RNAi 치료제 최근 연구 동향

 

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siRNA는 RNAi 현상에 중요한 역할을 담당하고 있지만 임 상적으로 적용하기에는 여전히 장벽들이 존재한다 (그림 2). 첫 번째로, siRNA는 생체 내에서 불안정하다. 정맥주사를 한 경우 siRNA의 50%가 30분 이내에 사라진다. 그 이유로는 혈 중에서 효소에 의해 쉽게 분해 되고 작은 사이즈로 인해 신장 에서 빠르게 제거 된다. 몇몇 연구에서도 siRNA가 정맥 투여 시 신장에서 가장 높게 분포한다고 보고된다 [3]. 또한 가장 큰 장벽으로는 RNAi 나노 입자들이 혈액 순환시 간, 췌장에 서 옵소닌 작용에 의해 RES (Reticuloendothelial system)/ MPS (mononuclear phagocytic system)에 인식되어 쉽게 제거 되므로 치료효과가 감소한다 [4-5]. 두 번째는, 표면 이 음전하 (40-50 negative phosphate charge)를 띄고 있 기 때문에 siRNA 자체만으로는 쉽게 세포막을 통과하기 어 렵다. 따라서 siRNA를 세포 안으로 전달하기 위해서는 전달 체 개발이 요구된다. 또한 세포내로 전달이 되더라도 엔도좀 밖으로 방출되는데 어려움이 있을 수 있다. 세 번째는, 체내 로 들어간 siRNA가 표적하고 있지 않은 mRNA를 인식하는 off-target-effect로 원하지 않는 단백질 합성을 저해할 수 있다 [6]. 마지막으로, siRNA를 고농도로 처리할 경우 면역 반응을 유도하여 부작용을 초래한다. 따라서 siRNA를 매개 로 발생하는 면역반응에 대해 더 많은 연구들이 선행 되어야 한다.

 

siRNA 효율적으로 전달하기 위해서는 앞서 서술한 물 리적 장벽들을 해결해야 한다.

 

우선, siRNA의 구조적 변 형을 통해 혈중 내 안정성 및 전달 효율을 높인다. 주로 많 이 사용하는 방법으로 당의 2’-OH를 2-O-methyl, 2-H, 2-fluoro와 같은 다른 화학적 그룹들로 치환해준다 [7]. 이 렇게 변형된 구조들은 효소에 덜 영향을 받고 열에도 안정 적인 구조를 갖게 된다 [8]. 또한 센스가닥의 5’부분의 구 조적 변형과 안티센스 가닥의 3’ 말단에 overhang 구조 를 적용하여 표적 하는 mRNA의 특이성을 증가 시켜 offtarget effect를 줄일 수 있다 [9-10] (그림 3 a).

 

다음은 Naked siRNA를 세포 내로 전달을 용이하기 위해 다양한 나노 입자들의 전달체 개발이 요구된다. 다양한 양이온 전 달체를 이용하여 siRNA와 복합체를 형성해 전달 및 치료 효과를 높일 수 있다. 양이온 물질들은 주로 리포좀, PEI (polyethylenimine), PLL (poly-l-lysine), 키토산, 덴드리 머와 같은 폴리머를 사용하고 있다 (그림 3 b, c).

양이온 폴 리머는 물에 잘 용해 되고, 매우 높은 양전하를 갖고 있어서 쉽게 siRNA와 결합할 수 있는 장점이 있다. 또한 혈중에 분 포된 다양한 RNase로부터 보호해 naked siRNA의 분해를 감소시켜 siRNA의 전달효율이 높아질 수 있다. 아미노 그 룹이 풍부한 PEI 합성 폴리머가 siRNA 전달에 많이 이용되 고 있다. 세포 실험에서는 전달효율이 매우 높지만, 정맥주 사 후에는 옵소닌과 결합해 낮은 전달 효과와 독성을 나타내 는 단점을 갖고 있다.

덴드리머는 가지구조를 가지고 있어서 사이즈, 구조를 일정하게 조절할 수 있고, 전하를 가지고 있 어 siRNA전달에 용이하다. 그 종류로는 poly amidoamine (PAMAM)과 poly (propylenimine) (PPI) 등이 있고 표면 에 아민 그룹을 갖고 있어서 복합체 형성시 RNase 효소로 부터 보호하여 분해를 막고 전달 효율을 향상 시켜준다. 덴 드리머 안쪽의 아민 그룹은 프로톤 스폰지 효과에 의해 세 포 내로 들어갔을 때 엔도솜에서 siRNA가 잘 방출 될 수 있도록 도와주는 역할을 하고 있다 [11].

