DEFB1, 폐선암 성장 촉진 기전 규명…표적 항체의 전임상 가능성
폐선암 성장에 관여하는 DEFB1
폐선암의 증식과 예후에 관여하는 유전자 DEFB1을 찾아내고, 이를 차단하는 항체의 효과를 세포와 동물 모델에서 확인한 연구가 나왔다. DEFB1은 원래 상피세포가 만드는 항균 펩타이드를 암호화하는 유전자다. 이번 연구는 폐선암에서 이 유전자가 종양 성장에 어떤 역할을 하는지 조사했다.
연구팀은 암세포 성장에 관여하는 유전자를 찾기 위해 전장 유전체 CRISPR/Cas9 유전자 제거 스크리닝을 수행했다. A549 폐선암 세포의 체외 배양과 마우스 이식 실험 결과를 암 유전체 지도(TCGA)의 폐선암 496개 표본을 이용한 예후 분석과 교차해 후보 유전자 15개를 추렸으며, 이 가운데 DEFB1을 후속 연구 대상으로 선정했다.
암세포 증식과 대식세포 변화를 잇는 기전
단일세포 분석에서는 폐선암 세포의 높은 DEFB1 발현이 관찰됐다. 환자 수술 조직 118쌍의 다중 면역조직화학 분석에서도 종양 조직의 발현이 인접 정상 폐 조직보다 높았다. 높은 종양 DEFB1 발현은 불량한 예후와 연관됐다. 수술 조직에 기반한 무진행생존 분석에서 고발현군의 위험비는 저발현군 대비 2.52였다(p < 0.001). 다만 이러한 환자 자료의 연관성만으로 DEFB1이 환자의 생존을 단축한다고 단정할 수는 없다.
기능 실험에서는 A549와 PC-9 폐선암 세포에서 DEFB1을 제거하자 증식·이동·침윤이 억제됐다. DEFB1을 다시 발현시키거나 외부에서 단백질을 보충하면 억제됐던 기능이 회복되는 결과를 보였다.
DEFB1이 암 성장을 촉진하는 경로도 조사했다. 공동면역침강과 질량분석 등에서 DEFB1은 페리플라킨(PPL)과 상호작용했으며, 후속 기능 실험은 이 상호작용이 상피–중간엽 전이(EMT)와 증식에 관여함을 뒷받침했다. EMT는 세포의 이동·침윤 특성과 관련된 변화로, 이번 관찰을 환자에서 전이가 직접 입증된 결과로 해석해서는 안 된다.
동시에 DEFB1은 대식세포 이동 억제 인자(MIF)와 결합했다. 폐선암 세포와 THP-1 유래 대식세포를 함께 배양한 실험에서는 DEFB1이 M2형으로의 편향을 촉진했고, MIF 억제제 ISO-1을 넣으면 이러한 변화가 완화됐다. 이는 DEFB1이 암세포 자체의 성장뿐 아니라 주변 면역세포의 상태에도 관여할 가능성을 보여준다.
표적 항체의 효과와 남은 검증 과제
연구팀은 DEFB1을 차단하는 단클론항체 6개를 제작하고, 세포 증식 억제 효과가 가장 우수했던 mAb-5를 후속 평가했다. 이 항체는 세포 증식과 환자 유래 오가노이드·마우스 모델의 종양 성장을 억제했다. 오가노이드에는 대조 항체 또는 mAb-5를 1 μg/mL 농도로 7일간 처리했다. 인간 DEFB1을 발현하도록 만든 Kras G12D 변이 유도 폐선암 마우스에서는 종양 성장 지연과 생존 연장이 관찰됐다. 이는 환자 대상 치료 결과가 아닌 전임상 근거다.
안전성 평가는 건강한 인간화 DEFB1 수컷 마우스의 4주 투여에 한정됐다. 해당 조건에서 체중·혈액 생화학·주요 장기 조직에 뚜렷한 이상은 관찰되지 않았지만, 사람의 안전성을 보장하지는 않는다. 연구진은 종간 차이, 제한적인 CD8 양성 T세포 평가, 골수계 세포 기능 분석의 부족과 항체 효능 개선 필요를 한계로 제시했다. 임상시험 일정이나 환자에서의 치료 효과는 이번 자료로 확인되지 않았다.
연구 설계와 결과는 Cell Death & Disease 논문 원문에서 확인할 수 있다.
Lung adenocarcinoma, one of the most prevalent malignancies, underscores the urgency of identifying genes linked to its proliferation and prognosis for developing targeted therapies. In this study, we performed genome-wide CRISPR/Cas9 screening both in vitro and in vivo, and subsequently cross-referenced the findings with prognosis-related genes in lung adenocarcinoma. The screening results revealed that DEFB1 promotes lung adenocarcinoma proliferation, while our integrated analysis of single-cell sequencing, multiplex immunohistochemistry, TCGA, and GEO data concurrently demonstrated elevated DEFB1 expression in cancer cells, along with a negative correlation between DEFB1 expression and patient survival. Subsequently, functional studies employing DEFB1 knockout cells, re-expressed DEFB1 cells, and knockout cells supplemented with exogenous DEFB1 revealed that DEFB1 significantly enhances cell proliferation, migration, and invasion. Co-immunoprecipitation combined with mass spectrometry experiments was performed to uncover the mechanism of DEFB1, demonstrating that it interacts with Periplakin (PPL) to induce epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and proliferation, while simultaneously binding to Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) to enhance M2 macrophage polarization. Furthermore, we developed multiple anti-DEFB1 monoclonal antibodies and found one of them, mAb-5, potently blocked DEFB1's function and inhibited lung adenocarcinoma progression in cell lines, organoids, xenografts, and spontaneous lung cancer models, while maintaining a favorable safety profile. Overall, our study identifies DEFB1 as a novel driver of lung adenocarcinoma, and the anti-DEFB1 monoclonal antibody mAb-5 emerges as a promising therapeutic candidate with significant potential.
이번 연구는 분비 단백질 DEFB1을 차단하는 항체가 폐선암 치료제 개발의 후보가 될 수 있다는 전임상 근거를 제시했다. DEFB1을 제거한 세포에서는 mAb-5가 증식을 유의하게 추가 억제하지 않았고, DEFB1 재발현에 따른 증식 촉진은 차단해 표적 의존성을 뒷받침했다. 개발 단계에서는 이 결과와 환자 유래 오가노이드·마우스 자료를 바탕으로 항체를 최적화하고 추가 효능·안전성 평가를 설계할 수 있다. 다만 DEFB1 발현에 따른 환자 선별법, 기존 치료와의 병용 이점, 사람의 생존 개선은 검증되지 않았다. 현재 환자가 받을 수 있는 맞춤 치료로 해석할 단계는 아니다.