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김병문 교수 "'NS5A 저해제로 'C형간염 약물내성' 치료목표"

입력 2018-11-30 13:29 수정 2018-12-03 09:17

바이오스펙테이터 이은아 기자

29일 바이오파마테크콘서트서 발표.."다클린자 내성 변이 'L13V, Y93H' 및 다유전자형에서 우수한 저해효능 관찰"

“C형간염은 다양한 복합제가 등장하면서 거의 완치율에 가까운 효과를 보이고 있다. 그러나 C형간염 바이러스(HCV)는 빠르게 진화한다. 우리는 기존 치료제가 접근할 수 없었던 강한 돌연변이 내성을 보이는 C형간염 치료를 목표로 한다. HCV 비구조단백질인 NS5A를 강력하게 저해하는 신규 화합물 3종을 발굴해, 개발하고 있다.”

김병문 서울대 교수는 지난 29일 세종대 컨벤션센터에서 열린 ‘바이오파마 테크콘서트‘에서 다유전자형 및 약제내성을 극복하는 C형간염 치료제 연구내용을 소개했다. 이번 연구는 장승기 포항공대 교수 연구팀과 공동으로 진행한 과제다.

▲김병문 서울대 교수가 29일 열린 '바이오파마테크콘서트'에서 다유전자형 및 약제내성을 극복하는 C형간염 치료제 연구내용을 소개했다

◇C형간염바이러스, "빠른 변이, 진화돼.. 다유전형 및 약물내성으로 '병용요법' 추세"

C형간염은 C형간염 바이러스에 감염돼 간에 염증이 발생하는 질환이다. C형 감염 바리러스에 감염된 환자의 혈액, 체액이 정상인의 상처난 피부나 점막을 통해 전염된다. 김 감염된 성인의 약 50~85%는 만성 간염으로 진행돼 지속적인 간 손상이 유발되고 간경변, 간암, 간부전 등을 유발한다. 김 교수는 “C형 간염 환자는 전세계 약 1억5000만명으로 추산되며, 매년 70만명이 사망한다”고 언급했다.

C형 간염 바이러스(Hepatitis C virus, HCV)는 RNA 바이러스로 6가지 유전형(1~6형)으로 구분된다. 그중, 1형이 약 46%, 3형이 약 30%로 가장 많이 차지한다. 동일 유전형 내에서도 약15% 차이를 보이는 유전자아형으로 나뉘며, 종류에 따라 약물 반응도 다르게 나타난다. 김 교수는 “하루에도 HCV는 1.3 x 10^12개의 변이가 생성되며 매우 빠르게 진화한다. 약물 내성 바이러스가 출현하는 원인”이라며 “다유전자형 및 약제 내성을 극복할 수 있는 C형간염 치료제 개발이 필요하다”고 강조했다.

HCV는 한 개의 단백질로 이루어진 후에 HCV 단백 분해효소에 의해 HCV 구조단백(Core, E1, E2)과 비구조단백질(p7, NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A 및 NS5B)로 잘린다. 이때 core 단백질은 바이러스 캡시드, E1, E2를 형성하고, E1, E2 단백질은 HCV가 세포 내부로 침투하는데 관여하는 외피단백질이다. 비구조단백질은 세포질 내 소포체에서 HCV RNA를 증식하는 역할을 한다. 각 단계가 모두 C형간염의 약물 타깃이 될 수 있는 셈이다.

현재 가장 널리 사용되는 DAA(Direct Acting Agent)의 주요 타깃은 NS3/4A, NS5A, NS5B 등이다. 매출액 11억달러를 올린 길리어드사이언스의 ‘소발디(소포스부비르)’는 NS5B 중합효소 저해제이며, BMS의 ‘다클린자(다클라다스비르)’는 NS5A 저해제다.

김 교수는 “단일약물로는 C형간염 치료에 한계가 나타나기 시작했다. 최근에는 복합제를 사용해야만 바이러스를 사멸할 수 있다는 연구결과도 나왔다”고 말했다. 2014년 길리어드는 소발디와 레디파스비르를 병용한 ‘하보니‘가 출현했다. NS5B와 NS5A 저해제다. 그 외에도 병용요법으로 ’소발디+다클린자‘, ’순베프라+다클린자‘, 애브비의 ’비키라팩(비키라+엑스비라), MSD의 ‘제파티어(엘바스비르+그라조프레비르)‘가 등장했다. 2016년 이후에는 범유전자형(1~6형) 병용요법제로 길리어드의 ’엡클루사(소발디+벨타파스비르)‘, 길리어드의 ’보세비(소발디+벨타파스비르+복실라프레비르), 애브비의 ‘마비렛(글레카프레비르+피브렌타스비르)’ 등도 나왔다.

