경구 헤파린 투여에 따른 암혈류량 증가 및 항암제 효능 증진 연구

Abstract

대부분의 고형 암에서 관측되는 혈류량 감소는 약물의 전달량과 분포 악화로 이어져 항암 효과를 감소시킬 뿐 아니라 암 내부 저산소증을 심화시켜 암 면역성을 떨어트리는 것으로 알려져 있다. 이러한 암 혈류량의 감소는 비정상적인 암 혈관 생성, 높은 암 조직 내 압력, 과밀도 세포외기질 등 다양한 약물 전달 장벽에 의한 것으로 이러한 장벽을 극복하기 위한 다양한 전략들이 시도되고 있다. 그러나 아직까지 임상적으로도 적용할 수 있는 지속 가능한 약물 및 전략에 대한 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 암 혈전 생성으로 인한 암 혈관의 부분 또는 전체 막힘이 암 혈류량 감소에 크게 기여함을 처음으로 밝혀 내었으며 이러한 암 혈전 생성이 약물 수송 장애로 작용할 수 있음을 제시하였다. 역으로, 지속적 항 혈전제의 투여는 이러한 암 혈전 생성을 예방할 수 있음을 보였으며 암 혈전 생성의 예방은 암 혈류량의 증가로 이어질 수 있음을 입증하였다. 본 연구실에서는 효과적이고 지속적인 항 혈전제 투여를 위해 경구 헤파린 (STP3725)을 개발하여 경구 흡수율을 확인하였으며 기존 저 분자량 헤파린과 동등 수준의 항 혈전 효능을 보일 수 있음을 입증하였다. 본 경구 헤파린을 제목스 요법 (젬시타빈과 옥살리플라틴의 병용투여)과 병용 투여할 시에 B16F10, Aspc-1 마우스 항암 모델에서 각각 단독으로 투여할 때 보다 월등히 좋은 효과를 보임을 확인하였으며 이러한 효과가 암 혈전 예방으로 인한 혈류량 및 약물의 전달량 증가에 기인한 것임을 입증하였다. 또한 경구 헤파린의 투여는 4T1 orthotopic 항암 모델에서 항전이 효과를 보임을 입증하였고 제목스 요법과 병용 투여 시 이러한 항 전이 효과가 더욱 증가함을 확인하였다. 이러한 병용 투여의 항암 효능은 K-Ras 유전자 변이로 인한 자연발생종양 모델에서도 대조군 대비 크게 증가함을 확인할 수 있었다. 한편, 경구 헤파린으로 증가된 암 혈류량에 의해서 산소 전달량이 증가함에 따라 암 조직 내 저산소증도 크게 경감시킬 수 있음을 입증 하였다. 또한 이러한 저산소증의 경감은 암 조직 내로의 유효면역세포의 침윤 상승에 기여하고 면역억제 시토카인들의 분비를 억제함으로써 암 면역 환경을 항암 치료에 유리한 쪽으로 개선 시킬 수 있음을 보였다. 이러한 변화로 인해 경구 헤파린과 항PD-1 항체의 병용투여 시 B16F10, CT26, Pan02 암 모델에서 각각의 단독 투여보다 항암효과가 크게 증가함을 확인하였다. 이러한 항암 효과 증진은 경구 헤파린을 처리함에 따라 암 조직 내로의 항체 전달량이 증가하고 면역세포의 수와 기능 증진에 영향을 주는 것에 기인함을 형광 세기 측정과 유세포분석으로 입증하였다. 특히 경구 헤파린 처리에 따른 저산소증의 경감은 항암 효과를 나타내는 세포독성 T세포 등의 수 및 기능을 증진시키는 동시에 면역 억제 효과를 나타내는 골수유래억제세포(MDSC) 수의 감소를 이끌어낼 수 있음을 확인하였다. 이러한 효과는 경구 헤파린과 항PD-1 항체의 병용 투여 시 더욱 크게 증가함이 확인되었으며 이러한 사실을 바탕으로 경구 헤파린 투여에 따른 저산소증 경감은 다른 항암 면역 제제와의 병용투여에서도 좋은 효과를 보일 수 있을 것으로 기대할 수 있었다. 연구결과를 종합할 때 경구 헤파린의 지속적 투여는 암 혈류량과 약물의 전달량을 증가시킴에 따라 그 효능을 크게 증진 시킬 수 있으며 더불어 암 조직 내 저산소증을 경감시킴에 따라 암 면역 환경을 개선하여 항암 면역 제제의 효능 또한 크게 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다. 임상적으로 많은 암 환자들이 항 혈전제를 투여 받을 필요성이 있음을 고려할 때 본 연구 전략은 암 혈전을 예방함과 동시에 병용 투여하는 약물의 효능을 증진시킬 수 있다는 점에서 큰 이점을 가질 것으로 기대할 수 있다.

Limited tumor perfusion results in restricted drug delivery and accelerates hypoxia, which is detrimental to overall antitumor immunity. Here, we demonstrated that cancer associated thrombosis (CAT) could be one of the major factors, which significantly limits tumor perfusion while facilitates hypoxia by partially or completely blocking the tumor blood vessels. Reversely, we also verified that prevention of CAT by administering orally available low molecular weight heparin (STP3725) substantially improved tumor perfusion and alleviated hypoxia. We confirmed that treating STP3725 significantly potentiated the efficacy of oxaliplatin and gemcitabine by enhancing the drug delivery and distribution in the tumor tissue in B16F10 and Aspc-1 tumor models. Furthermore, we identified that administering STP3725 altered tumor microenvironment into immuno-supportive one by augmenting effector lymphocytes population, decreasing hypoxia related immunosuppressive cytokines and myeloid derived suppressor cells (MDSCs) in B16F10 and CT26 xenograft tumor models. By treating STP3725 together with anti-PD-1 antibody in the same models, we discovered that these favorable changes markedly benefited the anti-tumor efficacy of anti-PD-1 antibody by both promoting the population of tumor infiltrated effector lymphocytes and ameliorating the function of cytotoxic T lymphocytes. Collectively, our findings establish the rationale for a new potential combination strategy, which could be broaden to a combination of anticoagulation therapy with other chemotherapeutic and immunotherapeutic agents.