지방조직 유전자 치료를 위한 AAV 벡터 전달 전략
비만과 대사증후군이라는 전 세계적 과제에 대응하기 위해 연구의 초점은 단순한 식욕 억제에서 총 에너지 소비를 증가시키는 방향으로 이동하고 있습니다. 이 중 갈색 지방조직(BAT)은 적응성 열발생을 통해 에너지를 효율적으로 열로 방출할 수 있어 유망한 치료 타겟으로 주목받고 있습니다.
최근 지방조직의 열발생 기전에 관한 연구에서 중요한 진전이 보고되었습니다. 2026년 3월 Nature Communications에 게재된 연구는 SLIT3 단편이 갈색 지방조직의 열발생에 필요한 신경혈관 확장을 조율한다는 점을 보여주었습니다[1]. 해당 연구에서는 BAT 내 지방전구세포가 SLIT3 단백질을 분비하고, 이것이 bone morphogenetic protein-1(BMP1)에 의해 SLIT3-N과 SLIT3-C라는 두 개의 기능적 단편으로 절단된다는 사실이 제시되었습니다. 이 단편들은 서로 다른 신호 단서로 작용하며, SLIT3-N은 혈관신생을, SLIT3-C는 교감신경 지배를 각각 촉진합니다. 특히 SLIT3-C는 PLXNA1 수용체에 특이적으로 결합해 신경 발달을 조절하는 것으로 나타났습니다.
이러한 SLIT3 매개 신경혈관 확장 기전은 한랭 자극에 반응해 BAT가 열을 생성하는 데 필요한 산소 공급과 활성화 신호를 제공합니다. 이 발견은 지방전구세포가 조직 신경 지배를 조절하는 핵심 역할을 한다는 점을 보여주며, SLIT3 경로가 향후 비만 치료 개입의 새로운 타겟이 될 수 있음을 시사합니다.
하지만 SLIT3와 같은 새로운 대사 타겟을 기전 발견 단계에서 in vivo 기능 검증으로 발전시키려면 핵심 과제가 남아 있습니다. 즉, 유전자 편집 도구나 치료용 핵산을 타겟 지방조직에 안전하고 효율적이며 특이적으로 전달하는 방법이 필요합니다.
이질적인 지방조직에서 AAV 벡터 유전자 전달의 과제
지방조직은 일반적으로 백색 지방조직(WAT)과 갈색 지방조직(BAT)으로 구분됩니다. 두 조직은 발생 기원, 형태, 기능이 서로 다릅니다. WAT는 세포질에 하나의 큰 단방성 지질 방울을 가진 백색 지방세포로 구성되며, 전체 지방조직의 대부분을 차지합니다. BAT는 여러 개의 작은 지질 방울과 풍부한 미토콘드리아를 가진 갈색 지방세포로 구성되며, 미토콘드리아의 uncoupling protein-1(UCP1)을 통해 열발생을 담당합니다.
또한 지방조직은 지방세포뿐 아니라 기질혈관분획(stromal vascular fraction)도 포함합니다. 이 분획에는 전지방세포, 섬유아세포, 중간엽 줄기세포(MSC), 내피세포, 평활근세포, 대식세포, 면역세포 등이 포함됩니다.
Figure 1. 지방조직 세포 집단 구성 모식도(https://ambrosecelltherapy.com/why-adipose/).
지방조직은 세포 구성이 복잡하고 해부학적으로 전신에 넓게 분포하기 때문에, 타겟 유전자 전달은 오프타겟 효과와 낮은 도입 효율이라는 문제에 오랫동안 직면해 왔습니다. 이러한 배경에서 안전성이 높고 면역원성이 낮으며 비분열 세포에서 장기 발현을 유도할 수 있는 AAV 벡터가 지방조직 타겟 전달의 중요한 선택지로 부상하고 있습니다.
SLIT3와 같은 새로운 타겟을 동물모델에서 검증하거나 대사질환을 위한 혁신적 유전자 치료를 개발할 때, AAV 혈청형, 지방조직 특이적 프로모터, 적절한 투여 경로를 전략적으로 최적화하면 특정 지방 depot에서 효율적이고 정밀한 전이유전자 발현을 달성할 수 있습니다.
지방조직 도입 효율 최적화: AAV8과 AAV9 혈청형 선택
지방조직 감염에 가장 흔히 사용되는 AAV 혈청형은 AAV8과 AAV9입니다.
