KR102159538B1

KR102159538B1 - 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측용 il-6 마커 및 이의 용도

Info

Publication number: KR102159538B1
Application number: KR1020190004082A
Authority: KR
Inventors: 이정은; 강다현; 정재욱
Original assignee: 충남대학교 산학협력단
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-09-24
Also published as: KR20200087582A

Abstract

본 발명은 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측용 IL-6 마커 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 면역항암제 투여 전에 폐암 환자의 혈청 내 IL-6의 발현 수준이 특정 컷오프 값(30pg/㎖) 이하일 때 치료 반응성이 높다는 것을 확인하였으므로, 본 발명의 방법을 통해, 면역항암제 투여 전에 면역항암제에 대한 치료 반응성이 높은 폐암 환자를 선별할 수 있어, 폐암 환자의 생존율 및 폐암에 대한 면역항암제의 치료 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측용 IL-6 마커 및 이의 용도{IL-6 marker for predicting treatment response of a patient with lung cancer to cancer immunotherapy and uses thereof}

본 발명은 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측용 IL-6 마커 및 이의 용도에 관한 것이다.

면역항암제(cancer immunotheraypy)는 폐암 환자에서 특정한 유전자 변이를 가지지 않아도 사용이 가능하며, 기존의 항암제와 비교하여 효과가 좋고 독성이 적어 폐암 치료 패러다임의 변화를 가져왔다. 하지만, 폐암 환자의 약 20%에서만 면역항암제의 효과가 확인되었고, 이러한 효과를 예측할 수 있는 바이오 마커에 대해 다양한 연구가 진행되고 있지만, 아직까지 명확히 밝혀진 바는 없다.

한편, IL-6(interleukin-6)은 면역세포, 종양세포, 내피세포 등 많은 세포에서 생성되고 여러 세포 및 조직에서 다양한 역할을 하는 사이토카인으로 알려져 있다. 현재까지 혈청 내 IL-6이 진행성 비소세포폐암(non small cell lung cancer)에서 환자의 생존율 및 예후와 연관성이 있다고 많이 밝혀졌으나, 면역항암제를 투여하는 환자들에 있어서는 그 역할이 알려진 바가 없다. 따라서, 치료에 대한 종양의 반응 여부를 잘 예측하고 특정 치료법에 효과적인 환자군을 선별할 수 있는 바이오 마커가 요구되고 있다. 이러한 바이오마커의 개발은 환자의 생존율과 치료 효율을 높이는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

한편, 한국공개특허 제2013-0119453호에는 '암에 면역요법의 효과를 예측하는 생체지표'에 대해 개시하고 있으며, 한국등록특허 제1872624호에는 'ALK 표적 치료제에 대한 폐암의 치료 반응성을 예측하는 방법'에 대해 개시하고 있다. 하지만 '폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측용 IL-6 마커 및 이의 용도'에 대해서는 아직까지 개시된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 폐암 환자를 대상으로 면역항암제 투여 전에 혈청 내 IL-6(Interleukin-6)의 수준을 측정한 후 다양한 컷오프 값을 설정하고, 컷오프 값 초과 및 이하 그룹을 나누어 치료 반응성을 분석한 결과, 혈청 내 IL-6 수준의 컷오프 값이 30pg/㎖일 때, 컷오프 값 초과와 이하 그룹 간의 객관적 반응률(ORR; Overall Response Rate) 및 질병조절률(DCR; Disease Cotnrol Rate)이 통계학적으로 유의하게 차이나는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (1) 면역항암제 투여 전에 폐암 환자의 분리된 생물학적 시료로부터 IL-6(Interleukin-6)의 단백질 발현 수준을 측정하는 단계; 및 (2) 상기 단계 (1)에서 측정된 발현 수준이 컷오프 값(cutoff value) 이하일 경우에 면역항암제에 대하여 치료 반응성이 높은 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 IL-6(Interleukin-6)의 단백질 발현 수준을 측정하는 제제를 포함하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측용 키트를 제공한다.