이미 기존 치료제가 많은데도 불구 새로운 C형간염 신약이 필요할까? 김 교수는 “다양한 병용요법으로 1~6형 유전자형 환자를 거의 완치하는 약이 많이 나왔지만, 여전히 언맷니즈가 존재한다. HCV가 계속 진화하면서 약물 내성이 발생되기 때문”이라며 “2018년 WHO 보고서에 따르면 완치된 환자의 17%가 18개월 내 다시 HCV에 감염된다. 저항성 대치균의 약 75%가 NS5A에서 발생하며, 현재 NS5A 저항성 돌연변이 Y93H에 대응하는 약물은 없다. 또한, 병용요법에 사용되는 약제의 부작용도 있으며, 무엇보다 비용이 고가다. 저항성 유전형 및 내성을 극복할 수 있는 효과적인 C형간염 치료제 개발이 요구되고 있다”고 설명했다.

NS5A 단백질은 약 447개 아미노산 서열로 구성된다. C형 간염 바이러스에서 RNA 복제와 바이러스 입자인 비리온(virion)을 조립하는데 관여한다. NS5A는 유전자형에 따라 아미노산 서열이 최대 50% 변화한다, 아미노산 잔기변화도 20%까지 다양하다.

김 교수는 “처음 연구를 시작할 당시 BMS의 NS5A 저해제 ‘다클린자’ 보다 나은 화합물을 개발해, 다클린자가 대응하지 못하는 유전자형에 대해 치료할 수 있도록 하자는 목표를 뒀다”고 밝혔다. 특히, 다클린자는 유전자형 3a에 대해 EC50값 0.5~2nM의 낮은 저해활성을 가진다. L31V와 Y93H 이중 돌연변이가 생길 경우 저해효과는 1500배 이상 떨어져 100nM 이상의 EC50값을 나타낸다. 즉, 약물 저항성이 나타날 경우 저해활성도는 급격히 감소하는 것이다.

◇ 약물내성 극복하는 'NS5A 저해제' 개발.."1b, 2a, 3a, L31V, Y93H 단일·이중변이 강력한 저해확인"

이러한 문제를 해결하기 위해 김 교수 연구팀은 돌연변이 유전형에 대응하는 신규 화합물 3종(BMK-21054, BMK-21069, BMK-21075)을 도출했다. 프롤린(proline) 잔기의 C4 위치가 돌연변이에 의한 저항성에 영향을 미치는 것을 확인했으며, 이중 돌연변이에도 강력한 저해활성을 가졌다. 연구팀은 신규 화합물의 구조활성관계 조사(SAR 연구)를 통해 중심골격 한쪽에 이미다졸(imidazole) 구조를 도입시 유전자형 2a에 저해활성도가 높아지는 것을 확인했다.

그는 “1b, 2a, 3a 유전자형에 대해서도 피코몰(pM) 수준으로 강력한 저해활성을 보였다. BMK-21068은 L31V, Y93H 단일변이 뿐만아니라 이중 돌연변이에 대해서도 2.43nM 수준의 강력한 저해활성을 보였다”며 “기존 약물이 가지지 못하는 치료효과를 보일 수 있는 것”이라고 강조했다.

특히 연구팀은 저항성 연구에 집중했다. 김 교수는 “다클린자와 BMK-21054를 비교했을 때 우리 화합물이 유전자형 3a와 돌연변이 저항성에 뛰어난 저해활성도를 보여줬다. 1b형 유전자형에 대해서는 약물 처리 후 처음 5일간은 다클린자가 우수한 것으로 보였으나, 15일 처리하자 우리 화합물이 더 우수한 효능을 보였다”고 설명했다.

In vitro 실험과 약물동력학 분석 결과도 우수했다. 김 교수는 약물 유도 심장독성을 알아보기 위해 수행한 hERG 이온채널 저해능 시험, 약물 대사와 관련된 CYP450 저해, MTT 세포독성 시험 등을 분석했을 때도 신규 화합물이 좋은 결과를 냈다고 밝혔다. 그는 "PK조사에서 CD-1 마우스에 화합물을 8mg/kg 경구투여 했을 때, 약 40%의 생체이용률을 나타낸다“고 말했다.

3번째 화합물 BMK-21075는 NS3/4A 저해제 ‘그라조프리비르’와 병용요법 개발을 추진한다. 현재 MSD가 그라조프리비아와 엘바스비르 병용제 ‘제파티어’로 유전자 1형, 4형 치료로 국내 승인을 받은 바 있다. 공개된 결과에 따르면 그라조프리비르는 1b형, 2a형, 3a형 유전자에 대해 각각 500pM, 5nM, 13nM의 EC50 값을 가진다.

김 교수는 “BMK-21075는 저항성 연구에서 유전자형 1b, 3a에 모두 효과적이었다. 이중 돌연변이에 대해 59pM의 강력한 저해능력을 가진다. 또한 유전독성 등 안전성 결과도 우수했다. 특히 다클린자에 저항을 갖는 3a형 변이에 대해 ‘벨파타스비르‘는 EC50값이 31.78nM이었으나, BMK-21075는 2.4nM EC50값을 보였다”며 “지금까지 다른 약물로 접근하기 어려운 저항성 C형 간염을 치료할 수 있는 가능성을 확인했다”고 자신했다.

현재 연구팀은 C형간염 치료 신규 화합물에 대해 비임상 시험 들어가기 전으로, 현재 최적화를 거쳐 2~3개 후보물질을 선택하는 단계다. 향후 기술이전 등을 고려해 임상시험에 대해 논의 중이다.

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