INTRODUCTION

다양한 소스로부터 유래하고 여러 가지 방법으로 in vitro에서 증식된 mesenchymal stromal cells (MSCs)을 스테로이드 저항성 급성 또는 만성 graft-versus-host disease (GVHD) 환자의 치료를 위하여 투여하고자 하는 광범위한 임상연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 이와 관련된 기존의 임상 연구와 그 생물학적 배경에 관해 기술하였다.

TREATMENT OF GRAFT-VERSUS-HOST DISEASE

첫 번째 임상시험은 2004년에 스웨덴 그룹이 심각한 스테로이드 저항성 GVHD를 가진 한 소년에게 제3자로부터 나온 골수 유래 MSC를 fatal calf serum으로 증식시켜 정맥 내 주입한 것이며, 아주 좋은 결과를 얻었다. 이때부터 MSC를 GVHD의 치료에 응용하기 위한 장이 열린 것이다. 현재까지 주로 골수 유래 MSC를 이용한 약 350건의 임상시험이 진행 되었다. MSC의 기원과 상관없이 이러한 세포들의 무독성과 안전성, 배양조건 및 투여량 등이 서로 다른 여러 기관에서 많은 환자들을 대상으로 확립되어 왔다. 최근에 1012명을 대상으로 한 메타분석에서 MSC 투여가 급성 infusional toxicity, 기관계의 합병증, 감염, 사망, 암발생 등과 연관성이 없다는 것이 밝혀지기도 하였다. 하지만 GVHD에서 MSC의 정확한 효능 또한 논란의 중심에 있기도 하다. 초창기에 시행됐던 급성 GVHD 21건과 만성 GVHD 10건의 연구를 종합한 최근의 조사결과를 보면 급성에서 complete responses (CRs)와 partial responses (PRs)가 각각 52%, 23%에서 관찰되었으며, 만성에서는 CRs와 PRs가 각각 26%, 48% 관찰되었다. 용량은 0.2  10⁶ 에서 20  10⁶/kg 범위에서 여러 번 투여하였으며, 최근의 다른 연구에서도 유사한 결과들이 나타났다. 그러나, 한가지 중요한 사실은 처음에 이 치료를 한 소년에게 성공적으로 시행한 스위덴 그룹이 15명의 성인환자를 대상으로 동일한 치료를 하였을 때, 장기 생존율에는 영향을 미치지 않았다는 것이다. 최근에 이 그룹은 이 치료법의 효과에 대한 의문을 제기하기도 하였다.
최근에 grade III-IV의 심한 acute GVHD를 가진 37명의 소아환자들을 대상으로 한 광범위한 후향적 연구에서, 65%의 환자가 CRs를 보였다. 더욱 중요한 것은 2.9년간의 추적관찰 결과 37%의 전체 생존율을 나타냈으며, CRs 환자는 65%, non CRs 환자에서는 0%의 생존율이 관찰되었다. 이는, MSC를 활용한 치료법은 소아환자를 대상으로 했을 때 더욱 명확한 결과를 나타냄을 의미한다.
위에 요약한 연구들은 모두 fatal calf serum으로 증식시킨 MSCs를 사용한 결과들인데, 이는 현재는 대부분의 규제기관에서 동물 유래물질의 안전성 문제로 인해 받아들여지지 않는 방법이다. 따라서 본 논문의저자들은 fatal calf serum 대용으로 platelet lysate를 사용하여 증식시킨 MSCs를 사용하여 임상 1상 연구를 진행하였다. 스테로이드에 반응하지 않는 grade II-IV의 소아환자 15명, 성인환자 25명을 대상으로 한 연구에서 급성독성은 관찰되지 않았다. 평균 용량은 1.5  10⁶/kg이었고, 평균 세 번을 투여하였다. 치료에 대한 응답률은 마지막 투여 후 28일째 측정하였으며 전체 67.5%, CRs은 27.5%로 나타났다. CRs은 주로 grade II의 환자들에서 관찰되었으며, 1년과 2년의 전체 생존율은 각각 50%와 38.6%였다. 그밖에 platelet lysate를 이용한 몇 가지 다른 연구들을 종합하여 내릴 수 있는 결론은, platelet lysate를 이용하여 증식시킨 골수유래 MSCs는 독성은 없으나 그 임상적 효과는 대부분의 환자에서 일시적이다(2년 전체생존율이 약 30%)라는 것이다. 따라서 현재로서는 이렇게 복잡하고 파괴적인 질환에 대한 이 치료법의 효과가 사실인지는 결론 내리기 힘든 상황이다.

PREVENTION OF GRAFT-VERSUS-HOST DISEASE

MSCs의 투여가 GVHD의 치료 외에 이를 예방할 수 있는지에 대한 여러 연구가 진행되었다. 이에 관한 적어도 8개의 논문들을 검토할 수 있었고, 이중 세 논문은 MSC 투여군과 대조군을 비교한 연구였다. 대부분의 결과(5가지 논문과 100여명의 환자대상)에서는 MSCs의 GVHD 예방 효과가 대조군과 비교했을 때 통계적으로 유의하게 차이가 있지는 않았다. 흥미롭게도 나머지 3가지 논문 중 2가지 논문에서는 긍정적인 결과를 보고하였는데 MSC 투여군에서는 acute GVHD가 논문 별로 각각 5.3%와 11%로 나타난 반면, 대조군에서는 각각 33.3%와 53.3%로 나타났다. 나머지 한 논문에서는 별다른 차이가 관찰되지 않았다. 상대적으로 적은 수의 환자와, 이식 방법 및 요법의 차이, 부수적인 면역억제치료 방법의 차이로 인해 이 방법의 실질적인 효과에 대한 결론을 내리기는 아직 이른 것으로 보인다. 위에서 언급했던 치료적인 접근방법에서와 마찬가지로, 예방적인 접근에서도 투여에 대한 독성은 보고되지 않았다. 하지만, 이러한 연구들의 전반적인 결과들은 MSCs의 GVHD 예방 효과를 밝히기 위해서는 보다 철저한 대규모의 연구가 필요함을 시사하고 있다.

