Toll Like Receptor (TLR)은 신속한 Innate immune defense의 시작과 향상된 기억 반응을 위한 Adaptive immune cells의 활성화에 중요한 역할을 합니다. 따라서, TLR agonist는 백신 보조제 및 암 치료제의 매력적인 후보입니다. 그러나 주요 문제로 인해 bench to bedside로의 전환에는 한계가 있습니다. 현재 수백 개의 TLR ligands가 확인되었지만, Anti-infectious Vaccine adjuvant로 승인된 것은 단 하나의 TLR4 agonist (MPL®, monophosphoryl lipid A)와 단 하나의 TLR9 agonist (CpG 1018®)뿐입니다1,2. 현재 한 개의 TLR7 agonist (Imiquimod)는 단독 anti-viral 및 항암제로 사용되고 있습니다1,2. 흥미롭게도, 최근의 과학 발전으로 인해 TLR3가 주목받고 있습니다.
TLR3는 주로 면역세포, 특히 전형적인 Dendritic cells (cDCs)와 여러 상피암에서 보고된 바와 같이 non-immune cells(transformed cell)에 의해 발현됩니다3,4. TLR3는 바이러스 및 손상된 세포의 존재를 알리는 intracellular doulbe-stranded(ds) RNA를 인식합니다3-5. TLR3와 dsRNA의 상호작용은 RNA 서열과는 무관하지만, TLR3의 dimer 및 신호 전달을 위해 dsRNA의 길이가 최소 40bp 이상이어야 합니다3,5.
TLR4와 유사하게, TLR3의 활성화는 IRF와 NF-kB의 동시 활성화를 유도합니다. cDCs에서는 보조자극 분자의 발현 증가와 type 1 Interferon (IFN) 및 염증성 Cytokines의 생성을 초래합니다. 특히 IFN-α/β와 IL-12는 각각 CD8+ T cell과 Th1-biased CD4+ T cells의 활성화에 중요한 역할을 합니다. 활성화된 CD4+ Th1 cells은 B cells을 더욱 활성화하고 Plasmocytes의 분화를 촉진합니다6-8. 또한, 암에서는 TLR3가 정상 세포를 손상시키지 않으면서 암세포의 Immunogenic apoptosis를 유도한다고 보고되었습니다. 이는 암 연관 항원의 효과적인 Uptake와 MHC를 통한 특정 CD4+ 및 CD8+ T cells에 항원 제시를 가능하게 합니다4.
결론적으로, 정상 세포와 악성 세포에서의 TLR3 발현 및 신호 전달 경로는 이를 감염 예방 및 항종양 Vaccine adjuvant 개발의 독특한 표적으로 만듭니다.
TLR3 agonist가 Vaccine adjuvant로 규제 기관의 승인을 받기 위해 충족해야 하는 최소 4개 기준은 다음과 같습니다.
1. Current Good Manufacturing Practices (cGMP) 준수
2. 내약성 및 Side effect가 없음
3. 항체 반응뿐만 아니라 CD4+ 및 CD8+ T cell 면역을 강화할 수 있는 능력
4. Memory cells 생성에 기여하는 능력
Poly(I:C) (polyinosinic polycytidylic acid)는 TLR3-targeted 보조제로 개발된 최초의 후보 물질입니다. 이는 불완전하게 결합된 합성된 1.5 kb에서 8kb dsRNA 및 ssRNA 혼합체로, 전임상 연구에서 Dendritic cells (DC)를 효율적으로 활성화하고 Antigen specific T cells 및 B cells 증식을 촉진한다고 보고되었습니다1,9. 그러나 Poly(I:C)는 화학적 구조가 불분명하고 균질성이 낮아 인간에게서 독성 부작용이 보고되었습니다2,7,8. 이 때문에, Poly(I:C)의 더 안정적이고 안전한 유도체가 개발되어 임상시험에 진입했습니다. 예를 들어, Poly-ICLS, Poly-IC12U, PIKA는 HIV, 인플루엔자, 광견병 리사바이러스 및 최근에는 SARS-CoV-2에 대한 백신 전략에 포함되었습니다. 암 치료에 있어, Poly-ICLS와 Poly-IC12U는 다른 요법과의 병용으로 다양한 고형암에서 시험되었습니다2,7,8. 현재 이들 분자는 1상 또는 2상에 도달했으며, 종료된 시험 결과를 기다리고 있습니다2,7,8. 그러나, 제조 과정의 기술적 한계로 인해 여전히 균질성이 부족한 상황입니다.
