HSD17B13 인간화 마우스: MASLD 및 RNAi 치료 연구를 위한 혁신적인 연구 모델

대사이상 관련 지방성 간질환(MASLD, Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease)은 간 관련 이환율과 사망률의 주요 원인이 되는 복잡한 다인성 질환입니다. 

전 세계 인구의 약 4분의 1에 영향을 미치는 MASLD는 단순한 간 지방증(지방이 간세포 내에 축적)에서 시작하여 대사이상 지방간염(MASH, Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis)으로 진행될 수 있으며, 이는 간경변증(Liver Cirrhosis)이나 간세포암종(HCC, Hepatocellular Carcinoma)으로 이어질 가능성이 있습니다. ^[1] Resmetirom은 최초이자 현재 유일하게 승인된 MASLD 치료제이지만, 많은 환자가 이 치료제에 반응하지 않아 보다 정확하게 타겟팅된 치료법의 필요성이 강조되고 있습니다. ^[2]
최근 PNPLA3 및 HSD17B13과 같은 유전적 위험 인자의 발현을 줄이기 위한 RNAi(RNA interference) 기반 치료법의 발전은 MASLD 연구의 핵심 초점이자 유망한 치료 접근법으로 부상하고 있습니다.

그림 1. 대사이상 관련 지방성 간질환(MASLD)의 질환 진행 과정. ^[3]

HSD17B13: MASLD 및 MASH의 주요 치료 타겟

병리학적으로 보면 MASLD(이전 명칭: 비알코올성 지방간 질환, NAFLD)는 간세포의 지질 방울(LD, Lipid droplet)에 중성 지방질(중성지방 및 Cholesteryl ester 등)이 비정상적으로 축적되는 것이 특징입니다. 17β-Hydroxysteroid dehydrogenase 13 (HSD17B13)은 간세포에서 선택적으로 발현되고 지질 방울의 표면에만 국한되는 liver-enriched 지질 방울(LD) 관련 단백질입니다. HSD17B13은 간 지질 방울(LD)의 생성, 성장 및 분해 과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. ^[4] MASLD(대사이상 관련 지방성 간질환)의 염증성 형태인 MASH(대사이상 지방간염)는 만성 간 질환과 밀접한 관련이 있습니다. 

연구에 따르면 건강한 사람에 비해 MASLD 환자의 간에서 HSD17B13 발현 수준이 현저히 상승하며, 기능 상실(LOF, Loss-of-function) 변이는 만성 간 질환의 위험 감소 및 간 지방증이 지방간염으로 진행되는 것과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. [5-6] HSD17B13의 비정상적인 발현은 만성 간 질환, 특히 MASH 및 기타 대사 관련 간 질환을 유발하는 메커니즘 중 하나일 수 있습니다. GalNAc와 같은 간 타겟팅 전달 플랫폼을 사용하여 HSD17B13 발현을 억제하도록 설계된 RNAi 치료법은 MASLD(대사이상 관련 지방성 간질환) 및 MASH(대사이상 지방간염) 치료를 위한 유망한 전략으로 부상하고 있습니다. ^[7]

그림 2. 대사이상 관련 지방성 간질환(MASLD/NAFLD) 진행 과정에서 HSD17B13의 역할. ^[8]

HSD17B13을 타겟으로 하는 RNAi 치료법 개발

여러 대규모 게놈 전체 임상 연구에서 HSD17B13 유전자 변이와 MASLD(대사이상 관련 지방성 간질환)/MASH(대사이상 지방간염)의 자연 진행 사이에 강력하고 재현할 수 있는 연관성이 입증되었습니다. ^[7] In vivo 및 In vitro 연구 모두에서 HSD17B13 발현을 억제하는 것이 MASLD(대사이상 관련 지방성 간질환)/MASH(대사이상 지방간염) 치료에 도움이 되는 것으로 나타났습니다. ^[7-8] HSD17B13의 정확한 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않았지만, 유전학적 연구 및 전임상 연구를 기반으로 HSD17B13을 타겟으로 하는 치료제 연구가 빠르게 진행되고 있습니다.

