이드의 하위 키나아제인 ERK1/2를 인산화한다. ERK 키나아제 활성은 ETS 계열과 같은 성장 촉진 전사인자를 활성화하고, 음성적 피드백으로 작용한다(활성화된 ERK가 상위 경로를 저해하는 신호로 작용하여 결과적으로 신호전달을 억제하는 방향으로 유도함). 이 동적 프로세스는 MAPK 신호전달의 지속 시간과 신호 강도를 제어한다. ERK는 상위 구성 요소인 SOS 또는 CRAF를 인산화하거나, 이중특이적 포스파타제(dual-specificity phosphatase; 이하 DUSP) 계열과 Sprouty(이하 SPRY) 계열의 전사를 조절하여 MAPK 신호를 억제할 수 있다. DUSP는 ERK를 탈인산화하고 SPRY는 SOS-GRB2를 격리함으로써 RTK의 신호를 억제한다. RAS 돌연변이 종양을 효과적으로 치료하려면 MAPK 경로를 거의 완전히 억제해야 한다.

현재 BRAF-V600과 MEK를 표적으로 하는 키나아제 억제제는 BRAF V600-돌연변이 전이성 흑색종에 대해서만 승인되었다. 임상 승인된 베무라페닙(vemurafenib)이나 다브라페닙(dabrafenib)과 같은 BRAF-V600 억제제는 RAF 키나아제 도메인의 αC 나선이 바깥쪽을 향하게 유도한다. 이 억제제들은 RAF 단량체(BRAF-V600은 단량체 상태로도 신호를 전달)를 효과적으로 억제하지만 BRAF/CRAF 이량체를 통해 신호를 전달하는 RAS-돌연변이 종양에는 사용할 수 없다. 또한 해당 억제제들은 RAS-돌연변이 종양에서 WT RAF에 결합하여 RAF 이량체화, 하위 키나아제인 MEK과 ERK의 인산화를 유도함으로써 MAPK 경로를 역설적으로 활성화하는 것으로 밝혀졌다.

5.4.4. MAPK 경로: MEK 억제제

현재 MEK 알로스테릭 키나아제 억제제 중 BRAF V600-돌연변이 흑색종 치료용으로 임상 승인된 억제제는 세 가지가 있다– 코비메티닙(cobimetinib), 트라메티닙(trametinib) 및 비니메티닙(binimetinib)가 그에 해당한다. RAS-돌연변이 종양에 대한 단일 요법으로 MEK 억제제를 사용한 임상 시험에서는 효과를 보이지 않았고, RAS-돌연변이 종양 치료용으로 승인된 MEK 억제제는 아직 없다. RAF 억제제와 마찬가지로 MEK 억제제는 RAS-돌연변이 종양에서 피드백 루프를 유도하여, 강한 효능이 나타나진 않는다.

단일 약제로서 MEK 억제제는 RAS-돌연변이 종양 임상시험에선 실패했지만, NRAS-돌연변이 흑색종에선 다소 민감도를 보였다 (그림 1). 비니메티닙 2상 시험에서 NRAS-돌연변이 흑색종 환자의 20%가 부분관해를 보였다. 또한, 2상 시험에서 피마세티브는 다카르바진에 비해 NRAS-돌연변이 흑색종 환자의 무진행 생존율을 개선했다. 세포 배양에서 NRAS-돌연변이 흑색종 세포는 KRAS-돌연변이 세포보다 pan-RAF 억제에 더 큰 민감도를 가졌고, BRAF V600E 세포와 비슷한 민감도를 보였다. 이처럼 서로 다른 민감도가 흑색종의 내재적 특성, 돌연변이 NRAS 혹은 코돈 61 돌연변이의 생화학적 특성 때문인지 확인하기 위한 추가 연구가 필요하다.

5.4.5. MAPK 경로: ERK 억제제

캐스케이드 말단 키나아제인 ERK를 억제함으로써 발암성 유전자의 전사 발현을 직접적으로 감소시킬 수 있다. 또한 MEK이나 RAF 억제 저항성 종양에 대한 새로운 치료 방법을 제시할 수 있지만, ERK 억제제의 임상 개발은 MAPK 경로의 다른 키나아제 억제제 개발에 비해 뒤처져 있다.