키토산 폴리머는 D-glucoseamines 과 N-acetyl-D-glucosamines로 구 성 되어있고, acetyl-D-glucosamines의 일차 아민이 pH 6.2-7.0 상태에서 siRNA와 결합하여 복합체를 형성한다. 키토산은 낮은 독성 및 면역반응을 나타내므로 생체에 적합 한 물질로 작용한다.

키토산/siRNA 복합체는 CHOK1 과 HEK 293 세포에서 높은 전달 효율을 보여준다 [12]. 하지 만 키토산/siRNA 복합체는 수용액 상태에서 매우 낮은 용해 성을 갖고 있기 때문에 in vivo 상태에서는 낮은 전달효율을 나타낸다 [13]. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 키토산 표 면에 polyarginine과 PEG를 결합해 혈액순환 시 머무는 시 간이 증가하여 전달효과를 높였으며 표적하고 있는 유전자 를 효율적으로 억제 시켰다 (그림 3 d). 또한 높은 혈중 단백 질에의 농도에도 안정성을 보여줬다 [14].

리포좀은 친수성 과 소수성으로 이루어진 리피드의 이중막 구조로 siRNA전 달체로 널리 사용되고 있다. 리포솜은 생체 적합하고 잘 분 해되므로 안전하게 사용할 수 있다. 게다가 인지질이 아민그 룹을 갖고 있으므로 음이온을 띄는 siRNA와 정전기전 결합 을 통해 쉽게 복합체를 형성할 수 있다. 복합체의 형성으로 엔도사이토시스를 원활하게 하여 세포 내 통과를 용이하게 할 수 있다. 또한 엔도좀/라이소좀으로부터 방출이 용이하므로 세포질로 손쉽게 이동할 수 있다. 이와 같이 양이온 리 포좀 과 폴리머를 이용한 siRNA 전달체가 효과적으로 유전 자를 억제하지만 비특이적으로 다른 세포에도 작용하여 부 작용을 초래할 수 있다. 따라서 세포 특이적 전달을 위해 항체, 앱타머, 펩티드, 엽산과 같은 작은 분자들을 전달체에 리간드로 결합하여 표적 세포에만 전달 하는 연구가 진행되 고 있다 [15] (그림 3 e). 또한 exosome을 매개로 한 siRNA 전달 시스템, oligoncolotide 나노 입자 전달체, RNAimicrosponges 등과 같은 새로운 siRNA 전달체들이 많이 연구되고 있고 siRNA 전달에 있어서 충분한 가능성을 시사 해 주고 있다 [16-17].

 

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3. RNAi 치료제 현황

 

siRNA 전달체의 개발로 전신 투여를 위한 많은 수의 siRNA 약물이 증가하였다. 2004년 처음으로 siRNA를 이용한 RNAi 치료제가 임상시험을 시작한 이 후로, 20종 이상의 siRNA 치 료제가 임상 시험을 진행하고 있다 [18]. 다음 표 1에서는 현 재 외국에서 임상시험 단계별로 진행 되고 있는 siRNA 치료제 들을 정리해 놓았다.

AMD, DME, NAION 과 같은 국소질환 및 바이러스 감염 질환 (RSV, HCV)은 siRNA만 국소적으로 주사하였다.

다른 몇몇의 siRNA 치료제들은 off-target 효과 로 임상실험을 종결시켰다.

Bevasiranib은 임상 3상에서 낮은 치료 효과로 중단되었고, AGN-745 또한 off-target effect 로 임상 2상 단계에서 실험을 중단하였다.

TKM–ApoB는 임 상 1상에서 콜레스테롤의 일시적인 감소현상이 나타나 임상 시험이 종결되었다. 위의 siRNA치료제를 투여했을 때 공통 적으로 TLR (Toll Like Receptor)를 활성화 시켜 면역 부작 용을 일으켰다.

