자연살해세포 세포살해활성 결함과 췌장암 예후연관성 규명

울산대학교 의과대학 김헌식 교수

Jun E, Song AY, Choi JW, Lee HH, Kim MY, Ko DH, Kang HJ, Kim SW, Bryceson Y, Kim SC & Kim HS (2019). Progressive impairment of NK cell cytotoxic degranulation is associated with TGF-β1 deregulation and disease progression in pancreatic cancer. Front Immunol 2019 Jun 21;10:1354. doi: 10.3389/fimmu.2019.01354.

1. 연구배경

자연살해세포(NK cell)은 선천성 면역세포중의 하나로 다른 면역세포와는 달리 암 세포나 병균에 감염된 세포를 즉각적으로 감지하여 제거함. 더불어 NK cell은 암세포의 발생을 효과적으로 억제하고 바이러스 감염, 염증질환, 자가면역질환 등 각종 난치성 질병에도 중요한 역할을 함.

NK cell의 기능 이상은 암의 발생과 밀접한 관련을 가지고 있다고 알려져 있으며, 실제 많은 암 환자로부터 NK cell의 수 및 활성에 결함이 발견되고 있음. 건강한 사람과 말기암 환자를 대상으로 면역세포의 활성 정도를 비교한 결과, 암 환자의 암세포 제거율(1%)은 정상인(19%)에 비해 현저히 저하되어 있음이 보고됨.

췌장암은 초기 증상이 거의 없으며, 있어도 다른 소화기계 장애 증상과 구분이 어려워 조기 발견이 매우 어려움. 췌장암 환자의 85%가 암 말기에 진단받고, 생존 확률도 2%에 못 미침. 췌장암 관련 대표적인 종양표지자는 CA19-9이지만, 특이도가 낮은 문제점이 있음. 췌장암 이외에도 담도를 포함한 소화기계의 암에서 상승될 수 있으며 또 담관염과 담도폐색의 경우에도 상승될 수 있음. 현재는 진단보다는 췌장암의 예후 판정과 치료 후의 추적 검사에 많이 사용됨. 따라서 췌장암의 낮은 진단율과 높은 사망률을 고려할 때 종양에 선택성을 가지며 기존 종양표지자를 보완할 수 있는 biomarker 개발이 절실한 상황임.

본 연구진은 이를 해결하기 위해 NK cell 고유의 활성화 특성인 수용체 synergy에 초점을 맞춤. NKG2D와 2B4 수용체 조합이 NK cell의 강력한 synergistic 활성화를 유도한 예비결과를 바탕으로 해당 수용체 자극을 이용하여 NK cell 선택적 활성화를 유도함. 또한 이의 NK cell 활성측정 유효성을 표준 표적세포인 K562 기반의 활성도 측정과 비교하고 최종적으로 췌장암 예후와의 연관성을 확인함.

2. 연구내용

□ 수용체 synergy로 NK cell 특이적 활성유도 가능함

단핵구(PBMC)내의 다양한 면역세포 중 NK cell이 NKG2D와 2B4 수용체의 ligand를 모두 발현하는 표적세포에 의해서 강력한 세포살해활성이 유도됨을 규명함. 이를 통해 수용체 synergy는 NK cell에 선택적이며 이는 다른 면역세포와 구별되는 NK cell의 고유한 활성화 특성임을 규명함. (그림 1).

□ 수용체 synergy로 췌장암 NK cell의 활성결함 검출

NK cell synergy를 유도하는 표적세포를 이용하여 정상인과 췌장암 환자의 단핵구 내 NK cell 활성을 측정함. 총 37명의 건강한 공여자(HC), 31명의 췌장암환자(Malignant), 대조군으로 27명의 양성췌장종양 환자(Non-malignant)의 NK cell 활성을 측정함. 그림에서 보듯 췌장암 환자 NK cell의 cytotoxic degranulation은 정상인의 NK cell 것과 비교하여 결함이 있음을 알 수 있음. 특히 대조군 K562 표적세포보다 synergy 유도 표적세포에 의한 자극에서 더 뚜렸한 차이를 보임. (그림 2).

추가로 NK cell 활성화의 다른 지표인 IFN-γ 발현을 측정한 결과에서도 췌장암 환자 NK cell이 정상인의 NK cell 것과 비교하여 결함이 있었음. (그림 3).

또한 각 group간에 NK cell 분포는 차이가 없는 결과를 통해 NK cell의 활성결함이 중요함을 알 수 있었음

본 결과를 통해 췌장암환자 NK cell 활성이 건강한 공여자, 양성췌장종양 환자 NK cell 활성에 비해 유의하게 감소함을 알 수 있었음. 특히 NK cell synergy를 유도하는 표적세포(P815-ULBP1+CD48) 자극의 경우 이러한 결함 파악이 더 용이하였음.

흥미롭게도 31명의 췌장암환자(Malignant) NK cell 활성을 질병의 병기 stage에 따라 구분하여 분석한 결과 암진행 단계에 따라 NK cell 활성이 순차적으로 감소하는 흥미로운 결과를 얻음. 또한 K562 표적세포보다 synergy 유도 표적세포에 의한 자극이 더 민감하게 병기에 따른 NK cell 활성결함을 검출함을 확인함. (그림 4).

□ NK cell 활성결함과 TGF-β1 연관성 규명

췌장암에서 NK cell 활성결함의 원인을 규명하기 위해 환자 혈장 내 다양한 염증인자(TNF-α, TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13)의 발현을 multiplex ELISA로 측정하였음. 이를 통해 TGF-β1과 IL-6의 발현이 양성췌장종양 환자(Non-malignant) 또는 정상인(HC)에 비해 유의하게 증가되어있는 것을 확인함. (그림 5A). 특히 TGF-β1의 경우 췌장암환자(Malignant) NK cell의 세포살해활성(CD107a+) 결함과 밀접하게 연관되어 있었으며 IFN-γ 발현과는 무관하였음. (그림 5B). TGF-β1이 췌장암 환자의 예후 및 본 연과의 NK cell 세포살해활성 결함과 밀접한 연관이 있음을 고려할 때 특히 NK cell 세포살해활성 측정은 췌장암의 예후와 연관성이 높음을 알 수 있음.

3. 기대효과

이번 연구를 통하여 췌장암환자 단핵구에서 NK cell의 분포, 활성(cytotoxic degranulation, IFN-γ 생성)을 재현성 있게 측정하는 방법을 확보하였음. 더불어 관련 기전으로 다양한 염증인자 발현양상, NK cell 활성결함 및 질환예후와의 연관성 분석을 성공적으로 수행하였음. 이를 통해 다양한 암환자 검체에서 NK cell 활성도 기반의 biomarker 적용 및 예후예측에 기여를 할 것으로 기대함.

참고문헌
1. Kwon HJ, Kim N & Kim HS (2017). Molecular checkpoints controlling natural killer cell activation and their modulation for cancer immunotherapy. Exp Mol Med. 2017 Mar 31;49(3):e311.
2. Kwon HJ, Choi GE, Ryu S, Kwon SJ, Kim SC, Booth C, Nichols KE & Kim HS (2016). Stepwise phosphorylation of p65 promotes NF-κB activation and NK cell responses during target cell recognition. Nat Commun. 2016 May 25;7:11686.