본 발명은 면역항암제 투여 전에 폐암 환자의 혈청 내 IL-6의 발현 수준이 특정 컷오프 값(30pg/㎖) 이하일 때 치료 반응성이 높다는 것을 확인하였으므로, 본 발명의 방법을 통해, 면역항암제 투여 전에 면역항암제에 대한 치료 반응성이 높은 폐암 환자를 선별할 수 있어, 폐암 환자의 생존율 및 폐암에 대한 면역항암제의 치료 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

(1) 면역항암제 투여 전에 폐암 환자의 분리된 생물학적 시료로부터 IL-6(Interleukin-6)의 단백질 발현 수준을 측정하는 단계; 및

(2) 상기 단계 (1)에서 측정된 발현 수준이 컷오프 값(cutoff value) 이하일 경우에 면역항암제에 대하여 치료 반응성이 높은 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 "컷오프 값"은 생체 시료에 대해 2 이상의 상태(예를 들면, 폐암 환자의 면역항암제에 대해 치료 반응성이 높은 것 및 치료 반응성이 낮은 것) 간의 분류의 중재에 사용되는 수치를 의미한다. 예를 들면, 파라미터가 컷오프 값 이하일 경우, 정량적 데이터의 제1 분류(예를 들면, 폐암 환자의 면역항암제에 대해 치료 반응성이 높은 것)가 이루어지고, 또는 파라미터가 컷오프 값을 초과할 경우, 정량적 데이터의 다른 분류(예를 들면, 폐암 환자의 면역항암제에 대해 치료 반응성이 낮은 것)가 이루어진다.

본 발명에서는 IL-6의 발현 수준을 컷오프 값 기준으로 나누어 고형 종양에 대한 반응 평가 기준(Response Evaluation Criteria)을 사용하여 치료 반응 정도를 평가하였다. 반응 평가 기준으로, PR(Partial Response)은 부분반응률로서 종양의 크기가 30% 이상 감소한 환자의 비율을 의미하며; SD(Stable Disease)는 안정한 상태 질환으로서 종양 축소가 PR이 되기에는 충분하지 않고, 종양 증대가 진행(Progression)이 되는데 충분하지 않은 것으로 암이 악화 또는 개선되지 않고 유지되는 상태를 의미하며; PD(Progression Disease)는 진행성 질환으로서 암종(carcinoma)이 계속해서 자라거나 퍼지는 것을 의미하며; ORR(Overall Response Rate)은 객관적 반응률로서 사전에 정의된 양 이상의 종양 감소를 보인 환자 비율을 의미하며; DCR(Disease Control Rate)은 질병 조절률로서 항암제의 임상시험에서 치료적 개입에 대해 완전 반응, 부분 반응 및 안정성 질환을 달성한 진행성 또는 전이성 암 환자의 비율을 의미한다.

본 발명에서 '단백질의 발현 수준 측정'은, 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측을 위해 생물학적 시료에서의 마커 유전자(IL-6)에서 발현되는 단백질의 발현 정도를 확인하는 과정으로, 통상적으로 단백질의 양을 확인함으로써 수행될 수 있다. 이를 위한 분석 방법으로는 웨스턴 블랏(western blot), ELISA(enzyme linked immunosorbent assay), 방사선면역분석(Radioimmunoassay, RIA), 방사 면역 확산법(radioimmunodiffusion), 오우크테로니(Ouchterlony) 면역 확산법, 로케트(rocket) 면역전기영동, 조직면역 염색, 면역침전 분석법(Immunoprecipitation Assay), 보체 고정 분석법(Complement Fixation Assay), FACS(Fluorescence Activated Cell Sorting) 및 단백질 칩(protein chip) 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명에서 용어 "생물학적 시료"란, 액체상 또는 액체와 유사한 유동성 물질, 예를 들면 혈액, 타액, 소변, 땀, 간질 또는 세포내 체액, 또는 이로부터 추출된 물질 등을 들 수 있고, 혈액은 전혈, 혈장, 혈청이나 소정의 처리(예를 들면 응고 방지)가 이루어진 혈액, 혈장, 혈청 등이 이에 해당할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 상기 생물학적 시료는 조작하거나 조작하지 않은 상태로 사용될 수 있다.

또한, 상기 단계 (2)에서 컷오프 값은 30pg/㎖인 것이 바람직하다.