In Vivo Adeno-Associated Viral Vector–Mediated Genetic Engineering of White and Brown Adipose Tissue in Adult Mice[2]에서 연구진은 여러 혈청형의 지방조직 도입 효율을 비교했고, AAV8과 AAV9가 WAT 및 BAT 도입에 특히 적합하다는 점을 확인했습니다. 이 접근법은 지방조직 기능장애의 대사 및 분자 기전을 연구하고, 비만 및 제2형 당뇨병 치료법 개발을 위한 유용한 도구가 될 수 있습니다.
정상 마우스에 AAV8 또는 AAV9-CAG-GFP 벡터 5 × 1012 vg를 정맥 투여하면 전신 WAT 및 BAT 조직을 도입할 수 있습니다. 다만 도입 효율은 지방조직별로 차이를 보입니다. 국소 투여는 특정 지방조직을 더 효과적으로 도입할 수 있습니다. 예를 들어 견갑간 갈색 지방조직(iBAT)에 직접 주입하면 갈색 지방세포를 효율적으로 도입할 수 있습니다.
Figure 2. 지방조직에서 서로 다른 AAV 혈청형의 도입 효율[2].
AAV8과 AAV9는 간과 근육 등 다양한 조직에도 친화성을 보일 수 있으므로, 비타겟 세포 또는 장기에서의 발현을 줄이기 위해 in situ 투여와 지방조직 특이적 프로모터를 함께 사용하는 전략이 중요합니다.
타겟 특이성 향상: 지방조직 특이적 프로모터 mAP2.2, 아디포넥틴, UCP1
mAP2.2는 마우스 아디포넥틴 프로모터의 2.2 kb 단편을 이용한 지방조직 특이적 프로모터입니다. Kreuz 연구진[2]은 mAP2.2를 이용하면 AAV8-mAP2.2-EGFP가 피하지방과 내장지방 depot을 도입하면서도 오프타겟 도입을 크게 제한할 수 있음을 확인했습니다. 성체 수컷 C57BL/6 마우스에서 AAV8-mAP2.2 매개 perilipin A를 투여했을 때, 피하지방과 내장지방 depot에서 강한 perilipin A 발현이 나타났고 혈청 유리지방산, 혈당, 호흡교환율 등 대사 지표에도 유의한 변화가 관찰되었습니다.
Figure 3. mAP2.2를 통한 지방조직 특이적 발현과 간 발현 누출 억제[3].
아디포넥틴 프로모터는 성숙 지방세포 특이적 프로모터입니다. Gencer Sancar 연구진[4]은 아디포넥틴 프로모터를 이용해 perilipin-GFP 및 HSL-mCherry와 같은 타겟 단백질을 성숙 지방세포 내에서 특이적으로 발현시켰습니다. 면역블롯 검증 결과, 아디포넥틴 프로모터는 지방조직에서 특이적으로 작동했으며 간과 신장 등에서는 발현이 확인되지 않았습니다.
Figure 4. 비타겟 장기에 대한 아디포넥틴 프로모터 특이성의 면역블롯 검증[4].
UCP1은 갈색 지방조직 특이적 프로모터로 활용됩니다. Uncoupling protein 1(UCP1)은 갈색 지방조직에서 열 형태의 에너지 소비를 담당하는 미토콘드리아 열발생 유전자입니다. UCP1은 갈색 지방세포 분화 과정에서 특이적으로 발현되며, 비만 치료의 후보 타겟으로 여겨집니다[4]. Winifred 연구진[6]은 AAV8-UCP1-iCre 바이러스를 Atg5Flox/Flox 마우스에 주입해 Atg5 조건부 녹아웃(cKO) 마우스 모델을 제작했습니다. BAT 특이적 Atg5 KO 마우스는 갑상선 기능항진 조건에서 대조군보다 낮은 체온을 보였으며, 이는 T3 유도 열발생에서 오토파지의 중요성을 검증한 결과입니다.
AAV 벡터 투여 경로 설계: 전신 투여와 국소 전달
전신 전달은 더 다양한 지방 depot에 AAV를 분포시킬 수 있지만, 국소 전달보다 높은 용량이 필요하고 캡시드에 대한 면역반응 및 오프타겟 효과가 증가할 수 있습니다. 국소 전달은 낮은 용량을 사용할 수 있고 순환계로의 누출을 줄일 수 있어 오프타겟 효과를 완화하는 데 도움이 됩니다. 그러나 여러 지방 depot을 주사하는 과정은 시간이 많이 걸리고 침습적이며, 특히 내장지방 depot의 경우 기술적으로 어렵습니다.