하지만 다른 naked siRNA약물과 달리 I5NP 는 정맥주사 시 임상 2상까지 실시하여 괄목할 만한 치료 효 과를 보여주었다. 많은 선행 연구들은 리포좀을 기반으로 한 siRNA 전달체 플랫폼이 보다 안정적이라고 보고 하고 있다. Nucleic acid lipid particle (SNALP)를 기반으로 한 ALNVSP02 치료제는 임상 1상을 마쳤으며, 일반적으로 간암 환자 의 50%가 항-VEGF 효과를 보여줬다.

또 다른 SNALP 치료제인 ALN-TTR01은 transthyretin (TTR) 단백질이 감소되 었다. 다른 ATTR siRNA 치료제인 ALN-TTR02는 단 한번 의 투여로 TTR 단백질이 94프로까지 억제되는 것을 보여주었 다 [19]. 다른 괄목할 만한 RNAi 치료제로 Atu027은 양이온 리포좀인 AtuPLEX와 결합된 복합체로 임상 1상에서 독성 실 험 결과 33명의 암환자 중 27명에서 부작용이 발생하지 않았 다 [20].

 

국내에서는 유한양행과 함께 면역 항암제 공동 개발 에 나선 바이오니아가 고효율의 생 분해성 자가조립 나노 입자 인 SAMiRNA 기술을 바탕으로 siRNA 핵심 신약과 신약후보 물질을 개발하고 있다. 이 기술은 RNAi 기술의 단점으로 작용 하던 off-target effect를 줄이고 간 독성 역시 현저하게 낮은 것으로 나타났다. 여러 차례의 동물 실험을 통해 SAMiRNA 나노 입자를 사용한 종양 크기 성장의 억제가 효과적임을 확인 했고 임상 시험을 준비 중이다. 올릭스 역시 RNAi 기반의 핵 산 약물을 개발하고 있는 바이오텍 회사이다. 올릭스는 기존 siRNA의 면역 반응 유발이나 비 표적 유전자 억제와 같은 부 작용을 감소시킨 비대칭 자가전달 RNAi 기술과 전달체 없이 원하는 세포 내로 RNA를 전달하는 자가전달 RNAi 기술의 원 천 특허를 보유하고 있다. 이러한 원천 기술을 바탕으로 비대 흉터 치료제 OLX101 의 비임상 시험을 진행중이며 특발성 폐 섬유화 치료제 OLX-201 개발을 싱가포르와 공동 진행하고 있다. 인코드젠은 siRNA가 체내의 miRNA로 잘못 인식돼 발 생하는 off-target effect를 줄이기 위해 miRNA의 구조 등을 연구, 6번째 피봇(Pivot)의 위치를 변형함으로써 miRNA로의 작용을 차단하는 siRNA-6pi 기술을 고려대 연구진들과 개발 했고 그 결과를 2015년 네이처 커뮤니케이션 학술지에 게재했 다. 고려대와 인코드젠은 산학협력의 형태로 기술을 이용한 다 양한 질환에 대한 적용을 준비 중이다. 4. RNAi 치료제의 전망 및 결론 siRNA 약물은 서열 특이적으로 유전자 발현을 억제 시킬 수 있으므로 질병을 치료할 수 있는 무한한 가능성을 갖고 있다. 새로운 기술과 연구의 발달로 siRNA의 작용을 변화시켜 치료 가능성을 증가시켰으며 off target effect를 감소 시켰다. 따라 서, 현재 많은 siRNA 표적이 임상연구로 계속해서 진행 중이 며 미래 신약 개발의 새로운 패러다임을 보여주고 있다. 하지만 이런 장점에도 불구하고, RNAi 치료제신약으로 실현되기 위해 여러 가지 문제점들을 극복해야 한다. 우선, siRNA 자체의 화 학적 변형이나 구조적 안정화, 전달체 개발을 통해 생체 내 안 정성을 해결해야 한다. 또한 나노 입자의 사이즈, 표면 전하, 형태를 조절하여 전달 효율을 증가시키는 것이 중요한 사안으 로 여겨진다. 이러한 조건들을 충족시킬 때 보다 안정적이면서 긴 시간 동안 순환 하여 특정 조직에 siRNA를 정확하게 전달 할 수 있을 것이다. 앞으로 좋은 전달 시스템을 구축하여 기존 약물치료의 패러다임을 벗어나 21세기를 선도할 수 있는 RNAi 치료제가 되길 기대해본다.