현재 HSD17B13의 발현을 억제하는 것을 목표로 하는 RNAi 치료제가 크게 주목받고 있습니다. Alnylam, Arrowhead, Ionis 등 siRNA(small interfering RNA) 치료제 제작 회사들이 HSD17B13을 타겟으로 하는 RNAi 파이프라인을 공개했으며, AstraZeneca, Regeneron, Amgen, Boehringer Ingelheim, GSK, 그리고 Pfizer 등 대형 제약사들도 파트너십 또는 독자 개발을 통해 저분자 및 siRNA 등 HSD17B13 타겟팅 치료법 개발을 적극 추진하고 있다. ^[7] 초기 임상 결과에 따르면 여러 RNAi 치료법이 우수한 내약성으로 HSD17B13 발현을 성공적으로 억제할 뿐만 아니라 ALT 효소 수치, MASLD 활성 점수 및 섬유화 단계의 개선과 같은 HSD17B13 기능 상실 (LOF) 변이가 있는 개인에서 나타나는 간 보호 효과를 일부 재현하는 것으로 나타났습니다. ^[9-10]

그림 3. RNAi 치료법 ARO-HSD는 HSD17B13 발현을 낮추는 동시에 알라닌 아미노기전이효소(ALT, Alanine aminotransferase) 수치를 현저히 감소시킵니다. ^[9]

RNAi 치료제는 주로 짧은 간섭 RNA(small interfering RNA, siRNA)와 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO)로 구성되고 인간 유전자의 mRNA를 타겟으로 삼아 작용합니다. 인간과 생쥐의 유전적 차이를 고려하여 Cyagen은 H11-Alb-hHSD17B13 인간화 마우스 모델(제품 번호: I001192)을 개발하였습니다. 이 모델은 Alb promoter에 의해 조절되며 간에서 인간 HSD17B13 유전자를 특이적으로 발현하여 인간 HSD17B13 유전자를 타겟으로 하는 RNAi 치료제의 전임상 연구를 가속화하는 데 도움이 됩니다. 아래는 H11-Alb-hHSD17B13 인간화 마우스 모델의 세부 사항입니다.

인간 HSD17B13 유전자 및 단백질을 성공적으로 발현하는 H11-Alb-hHSD17B13 마우스 모델

검증 연구에 따르면 H11-Alb-hHSD17B13 마우스는 간과 십이지장 모두에서 인간 HSD17B13 유전자를 성공적으로 발현하며, 특히 간에서 인간 HSD17B13 유전자와 단백질이 유의미하게 발현되는 것으로 확인되었습니다.

그림 4. H11-Alb-hHSD17B13 마우스에서 인간 HSD17B13 유전자 및 단백질의 발현 결과.

결론

인간 HSD17B13 유전자 및 mRNA를 타겟으로 하는 짧은 간섭 RNA(siRNA) 및 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO)를 포함한 RNAi 치료법은 대사이상 관련 지방성 간질환(MASLD)을 효과적으로 치료하고 대사이상 지방간염(MASH)을 예방하기 위한 주요 접근법입니다. H11-Alb-hHSD17B13 인간화 마우스 모델(제품 번호: I001192)은 인간 HSD17B13 유전자 및 단백질의 높은 발현을 보이며 인간 HSD17B13을 정밀 타겟으로 하는 전임상 약물 연구에 유용한 연구 모델로 활용됩니다.

또한, Cyagen은 INHBE, GLP-1R, LPA, GDF15와 같은 주요 유전자를 타겟으로 하는 모델을 포함하여 심혈관 및 대사 질환 연구를 위한 다양한 유전 질환 모델, 유도성 질환 모델, 인간화 모델을 개발하였습니다.

