HER2 이질적 유방암 모델 개발, T-DXd 내성 줄일 병용 표적 제시
배경
HER2 양성 유방암에서 인간 표피성장인자 수용체 2(HER2)의 종양 내 이질성은 HER2 표적 치료 내성을 유발하는 요인이다. 같은 종양 안에서도 HER2 발현이 높은 세포와 낮은 세포가 공존하지만, 이러한 차이를 재현하는 전임상 모델은 부족했다. 이번 연구는 두 세포 집단으로 구성된 인간 유방암 모델에서 항체-약물 접합체(ADC) 내성을 분석하고, 이를 줄일 병용 표적 후보를 제시한 결과다.
핵심 발견
연구진은 21NT·21PT·HCC1954 유방암 세포주에서 HER2 발현이 높은 HER2hi와 낮은 HER2lo 세포 집단을 분리했다. 각 세포주 내 두 집단은 같은 종양에서 유래했으며, 형광 제자리 혼성화법(FISH)으로 HER2hi에서는 ERBB2 유전자 증폭을, HER2lo에서는 비증폭을 확인한 모델이다. 여기서 HER2lo는 연구 모델의 세포 표기로, 임상에서 사용하는 HER2-low 분류와 곧바로 동일시할 수 없다.
이 모델과 세포 계통을 추적하는 디옥시리보핵산(DNA) 바코드를 사용한 실험에서는 두 하위 집단 사이의 협력이 관찰됐다. 두 집단 모두 단독 배양보다 함께 배양했을 때 더 빠르게 성장하는 양상이었다. HER2lo 세포는 트라스투주맙 데룩스테칸(T-DXd) 등 HER2 표적 ADC에 대한 감수성이 낮았지만, HER2 키네이스 억제제에는 감수성을 보였다. 다만 약물 반응은 모델에 따라 차이가 있었고, 환자 유래 오가노이드에서는 T-DXd 또는 네라티닙 처리 후 HER2lo 비율 증가도 보고됐다.
생쥐 이식종양에서도 HER2 이질성은 치료 결과에 영향을 미쳤다. T-DXd 치료 후 남은 혼합 종양은 주로 HER2lo 세포로 구성됐고, 치료 중단 후에는 균일한 HER2hi 종양보다 일찍 재발하는 양상이었다. 혼합 종양은 모두 92일 이내 재발한 반면, 균일한 종양을 지닌 생쥐 5마리 중 2마리는 치료 중단 후 140일 넘게 재발하지 않았다. 재발한 혼합 종양에서는 다시 HER2hi 세포가 우세해져, 잔존 세포 구성과 재성장 과정이 같지 않음을 보여줬다.
연구진은 이질적 공동배양에서 크리스퍼(CRISPR) 유전자 결손 스크리닝을 수행하고 ABCC1과 USP9X를 병용 표적 후보로 골랐다. 두 유전자 자체가 감수성을 높인다는 뜻은 아니며, 이들의 유전적 결손 또는 약리학적 억제가 HER2lo 세포의 T-DXd 감수성을 높인 결과다. ABCC1 억제는 T-DXd에 실린 세포독성 약물 DXd의 성장 억제 효과를 강화했다. USP9X 억제는 T-DXd 처리 시 HER2의 유비퀴틴화와 리소좀 이동을 증가시켰으며, 연구진은 이를 ADC의 약물 방출을 촉진하는 기전으로 해석했다. 생쥐에서는 각 억제제와 T-DXd의 병용으로 T-DXd 단독보다 종양 억제가 강화되고 재발 없는 기간이 늘어났다.
의미와 전망
이 연구는 HER2 이질성의 기능적 의미를 설명하고, 내성 세포의 약점을 겨냥하는 치료 전략을 제안한다. 다만 핵심 치료 효과는 세포와 생쥐 모델에서 확인한 전임상 결과다. 세포주 모델은 인간 종양의 복잡성과 미세환경을 충분히 재현하지 못하며, 환자 생존 개선이나 병용 안전성을 입증한 연구로 해석할 수 없다. USP9X 억제제의 개발과 정상조직 독성 검증이 남아 있어 임상 적용 가능성은 후속 연구로 평가해야 한다.
출처: Cancer Discovery 논문 전문
Intratumor heterogeneity for HER2 in HER2-positive breast cancer is a driver of resistance to HER2-targeted therapies. The advancement of treatments for HER2 heterogeneous tumors has been hindered by the lack of preclinical models that accurately mimic the human disease. Here we describe human HER2 heterogeneous breast cancer models composed of ERBB2 amplified (HER2hi) and non-amplified (HER2lo) cell populations derived from the same tumor. Utilizing these models, together with cellular barcoding, we demonstrate subclonal cooperation between HER2hi and HER2lo subpopulations. Furthermore, HER2lo cells drive resistance to HER2-targeting antibody-drug conjugates (ADC) like T-DXd but are sensitive to HER2 kinase inhibitors. CRISPR screens in heterogeneous co-cultures identified sensitizers of HER2lo cells to T-DXd including ABCC1 and USP9X. USP9X inhibition enhances the lysosomal targeting of HER2, thereby potentiating ADC payload release and reducing tumor recurrence after T-DXd treatment. Our results elucidate the functional relevance of HER2 heterogeneity and propose improved therapies for these tumors.
HER2 표적 약물의 효과를 평가할 때 종양 전체의 반응뿐 아니라 살아남은 세포 집단과 치료 중단 후 재성장을 함께 살펴야 한다는 근거다. 후속 약물개발에서는 HER2hi·HER2lo 혼합 모델로 T-DXd 단독과 ABCC1 또는 USP9X 억제 병용을 비교하고, 종양 크기·잔존 세포 구성·재발을 추적할 수 있다. 특히 두 표적은 각각 DXd 감수성과 HER2의 리소좀 이동이라는 서로 다른 지점을 겨냥하므로 병용 후보를 구분해 평가할 여지가 있다. 환자별 치료 선택에 활용하려면 억제제의 선택성, 정상조직 독성, 환자에서의 유효성을 추가로 확인해야 한다.