신생 항원에 대한 면역 요법은 잘 기록된 소수의 환자 반응에서만 객관적인 효능을 보여주었습니다. 신항원 예측의 정확도 향상, 면역 회피 극복, 제조 공정 최적화, 효과적인 환자 모집 등 효능을 개선하기 위해서는 여전히 여러 가지 개선이 필요합니다.

신생항원은 게놈 돌연변이, RNA 스플라이싱 장애, 번역 후 변형 장애, 통합 바이러스 오픈 리딩 프레임과 같은 다양한 종양 특이적 변화로 인해 종양 세포에서 생성되는 새로 형성된 항원입니다. 신항원은 자가가 아닌 것으로 간주되며 중추 및 말초 내성에 영향을 받지 않는 면역 반응을 이끌어냅니다.

차세대 시퀀싱 및 생물정보학 기술의 발달로 종양 특이적 신생항원의 신속한 식별 및 예측이 가능해졌습니다. 종양 관련 항원과 비교하여 면역원성이 높고 종양 특이적인 신생항원은 종양의 맞춤형 면역요법을 위한 새로운 표적을 제공하며 종양 생존 예후 및 면역 체크포인트 차단 지수에 대한 반응의 전향적 예측 인자로 사용될 수 있습니다. 신생항원이 유도하는 항종양 면역 반응 의 기전을 이해 하고 신항원 기반 면역치료 과정을 단순화하면 암 치료 발전에 기여할 것이다.

최근 심천 대학 건강 과학 센터 의 Fu Li 교수와 Sichuan University의 West China Hospital의 Huang Canhua 교수는 Signal Transduction and Targeted Therapy 저널에 신항원: 암 치료를 위한 유망한 표적이라는 제목의 리뷰 논문을 발표했습니다 . 이 검토는 신생항원의 식별 및 특성화를 제시하고 신생항원 기반 전향적 면역치료 전략의 임상에 대한 현재 상태, 내재적 문제 및 가능성에 대한 개요를 제공합니다.

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신생항원은 게놈 돌연변이로 인해 종양 세포에서 생성되는 자가항원입니다. 또한, 조절되지 않은 RNA 스플라이싱 및 번역 후 단백질 변형으로 인해 발생하는 고유한 단백질 또는 펩타이드는 비바이러스 관련 악성 종양에서 신생항원을 생성할 수도 있습니다. HPV 양성 자궁경부암 및 EBV 관련 비인두 암종과 같은 바이러스 감염 암의 경우 신생항원은 바이러스로 인코딩된 개방 판독 프레임 (ORF) 을 통해 생성될 수도 있습니다 . 다른 유형의 종양 항원 (예: 암-고환 항원 CTA 및 종양 관련 항원 TAA) 과 비교할 때, 신생항원은 독특한 종양 특이성과 정상 조직에 존재하지 않는 명백한 이점을 가지고 있어 종양의 효과적인 개인화 치료에 이상적입니다.

체세포 종양 돌연변이를 통해 획득한 신생항원의 높은 항원성으로 인해 신생항원을 표적으로 하는 특정 T 세포는 흉선의 음성 선택 효과를 우회하고 종양 특이적 면역 반응을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 치료 후 면역 기억을 생성하는 면역 요법 강화 신생 항원 특이 T 세포 반응의 내구성과 능력은 질병 재발의 장기적인 예방을 약속합니다.




그림 1: 종양 특이적 신생항원의 연구 이력



체세포 돌연변이의 확인

NGS에 의한 종양과 정상 조직 간의 유전적 변화를 비교하면 면역유전학 전략 개발 속도가 크게 빨라집니다.

현재 NGS 데이터에서 가능한 신생항원을 검출하는 초기 단계는 종양의 WES와 정상 DNA를 사용하여 종양 특이적 유전적 이상을 매핑하는 것입니다. RNA-seq 데이터는 WES와 결합하여 돌연변이 유전자가 종양에서 발현되는지 여부를 결정할 수 있습니다.

또한 복제 수 변화, 미생물 오염, 전이 요소, 세포 유형 및 신생 항원의 존재와 같은 숨겨진 생물학적 정보가 RNA-seq에서 더 많이 발견될 수 있습니다. RNA-seq는 또한 대체 스플라이싱 이벤트를 감지하고 돌연변이 대립유전자 발현의 상대적 빈도를 추정하는 데 사용할 수 있습니다. 염색체 재배열을 감지할 수 있는 paired sequencing과 같은 방법을 사용하면 NGS 기반 TMB 감지의 예측값을 크게 향상시킬 수 있습니다. frameshift 돌연변이와 비정상적인 subtype에 의해 발생하는 neoantigen을 완전하게 규명하기 위해서는 Oxford Nanopore Technologies의 nanopore sequencer MinION을 이용하여 full-length transcriptome sequencing을 수행해야 하며, 이 기술의 정확도는 약 90%로 현재의 RNA-Seq이다. 대립유전자 특이적 전사 및 스플라이싱을 식별하기 위한 보완 정보를 제공합니다. MHC 부착 펩티드의 높은 처리량 식별은 MS를 사용하여 면역침전 및 추출된 MHC 결합 펩티드를 직접 검사하는 면역펩티도믹스 기술에 의해 가능해졌습니다. 비정상적인 DNA 서열 또는 RNA 발현에 의해 생성된 신생항원을 검증하는 것 외에도 MS 기반 프로테오믹스는 단백질 수준에서 신생항원 검출을 위한 "황금 표준"을 제공합니다. 또한 MS는 NGS와 통합되어 체세포 돌연변이, 비암호화 RNA 및 프로테아솜 스플라이싱에서 발생하는 종양 특이적 신생항원을 추가로 검출합니다.