따라서 투여 방법은 타겟 지방조직에 맞추어 결정해야 합니다. AAV 혈청형과 조직 특이적 프로모터의 최적 조합을 선택하는 것은 덜 침습적인 투여 경로에서도 높은 특이성의 전이유전자 발현을 달성하고, 실험 변동성을 줄이며, 전임상 모델에서 임상 적용으로의 전환을 가속하는 데 중요합니다.
리뷰 논문 Adipose Tissue: An Emerging Target for Adeno-associated Viral Vectors에서 Rhiannon Bates[7]는 지방 관련 질환에서 AAV가 활용된 다양한 사례를 혈청형, 주입 방법, 주입량 등을 포함해 정리했습니다(Table 1). 전신 전달은 주로 꼬리정맥 투여와 복강 투여로 이루어지며, 총 투여 바이러스량은 약 1E12 vg입니다. 특이적 프로모터를 사용하는 경우 더 많은 바이러스량이 필요할 수 있습니다. in situ 투여에서는 바이러스량이 1E10 vg에서 2E11 vg 범위지만, 대부분의 경우 지방조직을 수술적으로 노출해야 합니다.
Table 1. 지방 관련 질환에서 AAV 활용 사례[7].
Cyagen AAV 솔루션을 통한 전임상 유전자 치료 연구 지원
싸이아젠(Cyagen)은 AAV 혈청형 변이체 연구개발과 AAV 패키징을 포함한 전임상 CRO 서비스 제공에 주력하고 있습니다. Cyagen의 AAV 혈청형 변이체는 안과 및 신경계 분야에서 여러 독립 특허를 확보했습니다. AAV 생산 서비스는 사전 리스크 평가, 혈청형 및 프로모터 추천, 플라스미드 구축, 바이러스 생산, 납품 후 기술 지원까지 포함하는 원스톱 솔루션을 제공합니다.
Cyagen 주요 사례: AAV 매개 질환 모델링
| AAV 카테고리 | 바이러스명 | Product ID |
|---|---|---|
| 죽상경화증 | AAV8-ApoEHCR-hAAT-mPCSK9-D377Y | AAVRN-110001 |
| AAV8-TBG-mPCSK9 (D377Y)-3xFLAG-P2A-EGFP | AAVRN-110002 | |
| AAV8-ApoEHCR-hAAT-mPCSK9 (D377Y)-3xFLAG | AAVRN-110003 | |
| AAV8-TBG- hPCSK9-3xFLAG-WPRE | AAVRN-110004 | |
| AAV8-TBG-Kozak- hPCSK9 (D374Y)-3xFLAG-WPRE | AAVRN-110005 | |
| 파킨슨병(PD) | AAV5-CAG-hSNCA -WPRE | AAVRN-110006 |
| AAV9-PM228-CAG-hSNCA (A53T)-WPRE | AAVRN-110007 | |
| AAV5-CAG-hSNCA (A53T)-WPRE | AAVRN-110008 | |
| AAV1/2-CAG-hSNCA (A53T)-WPRE | AAVRN-110009 | |
| 알츠하이머병(AD) | AAV9-CAG-MAPT (P301L)-WPRE | AAVRN-110010 |
| AAV9-CAG-MAPT (P301S)-WPRE | AAVRN-110011 | |
| AAVrh10-CAG-hAPP 3XFAD-WPRE | AAVRN-110012 | |
| AAVrh10-CAG-hPSEN1 (M146L & L286V)-WPRE | AAVRN-110013 |
원스톱 마우스 모델 검색 플랫폼: MouseAtlas
MouseAtlas는 KO 마우스부터 humanized mouse까지, 유전자명이나 제품 모델명으로 검색할 수 있는 플랫폼입니다. 생체 마우스 여부와 정자 동결 보존 상태, 실시간 재고 현황, 검증 데이터, 상세 설명을 직관적으로 확인할 수 있으며 직접 주문도 가능합니다. 사내 제품 관리 시스템과 연동되어 최신 정보가 지속적으로 업데이트되고 있으며, 현재 39,000종 이상의 모델 마우스를 수록하고 있습니다. 연구자에게 매우 유용한 원스톱 솔루션입니다.