BIOLOGICAL CONSIDERATIONS

위에 언급한 모든 결과들은 미래에 MSCs가 심각한 GVHD에 대한 치료 및 예방법으로 역할을 할 수 있을 가능성을 제시하지만, 아직도 이 치료법에 대한 명확한 근거는 부족한 실정이다. GVHD의 원인에 대한 현재의 지식을 자세하게 설명하는 건 이 논문의 범위를 넘는 것으로 보이지만, 간략하게 요약하면 이 병은 염증과 면역활성이 복잡하게 얽혀서 일어난다는 것이다. 공여자와 수여자의 항원제시세포가 공여자의 T cells(주로 naïve subtype)을 자극하고 cytokines 분비를 통해 그들을 활성화시키며 조직의 염증반응을 촉진한다. 또한 minor histocompatibility antigens가 T cell을 활성화시켜 effector T cells의 증식과 분화를 유도한다. 항원제시세포가 분비하는 cytokines는 T-helper cell의 분화를 유도하고 조직별로 다양한 helper T cells과 cytokines의 환경을 갖게 한다. 결과적으로 이러한 염증반응과 면역반응의 조합이 조직에서 T cells의 혈관 외 유출에 영향을 주어 조직의 손상을 일으키게 된다. 이러한 몇 가지 사실에 대한 언급은 오직 이 병의 원인을 명확히 이해하는 것이 추후 염증 반응과 면역 반응을 이상적으로 조절할 수 있는 효과적인 치료법 개발의 바탕이 될 것임을 시사한다. 따라서 현재의 MSCs를 이용한 스테로이드 저항성 GVHD의 치료는 아직은 막연한 추측에 근거하고 있다고 볼 수 있다.

IMMUNOSUPPRESSIVE AND IMMUNE PRIVILEGED

MSCs는 많은 in vitro data를 통해 T cells 증식 억제, regulatory T (Treg) cells의 유도, Th17의 분화 억제, T cells의 apoptosis 유도, natural killer cells의 기능 저해, B cells 증식 억제, dendritic cells 성숙 억제, macrophages의 M2 분화 저해 등 다양한 방법으로 면역을 억제하는 것으로 알려져 있다. In vivo data에서도 췌장, 심장, 신장, 신경계 등의 이식에서 MSCs가 면역관용을 나타냈다고 보고되어 있다. 광범위한 in vivo 이식 모델을 검토한 결과 MSCs는 일종의 면역억제세포로 작용하는데, 이는 주로 수여자의 Treg cells 증식을 유도하는 것과 관련이 있다.
결국 MSCs의 최종적인 면역억제 역할을 결정하는 인자로는 그것을 투여하는 시점, 경로, 투여량, 수반되는 면역억제치료 등이 관여하게 된다는 것이다. 일례로, 마우스의 신장 이식모델에서 이식 전에 MSCs를 투여한 경우는 그것들이 림프기관에 머물면서 이식편에 대해 면역관용을 나타내지만, 반대로 이식 후에 MSCs를 투여한 경우에는 이식된 기관에 먼저 자리 잡고 국소적인 염증반응을 유도한다.
결론적으로, in vivo에서 MSCs의 면역제어기능을 잘 평가하기 위해서는 면역세포들의 기능에 대한 보다 세밀하고 시기 적절한 측정이 수반되어야 한다.

PROINFLAMMATORY OR ANTI-INFLAMMATORY

In vivo에서 MSCs의 또 다른 역할로 여겨지고 있는 것은 항염증 작용이다. 최근에 몇몇 review에서 MSCs가 염증환경에서 이중적인 역할을 할 수 있다고 하였다. 즉, Toll-like receptor (TLR)의 자극에 따라 상이한 phenotypes을 띄게 되는데, TLR4로 자극이 된 MSCs는 proinflammatory secretome로 작용하는데 반해 TLR3로 자극이 된 MSCs는 항염증 작용을 나타냈으며 이러한 결과는 주로 in vitro data로 얻은 것이다. 동물모델을 이용한 in vivo data에서는 염증에 대한 보호작용을 나타낸 결과가 있으나, 염증반응 초기에는 MSCs가 중성구의 침윤을 촉진하고 염증반응을 유도하는 역할을 한다는 결과도 있다. 예를 들어, 마우스 신장이식 모델에서 이식 후 며칠 지나 MSCs를 투여하자 염증환경이 MSCs를 porinflammatory phenotype으로 전환시킨다는 연구 결과가 있다.
많은 임상연구에서 GVHD 환자를 MSCs로 치료한 결과 대부분 염증 지표들이 감소하고 임상적으로 호전되는 결과를 보였지만, 이것이 MSCs의 직접적인 역할을 반영한다고 보기에는 아직 논란의 여지가 있다.

CONCLUSION

결론적으로 GVHD에 대한 최상의 치료법을 찾기 위해서는 GVHD의 원인과 MSCs 자체에 대한 보다 광범위한 연구와 이해가 필요할 것이며, 추후에 T-cell의 proliferation과 homing에 작용하는 약물 그리고 조직 염증에 작용하는 약물과 더불어 MSCs를 추가하는 병용요법을 사용한다면 이 병에 대해 보다 장기적이고 확실한 조절이 가능할 것으로 사료된다. .