신항원의 컴퓨터 예측

NGS 데이터를 기반으로 실리코 방법을 사용하여 가상 펩타이드를 생성하고 잠재적인 신생항원을 발견할 수 있습니다. 간단히 말해서, 신생항원 예측을 위한 워크플로는 다음 단계로 요약할 수 있습니다: 1) 돌연변이 식별, 2) HLA 유형 지정, 3) HLA 결합 친화도에 기반한 신생항원 스크리닝 및 우선순위 지정, 4) T 세포 기반 분석법 사용 신생항원을 실험적으로 확인하였습니다다.



그림 2: 신항원 예측을 위한 워크플로



후보 신항원의 면역원성 평가 및 검증

잠재적 신생항원의 면역원성을 평가할 때 pMHC 복합체에 의한 TCR 인식을 고려하는 것이 중요합니다. 신생항원 특이적 T 세포 인식을 예측하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 in silico 방법은 NetCTL/NetCTLpan으로, T 세포 결합을 직접 예측하기보다는 MHC 결합, C-말단 절단 친화도 및 TAP 전좌를 결합하여 복합 점수를 생성합니다. TCR-pMHC 페어링을 식별하는 것 외에도 pMTnet 및 GLIPH와 같은 클러스터링 방법은 동일한 에피토프를 인식하고 HLA 제한을 예측하는 TCR을 클러스터링할 수도 있습니다.

T 세포에 대한 신항원 반응성은 주로 T 세포 기반 검정, 다색 표지 MHC 테트라머, ELISpot(enzyme-linked immunosorbent spot) 및 T 세포 프로파일링 에 의해 검증 또는 스크리닝되었습니다 . T 세포 면역원성 검출은 후보 신생항원의 면역원성을 평가하는 가장 직접적인 방법입니다. 펩티드 자극 후, 시험관내 확장된 신생항원-특이적 T 세포 반응성을 T 세포 활성화 마커 4-1BB 및 OX-40의 유동 세포측정법 및 ELISpot 검정에서의 IFN 생성에 의해 측정하였습니다. 다색 태그가 부착된 MHC 테트라머는 DNA 바코드, 란타나이드 인코딩 또는 펩타이드 인코딩 형광색소를 활용하여 다중 잠재적 에피토프에 대한 T 세포 반응성을 평가하며, 매우 민감하고 최소한의 물질이 필요하다는 이점이 있습니다. 세포 RNA 시퀀싱(scRNA- seq ) 및 TCR 시퀀싱은 검출 감도를 향상시킬 수 있습니다. WES 유도 신생항원 예측 및 단기 펩타이드 자극 T 세포 배양의 TCR 시퀀싱을 기반으로 신생항원의 민감한 특성화를 위한 특정 T 세포 돌연변이 관련 신생항원 기능 증폭(MANAFEST) 분석 -특이적 TCR Vβ 클론형. MANAFEST 분석은 모든 HLA 일배체형과 호환되며 포르말린 고정, 파라핀 포매 (FFPE) 및/또는 동결 조직 에서 신생항원 특이 T 세포를 추적합니다. MANAFEST는 TCR Vβ 클론형의 종양 특이성을 평가하는 것 외에도 시간 경과에 따른 신생 항원 특이 T 세포 반응의 역학을 연구하고 치료 전후에 얻은 액체 생검을 사용하여 면역 요법의 효능을 모니터링할 수 있습니다. 또한 신생항원의 면역원성을 분석하기 위해 Trogocytososis, T-Scan 등 새롭게 개발된 방법이 있습니다.

신항원 기반 치료 전략

종양 특이성과 면역유전학의 이점을 바탕으로 신생항원은 종양 백신, 아르테미시닌 병용 요법, 항체 기반 요법을 포함한 암 면역 요법의 새로운 표적이 될 수 있을 뿐만 아니라 면역 체크포인트 차단 요법의 잠재적인 예측 인자 역할을 할 수 있습니다 . 신생항원은 각 환자에 대해 특별히 발견된 개별화된 신생항원 또는 많은 환자 암에서 발현되는 공유 신생항원으로 구성됩니다. 맞춤형 신생항원은 환자마다 다르기 때문에 많은 수의 환자를 대상으로 하는 데 사용할 수 없습니다. 개별화된 신생항원 요법과 비교할 때 공유 신항원을 기반으로 하는 기성품 요법은 자원과 시간을 절약할 수 있습니다