전임상 단계에 있는 화합물 SCH-772984는 이중 기전 ERK 억제제이다. 이 화합물은 ERK1/2에 결합하여 ERK를 억제하는 동시에 구조적 변화를 유도하여 상위 키나아제에 의해 ERK가 인산화되는 것을 막는다. RAS-돌연변이 암세포주에 SCH-772984를 처리하면 ERK 인산화 수준이 감소하고 세포 증식이 감소했다. 임상 화합물인 MK-8353은 SCH-772984에 비해 약동학적 특성이 개선되었다. MK-8353 역시 이중 기전 억제제로 작용하고, 전임상 모델에서 NRAS-돌연변이 흑색종 세포주의 세포 증식을 감소시켰다. MK-8353은 RAS-돌연변이 종양 환자가 포함된 임상시험에서 셀루메티닙 및 펨브롤리주맙과 함께 임상 평가 중이다.

울리세르티닙(ulixertinib; BVD-523)은 선택적, 가역적, ATP-경쟁적인 ERK1/2 억제제다. 최근 완료된 1상 임상시험에서 울리세르티닙은 NRAS-돌연변이 흑색종과 BRAF-돌연변이 고형암에서 항종양 효과를 나타냈다. 이러한 결과는 고무적이지만, 울리세르티닙은 KRAS-돌연변이 종양에선 효과가 없을 수도 있다. NRAS-돌연변이 종양은 대개 KRAS-돌연변이 종양보다 MEK 억제제와 pan-RAF 억제제에 더 잘 반응했기 때문이다. 울리세르티닙은 현재 1상에서 전이성 췌장 선암 환자를 대상으로 화학 요법, 납-파클리탁셀(nab-paclitaxel) 그리고 젬시타빈 병용법으로 평가되고 있다. 전반적으로 RAF, MEK 또는 ERK 단일 억제제는 RAS 돌연변이 종양의 치료에 거의 효능을 보이지 않았다. 따라서 이러한 억제제는 MAPK 경로의 다른 억제제와 함께 사용해야 한다.

5.4.6. PI3K 경로 억제제

RAS에 의해 활성화되는 또 다른 경로인 PI3K에는 세 가지 클래스(I–III)가 있다. 클래스 I PI3K는 GTP-결합 RAS에 의해 활성화되면 PIP2를 인산화하여 PIP3를 생성한다. 이는 AKT를 세포막 쪽으로 모이게 해서 mTOR의 활성화를 유도한다. 클래스 I PI3K는 일반적으로 RBD를 포함하는 촉매 서브유닛 p110과 조절 서브유닛 p85로 구성된 이종이량체(heterodimer)로 이루어진다. 세 유전자(PIK3CA, PIK3CB, PIK3CD PIK3CG)는 각각 p110α, p110β, p110γ 및 p110δ 서브유닛 이소체를 암호화한다. p110α 및 p110β은 모든 조직에서 발현되는 반면, p110γ 및 p110δ는 일반적으로 면역 세포에서만 발현된다. p110β 및 p110γ은 G 단백질-결합 수용체와 RTK에 의해 활성화될 수 있다. PIK3CA의 활성화 돌연변이, AKT 증폭, PIP3를 PIP2로 변환하는 말단 포스파타제를 암호화하는 PTEN의 손실 등을 통해 암에서 PI3K 경로가 상향 조절한다. PI3K 경로의 돌연변이는 RAS 돌연변이와 공존할 수 있는 반면, EGFR이나 BRAF와 같은 MAPK 경로의 돌연변이는 RAS 돌연변이와 상호배타적으로 일어난다. 이는 RAS 돌연변이가 MAPK 경로 조절에 문제를 일으키기에는 충분조건이지만, PI3K 경로에서는 아니라는 것을 가리킨다.

RAS는 PI3K 및 MAPK 경로를 모두 활성화한다. 두 경로 사이에는 크로스톡(crosstalk)가 가능한 피드백 기전이 존재한다. 한 경로의 억제는 (마치 이를 상쇄하듯이) 다른 경로의 활성화로 이어질 수 있다. 따라서 MAPK와 PI3K 경로 모두를 억제해야 할 필요성이 있다. RAS-돌연변이의 전임상 모델에서 PI3K와 MEK의 병용 억제는 효과적으로 나타났고, 임상에서의 가능성도 제시했다. 하지만 임상에서의 PI3K와 MAPK 억제제 병용 시도에서 독성이 보고되었기 때문에, 이후 연구는 PI3K와 MAPK를 억제할 수 있는 RTK에 중점을 두었다. 그 중 인슐린 유사 성장인자 1 수용체(insulin-like growth factor 1 receptor; 이하 IGF1R)는 돌연변이 RAS에 의한 PI3K의 활성화에 필요하다. IGF1R과 MEK 조합 억제는 대장암과 비소세포성 폐암 모델에서 시너지 효과를 보였다. 또한, MEK 억제제를 KRAS-G12C 공유 억제제로 대체하여 IGF1R 억제제인 린시티닙(linsitinib)과 병용할 경우, 쥐 모델에서 효능과 내약성이 개선되었다.