또한, 상기 면역항암제는 면역 관문 억제제(immune checkpoint inhibitor)일 수 있으며, 바람직하게는 PD-1(programmed cell death 1) 또는 PD-L1(programmed cell death ligand 1) 억제제일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

용어 '면역항암제'란, 암 환자의 면역력을 키워 암과 싸우는 힘을 키워주는 치료제로, 1세대 화학항암제, 2세대 표적항암제에 이어 3세대 항암제로 불린다. 면역항암제는 환자의 몸속 면역체계를 활용하여 항암제 부작용이 거의 없고 생존기간도 길며, 적용 가능한 환자도 많은 장점이 있다. 면역항암제는 주로 면역 체크포인트 단백질(PD-1, PD-L1, CTLA-4)을 찾아 암세포의 면역회피 기능을 마비시켜, T세포(면역세포)가 암세포를 파괴하는 것을 도와주는 방식으로 작용한다.

또한, 상기 단계 (1)에서 측정은 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay), 비색법(colorimetric method), 전기화학법(electrochemical method), 형광법(fluorimetric method), 발광법(luminometry), 입자계수법(particle counting method), 전기화학발광법(electrochemiluminescence), 육안측정법(visual assessment), 섬광계수법(scintillation counting method) 및 조직면역염색법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 이용하여 수행되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 전기화학발광법을 이용하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

단백질 수준을 측정하기 위한 분석 방법은 상기 전술한 것과 같으며, 폐암 환자에서 면역항암제에 대한 치료 반응성 예측 마커 단백질의 발현량이 컷오프 값(30pg/㎖) 이하일 경우 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성이 높은 것으로 판단할 수 있다.

본 발명에서 단백질의 발현 수준을 측정하는 제제는 이에 한정되지는 않으나, 바람직하게는 IL-6 단백질에 대하여 특이적으로 결합하는 항체 또는 압타머일 수 있다.

본 발명에서, 용어 "항체"는 당해 분야에서 공지된 용어로서 항원성 부위에 대해서 지시되는 특이적인 단백질 분자를 의미한다. 본 발명의 목적상, 항체는 본 발명의 마커인 IL-6 단백질에 대해 특이적으로 결합하는 항체를 의미하며, 이러한 항체는, IL-6 유전자의 전장 혹은 일부를 통상적인 방법에 따라 발현벡터에 클로닝하여 상기 IL-6 유전자의 전장 혹은 일부에 의해 코딩되는 단백질을 얻고, 얻어진 단백질을 면역원(항원)으로 사용하여, 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 항체의 형태는 특별히 제한되지 않으며 폴리클로날 항체, 모노클로날 항체 또는 항원 결합성을 갖는 기능적인 단편도 본 발명의 항체에 포함되고 모든 면역 글로불린 항체가 포함된다. 나아가, 본 발명의 항체에는 인간화 항체 등의 특수 항체도 포함된다. 상기 항체 분자의 기능적인 단편이란 적어도 항원 결합 기능을 보유하고 있는 단편을 뜻하며 Fab, F(ab'), F(ab')2 및 ScFv 등이 있다.

본 발명에서, 용어 "압타머(aptamer)"는 안정된 삼차구조를 유지하면서 특정 분자에 특이적으로 강하게 결합할 수 있는 핵산을 의미한다. 특이적 결합을 하는 기능 때문에 항체와 비교되며 항체의 대체 기술로 평가되고 있다.

본 발명의 키트는 IL-6 단백질의 검출여부를 확인함으로써 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측할 수 있다. 본 발명의 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하기 위한 키트에는 IL-6 단백질을 특이적으로 검출할 수 있는 제제(예컨대, 항체 또는 압타머) 뿐만 아니라 분석 방법에 적합한 한 종류 또는 그 이상의 다른 구성 성분 조성물, 용액 또는 장치가 포함될 수 있다.

본 발명의 키트가 IL-6 단백질의 발현 수준을 측정하기 위한 키트일 경우, 항체의 면역학적 검출을 위하여 기질, 적당한 완충용액, 발색 효소 또는 형광물질로 표지된 2차 항체, 발색 기질 등을 포함할 수 있다. 상기에서 기질은 니트로셀룰로오스 막, 폴리비닐 수지로 합성된 96 웰 플레이트, 폴리스티렌 수지로 합성된 96 웰 플레이트 및 유리로 된 슬라이드글라스 등이 이용될 수 있고, 발색효소는 퍼옥시다아제(peroxidase), 알칼라인 포스파타아제(Alkaline Phosphatase)가 사용될 수 있고, 형광물질은 FITC(Fluorescein isothiocyanate), RITC(Rhodamine B isothiocyanate) 등이 사용될 수 있고, 발색 기질액은 ABTS(2,2'-아지노-비스(3-에틸벤조티아졸린-6-설폰산)) 또는 OPD(o-페닐렌디아민), TMB(테트라메틸벤지딘)가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