싸이아젠(Cyagen) 소개
싸이아젠(Cyagen) Biosciences Inc.는 2006년에 의약품 개발 수탁연구기관 및 세포 관련 제품 제조기업으로 설립되었습니다. 현재 전 세계적으로 1,000명 이상의 직원이 근무하고 있습니다. 본사는 미국 캘리포니아 실리콘밸리에 있으며, 중국 쑤저우와 광저우에 생산 거점을 두고 있습니다. 2016년에는 일본 지사인 사이아젠 주식회사를 설립했습니다. 유전자 변형 동물모델 제작 분야의 선도 기업으로서 합리적인 가격대의 고품질 시약과 연구 도구를 제공하고 있습니다. 또한 마우스 모델 제공뿐 아니라 안과, 신경과학, 종양면역 등 다양한 분야에서 CRO 서비스도 제공하고 있습니다. 당사는 유전질환 연구를 지원하고 유전자치료제 개발을 촉진하는 것을 목표로 하고 있습니다.
FAQ
지방조직을 타겟으로 하는 AAV 유전자 전달에서 중요한 요소는 무엇인가요?
지방조직에는 백색 지방조직과 갈색 지방조직, 그리고 기질혈관분획에 포함된 다양한 세포가 공존합니다. 따라서 AAV 혈청형, 지방조직 특이적 프로모터, 투여 경로를 함께 최적화해 타겟 지방 depot에서의 발현 효율과 비타겟 장기 발현 억제를 동시에 고려해야 합니다.
지방조직 연구에서 AAV8과 AAV9가 자주 사용되는 이유는 무엇인가요?
AAV8과 AAV9는 성체 마우스의 백색 지방조직과 갈색 지방조직에서 비교적 높은 도입 효율을 보이는 것으로 보고되었습니다. 전신 투여는 여러 지방 depot을 포괄할 수 있고, 국소 투여는 특정 지방조직에 더 효율적으로 유전자를 전달할 수 있습니다.
지방조직 특이적 프로모터는 어떤 역할을 하나요?
mAP2.2, 아디포넥틴, UCP1과 같은 프로모터는 유전자 발현 세포와 조직을 제어하기 위해 사용됩니다. 이를 통해 간이나 근육과 같은 비타겟 조직에서의 발현을 줄이면서 성숙 지방세포 또는 갈색 지방조직에서의 발현 특이성을 높일 수 있습니다.
전신 투여와 국소 투여는 어떻게 선택하나요?
전신 투여는 여러 지방 depot을 넓게 타겟화해야 할 때 유용하지만, 투여량이 높아지고 비타겟 조직 도입 가능성을 고려해야 합니다. 국소 투여는 특정 지방조직에 집중적인 도입이 가능하지만, 심부 지방 depot에서는 수술적 접근이 필요할 수 있습니다.
Cyagen은 지방조직 AAV 연구를 어떻게 지원하나요?
Cyagen은 AAV 혈청형 변이체 연구개발, 프로모터·혈청형 선정, 플라스미드 구축, 바이러스 생산, 질환 모델링과 관련된 전임상 CRO 서비스를 제공하여 대사질환 및 지방조직 기능 연구의 in vivo 검증을 지원합니다.
참고문헌
[1] Serdan, T.D.A., Cervantes, H., Frank, B. et al. SLIT3 fragments orchestrate neurovascular expansion and thermogenesis in brown adipose tissue. Nat Commun 17, 2445 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70310-9
[2] Jimenez, V., et al., In vivo adeno-associated viral vector-mediated genetic engineering of white and brown adipose tissue in adult mice. Diabetes, 2013. 62(12): p. 4012-4022.
[3] Uhrig-Schmidt, S., et al., Gene Delivery to Adipose Tissue Using Transcriptionally Targeted rAAV8 Vectors. PLOS ONE, 2014. 9(12): p. e116288.
[4] Sancar, G., et al., FGF1 and insulin control lipolysis by convergent pathways. Cell Metabolism, 2022. 34(1): p. 171-183.e6.
[5] Yuanbo, Z. and J.P. Uhler, Identification of a G-quadruplex forming sequence in the promoter of UCP1. Acta Biochimica et Biophysica Sinica, 2018(7): p. 7.
[6] Winifred, et al., Thyroid hormone (T3) stimulates brown adipose tissue activation via mitochondrial biogenesis and MTOR-mediated mitophagy. Autophagy, 2018.
[7] Bates, R., W. Huang and L. Cao, Adipose Tissue: An Emerging Target for Adeno-associated Viral Vectors. Molecular Therapy — Methods & Clinical Development, 2020. 19: p. 236-249.