6. 새로운 치료법

6.1. Small interfering RNA (siRNA) 치료법

쥐 모델에서 KRAS를 표적으로 하는 siRNA를 함유한 나노입자를 이용한 전신 이동은 KRAS 표적화의 효과적이고, 돌연변이 특이적 접근법이 될 수 있다. 화학적으로 변형된 안티센스 올리고뉴클레오티드 AZD4785는 전임상 모델에서 피하 주사 후 KRAS 수준을 현저히 감소시켰다. 하지만 임상시험에서는 환자의 KRAS 수준을 충분히 감소시키지 못했다. KRAS-G12D 돌연변이 특이적 siRNA인 siG12D-LODER는 12명의 췌장 선암 환자를 대상으로 화학요법과 병행한 1상 시험에서 가능성을 보여주었다. KRAS G12D 췌장 선암 환자를 대상으로 진행 중인 2상 시험에서는 젬시타빈 및 납-파클리탁셀과 함께 siG12D-LODER를 평가할 예정이다.

6.2. 자가포식(Autophagy)

siRNA나 shRNA를 사용한 KRAS의 유전적 억제와 KRAS-G12C 억제제(ARS-853, ARS-1620), MEK 억제제(트라메티닙, 코비메티닙), ERK 억제제(SCH772984) 등을 사용한 MAPK 경로의 약리학적 억제는 자가포식을 증가시킨다. 자가포식을 약리학적이나 유전적 결실을 통해 억제할 경우, 췌장 선암 전임상 모델에서 종양 퇴행을 유도한다. 즉, 췌장 선암의 성장을 위해서 자가포식이 필요하며, 실제로 이 세포에서는 자가포식이 증가한다. 췌장 선암 환자를 대상으로 하이드록시클로로퀸(말라리아 치료용으로 FDA 승인 받음) 단독 요법으로 자가포식을 억제하는 임상 연구를 수행했으나, 20명 중 18명이 질병이 진행되어 효과는 제한적이었다. 수술 전 치료를 위해 하이드록시클로로퀸을 화학 요법(젬시타빈 + 납-파클리탁셀)과 함께 사용한 결과, 전체 생존을 증가시키고 혈액-매개 종양 바이오마커인 CA 19-9 수준을 감소시켰다. 췌장 선암을 하이드록시클로로퀸으로 치료하는 것은 효능이 제한적이지만 하이드록시클로로퀸과 MAPK 경로 억제제의 병용 요법은 췌장 선암 및 NRAS-돌연변이 흑색종의 전임상 모델에서 유망한 결과를 보여주었다.

6.3. 면역치료

6.3.1. 면역 체크포인트 억제제

종양은 체크포인트(음성 조절 항원)를 통해 면역 체계의 탐지를 회피한다. 널리 알려진 면역 체크포인트에는 CTLA4, PD1 및 PDL1이 포함된다. CTLA4는 T 세포 활성화를 음성 조절한다. PD1은 T 세포에서 발현되며 PDL1에 결합하여 세포 내 억제 신호를 생성한다. 종양은 세포 표면에 PDL1을 발현하여 PD1과의 상호작용을 통해 종양 주변의 면역 활동을 억제한다.

지금까지 면역 체크포인트 단백질을 표적으로 하는 7개의 항체가 FDA 승인을 받았다. 항CTLA4 (이필리무맙, ipilimumab), 항PD1 (니볼루맙, nivolumab; 펨브롤리주맙, pembrolizumab;, 세미플리맙, cemiplimab), 그리고 항PDL1(아테졸리주맙, atezolizumab; 아벨루맙, avelumab; 두르발루맙, durvalumab) 항체이다. 면역요법은 RAS-돌연변이 비소세포성 폐암과 흑색종 치료용으로 승인되었다. 이필리무맙은 현재 전이성 흑색종의 단일 요법, 흑색종의 보조 요법 그리고 진행성 비소세포성 폐암 및 흑색종에서 니볼루맙과의 병용 치료요법으로 승인되었다. 항PD1 항체 니볼루맙과 펨브롤리주맙은 절제가 불가능하거나, 전이성인 흑색종의 치료, 흑색종에 대한 보조 요법(니볼루맙), 진행된 비소세포성 폐암 치료용으로 승인됐다. 또한 테졸리주맙과 두르발루맙은 비소세포성 폐암 치료용으로 승인되었다.