1. 폐암 환자 시료 및 혈청 내 IL-6의 발현 측정

폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하기 위한 IL-6(interleukin-6) 마커 개발을 위해, 면역 관문 억제제(immune checkpoint inhibitor)를 사용하기 전에 폐암 환자 39명을 대상으로, Elecsys IL-6 키트(Roche Diagnostics)를 이용하여 ECL(ElectroChemiLuminescence) 기술을 기반으로 한 COBAS e602 분석기로 혈청 내 IL-6의 발현 수준을 측정하였으며, 측정된 IL-6 수치를 컷오프 값 기준으로 나누어 면역항암제의 치료 반응 정도를 분석하였다. 39명 폐암환자의 임상적 특징은 하기 표 1에 개시한 바와 같으며, 치료 반응은 고형성 종양에 대한 반응 평가 기준을 사용하여 평가하였다.

39명 폐암 환자의 임상적 특징

Variables
Age (years)	67.4 ± 9.9
Gender
male	29 (74.4%)
female	10 (25.6%)
Smoking status
Never	11 (28.2%)
Former	15 (38.5%)
Current	13 (33.3%)
Histology
Adenocarcinoma	20 (51.3%)
Squamous cell carcinoma	16 (41.0%)
Mixed	1 (2.6%)
Other	2 (5.1%)
Type of agents
Atezolizumab	6 (15.4%)
Nivolumab	11 (28.2%)
Pembrolizumab	22 (56.4%)
PD-L1 expression ( 22C3 )
No (<1%)	5 (12.8%)
Low (1-49%)	12 (30.8%)
High (≥50%)	22 (56.4%)
Disease stage
IIIA	1 (2.6%)
IIIB	7 (17.9%)
IIIC	3(7.7%)
IVA	9 (23.1%)
IVB	19 (48.7%)
Number of prior regimens
0	7 (17.9%)
1	21 (53.8%)
2	9 (23.1%)
≥ 3	2 (5.1%)

실시예 1. 혈청 내 IL-6 발현 수준에 따른 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성 확인

본 실시예 1에서는 면역항암제 투여 전에 폐암환자 39명을 대상으로 혈청 내 IL-6 수치를 측정한 후, 컷오프 값(7, 10, 20, 30 및 40pg/ml)을 기준으로 초과 및 이하 그룹을 나누어서 면역항암제에 대한 치료 반응성을 분석하였다. 그 결과, 컷오프 값(7, 10, 20, 30 및 40pg/ml)을 기준으로 보았을 때 각 그룹(초과 및 이하) 간에 통계학적으로 유의하게 PR(Partial Response), SD(Stable Disease) 및 PD(Progression Disease)에 차이가 있었으며, 컷오프 값 이하인 그룹(IL-6 low group)에서 더 높은 치료 반응성을 보였고, SD 및 PD를 포함한 DCR(Disease Control Rate)도 통계적으로 유의한 차이를 나타내는 것을 확인하였다. 특히, 컷오프 값 중에 30pg/ml를 기준으로 30pg/ml을 초과한 그룹(IL-6 high group)과 30pg/ml 이하인 그룹(IL-6 low group)으로 나누어 분석하였을 때, 30pg/ml을 초과한 그룹(IL-6 high group)에서 모두 PD를 보여 DCR 및 ORR(Overall Response Rate)이 통계학적으로 유의한 차이를 나타내었고, 컷오프 값 중에 ORR 및 DCR 차이가 가장 큰 것을 통해 컷오프 값인 30pg/ml을 기준으로 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성이 보다 높게 나타나는 것을 확인하였다(표 2 내지 6).