강력하고 생산 배치 간 재현이 가능한 TLR3 agonist를 찾기 위한 지속적인 노력은 두 가지 유망한 신규 보조제의 개발로 이어졌습니다.
NexaVant는 virus nucleotide 절편을 in vitro transcription하여 생성된 424 bp의 합성 cGMP 등급의 dsRNA입니다10. 이는 극도로 균질하며, 전임상 연구에서 심각한 독성이 없는 것으로 나타났습니다10. 또한, 세포 실험에서 IRF와 NF-kB 활성화를 강력하게 유도합니다10. 더불어, 이는 DC의 효과적인 활성화와 림프절로의 이동, Antigen-specific B, CD4+ Th1, CD8+ T cells 반응을 촉진합니다10. TL-532는 70 bp 길이의 또 다른 균질한 합성 dsRNA입니다11. 이는 비인간 영장류에서 안전하며, 쥐에서 면역체계 활성화를 통해 항암 효과를 나타냅니다11,12.
다양한 Delivery platforms (aluminum salts, oil/water emulsions, lipids, or polymer nanoparticles)은 특정 항원과 함께 면역 반응을 유도하고 전신 부작용을 방지하는 것을 목표로 합니다. 이제 다음 과제는 백신 반응에 따라 새로운 TLR3 agonist에 가장 적합한 제형을 찾는 것입니다.
References :
Ong, G.H., et al., 2021. Front Cell Infect Microbiol, 2021. 11: p. 745016.
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Le Naour, J., et al., 2023. Oncoimmunology, 12(1): p. 2227510.
Toll Like Receptor (TLR)은 신속한 Innate immune defense의 시작과 향상된 기억 반응을 위한 Adaptive immune cells의 활성화에 중요한 역할을 합니다. 따라서, TLR agonist는 백신 보조제 및 암 치료제의 매력적인 후보입니다. 그러나 주요 문제로 인해 bench to bedside로의 전환에는 한계가 있습니다. 현재 수백 개의 TLR ligands가 확인되었지만, Anti-infectious Vaccine adjuvant로 승인된 것은 단 하나의 TLR4 agonist (MPL®, monophosphoryl lipid A)와 단 하나의 TLR9 agonist (CpG 1018®)뿐입니다1,2. 현재 한 개의 TLR7 agonist (Imiquimod)는 단독 anti-viral 및 항암제로 사용되고 있습니다1,2. 흥미롭게도, 최근의 과학 발전으로 인해 TLR3가 주목받고 있습니다.
TLR3는 주로 면역세포, 특히 전형적인 Dendritic cells (cDCs)와 여러 상피암에서 보고된 바와 같이 non-immune cells(transformed cell)에 의해 발현됩니다3,4. TLR3는 바이러스 및 손상된 세포의 존재를 알리는 intracellular doulbe-stranded(ds) RNA를 인식합니다3-5. TLR3와 dsRNA의 상호작용은 RNA 서열과는 무관하지만, TLR3의 dimer 및 신호 전달을 위해 dsRNA의 길이가 최소 40bp 이상이어야 합니다3,5.