그림 3: 신항원 기반 치료법의 분류



신항원 기반 치료용 백신

신항원 백신은 항종양 T 세포 반응을 자극, 강화 및 다양화하는 효과적인 수단이며 높은 실행 가능성, 높은 전체 안전성 및 간단한 준비라는 장점이 있습니다. 펩타이드, 핵산, 수지상 세포와 같은 신항원에 기반한 다양한 형태의 백신이 다양한 유형의 종양 환자를 대상으로 한 임상 시험에서 평가되고 있습니다. 현재의 펩타이드 및 핵산 백신은 주로 SNV, 프레임이동 INDEL 및 유전자 융합을 포함한 체세포 돌연변이에서 파생된 예측된 신생항원을 표적으로 합니다. DC 백신은 펄스 합성 펩타이드 또는 핵산에 의해 선택된 신생항원을 표적으로 하거나 전체 세포 용해물(WCL)을 도입하여 전체 TSA를 표적으로 삼을 수 있습니다.

신항원 기반 세포치료제

TIL 및 새로운 TCR 또는 CAR을 포함하여 유전자 조작된 면역 세포는 다양한 악성 종양을 치료하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 체외에서 확장된 자가 TIL의 입양 전이는 유전적 변형 없이 일부 인간 암에서 완전한 관해를 유도할 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. 이 TIL은 환자에게서 가져와 특정 조건에서 증폭되고 항암 활성이 증가합니다. 그런 다음 이 세포 제품을 이전에 비골수파괴 림프구 고갈 화학요법 및 사이토카인 요법을 받은 동일한 환자에게 다시 재주입하여 효과적인 항종양 면역 반응을 자극했습니다. TIL은 화학 요법, 방사선 요법 및 항-PD-1 요법을 포함한 현재 요법에 반응하지 않는 전이성 악성 종양 환자를 치료하는 데 사용되었습니다 .

T 세포, NK 세포 및 대식세포와 같은 면역 세포는 시험관 내에서 유전적으로 조작되어 TCR 및 CAR을 생산하여 신생항원으로 특이적으로 리디렉션할 수 있습니다. 이러한 조작된 면역 세포는 종양 항원 반응성 TIL의 제한된 비율과 같은 문제를 우회합니다. 고형 종양에서 신생항원 기반 CAR-T 요법의 가장 잘 알려진 예는 EGFRvIII 돌연변이에서 파생된 신생항원이며, 이는 교모세포종 환자의 30%에서 세포외 도메인 단편의 자발적 프레임 내 결실로 인해 발생하며 , 이는 CAR-T 치료의 표적. 인간 EGFRvIII xenogeneic 피하 및 orthotopic 모델은 EGFRvIII 표적 CAR-T 세포가 종양 성장을 조절할 수 있음을 보여주었습니다.

신항원 기반 항체 요법

항체 요법은 ICB에 대한 항-PD1/PD-L1/CTLA4 항체와 같은 암 치료에 성공적으로 사용되었습니다. 세포내 단백질을 표적으로 할 수 없는 기존의 항체와 비교하여 TCR-mimicking (TCRm) 항체 또는 돌연변이 관련 신생항원 (MANA) 특이 항체는 pMHC 복합체에 집중하여 세포내 신생항원을 인식할 수 있습니다. TCRm 항체는 TCR보다 친화력이 더 큽니다. 이러한 신생항원 표적 항체는 전장 항체, 항체-약물 접합체 (ADC) 및 BsAb를 비롯한 다양한 치료 형식으로 쉽게 번역할 수 있습니다 . TCRm 항체 부분은 또한 특정 암의 치료에 매우 효과적인 것으로 밝혀진 CAR-T 요법을 통해 신생항원 특이 활성을 유도하는 데 사용될 수 있습니다.

신항원 기반 면역치료와 ICB

체크포인트 억제제 기반 면역 요법은 신장 세포 암종, NSCLC 및 흑색종을 포함한 여러 악성 종양에서 장기적인 항종양 효과를 달성했습니다 . 그러나 종양 특이적 이펙터 T 세포가 없는 경우 환자는 ICB 요법에 반응하지 않았습니다. 신항원 부하 및 종양내 이질성은 ICB 반응의 예측 바이오마커 역할을 할 수 있습니다. ICB와 신생항원 기반 면역치료 접근법을 결합함으로써 종양 반응성 T 세포가 보다 효과적인 항종양 반응을 위해 강화될 수 있습니다. 신항원 백신 (PancVAX) 과 항-PD-1 및 작용제 OX40 항체와 같은 두 가지 체크포인트 조절제의 조합은 단일 요법에 비해 종양 퇴행을 개선했습니다.



그림 4: 신생항원 기반 암 면역치료제 생산의 개략도

현재 신생 항원에 대한 면역 요법은 잘 기록된 소수의 환자 반응에서만 객관적인 효능을 보여주었습니다. 신항원 예측의 정확도 향상, 면역 회피 극복, 제조 공정 최적화, 효과적인 환자 모집 등 효능을 개선하기 위해서는 여전히 여러 가지 개선이 필요합니다. 전반적으로 신생 항원은 암 면역 요법에서 중추적인 역할을 하고 종양 치료에 대한 생각을 넓히며 광범위한 개발 전망을 가지고 있습니다.

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