컷오프 값이 7pg/ml일 때, 치료 반응 분석 결과

		IL-6 high group (N = 28)	IL-6 low group (N = 11)	P value
Response	PR(Partial Response)	6 (21.4%)	3 (27.3%)	0.011
	SD(Stable Disease)	6 (21.4%)	7 (63.6%)
	PD(Progression Disease)	16 (57.1%)	1 (9.1%)
ORR (Overall Response Rate)		21.4%	27.3%	0.693
DCR(Disease Control Rate)		42.9%	90.9%	0.011

PR(Partial Response): 부분반응률로서 종양의 크기가 30% 이상 감소한 환자의 비율; SD(Stable Disease): 안정한 상태 질환으로서 종양 축소가 PR(Progression Disease)이 되기에는 충분하지 않고, 종양 증대가 진행(PD)이 되는데 충분하지 않은 것으로 암이 악화 또는 개선되지 않고 유지되는 상태; PD(Progression Disease): 진행성 질환으로서 암종이 계속해서 자라거나 퍼지는 것을 의미하며; ORR(Overall Response Rate): 객관적 반응률로서 사전에 정의된 양 이상의 종양 감소를 보인 환자 비율; 및 DCR(Disease Control Rate): 질병 조절률로서 항암제의 임상시험에서 치료적 개입에 대해 완전 반응, 부분 반응 및 안정성 질환을 달성한 진행성 또는 전이성 암 환자의 비율.

컷오프 값이 10pg/ml일 때, 치료 반응 분석 결과

		IL-6 high group (N = 24)	IL-6 low group (N = 15)	P value
Response	PR(Partial Response)	4 (16.7%)	5 (33.3%)	<0.001
	SD(Stable Disease)	4 (16.7%)	9 (60.0%)
	PD(Progression Disease)	16 (66.7%)	1 (6.7%)
ORR(OverallResponse Rate)		16.7%	33.3%	0.266
DCR(Disease Control Rate)		33.3%	93.3%	<0.001

컷오프 값이 20pg/ml일 때, 치료 반응 분석 결과

		IL-6 high group (N = 17)	IL-6 low group (N = 22)	P value
Response	PR(Partial Response)	1 (5.9%)	8 (36.4%)	<0.001
	SD(Stable Disease)	1 (5.9%)	12 (54.5%)
	PD(Progression Disease)	15 (88.2%)	2 (9.1%)
ORR(OverallResponse Rate)		5.9%	36.4%	0.052
DCR(Disease Control Rate)		11.8%	90.9%	<0.001

IL-6의 컷오프 값이 30pg/ml일 때, 치료 반응 분석 결과

		IL-6 high group (N = 13)	IL-6 low group (N = 26)	P value
Response	PR(Partial Response)	0 (0.0%)	9 (34.6%)	<0.001
	SD(Stable Disease)	0 (0.0%)	13 (50.0%)
	PD(Progression Disease)	13 (100.0%)	4 (15.4%)
ORR(OverallResponse Rate)		0.0%	34.6%	0.018
DCR(Disease Control Rate)		0.0%	84.6%	<0.001

IL-6의 컷오프 값이 40pg/ml일 때, 치료 반응 분석 결과

		IL-6 high group (N = 7)	IL-6 low group (N = 32)	P value
Response	PR(Partial Response)	0 (0.0%)	9 (28.1%)	0.004
	SD(Stable Disease)	0 (0.0%)	13 (40.6%)
	PD(Progression Disease)	7 (100.0%)	10 (31.3%)
ORR(OverallResponse Rate)		0.0%	28.1%	0.169
DCR(Disease Control Rate)		0.0%	68.8%	0.001

상기 결과를 통해, 폐암 환자에 있어서 혈청 내 IL-6 발현 수준 분석을 통해 면역항암제 투여 전 치료제의 반응성을 효과적으로 예측할 수 있으므로, 비용 절감 및 치료 효율 증대를 기대할 수 있을 것이다.

Claims

(1) 면역항암제 투여 전에 폐암 환자의 분리된 생물학적 시료로부터 IL-6(Interleukin-6)의 단백질 발현 수준을 측정하는 단계; 및
(2) 상기 단계 (1)에서 측정된 발현 수준이 컷오프 값(cutoff value) 30pg/㎖ 이하일 경우에 면역항암제에 대하여 치료 반응성이 높은 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 생물학적 시료는 혈액, 타액, 소변, 땀, 간질 또는 세포내 체액 및 이로부터 추출된 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하는 방법.
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제1항에 있어서, 상기 면역항암제는 면역 관문 억제제(immune checkpoint inhibitor)인 것을 특징으로 하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 면역 관문 억제제는 PD-1(programmed cell death 1) 또는 PD-L1(programmed cell death ligand 1) 억제제인 것을 특징으로 하는 폐암 환자의 면역항암제에 대한 치료 반응성을 예측하는 방법.
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