이러한 연구 모델은 MASLD(대사이상 관련 지방성 간질환)/MASH(대사이상 지방간염) 및 비만을 포함한 다양한 대사 장애에 대한 타겟팅 치료제 개발을 가속할 수 있습니다.

>>Cyagen의 심혈관 및 대사질환 모델 더 보기

참고 문헌:

[1]Castillo-Núñez Y, Almeda-Valdes P, González-Gálvez G, Arechavaleta-Granell MDR. Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease and atherosclerosis. Curr Diab Rep. 2024 Jul;24(7):158-166.
[2]Caddeo A, Romeo S. Precision medicine and nucleotide-based therapeutics to treat MASH. Clin Mol Hepatol. 2024 Aug 5.
[3]Rao G, Peng X, Li X, An K, He H, Fu X, Li S, An Z. Unmasking the enigma of lipid metabolism in metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease: from mechanism to the clinic. Front Med (Lausanne). 2023 Nov 27;10:1294267.
[4]Zhang HB, Su W, Xu H, Zhang XY, Guan YF. HSD17B13: A Potential Therapeutic Target for NAFLD. Front Mol Biosci. 2022 Jan 7;8:824776.
[5]Su W, Wang Y, Jia X, Wu W, Li L, Tian X, Li S, Wang C, Xu H, Cao J, Han Q, Xu S, Chen Y, Zhong Y, Zhang X, Liu P, Gustafsson JÅ, Guan Y. Comparative proteomic study reveals 17β-HSD13 as a pathogenic protein in nonalcoholic fatty liver disease. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Aug 5;111(31):11437-42.
[6]Abul-Husn NS, Cheng X, Li AH, Xin Y, Schurmann C, Stevis P, Liu Y, Kozlitina J, Stender S, Wood GC, Stepanchick AN, Still MD, McCarthy S, O'Dushlaine C, Packer JS, Balasubramanian S, Gosalia N, Esopi D, Kim SY, Mukherjee S, Lopez AE, Fuller ED, Penn J, Chu X, Luo JZ, Mirshahi UL, Carey DJ, Still CD, Feldman MD, Small A, Damrauer SM, Rader DJ, Zambrowicz B, Olson W, Murphy AJ, Borecki IB, Shuldiner AR, Reid JG, Overton JD, Yancopoulos GD, Hobbs HH, Cohen JC, Gottesman O, Teslovich TM, Baras A, Mirshahi T, Gromada J, Dewey FE. A Protein-Truncating HSD17B13 Variant and Protection from Chronic Liver Disease. N Engl J Med. 2018 Mar 22;378(12):1096-1106.
[7]Zhang X, Yu W, Li Y, Wang A, Cao H, Fu Y. Drug development advances in human genetics-based targets. MedComm (2020). 2024 Feb 9;5(2):e48
[8]1.Wang MX, Peng ZG. 17β-hydroxysteroid dehydrogenases in the progression of nonalcoholic fatty liver disease. Pharmacol Ther. 2023 Jun;246:108428.
[9]Mak LY, Gane E, Schwabe C, Yoon KT, Heo J, Scott R, Lee JH, Lee JI, Kweon YO, Weltman M, Harrison SA, Neuschwander-Tetri BA, Cusi K, Loomba R, Given BD, Christianson DR, Garcia-Medel E, Yi M, Hamilton J, Yuen MF. A phase I/II study of ARO-HSD, an RNA interference therapeutic, for the treatment of non-alcoholic steatohepatitis. J Hepatol. 2023 Apr;78(4):684-692.
[10]Sanyal, A. J., Taubel, J., Badri, P., Bond, S., Makarova, N., Zhao, W., … Gansner, J. M. (2023). Phase 1 Study of the RNA Interference Therapeutic ALN-HSD in Healthy Adults and Patients with Nonalcoholic Steatohepatitis. Alnylam. Retrieved from: https://capella.alnylam.com/wp-content/uploads/2023/06/ALN-HSD-Phase-1_EASL-2023_FINAL.pdf