인유두종 바이러스(human papillomavirus, HPV) 특이 DNA 백신 후보물질인 GX-188E는 자궁 경부 상피내 종양 및 자궁경부암에 대한 유망한 치료 백신 중 하나이다. GX-I7은 국소부위에서 면역반응을 장기적으로 유도할 수 있게 설계된 재조합 인간 인터루킨-7이다. GX-188E는 HPV 특이적 T세포 반응을 유도하고, GX-I7의 질내 국소적 치료는 자궁 경부 조직에서 HPV 특이적 T세포를 모집하는 데 매우 효과적이다. 따라서 GX-I7의 질내 국소적 치료와 결합된 GX-188E의 병행치료 방법은 임상적으로 매우 유용한 치료방법으로 기대되고 있다.
본 연구에서는 치료용 HPV DNA 백신 후보물질, GX-188E의 임상사용 방법에 맞추어 단독 투여 시 나타날 수 있는 독성학적 프로파일 및 임상에서의 효능 증진을 위해 GX-188E와 GX-I7을 병용투여했을 때 나타나는 독성학적 프로파일을 조사하기 위해 실시하였다. 먼저, GX-188E 단독투여에 의한 독성을 조사하기 위해 암컷 ICR 마우스에 GX-188E를 전기천공법에 의해 근육내로 24주간 반복투여한 후 독성학적 변화를 관찰하였다. 연구결과, GX-188E를 12.3 μg/head 및 123 μg/head 투여한 동물의 투여부위 및 투여부위 주변 골격근에서 근육의 변성 및 괴사, 출혈 및 염증세포 침윤이 관찰되었고, 이는 전기천공을 실시한 부형제 투여군에서도 동일하게 관찰된 변화였다. 또한, 혈액생화학 검사에서 아스파테이트아미노전이효소(aspartate aminotransferase, AST), 알라닌아미노전이효소(alanine aminotransferase, ALT) 및 크레아틴키나아제(creatine kinase, CK)의 증가가 GX-188E를 전기천공을 적용하여 123 μg/head 투여한 군에서 관찰되었다. 그러나 전기천공을 실시하지 않은 123 μg/head 투여군에서는 이러한 조직병리학적 또는 혈액생화학적 변화가 관찰되지 않았다. 따라서, 투여부위 및 투여부위 주변 근육의 조직소견은 GX-188E의 직접적인 영향이 아닌 투여 시의 전기천공에 따른 국소적 자극에 의한 변화로서 독성학적 의미는 없는 것으로 판단되었다. 그 외 사망동물, 일반증상, 안과학적 검사, 체중 및 사료섭취량 변화, 혈액학 및 장기중량측정에서 GX-188E에 의한 직접적인 독성 변화는 관찰되지 않았다.
이후, GX-188E와 GX-I7의 병행투여에 의한 독성 조사 및 GX-188E 단독투여와 GX-188E 및 GX-I7 병행투여에 의한 독성을 비교하기 위해 암컷 SD 랫트를 이용하여 GX-188E를 전기천공법에 의해 8주간 근육내 반복투여 및 GX-188E의 질내 국소적 병행투여한 후 관찰되는 독성을 조사하였다. 혈액학적 검사 결과, 혈액 내에서 호중구 비율의 증가 및 림프구 비율의 감소가 관찰되었다. 또한 GX-188E의 투여 부위 근육에서 근섬유 변성, 괴사, 섬유 형성 및 세포 침윤이 관찰되었다. 이러한 변화는 4주 회복기간 동안 완전히 또는 부분적으로 회복되었다. 비장의 림프구 분석 결과, 고용량의 GX-I7 (1.25 mg/head)와 함께 GX-188E를 투여한 랫트에서 CD4+ T세포와 총 T세포가 감소하였다. 그러나 이러한 변화들은 일시적이고 전기 천공 매개 DNA 전달 또는 IL-7에 의해 유도된 림프구의 국소 이동과 관련된 변화로 판단되었다.
본 연구는 HPV에 의해 유발되는 자궁 경부 상피내 종양 및 자궁경부암을 수술적인 방법 외에 비침습적으로 치료 및 예방할 수 있는 DNA 치료용 백신 개발을 위한 최초의 독성 연구 결과이다. GX-188E를 암컷 ICR 마우스에 24주간 전기천공법을 활용하여 반복근육 투여했을 때 무해용량은 123 μg/head를 상회하였고, GX-188E 및 GX-I7을 암컷 SD 랫트에 8주간 전기천공법을 활용하여 병행투여 시의 무해용량은 GX-188E 320 μg/head 및 GX-I7 1.25 mg//head를 상회하는 것으로 판단되었다. 이러한 연구 결과를 통해 GX-188E를 단독으로 마우스에 반복투여 했을 때 안전한 것을 확인하였고, GX-188E의 단독투여와 GX-188E 및 GX-I7의 병행투여 시 관찰되는 독성 양상이 유사한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 독성연구 결과를 활용하여 GX-188E 단독 치료 및 GX-I7과의 병행치료를 위한 임상시험 및 신규 치료용 백신에 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 아울러 향후 다양한 DNA 치료용 백신의 개발과 관련된 유사 독성연구에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 생각된다.