대립유전자 특이적 RAS 억제제나 MAPK 경로 억제제를 면역요법과 병용하면 RAS-돌연변이 종양의 면역요법 반응도를 개선할 수 있다. 한 임상시험에서 KRAS 돌연변이가 있는 가진 비소세포성 폐암 종양에서 PDL1 수준이 증가하여 면역 저항성을 가질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 돌연변이 KRAS는 PDL1 발현을 증가시킨다. 이러한 증가 양상은 MEK 억제제(트라메티닙)나 선택적 KRAS-G12C 억제제(ARS-853)를 사용하여 억제할 수 있다. 또한 면역 능력이 있는 마우스 모델에 AMG 510을 처리하면 종양 침윤 림프구(tumor-infiltrating lymphocyte; TIL) 수가 증가하여 염증성 종양 미세환경이 유도되었고, 항PD1과 병용할 경우 시너지 효과를 얻었다. 비소세포성 폐암 치료를 위한 AMG 510과 항PD1 또는 항PDL1의 병용요법을 임상 2상에서 평가 중이다. MEK을 억제하면 종양 침윤 림프구 수가 증가하고, 항PDL1과 MEK 억제제 병용요법은 종양 퇴행을 유도한다. 또한 현재 1상에서 SHP2 억제제인 TNO155와 항PD1 항체인 스파르탈리주맙 병용요법을 평가 중이다.

6.3.2. 입양 면역 치료

RAS-유발 암을 치료하기 위한 또 다른 면역치료 요법은 돌연변이 RAS 단백질 특이적인 항원을 인식하도록 면역 체계를 조작하는 것이다. 이 접근법은 입양 세포 요법을 사용한다; 생체 외에서 T 세포(종양 침윤 림프구 또는 트랜스제닉 T세포)를 증가시킨 후, 환자에게 다시 주입한다. 종양 침윤 림프구는 종양에서 발현되는 특정 항원을 인식한다. 이렇게 확보된 종양 침윤 림프구를 환자에게 다시 주입하는 방법을 사용하여 흑색종에서 임상적인 효과를 볼 수 있었다. T세포 수용체(T cell receptor; TCR)를 조작하고 말초 혈액 림프구에서 발현시키는 기술의 발달로 이러한 면역요법을 더욱 다양하게 활용할 수 있다.

흑색종에서 종양 특이적 항원을 성공적으로 동정한 것과 유사한 방법으로 KRAS-돌연변이 특이적 항원을 동정했다. 전이성 대장암 환자에서 KRAS-G12D를 특이적으로 인식하는 CD8+ 종양 침윤 림프구가 확인되었으며, 이 림프구를 확보하여 재주입한 경우 부분관해와 종양 퇴행을 관찰할 수 있었다. 또 다른 연구에서는 비소세포성 폐암 환자의 CD4+ T세포에서 KRAS-G12V 돌연변이 특이적 T세포 수용체를 확인했다. 이렇게 확인된 KRAS-G12D 또는 KRAS-G12V의 항원을 사용하여 T 세포를 조작할 수 있다. 인간 백혈구 항원 HLA-A*11:01 이식 유전자를 보유한 쥐를 돌연변이 RAS 펩티드로 면역화하여 해당 돌연변이를 인식하는 T세포를 생성했다. 이종이식 모델에서, 면역화 조작된 쥐의 T세포는 인간 KRAS-돌연변이 췌장 선암 세포를 감지하여 종양 감소 또는 완전한 퇴행을 초래했다.

6.3.3. 암 백신

세 번째 방법은 RAS-돌연변이 종양 항원을 사용한 백신 접종으로 T 세포 반응을 유도하는 것이다. 과립구-대식세포 콜로니 자극 인자(granulocyte–macrophage colony-stimulating factor; GM-CSF)와 함께 돌연변이 RAS 단백질 펩타이드를 피내주사(Intradermal injection, ID) 한다. 이 자극은 수지상세포를 활성화하고 돌연변이 펩타이드에 대한 T세포 반응을 유발한다. I/II상 임상시험에서 돌연변이 RAS-특이적 백신인 Targovax TG-01로 치료받은 췌장 선암 환자들은 면역 반응이 증가하고 전체 생존율이 증가했다.

