(본 내용은 Nature Reviews Drug Discovery, 2018년 8월 17일에 게재된 “Gene Therapy: Gene therapy before the cradle”의 내용을 바탕으로 작성되었다.)

 고셔병은 유전자 돌연변이로 생기는 질병이다. 정상인에게는 Glucocerebrosidase, GBA라고 불리는 효소가 있어 Glucosylceramide를 분해하지만 GBA 효소의 결핍은 Glucosylceramide가 대식세포의 리소좀에 축적되어 정상 기능을 하지 못하고 간이나 비장 등에 축적되어 여러 형태의 질병 증상을 유발한다. 고셔병의 원인이 되는 유전자는 1번 염색체에 존재하며 질병은 상염색체 열성으로 유전이 된다.

 고셔병은 3개의 타입으로 나누어 진다. 1형 고셔병의 경우 대게 신경계와 관련이 없지만 2형과 3형 고셔병은 신경계와 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 2형과 3형 고셔병은 뇌에서 early onset 을 나타내며 시간이 지날수록 질병이 심각해 진다. Mild form의 고셔병의 경우 Enzyme replacement therapy (ERT) 를 통해 효소를 넣어주면 축적된 고셔세포를 감소시켜 질병을 관리 할 수 있다. 하지만 신경계와 관련된 2형과 3형 고셔병의 경우 질병관리가 어렵다. 이유는 효소가 뇌혈관장벽을 투과하지 못해 ERT 효과를 보기가 굉장히 어렵기 때문이다. 특히 급성형태의 2형 고셔병의 경우, 3개월에서 6개월의 유아에게 나타나고 질병 확인 후 2년의 생존기간을 나타내는 등 예후가 매우 나쁘기 때문에 치료제의 개발이 시급한 상태이다.

 최근 새로운 치료법을 통하여 고셔병을 치료할 수 있는 가능성을 보여준 연구가 Simon Waddington과 그들의 동료들에 의해 이루어졌다. 연구자들은 자궁을 통해 GBA 유전자를 태아의 두개강내로 전달하여 GBA 발현을 회복시킴으로 생쥐 태아의 Neuropathic Gaucher Disease 발생을 예방 할 수 있다는 결과를 Nature Medicine에 발표했다.

 연구자들은 먼저 형광물질이 코딩된 Adeno-associated virus serotype 9 (AAV9) 벡터를 두개강내로 주사하여 전두엽 피질로부터 소뇌와 뇌간까지 Green fluorescent protein (GFP) 이 균질 하게 표현되는 것을 관찰하였다. 다음으로 동일한 벡터와 주사 타이밍을 통해, human AAV9-GBA를 Gba heterozygous parents의 자궁을 통해 유전자 결실 자손의 두뇌에 주사하였다. 태어난 자손들은 모두 정상이었으며 생식기능이나 운동기능에 문제 없음을 확인하였다.

 연구자들은 또한 new born에서도 유전자 치료가 효과가 있는지 확인 하기 위하여 new born (P0-P1) knock out에 AAV9 vector 를 두 가지 방법으로 주사하여 복부병리 및 뇌병리가 개선이 되는지 확인하였다. 하나의 그룹에는 AAV9-GBA를 정맥주사 했다. 이는 AAV9의 경우 뇌혈관장벽을 투과한다고 여러 연구에서 증명되었기 때문에 정맥 투여를 해도 신경세포와 내장에서 효과가 기대되기 때문이다. 다른 그룹은 두개골 내 투여 군이다. 두 그룹 모두 신생아사망률과 마비율이 줄어 들었고 wild type 과 비교해도 운동능력이 떨어지지 않았다. 정맥 투여군의 경우, 심장을 제외한 대부분의 내장 기관에서 정상적인 효소활성을 확인 할 수 있다. 또한, 고셔세포가 비장, 간 허파로 침투되는 것을 방지하였다. 하지만 신경학적 염증을 정상화하는데 효과적이지 않았으며, 뇌 손상을 겪게 되었다. 두개골 내 투여군의 경우는 고셔세포의 침투를 방지하지는 못했다. 태아에게 직접 투여한 군 보다는 효과적이지 않으나 두개골 내 투여는 Lethal neuropathology에서 더 효과 적인 것으로 보였으며 정맥투여는 복부병리를 제한하는 데에는 효과가 있다고 말할 수 있다.  

 연구자는 이러한 치료법이 과연 대동물군에서도 가능성을 확인하기 위해 AAV9-GFP 벡터를 임신 중기 원숭이(macaque)에게 초음파유도자궁내전달(Utero Ultrasound guided delivery) 방법으로 전달했다. 그 결과 두 원숭이 모두 정상적으로 출산을 했으며 뇌의 전 부분에서 GFP가 발현된 것을 확일 할 수 있었다.

 Waddington 및 연구자들은 이와 같은 실험을 통해 아래 두 가지 내용을 강조했다. 첫째로, nGD는 유전자 치료로 치료가 가능할 것이다. 두 번째로 태아 유전자 치료도 기술적으로는 가능하며 출생 후의 유전자 치료에 향상을 줄 것이다. 특히 자궁을 통해 태아 두개골로 전달하는 유전자 치료는 중추신경계에 광범위하게 널리 전달되어 뇌 전체에 작용 할 수 있기 때문에 매우 효과적인 방법일 것으로 기대된다. 특히 중추신경발생 시기에 약물을 전달 하는 것은 뇌세포가 가지는 재생한계성을 생각하면 더 중요한 것이다. 물론 신생아 유전자 치료의 임상실험을 위해서는 윤리적 문제 등 풀어야 할 문제들이 생길 것으로 예상된다. 하지만 이러한 유전자 치료법은 요람에서 곤히 자고 있는 아이를 만날 수 있는 새로운 방법이 될 것으로 기대된다.  

Reference

1. Massaro, G. et al. Fetal gene therapy for neurodegenerative disease of infants. Nat Med. 2018 Jul 16. doi: 10.1038/s41591-018-0106-7

2. Villanueva MT. Gene therapy: Gene therapy before the cradle Nat Rev Drug Discov. 2018 Aug 17. doi: 10.1038/nrd.2018.140

3.  National Gaucher Foundation. https://www.gaucherdisease.org/about-gaucher-disease/what-is/type-2-3/