TLR4와 유사하게, TLR3의 활성화는 IRF와 NF-kB의 동시 활성화를 유도합니다. cDCs에서는 보조자극 분자의 발현 증가와 type 1 Interferon (IFN) 및 염증성 Cytokines의 생성을 초래합니다. 특히 IFN-α/β와 IL-12는 각각 CD8+ T cell과 Th1-biased CD4+ T cells의 활성화에 중요한 역할을 합니다. 활성화된 CD4+ Th1 cells은 B cells을 더욱 활성화하고 Plasmocytes의 분화를 촉진합니다6-8. 또한, 암에서는 TLR3가 정상 세포를 손상시키지 않으면서 암세포의 Immunogenic apoptosis를 유도한다고 보고되었습니다. 이는 암 연관 항원의 효과적인 Uptake와 MHC를 통한 특정 CD4+ 및 CD8+ T cells에 항원 제시를 가능하게 합니다4.
결론적으로, 정상 세포와 악성 세포에서의 TLR3 발현 및 신호 전달 경로는 이를 감염 예방 및 항종양 Vaccine adjuvant 개발의 독특한 표적으로 만듭니다.
TLR3 agonist가 Vaccine adjuvant로 규제 기관의 승인을 받기 위해 충족해야 하는 최소 4개 기준은 다음과 같습니다.
1. Current Good Manufacturing Practices (cGMP) 준수
2. 내약성 및 Side effect가 없음
3. 항체 반응뿐만 아니라 CD4+ 및 CD8+ T cell 면역을 강화할 수 있는 능력
4. Memory cells 생성에 기여하는 능력
Poly(I:C) (polyinosinic polycytidylic acid)는 TLR3-targeted 보조제로 개발된 최초의 후보 물질입니다. 이는 불완전하게 결합된 합성된 1.5 kb에서 8kb dsRNA 및 ssRNA 혼합체로, 전임상 연구에서 Dendritic cells (DC)를 효율적으로 활성화하고 Antigen specific T cells 및 B cells 증식을 촉진한다고 보고되었습니다1,9. 그러나 Poly(I:C)는 화학적 구조가 불분명하고 균질성이 낮아 인간에게서 독성 부작용이 보고되었습니다2,7,8. 이 때문에, Poly(I:C)의 더 안정적이고 안전한 유도체가 개발되어 임상시험에 진입했습니다. 예를 들어, Poly-ICLS, Poly-IC12U, PIKA는 HIV, 인플루엔자, 광견병 리사바이러스 및 최근에는 SARS-CoV-2에 대한 백신 전략에 포함되었습니다. 암 치료에 있어, Poly-ICLS와 Poly-IC12U는 다른 요법과의 병용으로 다양한 고형암에서 시험되었습니다2,7,8. 현재 이들 분자는 1상 또는 2상에 도달했으며, 종료된 시험 결과를 기다리고 있습니다2,7,8. 그러나, 제조 과정의 기술적 한계로 인해 여전히 균질성이 부족한 상황입니다.
강력하고 생산 배치 간 재현이 가능한 TLR3 agonist를 찾기 위한 지속적인 노력은 두 가지 유망한 신규 보조제의 개발로 이어졌습니다.
NexaVant는 virus nucleotide 절편을 in vitro transcription하여 생성된 424 bp의 합성 cGMP 등급의 dsRNA입니다10. 이는 극도로 균질하며, 전임상 연구에서 심각한 독성이 없는 것으로 나타났습니다10. 또한, 세포 실험에서 IRF와 NF-kB 활성화를 강력하게 유도합니다10. 더불어, 이는 DC의 효과적인 활성화와 림프절로의 이동, Antigen-specific B, CD4+ Th1, CD8+ T cells 반응을 촉진합니다10. TL-532는 70 bp 길이의 또 다른 균질한 합성 dsRNA입니다11. 이는 비인간 영장류에서 안전하며, 쥐에서 면역체계 활성화를 통해 항암 효과를 나타냅니다11,12.
다양한 Delivery platforms (aluminum salts, oil/water emulsions, lipids, or polymer nanoparticles)은 특정 항원과 함께 면역 반응을 유도하고 전신 부작용을 방지하는 것을 목표로 합니다. 이제 다음 과제는 백신 반응에 따라 새로운 TLR3 agonist에 가장 적합한 제형을 찾는 것입니다.
References :
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