또 다른 접근법은 일반적인 KRAS 돌연변이(G12C, G12D, G12V 및 G13D)의 네오-에피토프(neo-epitope)를 암호화하는 mRNA를 사용한다. 지질 나노입자로 구성된 mRNA 백신을 근육 내로 투여하면, mRNA 나노입자가 항원 제시 세포에 의해 흡수되고 번역되어 세포 표면에 제시된다. 제시된 돌연변이 RAS 네오-에피토프는 T세포 반응을 유도한다. 이런 mRNA 백신 중 하나인 mRNA-5671에 대한 1상 임상시험이 진행 중이다.

7. 결론

KRAS-G12C 대립유전자 특이적 억제제는 RAS 돌연변이 종양에 대해 최초로 FDA의 승인을 받은 치료제가 될 것으로 예상된다. 모든 돌연변이 RAS 대립유전자의 특이적 억제제가 개발된다면 맞춤형 의학 접근법이 가능해진다. 동시에 대립유전자 특이적 억제제 단일 요법은 한계가 있다. 항 종양 효과를 극대화하기 위해선 다른 억제제와의 병용이 필요하다. 이러한 병용요법을 정하는 데에는 아직 여러 가지 어려움이 남아있다.

첫째, RAS의 각 변이는 뚜렷한 생화학적 특성을 가진다. RAS 돌연변이의 서로 다른 특성은 치료 효과에 영향을 미친다. 예를 들어, RMC-4550을 사용한 SHP2 억제는 KRAS G12DKRAS G12V보다 KRAS G12C에 더 효과적이었다. 즉, SHP2와 KRAS-G12C 억제제 병용요법이 가장 효과적인 치료법이 될 수 있다. 이러한 특정 돌연변이 RAS 코돈과 억제제의 조합 반응을 이해하는 것이 병용요법 개발에 필요하다.

둘째, 종양 유형이 반응률에 극적인 영향을 미친다. RAS-돌연변이 대장암 및 췌장 선암은 MAPK의 억제제나 면역 체크포인트 차단에 크게 반응하지 않는다. AMG 510 임상 시험의 초기 데이터에서 대장암은 췌장 선암에 비해 반응률이 떨어졌다. 따라서 대장암에선 병용요법이 필요하다. 대장암 종양은 특히 치료가 어렵지만, 비니메티닙, 엔코라페닙, 세툭시맙의 삼중 병용은 BRAF V600E 전이성 대장암에서 유망한 항암 효과를 보였다. 이처럼 KRAS 돌연변이 대장암에서 효과를 보이기 위해선 공격적인 전략이 필요하다.

셋째, 병용치료요법은 대개 독성이 있고 안전성이 낮다. 다만 AMG 510의 경우, 용량 제한 독성이 거의 관찰되지 않는 고무적인 결과를 보였다. 대립유전자 특이적 억제제(독성이 낮음)는 PI3K와 MEK 억제제 병용요법처럼 두 개의 독성 화합물을 병용할 경우 관찰되는 문제 없이 독성이 더 큰 다른 억제제와 함께 투여할 수 있다.

RAS-유발 종양의 치료가 더욱 개인화됨에 따라 대립유전자 특이적 억제에 따른 잠재적 저항 기전도 고려 대상이다. 종양의 이질성은 내재적인 저항 기전으로 이어진다. 예를 들어, 하나의 종양은 95%의 KRAS G12C 세포와 0.1%의 KRAS G12V 세포로 이루어질 수 있다. 대립유전자 특이적 KRAS-G12C 억제제로 치료하면 종양이 퇴행하지만 궁극적으로 KRAS G12V 세포는 살아남아 종양이 재발한다. 종양 이질성은 일부 세포가 KRAS-G12C 억제에 내성을 가져 내재적 내성으로 이어질 수도 있다. 전임상 모델에선 종양 이질성을 관찰하기 어려우므로 임상 단계에서 명확한 검증이 필요하다.

기존에는 표적화할 수 없다고 여겨졌던 RAS의 표적화 방법들이 현재 새롭게 논의되고 개발되고 있다. 이와 같은 방법들을 통해 RAS-돌연변이 암을 성공적으로 치료할 수 있을 것이다.

*disclaimer: 이 리뷰에서 논의된 약물 및 치료법의 임상 관련하여 원문의 표 1, 2를 참조 바랍니다.

 

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하자인(2021). RAS 표적화 치료법: 불가능에서 가능으로?. BRIC View 2021-R02. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3682 (Jan 14, 2021)
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