결핍 단백질 보충으로 섬모 기능 회복을 시험하다

CCDC40 단백질을 만드는 메신저 RNA(mRNA)를 리피도이드 나노입자(LNP)에 담아 전달하자, 환자 유래 기도세포와 CCDC40 결핍 제브라피시에서 섬모 기능이 개선됐다. 단백질의 위치 회복은 일부 세포에서 나타났으며, 동물실험 결과도 투여 경로에 따라 달랐다. 연구팀이 확인한 범위는 배양세포와 동물의 기능 변화로, 환자의 호흡 기능을 평가한 임상시험과는 구분된다.

원발성 섬모운동이상증(PCD)은 섬모의 운동 장애로 기도의 점액과 병원체를 배출하는 기능이 떨어지는 유전질환이다. 반복되는 기도 감염은 기관지확장증과 만성 폐부전으로 이어질 수 있으며, CCDC40의 병원성 변이는 다른 여러 유전자형보다 심한 폐기능 저하와 관련된다. 논문은 기존 치료가 감염 관리와 분비물 배출 등 증상 조절에 초점을 맞추며, 근본 결함을 교정하는 치료는 아직 없다고 설명했다.

CCDC40은 연관 단백질들이 섬모 내부 골격인 축사(axoneme)에 자리 잡도록 돕는다. 연구팀은 필요한 단백질을 세포가 만들도록 mRNA를 공급하는 접근을 시험했다.

환자 유래 세포에서 박동과 국소 입자 수송 개선

연구팀은 CCDC40 양쪽 대립유전자에 병원성 변이가 있는 환자 5명의 비강 호흡상피세포를 공기-액체 계면에서 배양했다. 향후 흡입 투여를 염두에 두고 배양 상피의 윗면에 LNP-CCDC40-mRNA를 주 1회씩 6주간 처리하는 방식이었다.

4회 처리 뒤 환자 유래 세포의 섬모 박동 주파수는 대조 mRNA군에서 3.25 ± 0.08 Hz, CCDC40 mRNA군에서 9.48 ± 0.22 Hz로 측정됐다. 건강 공여자 6명의 세포에서는 8.98 ± 0.08 Hz였으며, CCDC40 mRNA 처리군과 건강 대조군 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 6회 처리 뒤에도 박동 개선을 관찰했으며, 형광입자 수송도 나아졌음을 확인했다. 다만 입자 이동은 관찰 시야 안의 국소 수송으로, 배양면 전체의 점액섬모 청소 기능이 회복됐다는 뜻은 아니다.

면역형광 분석이 가능했던 4명 유래 배양세포에서는 CCDC40과 연관 단백질 CCDC39, GAS8/DRC4, DNALI1이 축사에 다시 자리 잡는 현상이 관찰됐다. CCDC40의 축사 내 위치 회복은 다섬모세포의 10–74%, 평균 31.5%에서 확인돼 공여자별 차이가 컸다. 이 비율의 분모는 분석한 다섬모세포이며, 전체 기도세포의 전달 효율이나 환자 치료 성공률을 뜻하지 않는다. 치료 후 초미세구조는 전자현미경으로 평가하지 않아 내부 구조 전체의 재건 여부는 확인하지 못했다.

동물 투여 경로별 차이와 임상 검증 과제

CCDC40 결핍 제브라피시에서는 단일세포기 배아에 주입하는 방법과, 수정 후 30시간부터 약물이 든 배양액에 유생을 노출하는 방법을 시험했다. 배양액 노출은 후각와에만 국한된 처치가 아니며, 주입 역시 후각와에 직접 시행한 방식이 아니다. 수정 후 5일에 평가한 결과, 배아 주입군에서는 후각와 섬모의 박동 주파수와 입자 이동 속도가 야생형에 가까워지고 흐름 방향성도 개선됐다.

반면 배양액 노출군은 10 ng/μL와 160 ng/μL 모두에서 미처리 결핍군 대비 박동 주파수의 유의한 차이가 없었다. 고농도인 160 ng/μL에서는 박동 영역과 입자 이동 속도가 개선됐지만, 흐름 방향성 회복은 부분적이었다. 이처럼 투여 방식에 따라 결과가 달라, 배아 주입의 성과를 사람의 흡입 치료 효과로 일반화하기 어렵다는 한계가 남는다.

이번 연구는 결핍 단백질 보충이 섬모 기능 개선으로 이어질 수 있다는 전임상 개념증명이다. 소수 공여자의 세포를 사용했고 복구 정도에도 차이가 있었다. 연구진은 논문에서 CCDC40 병원성 변이 보유자를 대상으로 임상 1상을 계획한다고 밝혔다. 실제 임상 개시나 사람의 안전성·효능을 입증한 결과는 제시하지 않았다.

출처: American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology 논문 전문, DOI: 10.1093/ajrcmb/aanag034.